Was steckt hinter einer automatischen Klimaanlage?

Klimatisierung: Heisse Fakten zur Kühlung

Wussten Sie, dass Aerodynamik-Experten an der Klimakonstruktion beteiligt sind? Und dass ŠKODA eine Klimakammer hat, die die Bedingungen, die man in Arizona vorfinden würde, nachbilden kann? Entwicklungsexperten informierten uns über einige interessante Fakten rund um das Lüftungssystem.

Auf Knopfdruck wird der verschmutzte Innenraum des Autos innerhalb weniger Minuten gekühlt. Einst ein Luxus, ist die Klimatisierung für die überwiegende Mehrheit der heutigen Autofahrer und Autofahrerinnen heute selbstverständlich. Doch nicht jeder weiss, wie viel Entwicklung noch in dem steckt, was heute schon fast zur Standardausstattung gehört.

Die Lüftungsanlage ist ein kompliziertes System, das kontinuierlich verfeinert wird. Und nicht alle Klimaanlagen sind gleich. Das neueste Climatronic-System kann selbst erfahrene Autofahrer mit Unerwartetem überraschen, wie beispielsweise der Erkennung von Luftschadstoffen und die automatische Absperrung des Aussenlufteinlasses. Kein Wunder: Jede Innovation ist das Ergebnis von Tausenden von Stunden Entwicklung und Test unter normalen Verkehrsbedingungen.

Modernste Techniken und Computersimulationen werden auch bei der Entwicklung einer Lüftungsanlage zum Einsatz. Denn die Klimaanlage soll allen Körperformen und Grössen in allen möglichen Klimazonen vom Norden Europas bis ins ferne China Komfort bieten.

Testlabor zur Entwicklung effizienter Klimaanlagen

Die Entwicklungsabteilung von ŠKODA verfügt über erstklassige Einrichtungen für die Entwicklung kompletter Klimasysteme. Seit Mai 2019 verfügt das Unternehmen über vier Klimakammern mit Temperaturen zwischen -40 °C und +60 °C.

"Für unsere Zwecke stellen wir in der Regel die Temperatur im Inneren der Kammer auf 40 Grad ein", erklärt Jan Hrnčíř, Koordinator für die Entwicklung der Klimaanlage. "Die Effizienz der Klimaanlage wird durch standardisierte Pull-Down-Tests überprüft. Wir können die Leuchtstofflampen so aufstellen, dass sie eine brennende Sonne mit 1.000 W pro m2 simulieren, was den Bedingungen in der Wüste von Arizona entspricht. Wir überwachen den Fahrgastkomfort mit dem Ziel, innerhalb von 20 Minuten eine Temperatur von etwa 25 °C auf Kopfniveau zu erreichen."

Damit alles wirklich automatisch funktioniert, ohne dass der Fahrer korrigiert werden muss, sei es im gemässigten Klima der Schweiz oder im brennenden Australien, sind viele präzise Berechnungen, viel Erfahrung und Insassentests unerlässlich. Die einzelnen ŠKODA-Modelle verfügen marktunabhängig über die gleiche Klimaanlage. Nur die Software ist regionsspezifisch.

 "Wir unterscheiden zwischen Ländern mit mildem Klima und solchen mit tropischem Klima wie Indien und China. Hier sind die Anlaufkurven der Ventilatoren höher, um einen intensiveren Luftaustausch zu erreichen. Autos in Europa reagieren langsamer", erklärt Jan Hrnčíř.

Automatische Klimaanlage: Aerodynamik im Innenraum

Die Entwicklungsabteilung Aerodynamik und ihre Spezialisten, die sich ausschliesslich mit der Innenaerodynamik befassen, leisten ebenfalls einen wesentlichen Beitrag zur Gestaltung einer neuen Klimaanlage. Die meisten Menschen haben wahrscheinlich Bilder von Tests gesehen, bei denen Stromlinien mehr oder weniger geordnet um eine Karosserie fliessen. Was sie vielleicht nicht wissen, ist, dass der inneren Aerodynamik immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt wird. Hier wird der Luftstrom in der Kabine überwacht, da er nicht nur den Komfort der Fahrgäste, sondern überraschenderweise auch die Sicherheit und Akustik beeinflusst.

"Der richtige Luftstrom sorgt für eine gute Sicht aus dem Auto, taut die Scheiben im Winter ab und verhindert das Beschlagen während des ganzen Jahres", erklärt David Svítil, Koordinator für innere Aerodynamik. Computer helfen auch zu erkennen, ob ein Luftstrom ein unangenehmes Summen verursacht. Berechnungen können das Design verbessern und die Entwicklungszeit und die Kosten für Tests reduzieren. Was früher Monate gedauert hat, kann heute in Tagen erledigt werden.

"Wenn ein neues Fahrzeug entworfen wird, arbeiten wir mit der Konstruktionsabteilung an der Verteilung der verschiedenen Komponenten des Lüftungssystems", sagt David Svítil. "Zum Beispiel haben der SCALA und der KAMIQ hochmontierte Infotainmentbildschirme an Bord, so dass die Gebläse in der Mitte des Armaturenbretts abgesenkt werden mussten. Mit Hilfe von Computersimulationen konnten wir sie sofort so gestalten, dass der Luftstrom in der Kabine so angenehm wie möglich ist", erklärt der Aerodynamiker.

 

In der virtuellen Kabine eines zukünftigen Fahrzeugs werden vor allem die Richtung und Geschwindigkeit der Luft unter Berücksichtigung der zugeführten Luftmenge und der Akustik überwacht. "Nicht nur Ventilatoren können eine Geräuschquelle sein. Luft ist auch hörbar, wenn sie durch enge Schlitze strömt. bermerkt David Svitil.

 

Das gesamte Systemdesign, einschliesslich der Form der Verteilerkomponenten und Lüftungsöffnungen, wird darauf abgestimmt. Die Berechnungen werden dann durch Tests in der Klimakammer und auf normalen Strassen verifiziert. Nicht einmal die beste Klimakammer kann praktische Tests ersetzen.

 

"Die Kammer zeigt uns die Gesamtleistung und Effizienz des Lüftungssystems, kann aber die Verfassung des Software-Setups nicht simulieren. Das ist etwas, was wir über Tausende von Kilometern an kalten Morgen, heißen Tagen und bei wechselhaftem und regnerischem Wetter untersuchen müssen", ergänzt Jan Hrnčíř.

Zuerst die Klimaanlage, dann ein Prototyp

In der Praxis wird ein neues Lüftungssystem getestet, noch bevor der erste Prototyp hergestellt wird. Diese Tests werden mit Autos durchgeführt, die von aussen praktisch nicht von einem Serienfahrzeug zu unterscheiden sind, aber im Inneren die zu entwickelnde Technologie verbergen.

 

"Wir fahren in Polargebieten und in der Wüste. Offensichtlich sind das Extreme", sagt Jan Hrnčíř. "Die alpinen Umgebungen im Frühjahr und Herbst sind ideale Testgelände für den Automatikbetrieb. Das kann in einer Situation sein, in der es draussen frostig ist, die harten Sonnenstrahlen aber das Innere erwärmen. Das ist die komplizierteste Situation für das Steuerungssystem. Mit Hilfe verschiedener Sensoren muss das Belüftungssystem den Durchfluss und die Temperatur sowohl für die Füsse als auch für den Kopf korrekt einstellen, damit sich die Insassen des Fahrzeugs wohlfühlen und die Einstellungen nicht geändert werden müssen."

Klimaanlage: Luxus oder Standard?

Die Klimatisierung ist längst kein Luxus mehr. Bei ŠKODA sind beispielsweise alle FABIAs serienmässig klimatisiert, und der neue SCALA verfügt in der Style Version sogar über die automatische Zweizonen-Klimatisierung Climatronic.

 

In High-End-Modellen wie KODIAQ und SUPERB erhalten Sie sogar eine Dreizonen-Climatronic mit separater Steuerung für die Fondpassagiere. Das ist kein überflüssiger Luxus, wie jeder bezeugen würde, der auf dem Weg zum Meer für seinen Sommerurlaub schon Meinungsverschiedenheiten über die Innentemperatur erlebt hat. Die Dreizonen-Klimatisierung sorgt dafür, dass die Eltern unter der großen Windschutzscheibe nicht schweissgebadet werden, während die Kinder auf der Rückbank vor Kälte niesen.

 

Moderne Klimaautomatik schaltet auch die interne Umluft als Reaktion auf Luftverschmutzung automatisch ein und aus. Nur wenige wissen, dass sich Climatronic die meiste Zeit im Rezirkulationsmodus befindet. ŠKODAs wie OCTAVIA und KAROQ bieten Air Care, eine Funktion, die automatisch verhindert, dass kontaminierte Luft in Ballungsräumen oder staubigen Umgebungen in das Fahrzeug gelangt. Ein zweiter Vorteil ist die Kabinenluftnachfilterung, da die Luft auch im Umluftbetrieb durch einen Kabinenfilter strömt. Der Feuchtigkeitssensor stoppt ein plötzliches Beschlagen des Glases. Das System berücksichtigt auch die Notwendigkeit der Belüftung mit Frischluft, damit sich die Insassen nicht zu lange in einer stickigen Umgebung befinden. Es mischt Aussen- und Innenluft, wenn die Bedingungen es zulassen.

In der modernen Klimaautomatik sind viel mehr Sensoren am Werk. Sie überwachen Aussen- und Innentemperatur und -feuchtigkeit, Systemdruck und die Kompressoreinstellungen. Der Sonnenlichtsensor ist ebenfalls wichtig, da er nicht nur die Intensität, sondern auch die Richtung der Sonnenstrahlen erfassen kann. Es passt die Lufttemperatur für die linke und rechte Fahrzeugseite entsprechend an. Die automatische Klimatisierung ist für die Nutzer viel vorteilhafter, wie es scheinen mag.

Neue Möglichkeiten mit Elektroautos

Ein weiterer Grund für den hohen Standard der Lüftungsanlagenkonzeption und -prüfung von ŠKODA ist, dass ŠKODA ab 2019 nicht mehr auf die montierten Einheiten des Konzerns zurückgreift. Im Rahmen des Projekts INDIE 2.0 entwickelt sie eine modifizierte Plattform, die nicht nur das Fahrwerk und den Antriebsstrang, sondern auch das Lüftungssystem umfasst. Dies stellt neue Anforderungen an die Entwicklungsabteilung. "Aus Sicht des Designers gibt es bei der Entwicklung einen Unterschied zwischen der Anpassung eines Fertigteils und der Entwicklung eines völlig neuen Teils", betont Jan Hrnčíř.

Eine weitere grosse Veränderung ist die Entwicklung von Elektroautos. Bisher war die Lüftung ein marginales Energiemanagementproblem, da sie die Abwärme des Motors zur Heizung nutzt und im Sommer im Wesentlichen über eine Klimaanlage kühlt. Mit dem Aufkommen von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist die Lüftungsanlage zu einem der wichtigsten Elektrogeräte im Fahrzeug geworden. Dadurch wird der Druck auf die Effizienz von Heizen und Kühlen umso größer.

Gekühlt, bevor Sie loslegen

Entwicklung ist von grosser Bedeutung, und durch diesen Paradigmenwechsel werden neue Chancen eröffnet. Da ein Elektroauto den Betrieb des Motors zum Starten der Klimaanlage überflüssig macht, können sich zukünftige Elektrofahrzeugnutzer schon beim Einsteigen auf einen wohltemperierten Innenraum freuen. Die ideale Situation wäre, den Innenraum zu kühlen, während das Fahrzeug an die Ladestation angeschlossen ist.

Bei Elektroautos werden die Designer zudem viel mehr auf die Akustik achten. Bisher sind die Hauptgeräusche in der Kabine vom Motor und der Aerodynamik verursacht worden. In besonders leisen Elektrofahrzeugen treten Details wie das Rauschen des Luftstroms und das Brummen des Ventilators in den Vordergrund. "Computermodelle sind eine grosse Hilfe für uns, weil sie genau herausfinden, wo unerwünschte Verwirbelungen auftreten können. Mit diesem Wissen können wir das Design der Lüftungsöffnungen überarbeiten", sagt Jan Hrnčíř. Genau daran arbeitet die Entwicklungsabteilung derzeit. Die ersten Ergebnisse werden wir 2020 in der ŠKODA VISION iV sehen.

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