01. Oktober 2010

Wärme im Fahrzeug

Wenn man sich vor Beginn der kalten Jahreszeit vorstellt, am Morgen, vor der Fahrt zur Arbeit, rund um das Auto die Scheiben zu enteisen und dann im eisigen Fahrzeug zu sitzen, scheint einem die Idee einer Standheizung genial. Bloss müsste die Idee im Herbst umgesetzt werden, damit die Heizung im Winter dann auf Knopfdruck beim Frühstück eingeschaltet werden kann.

Wärme im Fahrzeug

Die Wärmebildkamera zeigt deutlich: das Auto, der Herr mit dem Mantel über dem Arm und die Fenster sind warme Zonen. Im Motorraum weist der knallrote Fleck auf die Standheizung und deren Brenner hin.

VON ANDREAS LERCH

Webasto schreibt für PW, dass nach 20 Minuten Vorheizzeit und einem Verbrauch von ca. 1.7 dl Diesel oder 2.2 dl Benzin (je nach Innenraumgrösse und Aussentemperatur) der Innenraum und auch der Motor vorgewärmt seien. Dass die Scheiben damit nicht mehr enteist werden müssen, ist klar. Dass die treibstoffverzehrende und schadstoffintensive Kaltstart- und Warmlaufphase des Motors damit auch entschärft werden kann, wird vielfach kaum erwähnt. Nach Untersuchungen des Herstellers könne der Verbrauch der Standheizung mit dieser Einsparung fast wettgemacht werden.

Aufbau

Eine Standheizungsanlage wird mit Benzin, Diesel oder Gas betrieben und heizt die Kühlflüssigkeit des Fahrzeuges auf oder erwärmt direkt Frisch- bzw. Umluft welche in den Innenraum geblasen werden kann. Überdies existieren Ausführungen mit zusätzlicher Warmwasseraufbereitung für Nutzfahrzeuge oder Wohnmobile.
Dazu benötigen die Standheizungen Treibstoff-, Luftführungs- und Abgasleitungen. Die Treibstoffpumpe und das Luftgebläse werden über Elektromotoren angetrieben. Die Zündung des Gemisches erfolgt nach einem kurzen Vorlauf durch Glühstifte oder durch elektrische Funken. Nach der Zündung erfolgt in der Brennkammer eine «stehende» Verbrennung, welche erst beim Abschalten der Anlage wieder unterbrochen wird. Um die Brennkammer ist ein Wärmetauscher gelegt, durch welchen die Kühlflüssigkeit des Fahrzeuges oder eben die zu erwärmende Luft strömt.

Funktion

Erwärmt die Standheizung das Kühlmittel des Fahrzeuges, so sind zwei Schaltungsarten bekannt: bei der eher konventionellen Schaltung wird die Einrichtung parallel zur Kühlflüssigkeitsleitung zwischen Motor und Heizungswärmetauscher oder parallel zu diesem eingebaut. Bei der neueren Schaltung ist die Wärmepumpe seriell gerade in diese Heizungsleitung eingebaut. So wird das Gerät bei jedem Einschalten der Fahrzeugheizung vom Kühlmittel durchströmt und das Wasser wird so ständig ausgetauscht.
Wird die Standheizung eingeschaltet ohne dass der Verbrennungsmotor läuft, kann entweder nur ein Kreislauf mit dem Heizungswärmetauscher im Fahrzeuginnenraum oder aber auch ein zweiter mit dem Motorkühlsystem geschlossen werden. Zuerst wird sicher der Innenraum erwärmt und mit der Restwärme der Motor vorgewärmt und in Richtung Betriebstemperatur gebracht. Es ist bekannt, dass dadurch die Kaltstartanfettung des Startgemisches vermindert, die Anspringtemperatur des Katalysators beschleunigt und die Emission der unverbrannten Kohlenwasserstoffe vermindert wird.

Bauteile

Das Brennluftgebläse kann stufenlos oder in Stufen geschaltet werden. Die Drehzahlen bewegen sich zwischen 1750 und 6100/min (je nach Modell). Der Elektromotor nimmt ca. 30 W auf und treibt ein Zentrifugalgebläse (ein- oder zweistufige Seitenkanal- oder Radialgebläse) an. Am Brennluftgebläse befindet sich auch die Einstellschraube für die CO2-Einstellung. Gemäss Bild ist bei der effizientesten Verbrennung im Bereich des stöchiometrischen Gemisches mit Lambda = 1 auch der CO2-Gehalt am höchsten.
Die elektrisch angetriebenen Treibstoffdosierpumpen sind handelsüblich und werden von verschiedenen Herstellern zugeliefert.
Zur Zündung des Treibstoff-Luft-Gemisches werden entweder Glühstiftkerzen oder Zündelektroden eingesetzt. Die Zündungen erfolgen bei den verschiedenen Treibstoffarten auf die gleiche Art und Weise. Die Glühstiftkerzen weisen bei 12-V-Anlagen einen Widerstand in der Grössenordnung von 0.35 Ω, bei 24-V-Anlagen von ca. 1.3 Ω auf. Die Zündelektroden werden vom Zündfunkengeber mit ca. 8 kV belastet.
Zur Überwachung ist der Flammwächter ein wichtiges Bauteil. Dieser kann als Fototransistor, als LDR-Widerstand oder auch einfach als PTC-Widerstand ausgeführt sein. Der LDR-Widerstand ist so dimensioniert, dass er im dunklen Raum einen Widerstand >100 kΩ und bei heller Umgebung einen solchen von <300 Ω aufweist. Der Temperaturbegrenzer sichert die Heizung, welche sich bei zu hoher Brennraumtemperatur selber zerstören würde. Schaltet dieser aus, muss der Sicherheitsschalter manuell wieder eingeschaltet werden. Der Temperaturfühler für die Kühlmitteltemperatur informiert die Steuerung der Standheizung zur Umschaltung von Voll- auf Teillastbetrieb. Auf Grund dieses Sensors wird auch von der Innenraumheizung auf die zusätzliche Motorerwärmung umgeschaltet.

Schaltung

Wird die Standheizung wie im Bild parallel zum Heizungswärmetauscher eingebaut, ergeben sich verschiedene Schaltungsmöglichkeiten. Arbeitet die Kühlmittelpumpe des Motors nicht, die Umwälzpumpe der Standheizung aber schon, so kann die erwärmte Flüssigkeit nach der Standheizung (5) nicht zum Motor (1) strömen, sondern muss wegen dem Rückschlagventil (8) den Weg zum Heizungswärmetauscher (12) nehmen. Beim Rückfluss kann die Kühlflüssigkeit direkt zur Standheizung zurückströmen, oder die warme Flüssigkeit wird (je nach Stellung des Regulierhahns (13) noch durch das Rückschlagventil (8) zum Motor geleitet und erwärmt auch diesen, um dann vor dem oben liegenden Rückschlagventil wieder zur Saugseite der Umwälzpumpe (6) und zum Brenner zu gelangen.
Die Eigenschaften der Standheizungen sind gewiss verlockend, die Einrichtung ist ausgereift und funktioniert eigentlich problemlos. Mit den steigenden Wirkungsgraden der Verbrennungsmotoren wird sich mit der Zeit eine Form von Zuheizern etablieren müssen. Im Moment ist natürlich alles, was CO2 ausstösst, in den politischen Lagern nicht sehr gern gesehen. Deshalb finden sich heute verschiedene PTC-Zuheizer in oder vor den Heizungswärmetauschern. Dass auch diese Energie ursprünglich im Verbrennungsmotor erzeugt werden musste, übersieht man geflissentlich. Aus diesen Überlegungen wären Standheizungen sicher komfortabel und ökologisch. Der Komfort geht heute so weit, dass die Standheizungen sogar über das Handy eingeschaltet werden können…

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