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Die Erfindung handelt von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Er- mittlung des Füllzustandes einer eine Flüssigkeit aufnehmenden Einheit beim Befüllen, wobei der die Flüssigkeit aufnehmende Teil der Einheit eine Entlüftungsöffnung und eine Füllöffnung hat, an die zum Befüllen ein Füll- stutzen angeschlossen wird. Die zu befüllende Einheit und das eingefüllte Medium können verschiedenster Art sein. Beispielsweise Schmieröl in ei- nem Getriebe oder in einem Motor, Druckfluid in einer Servolenkung oder in einer Bremsanlage, Wasser in einem Kühler beziehungsweise Kühlsy- stem, Kältemittel in einer Klima- oder Kühlanlage.
Allen diesen Einheiten ist gemein, dass sie um betriebsfähig zu sein mit ei- ner volumetrisch bestimmten Menge, einer Soll-Menge zu befüllen sind, was in der Fertigung vor dem Prüflauf oder vor der Auslieferung, oder vor Inbetriebnahme erfolgen kann. Die Soll-Menge bestimmt sich nach techni- schen Erfordernissen, beispielsweise der Eintauchtiefe von Zahnrädern, der Schmierung von Lagern, der Höhe von Ansaugöffnungen, der Benetzung von Kühlflächen oder - im Fall von Kupplungen - von Reibflächen. Bei sol- chen kann sowohl Unterfüllung als auch Überfüllung der Einheit schädlich sein. Deshalb sind die Soll-Mengen bei der Befüllung möglichst genau ein- zuhalten.
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Es hat sich gezeigt, dass die volumetrische Dosierung nicht zuverlässig ist und Störungen und Fehler auftreten können, die nicht sofort bemerkt werden; und zwar bei der Flüssigkeitszufuhr zum Füllstutzen, in der dazu nötigen Pumpe, bei der volumetrischen Messung oder beim Anschliessen an die Füllöffnung, durch sonstige Leckagen, oder gar durch Undichtigkeiten der Einheit selbst (man denke an Dichtringe in Einheiten mit einer herausgeführten Welle). Eine nachträgliche Kontrolle des Füllstandes ist oft nicht möglich oder für die Serienfertigung zu zeitaufwendig. Letzteres auch, weil bei Einheiten mit zerklüftetem Flüssigkeitsraum der für eine Peilung nötige Niveauausgleich lange dauern kann. Oft ist in einem weiteren Arbeitsgang auch noch die Dichtheit der Einheit zu prüfen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, die die zuverlässige und schnelle Überprüfung des Füllzustandes einer Einheit leisten.
Erfindungsgemäss wird dazu an die Entlüftungsöffnung eine Druckmessvorrichtung angeschlossen, mittels derer der Druckanstieg in dem Restvolumen des die Flüssigkeit aufnehmenden Teiles während des Befüllens gemessen und mit mindestens einem vorgegebenen Wert verglichen wird, wobei der vorgegebene Wert einer bestimmten Füllmenge entspricht (Anspruch 1). Die
Druckmessvorrichtung verhindert das freie Ausströmen des von der ein- strömenden Flüssigkeit verdrängten Gases oder Dampfes, in den meisten
Fällen ist es Luft. Dadurch baut sich ein mit zunehmender Flüssigkeitsmen- ge steigender Druck auf. Der Druck kann auch gleichzeitig zur Dichtheits- prüfung genutzt werden. Die Zuordnung zwischen Flüssigkeitsmenge und
Druckanstieg ist rechnerisch oder durch Eichmessungen leicht herstellbar.
Die günstige Zuordnung und die Genauigkeit von Druckmessungen erlauben die Feststellung sehr kleiner Mengenabweichungen. Durch die Druckmes-
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sung wird nicht ein Flüssigkeitsniveau, sondern die tatsächliche Füllmenge gemessen, wodurch Fehlerquellen und Zeitverlust ausgeschaltet sind.
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Druckanstieg in dem die Flüssigkeit aufnehmenden Teil der Einheit und in einem der Druckmessvorrichtung parallel geschalteten Zusatzvolumen ge- messen (Anspruch 2). Durch das Zusatzvolumen steht einerseits insgesamt ein grösserer Luftraum zur Verfügung, sodass in der Einheit selbst im Grenz- fall kein Luftraum mehr erforderlich ist, die Einheit also ganz gefüllt werden kann. Andererseits entspricht einer bestimmten Füllung ein kleinerer Druck- anstieg. Das ist von Bedeutung, wenn die Einheit beispielsweise eine her- ausgeführte Welle mit Dichtringen hat. Die Dichtringe werden dann weniger beansprucht und können so nicht beschädigt werden.
Vorzugsweise wird das Verfahren folgendermassen geführt : Eine Soll- Füllmenge und ein ihr entsprechender Soll-Druckanstieg ist vorgegeben und der durch Einfüllen einer volumetrisch bestimmten Menge der Flüssigkeit verursachte gemessene Druckanstieg wird mit einem oberen und einem un- teren Grenzwert verglichen, eine Freigabe des nächsten Arbeitsganges er- folgt nur, wenn der gemessene Druckanstieg zwischen den beiden Grenz- werten liegt (Anspruch 3). Damit wird sichergestellt, dass die tatsächlich gefüllte Flüssigkeitsmenge, und damit das optimale Füllniveau in einem vorbestimmten Toleranzbereich liegt. Der nächste Arbeitsgang kann dann ein Prüflauf sein (Anspruch 4).
Das Befüllen erfolgt vorzugsweise in den in Anspruch 5 angegebenen Schritten. Damit ist in kürzester Zeit die gewünschte Füllmenge eingebracht und überprüft.
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Die erfindungsgemässe Vorrichtung zur Ermittlung des Füllzustandes einer eine Flüssigkeit aufnehmenden Einheit beim Befüllen, wobei der die Flüssigkeit aufnehmende Teil der Einheit eine Entlüftungsöffnung und eine Füllöffnung hat, an die zum Befüllen ein Füllstutzen angeschlossen wird, besteht aus : für die Einheit, einen an die Füllöffnung an- schliessbaren Füllstutzen, und einer an die Entlüftungsbohrung anschliessbaren Druckmessvorrichtung (Anspruch 6), welch letztere wieder aus einem Druckmesser mit Messwertumformer besteht, der über einen Druckkanal mit einem an die Belüftungsöffnung anschliessbaren Mundstück verbunden ist (Anspruch 7). Die Druckmessvorrichtung ist so ortsfest an der Vorrichtung angebracht, wodurch sie leicht mit einer zugehörigen Steuerung bzw Prozessleitung verbunden sein kann.
Dadurch kommen die Vorteile des Verfahrens voll zur Geltung.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Vorrichtung steht der Druckkanal mit einem Zusatzvolumen in Verbindung (Anspruch 8). Dieses ermöglicht eine nahezu vollständige Füllung oder senkt den Druck, was der Lebensdauer vorhandener Dichtringe zugute kommt.
In einer praktischen Weiterbildung wird das Zusatzvolumen von einem geschlossenen Zusatzbehälter gebildet, der zwecks Abgleichung seines Zusatzvolumens mit einer Hilfsflüssigkeit befüllbar ist (Anspruch 9) und sind Füllstutzen und Druckmessvorrichtung mittels Kraftorganen an die jeweiligen Öffnungen heranführbar (Anspruch 10). So kann die gesamte Vorrichtung vollständig automatisiert betrieben werden. Der Gewinn an Zeit und apparativem Aufwand liegt auf der Hand, besonders, wenn diese gleichzei- tig ein Prüfstand ist (Anspruch 11), auf dem sofort nach Füllung, Kontrolle und Freigabe der Probelauf bzw das Einlaufen beginnen kann.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand einer teilschematischen Abbildung einer erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben und erläutert.
Eine Einheit 1 ist mit einer Flüssigkeit zu befüllen. Die Einheit 1 ist hier ei- ne aus mehreren Teilen bestehende Getriebeeinheit, der zu befüllende Teil ist ein Zwischengetriebe 2. Dieses besitzt eine nach aussen führende Ein- gangswelle 3 und eine aus dem Zwischengetriebe 2 führende Abtriebswelle 4. Beide Wellen tragen Zahnräder, die einen bestimmten Ölspiegel erforder- lich machen. Ist dieser höher, sind die Plantschverluste zu gross, ist er tiefer, laufen die Zahnräder unzureichend geschmiert. Die Durchtritte der Wellen 3,4 sind mit Dichtringen 5, beispielsweise Lippendichtringen, abgedichtet.
Der Ölspiegel 6 ist angedeutet und zeigt, dass der Innenraum des Zwischen- getriebes 2 nur teilweise zu füllen ist. Das Zwischengetriebe 2 besitzt eine Füllöffnung 7, die auch gleichzeitig die Ablassöffnung sein kann, und über dem Ölspiegel 6eine Entlüftungsöffnung 8.
Die Einheit 1 ist auf einem Arbeitstisch einer Testbank, auf der auch der Probelauf durchgeführt werden kann, in üblicher Weise aufgespannt. Ein Füllstutzen 11, dem über ein Füllventil 12 Schmieröl von einer nicht darge- stellten Pumpe zugeführt wird, ist mittels eines ersten Kraftorganes 13, hier ein Pneumatikzylinder, an die Füllöffnung 7 heranführbar und dicht an- pressbar. Der Pneumatikzylinder ist hier unterhalb des Zwischengetriebes 2 eingezeichnet, ist bei entsprechender Lage der Füllöffnung 7 aber an der Seite angeordnet.
An die Entlüftungsöffnung 8 ist ein Mundstück 15 einer Druckmessvor- richtung mittels eines zweiten Kraftorganes 16, ebenfalls einem Pneuma- tikzylinder, heranführbar und dicht verbindbar. Von dem Mundstück 15 führt ein Druckkanal 17 zu einem Druckmesser 18 mit Messwertumformer
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und gegebenenfalls einer Anzeige und/oder einer Datenleitung 19 zu einem Steuergerät 20. Dieses kann den gesamten Prüfablauf inklusive Probelauf steuern.
Von dem Druckkanal 17 zweigt ein Parallelkanal 21 ab, der zu einem Zusatzbehälter 22 führt. Dieser stellt ein Zusatzvolumen dar, das durch Zuoder Abfuhr einer zweiten Flüssigkeit 23 durch ein Rohr 24 mit einem Ventil 25 genau einstellbar ist.
Das Verfahren zum Füllen des Zwischengetriebes 2 und zur Ermittlung bzw Überprüfung des Füllzustandes läuft wie folgt ab: Die Einheit 1 wird auf den Arbeitstisch 10 aufgespannt und gegebenenfalls mit den nicht dargestellten Antriebs- und Messorganen für den Probelauf verbunden. Sodann wird das erste Kraftorgan 13 beaufschlagt und dadurch der Füllstutzen 11an die Füllöffnung 7 angepresst. In derselben Weise wird das Mundstück 15 durch Beaufschlagen des zweiten Kraftorganes 16 an die Entlüftungsöffnung 8 angepresst. Der Druck im Inneren des Zwischengetriebes 2 ist noch der Umgebungsdruck. Bei entsprechender Einstellung bzw Eichung zeigt der Druckmesser einen Überdruck von null Bar an.
Nun wird das Füllventil 12 geöffnet und eine dosierte Menge Öl durch den Füllstutzen ins Innere des Zwischengetriebes 2 gefördert. Dabei wird die Luft (allgemeiner: das Gas oder der Dampf) unter steigenden Druck gesetzt, der von dem Druckmesser 18 festgestellt wird. Wenn die dosierte Ölmenge verabreicht ist, wird das Füllventil 12 geschlossen und Füllstutzen 11und Mundstück 15 bleiben noch einen Moment an den jeweiligen Öffnungen.
Der in diesem Moment vom Druckmesser 8 festgestellte Druck wird im Steuergerät 20 mit einem oder zwei Grenzwerten verglichen. Liegt der festgestellte tatsächliche Druck über dem einen oder zwischen beiden Grenz-
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werten, wird ordnungsgemässe Füllung bestätigt und die Einheit 1 entweder zur Abnahme vom Arbeitstisch 10 oder zum Probelauf freigegeben.
Die Zuordnung zwischen dem erreichten Ölspiegel 6 bzw der verabreichten Ölmenge und dem Druckanstieg ist eindeutig und genau, sie kann berechnet oder experimentell ermittelt werden. Unter genauer Zuordnung ist zu verstehen, dass einem geringen Mengenunterschied ein für eine genaue Messung ausreichend grosser Druckunterschied entspricht. Da während des Füllens der Druck im Inneren des Zwischengetriebes 2 ansteigt, ist dadurch gleichzeitig eine Überprüfung der Dichtheit des Gehäuses und der Dichtringe 5 möglich.
Daraus ergibt sich aber auch, dass bei relativ grosser Ölmenge bzw relativ kleinem Luftraum über dieser Ölmenge der Druck im Inneren des Zwischengetriebes 2 stärker ansteigen kann, als den Dichtringen 5 zuträglich ist.
Um den Druck im Inneren des Zwischengetriebes 2 weniger stark ansteigen zu lassen, ist der Zusatzbehälter 22 als Zusatzvolumen vorgesehen. Er vergrössert sozusagen künstlich den Luftraum im Zwischengetriebe 2. Sein genau eingestelltes Volumen wird bei der Ermittlung der Zuordnung zwischen Füllmenge und vom Druckmesser 8 angezeigtem Druck berücksichtigt.