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Die
Erfindung betrifft ein Klimaservicegerät für ein Kraftfahrzeug mit einer
druckerzeugenden Einheit, insbesondere einem Kompressor oder einer Vakuumpumpe,
und mit einem Ölvorratsbehälter sowie
Verfahren zum gesteuerten Befüllen
eines Ölvorratsbehälters eines
Klimaservicegeräts
und zur gesteuerten Ölabgabe
von einem Ölvorratsbehälter eines
Klimaservicegeräts
zu einem Kältekreislauf
eines Kraftfahrzeugs.
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Kältemittel,
die in üblichen
Kältemittelkreisläufen eines
Kraftfahrzeugs zirkulieren, beinhalten stets eine bestimmte Ölmenge.
Solche Kältemittelöle sind
stark hygroskopisch, bei einer Lagerung von solchen Kältemittelölen mit
Luftkontakt werden diese unbrauchbar. Wenn solche mit Stoffen aus
der Luft, insbesondere mit Feuchtigkeit kontaminierten Kältemittelöle trotzdem
in den Kältemittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugs gelangen, besteht die Gefahr, dass das Expansionsventil
zufriert, was zu einem Ausfall des Kältemittelkreislaufs oder zu
einer Verkürzung der
Lebensdauer des Trockners in dem Kältemittelkreislauf führen kann.
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Eine
weitere Problematik ergibt sich dadurch, dass viele Fahrzeughersteller
und Hersteller von Kompressoren für Kältemittelkreisläufe mittlerweile
unterschiedliche Kältemittelöle vorschreiben, so
dass Klimaservicegeräte
in der Lage sein müssen, unterschiedliche
Kältemittelöle bereitzustellen.
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Um
einen Kontakt von Kältemittelölen mit
der Luft zu vermeiden, wird im Stand der Technik ein Zylinder mit
Kolben vorgeschlagen, der zur Entnahme bewegt wird. Bei dieser technischen
Lehre ist es nur mit großem
Aufwand möglich,
einen Betrieb mit unterschiedlichen Kältemittelölen bereitzustellen.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Klimaservicegerät sowie
Verfahren zum Betreiben desselben bereitzustellen, mit denen eine einfache
Handhabung und eine kontaminationsfreie Lagerung von Kältemittelölen über lange
Zeiträume ermöglicht wird.
Ferner soll eine Anpassung des Klimaservicegeräts an unterschiedliche Öltypen auf
einfache Weise erfolgen können.
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Diese
Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Ein
erfindungsgemäßes Klimaservicegerät für ein Kraftfahrzeug
umfasst eine druckerzeugende Einheit, insbesondere einen Kompressor
oder eine Vakuumpumpe, und einen Ölvorratsbehälter mit einem Ölraum und
mit einer darüber
angeordneten Gasglocke, wobei der Ölraum und die Gasglocke durch
eine dehnbare, fest mit dem Ölvorratsbehälter verbundene
Membrane voneinander getrennt sind. An dem Ölraum setzt eine Ölleitung
an, und an der Gasglocke setzt eine Gasleitung an. Durch das Verbinden
der Gasleitung mit der druckerzeugenden Einheit, insbesondere mit
deren Saugseite oder mit deren Druckseite, oder durch das Verbinden
der Gasleitung mit der Saugseite der Vakuumpumpe, kann bei Betrieb
der druckerzeugenden Einheit der Druck in der Gasglocke und somit über die
Membrane die Ölmenge
in dem Vorratsbehälter
gesteuert werden. Bei einem erhöhten
Druck in der Gasglocke dehnt sich die Membrane in Richtung des Ölraums aus,
und Öl
wird aus dem Ölraum
abgegeben. Bei einem Unterdruck oder gar einem Vakuum in der Gasglocke wird
die Membrane in Richtung der Gasglocke gesaugt, und zusätzliches Öl fließt in den Ölraum.
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Gemäß einem
Grundgedanken der Erfindung kann bei dem erfindungsgemäßen Klimaservicegerät mit druckerzeugender
Einheit und Ölvorratsbehälter über den
Gasdruck die Ölmenge,
die dem Ölvorratsbehälter entnommen
oder zugeführt wird,
präzise
gesteuert werden.
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Erfindungsgemäß ergeben
sich die Vorteile, dass das Öl
nicht mit der Umgebung in Berührung kommt,
eine Kontaminierung des Öls
mit Stoffen aus der Luft, insbesondere mit der Luftfeuchtigkeit
zuverlässig
vermieden wird und das Öl
dadurch sehr lange ohne Qualitätsverlust
gelagert werden kann. Da die dehnbare Membrane fest mit dem Ölvorratsbehälter verbunden
ist, ist die Gasglocke zuverlässig
gegenüber
dem Ölraum
abgedichtet, und Probleme mit Abdichtungen, die z. B. bei einem
Kolbensystem gemäß dem Stand
der Technik auftreten, können
zuverlässig vermieden
werden. Des Weiteren arbeitet der erfindungsgemäße Ölvorratsbehälter mit der Membrane nahezu
verschleißfrei.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der
Erfindung ist der Ölvorratsbehälter austauschbar. Dadurch
wird gewährleistet,
dass unterschiedliche Öltypen
durch das erfindungsgemäße Klimaservicegerät verarbeitet
werden können,
was inzwischen erforderlich geworden ist, da viele Fahrzeughersteller und
Kompressorhersteller ganz bestimmte Öle vorschreiben. Diese Austauschbarkeit
kann erreicht werden, indem der erfindungsgemäße Ölvorratsbehälter an definierten Stellen,
beispielsweise direkt an den ansetzenden Leitungen oder nach einem
Ventilblock modular ausgebaut und durch einen konstruktiv gleich
aufgebauten Ölvorratsbehälter ersetzt
werden kann. Durch die erfindungsgemäße einfache Austauschbarkeit
der Ölvorratsbehälter können beliebig
viele verschiedene Öle
in dem Klimaservicegerät
verarbeitet werden.
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Die
erfindungsgemäße Membrane
weist einen flexiblen Werkstoff, insbesondere ein Elastomer, auf.
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann für
einen Ölbefüllmodus
die Gasleitung mit der Saugseite der druckerzeugenden Einheit und die Ölleitung
mit einer Ölversorgung,
insbesondere einem Vorratsgefäß, beispielsweise
einer herkömmlichen Öldose, verbunden
werden. Das Befüllen
erfolgt vorzugsweise ausgehend vom Boden der Öldose. Dadurch kann der Ölvorratsbehälter auf
einfache Weise und mit minimiertem Luftkontakt mit neuem Öl befüllt werden.
Für einen Ölabgabemodus
wird die Gasleitung mit der Druckseite der druckerzeugenden Einheit
verbunden. Zusätzlich
wird die Ölleitung
direkt mit dem Kältemittelkreislauf
des Kraftfahrzeugs verbunden. Somit kann von einem Kältemittelkreislauf
benötigtes Öl diesem
auf einfache Weise zugeführt
werden.
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In
der vorliegenden Patentanmeldung wird der Begriff ”Öl” als Oberbegriff
für sämtliche Öle und Schmiermittel
verwendet, die in Zusammenhang mit Kältemitteln zum Einsatz kommen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist zum Steuern der dem Ölvorratsbehälter zuzuführenden und/oder der von diesem
an einen Kältemittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugs abzugebenden Ölmenge ein Sensor zum Erfassen
der Ölmenge an
oder in dem Ölvorratsbehälter angeordnet.
Dabei kann es sich um einen Kraftsensor oder einen Ölstandsensor
handeln. Dadurch kann die entnommene/zugeführte Ölmenge einfach und zuverlässig bestimmt
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist in der Ölleitung
und in der Gasleitung jeweils ein Ventil zur Steuerung des jeweiligen
Zu- und Abflusses angeordnet. Diese Ventile stellen trennbare Verbindungen
zur Ölbefüllung oder Ölabgabe
sowie zu einer druckerzeugenden Einheit zur Verfügung.
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Durch
das Vorsehen von zwei oder mehr Ölvorratsbehältern können in
einem erfindungsgemäßen Klimaservicegerät verschiedene Öltypen gespeichert
und bei Bedarf in die zugehörigen
Kältemittelkreisläufe von
Kraftfahrzeugen in der gewünschten Menge
eingefüllt
werden. Dabei kann ein Verteilerrohrsystem vorgesehen werden, um
die Ölleitungen der
verschiedenen Ölvorratsbehälter auf
eine gemeinsame Befüllleitung
zusammenzuführen,
oder es können
separate Befüllleitungen
für jeden Ölvorratsbehälter vorgesehen
werden.
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Für die Steuerung
der druckerzeugenden Einheit, der Gasleitung und der Ölleitung
und der Ventile ist erfindungsgemäß eine Steuerungseinheit vorgesehen.
Diese erfasst die Sensordaten und Benutzereingaben und betreibt
das erfindungsgemäße Klimaservicegerät in dem
jeweils geeigneten Modus.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum gesteuerten Befüllen eines Ölvorratsbehälters eines Klimaservicegeräts, bei
dem zunächst
die Ölleitung eines Ölvorratsbehälters eines
Klimaservicegeräts der
oben beschriebenen Art mit einer Ölversorgung, insbesondere einem
Vorratsgefäß, beispielsweise
einer üblichen Öldose, verbunden
wird, bei dem die in den Ölvorratsbehälter einzufüllende Ölmenge bestimmt
wird und bei dem die Gasglocke mit einem derartigen Unterdruck beaufschlagt
wird, dass die einzufüllende Ölmenge von
der Ölversorgung über die Ölleitung
in den Ölraum
des Ölvorratsbehälters gesaugt
wird. Die Bestimmung der in den Ölvorratsbehälter einzufüllenden Ölmenge kann
auch dergestalt erfolgen, dass sämtliche
in einer Öldose
vorhandene Ölmenge
eingefüllt
werden soll.
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Bei
diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird
eine einfache und zuverlässige
Befüllung
eines Ölvorratsbehälters eines
Klimaservicegeräts
bewirkt, wobei ein schädlicher
Luftkontakt vermieden wird.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur gesteuerten Ölabgabe
von einem Ölvorratsbehälter eines
Klimaservicegeräts
zu einem Kältemittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugs, bei dem zunächst die Ölleitung eines Ölvorratsbehälters eines
Klimaservicegeräts
der oben beschriebenen Art mit dem Kältemittelkreislauf eines Kraftfahrzeugs
verbunden wird, bei dem dann die in den Kältemittelkreislauf des Kraftfahrzeugs
einzufüllende
Füllmenge
sensor- oder benutzergesteuert bestimmt wird und bei dem schließlich die
Gasglocke mit einem derartigen Druck beaufschlagt wird, dass die
einzufüllende Ölmenge von dem Ölraum über die Ölleitung
in den Kältemittelkreislauf
des Kraftfahrzeugs abgegeben wird.
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Erfindungsgemäß kann somit
auf einfache und gleichzeitig präzise
Weise die erforderliche Ölmenge
von dem Klimaservicegerät
an den Kältemittelkreislauf
des Kraftfahrzeugs abgegeben werden. Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung
des Verfahrens kann über
einen Sensor zum Erfassen der Ölmenge,
insbesondere einen Kraftsensor oder einen Füllstandsensor, an dem Ölvorratsbehälter die aus
dem Ölraum
abgegebene und dem Kältemittelkreislauf
des Kraftfahrzeugs zuzuführende Ölmenge erfasst
werden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das oben beschriebene Verfahren zum gesteuerten
Befüllen
des Ölvorratsbehälters eines
Klimaservicegeräts
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur gesteuerten Ölabgabe
von dem Ölvorratsbehälter zu
dem Kältemittelkreislauf
des Kraftfahrzeugs vorgeschaltet werden.
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Die
oben mit Bezug auf das erfindungsgemäße Klimaservicegerät angegebenen
Vorteile treffen auch für
die erfindungsgemäßen Verfahren
zu, und diese werden nicht noch einmal wiederholt.
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Bei
einem weiteren Erfindungsgegenstand, der unabhängig von dem o. g. Erfindungsgegenstand ist,
ist die Gasglocke hermetisch geschlossen, und die Gasleitung entfällt somit.
Das Gas wird in diesem Fall bei der Fertigung des Ölvorratsbehälters in
die Gasglocke eingefüllt.
In diesem Fall werden die Entnahme und das Auffüllen nur durch den Öldruck gesteuert.
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Erfindungsgemäß werden
keine externen Flüssigkeiten
verwendet, um eine Kontamination des Kältemittelöls aufgrund der hygroskopischen
Eigenschaften der Kältemittelöle zu vermeiden.
Erfindungsgemäß sind nur
geringe Veränderungen
in den hergestellten Teilen erforderlich, und sehr sauberes Öl gelangt
in den Kältemittelkreislauf
des Kraftfahrzeugs, weil nahezu keine Kontamination auftritt. Selbst
bei kleinen Leckagen oder Undichtigkeiten in der Membrane tritt
keine Kontamination des Kältemittelöls auf,
weil das verwendete Gas/Kältemittel
keinen oder nur einen geringen kontaminierenden Einfluss auf das
Kältemittelöl hat. Erfindungsgemäß wird ein
neues elektromechanisches System eingesetzt. Durch die Verwendung
des Gases/Kältemittels
kann sichergestellt werden, dass das Volumen des Ölvorratsbehälters stets
gefüllt
ist, und die Menge an Luft, die in den Ölvorratsbehälter gelangt, kann dadurch minimiert
werden. Die Steuerung erfolgt dabei durch die Software der Steuerungseinheit.
Erfindungsgemäß wird daher
das Volumen/das Gewicht des Ölvorratsbehälters verfolgt,
und eine dynamische Steuerung des Gases/Kältemittels innerhalb des Ölvorratsbehälters kann
erfolgen.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die beiliegende Figur näher
erläutert.
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1 zeigt
eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Ölvorratsbehälters, wie er in einem Klimaservicegerät zum Einsatz
kommt.
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Der Ölvorratsbehälter 2 umfasst
ein zylindrisches Gehäuse
mit abgerundeten Ecken. An der Unterseite setzt eine Ölleitung 16 an,
und an der Oberseite setzt eine Gasleitung 6 an, die beide
zu einem Ventilblock 18 führen. Alternativ dazu kann
der Ölvorratsbehälter in
einer beliebigen Lage, beispielsweise auch liegend, angeordnet sein.
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In
etwa mittig in dem Ölvorratsbehälter 2 ist eine
Membrane 8 angeordnet, die sich über den gesamten Querschnitt
des Ölvorratsbehälters 2 erstreckt
und in einem an dessen Innenseite knapp oberhalb der Mitte verlaufenden
ringförmigen
Membransitz 10 abdichtend befestigt ist. Im Querschnitt weist
die Membrane 8 eine geschwungene W-Form auf und hat unterhalb
des nach oben kragenden Mittelabschnitts einen Abstützkörper 12.
Die Membrane 8 weist ein Elastomer auf und ist dehnbar
ausgebildet, so dass sich die Membrane 8 je nach Drucklage in
der Gasglocke 4 innerhalb des Ölvorratsbehälters 2 nach oben
und nach unten bewegen kann. Oberhalb der Membrane 8 ist
die mit einem Gas, insbesondere einem Kältemittel gefüllte Gasglocke 4 angeordnet.
Unterhalb der Membrane 8 ist der mit einem Öl gefüllte Ölraum 14 zu
sehen.
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An
der Stelle, an der die Ölleitung 16 an
dem Ölraum 14 ansetzt,
die vorzugsweise der tiefsten Stelle des Ölraums 14 entspricht,
braucht kein separates Ventil vorgesehen zu sein. An der Stelle,
an der die Gasleitung 6 an der Gasglocke 4 ansetzt,
vorzugsweise an dem obersten Punkt der Gasglocke 4, braucht
ebenfalls kein zusätzliches
Ventil vorgesehen zu sein.
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In
dem Ventilblock 18 sind jeweils ein Ventil für die Gasleitung 6 und
für die Ölleitung 16 vorgesehen,
mittels derer die Verbindung zu den nachfolgenden Anschlussleitungen
getrennt und geöffnet
werden können.
Insbesondere kann die an die Ölleitung 16 ansetzende,
in 1 nicht gezeigte Folgeleitung zwischen einer Befüllleitung
für dem Ölraum 14 zuzuführendem
neuen Öl
und einer Abgabeleitung für
Kältemittelkreisläufe von
Kraftfahrzeugen hin und her geschaltet werden.
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Die
Gasleitung 6 kann an einen Kompressor des Klimaservicegeräts (nicht
gezeigt) angeschlossen werden. Dabei ist der Begriff Kompressor
stellvertretend für
alle denkbaren und technisch realisierbaren druckerzeugenden Einheiten
zu verstehen.
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Insbesondere
kann die an die Gasleitung 6 ansetzende Folgeleitung zwischen
einer Saugseite und einer Druckseite dieses Kompressors hin und her
geschaltet werden, um in der Gasglocke 4 je nach Bedarf
einen Unterdruck (Vakuum) oder einen Überdruck zu erzeugen.
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Des
weiteren ist eine in 1 nicht gezeigte Steuerungseinheit
vorgesehen.
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Die
erfindungsgemäßen Verfahren
zum Betrieb des Klimaservicegeräts
mit dem in 1 gezeigten Ölvorratsbehälter 2 sind nachfolgend
beschrieben.
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Ausgehend
von einem leeren oder halb leeren Zustand des Ölvorratsbehälters 2, bei dem in
der Gasglocke 4 ein Überdruck
herrscht, bei dem sich die Membrane 8 weiter innerhalb
des Ölvorratsbehälters 2 nach
unten erstreckt, als dies in 1 gezeigt
ist, und bei dem sich weniger Öl
im Ölraum 14 befindet, als
in 1 gezeigt, wird die Ölleitung 16 oder die daran
ansetzende Befüllleitung
mit einer mit Öl
befüllten Öldose verbunden,
die Gasleitung 6 wird mit der Saugseite des Kompressors
verbunden, und der Kompressor wird bei relativ geringer Leistungsstufe betrieben.
Dann werden die Ventile des Ventilblocks 18 geöffnet. Dadurch
entsteht ein leichter Unterdruck in der Gasglocke 4, wodurch
die Membrane 8 in die in 1 gezeigte
Stellung bewegt wird und somit das zusätzliche neue Öl aus der Öldose über die Ölleitung 16 und
die daran ansetzende Befüllleitung
in den Ölraum 14 gesaugt
wird.
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Nun
wird ein Kältemittelkreislauf
eines Kraftfahrzeugs mit einer bestimmten Menge an Öl befüllt. Hierfür wird mit
Hilfe eines Sensors oder mit einem Füllstandsgeber die durch Benutzereingabe
oder durch eine Datenbank je nach Fahrzeugtyp vorgegebene Ölmenge erfasst
und dem Kältemittelkreislauf zugeführt. Die Ölleitung 16 oder
die daran ansetzende Abgabeleitung wird mit dem Kältemittelkreislauf verbunden,
die Gasleitung 6 wird mit der Druckseite des Kompressors
verbunden, und die Ventile des Ventilblocks 18 werden geöffnet. Durch
den so erzeugten Überdruck
in der Gasglocke 4 wird die Membrane 8 aus der
in 1 gezeigten Stellung um eine definierte Strecke
nach unten bewegt. Dadurch wird ein entsprechendes Volumen von vorher
in dem Ölraum 14 befindlichen Öl aus diesem
herausgepresst, und diese Ölmenge
gelangt über
die Ölleitung 16 und die
daran ansetzende Abgabeleitung in den Kältemittelkreislauf.
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Erfindungsgemäß kommt
das Öl
weder bei dem Befüll-
noch bei dem Abgabevorgang mit der Umgebung in Berührung, und
sehr sauberes Öl
wird dem Kältemittelkreislauf
zur Verfügung
gestellt. Des weiteren kann das Öl
in dem Ölvorratsbehälter 2 sehr lange
gelagert werden. Der erfindungsgemäße Ölvorratsbehälter 2 kann einfach
ausgetauscht werden, und es können
zusätzliche Ölvorratsbehälter 2 für andere Öltypen bereitgestellt
werden. Dadurch können beliebig
viele verschiedene Öle
in dem erfindungsgemäßen Klimaservicegerät verarbeitet
werden. Die Ölmenge,
die entnommen/zugeführt
wird, kann über das
Gewicht des Ölvorratsbehälters 2 oder
durch die Beobachtung des Füllstands
innerhalb des Ölraums 14 bestimmt
werden. Die erfindungsgemäße Membrane 8 ist
dehnbar und ringförmig
fest mit dem Ölvorratsbehälter 2 verbunden,
dadurch können
Probleme mit Abdichtungen zuverlässig
vermieden werden, und ein verschleißfreier Betrieb der Membrane 8 ist gewährleistet.