DE102009038740B4

DE102009038740B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Wartung von Fahrzeug-Klimaanlagen

Info

Publication number: DE102009038740B4
Application number: DE102009038740A
Authority: DE
Inventors: Nicolas Bittante
Original assignee: ATT AUTOMOTIVE TESTING TECHNOLOGIES GmbH
Current assignee: Hella Gutmann Solutions GmbH
Priority date: 2009-08-27
Filing date: 2009-08-27
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: DE102009038740A1

Abstract

Verfahren zur Wartung von Fahrzeug-Klimaanlagen mittels eines externen, an die Fahrzeug-Klimaanlage anschließbaren Servicegerätes unter Rückgewinnung und Aufbereitung des Kältemittels, indem das Kältemittel aus der Fahrzeug-Klimaanlage abgesaugt und von Öl-Anteilen befreit wird, wobei es unter anderem einen Ölsammler (6) mit Heizschlange (7), einen Verdichter (10) und einen nachgeschalteten Ölabscheider (11) durchströmt und danach einem Tank (13) für aufbereitetes Kältemittel zugeführt wird und wobei schließlich Kältemittel, Öl und gegebenenfalls weitere Additive in vorgeschriebener Menge in die Fahrzeug-Klimaanlage zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Rückführung des aufbereiteten Kältemittels in die Fahrzeug-Klimaanlage durch Ventilumschaltung die Heizschlange (7) des Ölsammlers (6) von der Druckseite an die Saugseite des Kompressors (10) angeschlossen wird, wobei das aus der Heizschlange (7) abgesaugte Kältemittel ebenfalls durch den Ölabscheider (11) strömt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wartung von Fahrzeug-Klimaanlagen mittels eines externen, an die Fahrzeug-Klimaanlage anschließbaren Service-Gerätes unter Rückgewinnung und Aufbereitung des Kältemittels, indem das Kältemittel aus der Fahrzeug-Klimaanlage abgesaugt und von Wasser- und Öl-Anteilen befreit wird, wobei es unter anderem einen Ölsammler mit Heizschlange, einen Verdichter und einen dem Verdichter nachgeschalteten Ölabscheider durchströmt und danach einem Tank für aufbereitetes Kältemittel zugeführt wird und wobei schließlich aufbereitetes Kältemittel, Öl und gegebenenfalls weitere Additive in gewünschter Menge in die Fahrzeug-Klimaanlage zurückgeführt werden.
Bei Fahrzeug-Klimaanlagen ist der Kompressor – anders als bei stationären Klimaanlagen – nicht gekapselt, da er mechanisch von außen angetrieben wird. Daher sind Fahrzeug-Klimaanlagen keine hermetisch geschlossenen Systeme, vielmehr entweicht über die Wellendichtungen des Kompressors und die Verbindungsschläuche mit der Zeit Kältemittel. Größenordnungsmäßig kann man mit einem Kältemittelverlust von 10% bis 15% pro Jahr rechnen. Dieser an sich nicht hohe Verlust stellt jedoch eine große Umweltbelastung dar, da hinsichtlich der Aufheizung der Atmosphäre ein Kilogramm Kältemittel etwa 1,3 Tonnen CO₂ entsprechen.
Außerdem reichert sich das Kältemittel allmählich mit Wasser an, wodurch die Wirksamkeit der Klimaanlage beeinträchtigt wird.
Aus diesen Gründen ist eine regelmäßige Wartung von Fahrzeug-Klimaanlagen notwendig. Dabei wird das Kältemittel abgesaugt, von Fremdstoffen befreit und mit dem für die Kompressor-Schmierung notwendigen Öl und gegebenenfalls weiteren Additiven wieder in die Fahrzeug-Klimaanlage zurückgeführt, wobei wesentlich ist, dass kein Kältemittel in die Atmosphäre entweicht. Wesentlich ist außerdem, dass das alte Kältemittel vollständig aus der Klimaanlage entfernt und die richtige Menge nachgefüllt wird.
Ein Servicegerät mit den eingangs genannten Merkmalen ist durch die US 2006/0130511 bekannt geworden. Dabei durchströmt das aus der Fahrzeug-Klimaanlage abgesaugte Kältemittel zunächst einen Ölsammler. Dieser Ölsammler ist üblicherweise als Wärmetauscher ausgebildet, worin das Kältemittel erwärmt wird, so dass sich sein Ölanteil unten absetzt und dort abgezogen werden kann. Anschließend wird dem Kältemittel in einem Trockner sein Wasseranteil entzogen, bevor es von einem Kompressor angesaugt wird, der das verdichtete Kältemittel über einen das Kompressor-Öl entfernenden Ölabscheider in die Heizschlange des zuvor genannten Ölsammlers befördert. Von dort gelangt das Kältemittel in aufbereiteter Form in einen Aufbewahrungstank.
Nach völliger Entleerung der Fahrzeug-Klimaanlage wird das Kältemittel aus dem genannten Tank in der gewünschten Menge in die Klimaanlage zurückgeführt. Gleichzeitig wird auch die zur Kompressor-Schmierung notwendige Ölmenge zugegeben.
Ein ähnliches Gerät zur Wartung von Fahrzeug-Klimaanlagen ist auch durch die US 2009/0158756 bekannt geworden.
Problematisch bei den beschriebenen Servicegeräten ist die Tatsache, dass nach der Entleerung der Fahrzeugklimaanlage immer noch Rest-Kältemittel in dem Servicegerät enthalten ist, und zwar in der Folgeleitung hinter dem Kompressor, insbesondere in der Heizschlange des Ölsammlers und im Kondensator. Die Menge dieses Rest-Kältemittels ist unbestimmt, so dass die der Fahrzeug-Klimaanlage entnommene Kältemittelmenge nur ungenau erfasst werden kann. Dementsprechend ist die Füllmenge des internen Tanks des Service-Gerätes fehlerbehaftet.
Zwar ist durch die US 5,269,148 bereits bekannt, nach dem Absaugen des Kältemittels aus der Fahrzeug-Klimaanlage eine Ventil-Umschaltung vorzunehmen und die im Wartungsgerät vorhandenen Kältemittel-Reste abzusaugen. Auch dabei bleiben jedoch Verunreinigungen übrig.
Hiervon ausgehend liegt die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, das eingangs beschriebene Verfahren und das hierzu eingesetzte Service-Gerät dahingehend zu verbessern, dass die Rest-Kältemittelmenge, die nach der Entleerung der Fahrzeug-Klimaanlage im Klimaservicegerät verbleibt, genauer erfasst bzw. eliminiert werden kann.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, dass vor der Rückführung des aufbereiteten Kältemittels in die Fahrzeug-Klimaanlage durch Ventilumschaltung die Heizschlange des Ölsammlers von der Druckseite an die Saugseite des Verdichters angeschlossen wird und dass das an der Heizschlange abgesaugte Kältemittel ebenfalls durch den Ölabscheider strömt.
Dadurch ist der Verdichter in der Lage, das in der Heizschlange des Ölsammlers befindliche Restkältemittel herauszusaugen und über die Kompressordruckleitung in den nachgeschalteten Ölabscheider zur Abscheidung des Kompressor-Öls und schließlich in den Tank für das aufbereitete Kältemittel zu befördern.
Neben der dargestellten Beseitigung des Rest-Kältemittels bietet die Erfindung den wichtigen Vorteil, dass dieses Rest-Kältemittel zwingend durch den Ölabscheider des Verdichters strömt und dadurch von mitgerissenen Ölanteilen befreit wird. Der Tank für das Kältemittel wird also trotz Zuführung des Rest-Kältemittels in keiner Weise verunreinigt.
Nachdem die entnommene Kältemittelmenge wie auch die aus dem Kältemittel im Ölsammler abgeschiedene Ölmenge gemessen worden ist, erfolgt in an sich bekannter Weise die Wiederbefüllung der Klimaanlage.
Damit der komplette Service-Prozess automatisch abläuft und keiner manuellen Einwirkung seitens einer Bedienungsperson bedarf, empfiehlt es sich, die Ventilumschaltung für den Anschluss der Heizschlange des Ölsammlers an die Saugseite des Kompressors automatisch vorzunehmen, und zwar am Ende des Absaugens des Kältemittels aus der Fahrzeugklimaanlage. Zweckmäßig wird die automatische Ventilumschaltung ausgelöst, wenn beim Absaugen ein vorgegebener Druck in der an die Fahrzeugklimaanlage angeschlossenen Absaugleitung unterschritten wird oder wenn nach der Druckanstiegs-Prüfung ein vorgegebener Druck nicht überschritten wird.
Funktionsstörungen der Fahrzeug-Klimaanlage können auch durch Undichtigkeiten ausgelöst werden. In diesem Fall kann der für die Ventilumschaltung vorgegebene Druck gar nicht oder erst nach sehr langer Zeit erreicht werden. in diesem Fall empfiehlt es sich, die Ventil-Umschaltung nicht nur vom Erreichen eines vorgegebenen Drucks abhängig zu machen, sondern auch von der Einhaltung einer vorgegebenen Zeitspanne. Erfindungsgemäß läuft also mit der Druckmessung auch eine Zeitmessung, derart, dass bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeitspanne eine Störung angezeigt wird, falls bis dahin der vorgegebene Druck nicht unterschritten worden ist.
Hinsichtlich des Service-Gerätes wird die eingangs genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Heizschlange des Ölsammlers durch schaltbare Ventile wahlweise von der Druckseite an die Saugseite des Kompressors anschließbar ist.
Die Steuerung der schaltbaren Ventile erfolgt zweckmäßig automatisch bei Unterschreiten eines vorgegebenen Druckes in der an die Fahrzeug-Klimaanlage angeschlossenen Absaugleitung, zweckmäßig in Verbindung mit der oben beschriebenen Zeitmessung.
Des Weiteren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, dass ein gemeinsamer Filterblock vorgesehen ist, der die genannten schaltbaren Ventile zusammen mit weiteren Ventilen und den Ölsammler sowie den Ölabscheider trägt. Man erhält dadurch eine besonders kompakte Bauweise unter Verzicht auf zusätzliche Anschlussleitungen, weil der Filterblock selbst durch innenliegende Verbindungsbohrungen für die entsprechenden Anschlüsse und Verbindungen sorgt.
Außerdem kann der genannte Filterblock noch den Wasserabscheider und/oder einen Drucksensor und einen Hochdruckschalter für die Steuerung der schaltbaren Ventile aufweisen.
Schließlich zeichnet sich das Servicegerät noch dadurch aus, dass der Kompressor eine Vakuumpumpe vorgeschaltet ist. Dadurch wird ein stärkerer Unterdruck und ein vollständigeres Entleeren der Fahrzeug-Klimaanlage erreicht.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und aus der Zeichnung;
Dabei zeigt
1 ein Fließschema des Servicegerätes bei der normalen Kältemittelrückgewinnung;
2 das gleiche Fließschema bei der Rest-Kältemittelbeseitigung.
Das Fließschema beginnt links oben bei den Bezugszeichen 1a und 1b. Dort wird das Klimaservicegerät an die Hochdruckseite bzw. an die Niederdruckseite der nicht dargestellten Fahrzeug-Klimaanlage angeschlossen. Die Anschlussleitungen 2a und 2b vereinigen sich nach Durchlaufen mehrerer in der beigefügten Flussbildlegende aufgelisteten Ventile in einer gemeinsamen Leitung, die wahlweise gemäß der Markierung 1 über eine Leitung 3a an die Saugseite einer Vakuumpumpe 4 mündet. Mit ihrer Druckseite ist die Vakuumpumpe 4 an eine Leitung 5 angeschlossen, die zu einem Ölsammler 6 führt.
Alternativ können die Leitungen 2a und 2b unter Umgehung der Vakuumpumpe direkt – nämlich gemäß der Markierung II über die geöffneten Ventile EV8 und EV19 – über die Leitungen 3b und 5 an den Ölsammler 6 angeschlossen werden, wenn die Ventile EV12 und EV14 geschlossen sind.
In den Zeichnungen sind die Ventile in der Offenstellung jeweils geschwärzt, in der Geschlossenstellung jeweils ohne Schwärzung dargestellt. Dabei ist in 1 die Ventilstellung für die Strömung gemäß der Markierung II abgebildet, also bei Umgehung der Vakuumpumpe 4. Damit beginnt meist der Absaugvorgang, wogegen die Vakuumpumpe 4 erst später eingeschaltet wird.
In dem Ölsammler 6 wird das Kältemittel durch eine Heizschlange 7 verdampft, so dass seine Ölbestandteile und sonstige hochsiedende Verunreinigungen sich am Boden des Ölsammlers absetzen und in einen Altölbehälter 8 abgelassen werden können. Das Ventil EV15 für den Altölablass wird wie bekannt erst am Ende der Kältemittel-Rückgewinnung geöffnet.
Anschließend strömt das Kältemittel durch einen Filtertrockner 9, wo ihm hauptsächlich seine Wasserbestandteile entzogen werden.
Sodann wird das Kältemittel in einem Verdichter 10 komprimiert, wobei das beim Durchströmen des Verdichters mitgenommene Verdichter-Öl in einem nachfolgenden Ölabscheider 11 zurückgewonnen und wieder dem Verdichter 10 an dessen Saugseite zugeführt wird. Die Rückführung des Verdichter-Öles erfolgt über ein Ventil EV16, das intervallartig öffnet.
Das gereinigte Kältemittel gelangt dann über das Ventil EV17 – bei abgesperrtem Ventil EV18 – zu der Heizschlange 7, gibt dort seine Wärme an das ankommende Kältemittel aus der Fahrzeug-Klimaanlage ab und strömt schließlich über das Rückschlagventil CV2 in einen Kondensator 12 und von dort in einen Kältemitteltank 13.
Vorteilhaft beginnt das Absaugen des Kältemittels aus der Fahrzeug-Klimaanlage allein mit Hilfe des Verdichters 10 bei abgeschalteter Vakuumpumpe 4. Erst dann, wenn ein bestimmter Unterdruck im System erreicht ist, wird die Vakuumpumpe zugeschaltet, d. h., dass die Ventile EV8 und EV19 verschlossen werden, so dass das Kältemittel über das geöffnete Ventil EV12 zur Vakuumpumpe und von dort über das geöffnete Ventil EV14 in die Leitung 5 weiterströmt.
Wesentlich ist nun, dass nach dem Absaugen des Kältemittels aus der Fahrzeug-Klimaanlage ein so genanntes internes Clearing erfolgt. Dieses Clearing hat den Zweck, Rest-Kältemittel, das noch im Klima-Servicegerät verblieben ist, vor allem im Bereich der Heizschlange 7, zu reinigen bzw. zu entfernen, bevor die Fahrzeug-Klimaanlage neu gefüllt wird.
Zu diesem Zweck wird das Ventil EV17 im Vorlauf der Heizschlange geschlossen und dafür das Ventil EV21 geöffnet, so dass der Vorlauf der Heizschlange nunmehr mit der Saugseite des Verdichters 10 verbunden ist. Das entsprechende Fließschema ist in 2 dargestellt.
Auf diese Weise saugt der Verdichter 10 nunmehr das Restkältemittel aus der Heizschlange 7 wie auch aus Ihren Anschlussleitungen 7a und 7b. Wesentlich ist dabei, dass das abgesaugte Kältemittel weiterhin durch den Ölabscheider 11 geleitet wird, bevor es über den Kondensator 12 in den Tank 13 gelangt.
Auf diese Weise bleibt erheblich weniger Kältemittel im Leitungsnetz des Servicegerätes zurück, die Aufbereitung des Kältemittels erfolgt vollständiger als bisher und die Entleerung der Fahrzeug-Klimaanlage erfolgt mengenmäßig wesentlich genauer.
Das Schließen der Ventile EV14, EV17 und EV19 einerseits und das Öffnen der Ventile EV18 und EV21 wird automatisch ausgelöst, wenn einer der Drucksensoren B1 oder B2 innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne einen vorgegebenen Druck nicht überschreitet. Dadurch kann das Klimaservicegerät wie bisher voll automatisch arbeiten und kommt ohne Handabsperrventile aus.
Während des beschriebenen internen Clearings kann die Vakuumpumpe 4 abgeschaltet bleiben. Es liegt aber auch im Rahmen der Erfindung, das interne Clearing unter Zuhilfenahme der Vakuumpumpe durchzuführen, wobei in diesem Fall die Ansaugleitung 3 weit nach vorn zu den Anschlüssen 1a und 1b geöffnet bleiben kann, maximal bis zu den Ventilen EV1 und EV3.
Soweit in den Anmeldeunterlagen von der Heizspirale 7 gesprochen wird, ist darunter jede wärmetauschende Leitung zu verstehen, die von erwärmtem Kältemittel durchströmt wird. Die Heizspirale kann also auch einen schraubengangförmigen oder einen geradlinigen Verlauf mit beliebigen Umbiegungen aufweisen.
Zweckmäßig, aber nicht zwingend notwendig werden bei dem internen Clearing die Anschlussleitungen 2a und 2b im überwiegenden Bereich von der Unterdruckseite des Verdichters 10 abgesperrt, weil der in diesen Leitungen mittels der Vakuumpumpe 4 erzeugte Unterdruck meist niedriger ist als der Unterdruck den der Verdichter 10 an der Saugseite erzielen kann.
Nach dem internen Clearing werden die Kältemittelleitungen in an sich bekannter Weise so umgeschaltet, dass Kältemittel, Öl und gegebenenfalls weitere Additive in die Fahrzeug-Klimaanlage zurückgeführt werden. Damit diese Medien in richtiger Menge zugegeben werden, steht der Kältemitteltank 13 – gegebenenfalls zusammen mit dem Kondensator 12 – auf einer Waage, ebenso der Altölbehälter 8, so dass die beim Absaugen der Fahrzeug-Klimaanlage abgesaugten Mengen wie auch die zur Neubefüllung gewünschte Kältemittelmenge genau erfasst werden können.
Zweckmäßig sind an den Kältemittelkreislauf noch drei Vorratsbehälter für Öl und andere Additive angeschlossen, insbesondere ein Behälter 14 für elektrisch-nichtleitendes Öl, das für Hybrid-Fahrzeuge geeignet ist, ein Behälter 15 für herkömmliches Kältemittel-Schmiermittel und ein Behälter 16 für UV-Additive. Alle drei Behälter sind mit Wiegeeinrichtungen verbunden, um die dem Kältemittel zugeführten Mengen exakt zu messen.
Die Zugabe von Öl bzw. Additiv erfolgt in an sich bekannter Weise bei Beginn der Neubefüllung der Klimaanlage, so dass die dem Leitungsnetz zugeführten Öl- bzw. Additiv-Mengen von dem anschließend einströmenden Kältemittel zuverlässig in die Klimaanlage eingespült werden.
Ergänzend sei noch darauf hingewiesen, dass ein internes Clearing nicht nur wie beschrieben vor der Neubefüllung der Fahrzeug-Klimaanlage zweckmäßig ist. Vielmehr empfiehlt es sich bereits beim Einschalten des Service-Gerätes vor dessen Anschluss an die Fahrzeug-Klimaanlage ein internes Clearing durchzuführen, um die Leitungen des Service-Gerätes frei zu machen. Hintergrund dieses Clearings ist die Tatsache, dass sich das Kältemittel bei abgeschaltetem Service-Gerät in den kältesten Leitungsbereichen niederschlägt, insbesondere also aus dem Tank 13 entweichen kann, wenn die Ventile V1 und V2 nicht ordnungsgemäß verschlossen sind. Das interne Clearing sorgt in diesem Fall dafür, dass das Kältemittel aus den Leitungen abgesaugt und ein definierter Zustand im Tank 13 herbeigeführt wird, worauf dann die Wägung des Tankes erfolgt.
Ein weiteres Clearing kann zweckmäßig sein, wenn die Kältemittel-Neubefüllung des Fahrzeug-Klimagerätes beendigt ist, um wiederum sämtliche Leitungen des Service-Gerätes vom restlichen Kältemittel zu befreien.

Claims

Verfahren zur Wartung von Fahrzeug-Klimaanlagen mittels eines externen, an die Fahrzeug-Klimaanlage anschließbaren Servicegerätes unter Rückgewinnung und Aufbereitung des Kältemittels, indem das Kältemittel aus der Fahrzeug-Klimaanlage abgesaugt und von Öl-Anteilen befreit wird, wobei es unter anderem einen Ölsammler (6) mit Heizschlange (7), einen Verdichter (10) und einen nachgeschalteten Ölabscheider (11) durchströmt und danach einem Tank (13) für aufbereitetes Kältemittel zugeführt wird und wobei schließlich Kältemittel, Öl und gegebenenfalls weitere Additive in vorgeschriebener Menge in die Fahrzeug-Klimaanlage zurückgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Rückführung des aufbereiteten Kältemittels in die Fahrzeug-Klimaanlage durch Ventilumschaltung die Heizschlange (7) des Ölsammlers (6) von der Druckseite an die Saugseite des Kompressors (10) angeschlossen wird, wobei das aus der Heizschlange (7) abgesaugte Kältemittel ebenfalls durch den Ölabscheider (11) strömt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilumschaltung automatisch am Ende des Absaugens des Kältemittels aus der Fahrzeug-Klimaanlage erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilumschaltung bei Unterschreiten eines vorgegebenen Druckes in der an die Fahrzeug-Klimaanlage angeschlossene Absaugleitung (2a, 2b) erfolgt oder dann, wenn bei einer Druckanstiegs-Prüfung ein vorgegebener Druck nicht überschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmessung mit einer Zeitmessung gekoppelt und bei Überschreiten einer vorgegebenen Zeitspanne ein Störsignal ausgelöst wird, falls bis dahin der vorgegebene Druck nicht unterschritten wird.
Vorrichtung zur Wartung von Fahrzeug-Klimaanlagen mittels eines externen, an die Fahrzeug-Klimaanlage anschließbaren Servicegerätes unter Rückgewinnung und Aufbereitung des Kältemittels, indem das Kältemittel aus der Fahrzeug-Klimaanlage abgesaugt und von Ölanteilen befreit wird, wobei es unter anderem einen Ölsammler (6) mit Heizschlange (7), einen Verdichter (10) und einen nachgeschalteten Ölabscheider (11) durchströmt, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizschlange (7) durch schaltbare Ventile (EV17, EV18, EV21) wahlweise von der Druckseite an die Saugseite des Verdichters (10) anschließbar ist, wobei das aus der Heizschlange (7) abgesaugte Kältemittel ebenfalls durch den Ölabscheider (11) strömt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Filterblock (20) vorgesehen ist, der die schaltbaren Ventile (EV17, EV18, EV21) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterblock (20) auch den Ölsammler (6) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterblock (20) auch den Ölabscheider (11) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterblock (20) auch den Wasserabscheider (9) trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterblock (20) auch einen Drucksensor und Hochdruckschalter trägt.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine dem Verdichter (10) vorschaltbare Vakuumpumpe (4) aufweist.