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Die Erfindung betrifft eine Befüllanlage zum Befüllen eines Kältemitteltanks eines Kraftfahrzeugs mit einem entzündlichen Kältemittel. Die Befüllanlage umfasst eine Vakuumiereinheit zum Evakuieren des Kältemitteltanks. Eine Evakuierleitung der Vakuumiereinheit ist an einen Befüllanschluss der Befüllanlage angeschlossen. Über eine Befüllleitung, welche wenigstens eine Absperreinrichtung aufweist, und welche ebenfalls an den Befüllanschluss angeschlossen ist, ist das Kältemittel in den evakuierten Kältemitteltank einbringbar. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Befüllanordnung mit einer solchen Befüllanlage sowie ein Verfahren zum Befüllen eines Kältemitteltanks eines Kraftfahrzeugs.
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Die
DE 10 2007 029 020 A1 beschreibt eine Anlage zur Vakuumdruckbefüllung von Gehäusen, Kreisläufen, Ausgleichsbehältern und dergleichen Baugruppen an Kraftfahrzeugen mit einem Betriebsstoff. Eine Vakuumierleitung ist an einen Fülladapter angeschlossen, welcher mit der zu befüllenden Baugruppe verbindbar ist. In der Vakuumierleitung ist eine Vakuumpumpe angeordnet, mittels welcher die zu befüllende Baugruppe evakuierbar ist. Über eine Befüllleitung wird dann die evakuierte Baugruppe mit dem Betriebsstoff befüllt. In der Befüllleitung sind ein Kugelhahn, eine Pumpe und ein Abzweig zu einer Druckentlastungsleitung angeordnet. In der Vakuumierleitung ist ein T-Stück angeordnet, dem eine zusätzliche Druckentlastungsleitung zugeordnet ist.
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Eine solche Befüllanlage ist zum Befüllen eines Kältemitteltanks eines Kraftfahrzeugs mit einem entzündlichen Kältemittel allenfalls bedingt geeignet.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befüllanlage, eine Befüllanordnung sowie ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bzw. welches für den Umgang mit einem entzündlichen Kältemittel besonders gut ausgelegt ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Befüllanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Befüllanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Befüllanlage dient dem Befüllen eines Kältemitteltanks eines Kraftfahrzeugs mit einem entzündlichen Kältemittel. Mittels einer Vakuumiereinheit der Befüllanlage ist der Kältemitteltank evakuierbar. Eine Evakuierleitung der Vakuumiereinheit ist an einen Befüllanschluss der Befüllanlage angeschlossen. Die Befüllanlage umfasst des Weiteren eine Befüllleitung, welche wenigstens eine Absperreinrichtung aufweist und ebenfalls an den Befüllanschluss angeschlossen ist. Über die Befüllleitung ist das Kältemittel in den evakuierten Kältemitteltank einbringbar. Stromabwärts der wenigstens einen Absperreinrichtung ist zumindest ein Druckerfassungselement angeordnet, wobei in Abhängigkeit von einem mittels des Druckerfassungselements erfassbaren Drucks in der Befüllleitung eine Durchströmtwerden der Befüllleitung mittels der wenigstens einen Absperreinrichtung unterbindbar ist. Mittels des Druckerfassungselements kann also festgestellt werden, ob eine Undichtigkeit der Befüllleitung vorliegt. Ist dies der Fall, so sorgt eine dem Druckerfassungselement zugeordnete Steuerungseinrichtung dafür, dass die Absperreinrichtung geschlossen bleibt. Dadurch kann kein entzündliches Kältemittel in die Befüllleitung eindringen und somit auch nicht unkontrolliert aus der undichten Befüllleitung austreten. Auf diese Weise kann die Entstehung einer entzündlichen Atmosphäre aufgrund des Austretens des entzündlichen Kältemittels aus der Befüllleitung ausgeschlossen werden, sodass die Befüllanlage für den Umgang mit dem entzündlichen Kältemittel besonders gut ausgelegt ist.
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Eine derartige Befüllanlage ist besonders einfach bereitstellbar, da lediglich eine bereits vorhandene Befüllleitung mit dem Druckerfassungselement versehen oder eine das Druckerfassungselement aufweisende Befüllleitung verwendet zu werden braucht. Die Befüllanlage lässt sich so besonders einfach und aufwandsarm in eine gegebenenfalls vorhandene Befüllanordnung integrieren. Zudem ist eine Steuerung oder Regelung der Befüllanlage mittels speicherprogrammierbarer Steuerung besonders einfach umsetzbar.
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Die Befüllanlage ist insbesondere zur Befüllung des Kältemitteltanks bzw. des Kältemittelkreises eines Kraftfahrzeugs mit dem Kältemittel R-1234yf geeignet, welches eine hohe Kälteleistung und eine gute Umweltverträglichkeit aufweist. Dieses Kältemittel hat insbesondere ein besonders niedriges Treibhauspotenzial. Jedoch ist es als hochentzündlich eingestuft, also im Sicherheitsdatenblatt mit dem Gefahrenhinweis R12 versehen. Wenn mittels der Absperreinrichtung die Befüllleitung geschlossen und somit das Durchströmtwerden der Befüllleitung unterbunden ist, so ist auch das Austreten des entzündlichen Kältemittels R-1234yf aus der Befüllleitung und somit die Entstehung einer explosionsgefährdeten oder entzündlichen Atmosphäre in der Umgebung der Befüllleitung vermieden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist eine die Befüllleitung umfassende Befüllanlage wenigstens einen Sensor auf, mittels welchem ein Austreten des Kältemittels aus der Befüllleitung erfassbar ist. Dadurch kann auch im Befüllbetrieb ein Austreten des Kältemittels festgestellt werden, und es können Maßnahmen getroffen werden, um im Fall des Austretens des Kältemittels das Entstehen der entzündlichen Atmosphäre zu verhindern.
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Bevorzugt ist der wenigstens eine Sensor mit einer Signalisierungseinrichtung gekoppelt, mittels welcher das Austreten des Kältemittels einer Bedienperson der Befüllanlage kommunizierbar ist. Dann kann die Bedienperson die Befüllanlage außer Betrieb nehmen und so ein weiteres Austreten von Kältemittel verhindern, oder es können weitere Personen in Sicherheit gebracht werden.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn der wenigstens eine Sensor in einem Bodenbereich einer zum Rückhalten des Kältemittels ausgelegten Rückhalteeinrichtung der Befülleinheit angeordnet ist. Da nämlich das Kältemittel üblicherweise schwerer ist als Luft, sammelt es sich in der Rückhalteeinrichtung, sodass bei im Bodenbereich derselben angeordneten Sensoren ein Sich-Ansammeln des Kältemittels in der Rückhalteeinrichtung besonders rasch und sicher erfassbar ist.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn eine die Befüllleitung umfassende Befülleinheit der Befüllanlage wenigstens eine Vorrichtung zum Ausspülen von aus der Befüllleitung austretendem Kältemittel mit Stickstoff umfasst. Dann kann durch das Spülen mit Stickstoff das Verteilen des Kältemittels die Entstehung einer mit einer Explosionsgefahr einhergehenden Konzentration des Kältemittels unterbinden.
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Wenn zusätzlich zu der Vorrichtung zum Ausspülen mit Stickstoff wenigstens ein Sensor zum Erfassen des Austretens des Kältemittels aus der Befüllleitung vorgesehen ist, so kann die Spülvorrichtung mit dem Sensor derart steuerungstechnisch gekoppelt sein, dass ein Erfassen des Austretens von Kältemittel einen Spülvorgang mit Stickstoff bewirkt.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn wenigstens eine Erfassungseinrichtung zum Erfassen des Luftstroms beim Spülvorgang vorgesehen ist. So kann besonders einfach die Funktion der Spülvorrichtung überwacht werden.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn eine Pumpeinrichtung der Vakuumiereinheit explosionsgeschützt ausgebildet ist. Hierbei kann insbesondere darauf geachtet werden, dass beim Betreiben der Pumpeinrichtung keine wirksamen Zündquellen auftreten, um so ein Sich-Entzünden des Kältemittels sicher zu unterbinden.
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Die erfindungsgemäße Befüllanordnung umfasst eine erfindungsgemäße Befüllanlage sowie eine Versorgungseinheit, welche zumindest ein Bevorratungsbehältnis für das Kältemittel und eine zu der Befüllanlage führende Versorgungsleitung mit einer weiteren Absperreinrichtung umfasst. Stromabwärts der weiteren Absperreinrichtung ist zumindest ein weiteres Druckerfassungselement angeordnet, wobei in Abhängigkeit von einem mittels des weiteren Druckerfassungselement erfassbaren Drucks in der Versorgungsleitung ein Durchströmtwerden der Versorgungsleitung mittels der weiteren Absperreinrichtung unterbindbar ist. Es kann so also auch die Versorgungsleitung der Befüllanordnung auf Dichtigkeit hin überwacht und bei Vorliegen einer Undichtigkeit durch ein Geschlossenhalten der Absperreinrichtung verhindert werden, dass Kältemittel die Versorgungseinheit verlässt. Auch dies trägt zum sicheren, das Entstehen einer explosionsgefährdeten Atmosphäre vermeidenden Umgang mit dem entzündlichen Kältemittel bei.
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Bevorzugt ist in einer die Versorgungsleitung mit der Befüllanlage koppelnden Verbindungsleitung eine dritte Absperreinrichtung angeordnet, wobei stromabwärts der dritten Absperreinrichtung ein drittes Druckerfassungselement angeordnet ist. In Abhängigkeit von einem mittels des dritten Druckerfassungselements erfassbaren Drucks in der Verbindungsleitung ist ein Durchströmtwerden derselben mittels der dritten Absperreinrichtung unterbindbar. Hierbei sorgt das dritte Druckerfassungselement dafür, dass ein Durchströmtwerden der Verbindungsleitung nur dann ermöglicht wird, wenn die Verbindungsleitung dicht ist. Andernfalls bleibt die dritte Absperreinrichtung geschlossen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Befüllen eines Kältemitteltanks eines Kraftfahrzeugs wird mittels einer Vakuumiereinheit einer Befüllanlage der Kältemitteltank evakuiert. Das Evakuieren erfolgt hierbei über eine Evakuierleitung, welche an einen Befüllanschluss der Befüllanlage angeschlossen ist. Wenigstens eine Absperreinrichtung einer an den Befüllanschluss angeschlossenen und zum Einbringen des Kältemittels in den Kältemitteltank ausgelegten Befüllleitung bleibt währenddessen geschlossen. Mittels zumindest eines stromabwärts der wenigstens einen Absperreinrichtung angeordneten Druckerfassungselements wird ein Druck in der Befüllleitung erfasst. In Abhängigkeit von dem erfassten Druck wird ein Durchströmtwerden der Befüllleitung mittels der wenigstens einen Absperreinrichtung unterbunden.
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Dieses Verfahren ist besonders gut für den Umgang mit einem entzündlichen Kältemittel ausgelegt. Die für die erfindungsgemäße Befüllanlage und die erfindungsgemäße Befüllanordnung beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Verfahren. Des weiteren gelten die für die erfindungsgemäße Befüllanlage beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen auch für die erfindungsgemäß Befüllanordnung.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 schematisiert eine Befüllanordnung zum Befüllen eines Kältemitteltanks eines Kraftfahrzeugs mit einem entzündlichen Kältemittel, welche einen Befüllbereich, eine Versorgungseinheit und einen Verbindungsbereich umfasst; und
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2 in einer vergrößerten Detaildarstellung Komponenten des Befüllbereichs der Befüllanordnung gemäß 1;
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Eine in 1 gezeigte Befüllanordnung 10 umfasst einen Befüllbereich 12, eine Versorgungseinheit 14 und einen die Versorgungseinheit 14 mit dem Befüllbereich 12 verbindenden Verbindungsbereich 16. Im Befüllbereich 12 ist eine Befüllanlage 18 vorgesehen, welche einen ersten Fülladapter 20 oder dergleichen Befüllanschluss aufweist, welcher an einen (nicht gezeigten) Kältemitteltank eines Kraftfahrzeugs anschließbar ist.
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Wenn der Fülladapter 20 an den Kältemitteltank des Kraftfahrzeugs angeschlossen ist, wird der Kältemitteltank zunächst evakuiert. Hierfür umfasst die Befüllanlage 18 eine Vakuumiereinheit 22, wobei eine Evakuierleitung 24 der Vakuumiereinheit 22 an den Fülladapter 20 angeschlossen ist (vgl. 2). Eine – vorliegend explosionsgeschützte – Vakuumpumpe 26 der Vakuumiereinheit 22 beaufschlagt dann den an den Fülladapter 20 angeschlossenen Kältemitteltank mit Unterdruck. Abluft der Vakuumpumpe 26 verlässt über einen Auslass 28 ein Gehäuse 30 der Befüllanlage 18, welches die Vakuumiereinheit 22 und eine Befülleinheit 32 abdichtend umschließt.
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An die Evakuierleitung 24 ist ein weiterer Fülladapter 78 angeschlossen, welcher beim Befüllen des Kältemitteltanks mit einem geringeren Druck eingesetzt wird als der erste Fülladapter 20.
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Die Befülleinheit 32 umfasst eine Befüllleitung 34, welche ebenfalls an den Fülladapter 20 angeschlossen ist. Ein in der Befüllleitung 34 angeordnetes Absperrventil 36 ist im nicht angesteuerten Zustand verschlossen und wird nur dann geöffnet, wenn der Kältemitteltank mit dem Kältemittel befüllt werden soll.
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Dem Absperrventil 36 ist als Druckerfassungselement ein Drucksensor 38 oder Druckwächter nachgeschaltet, welcher den in der Befüllleitung 34 vorliegenden Druck überwacht. Wenn nach dem Evakuieren des Kältemitteltanks von dem Drucksensor 38 festgestellt wird, dass bei geschlossenem Absperrventil 36 der Druck in der Befüllleitung 34 nicht konstant bleibt, so ist dies ein Hinweis darauf, dass eine Leckage vorliegt. Um in einem solchen Fall zu verhindern, dass während des Befüllvorgangs Kältemittel aus der Befülleinheit 32 austritt, sorgt ein (nicht gezeigtes) Steuergerät, welchem Signale des Drucksensors 38 übermittelt werden dafür, dass das Absperrventil 36 geschlossen bleibt. Das Steuergerät kann insbesondere in eine den Drucksensor 38 umfassende Einheit integriert sein.
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Mit einer solchen Befüllanlage 18 ist es möglich, den Kältemitteltank des Kraftfahrzeugs mit leicht entzündlichem Kältemittel – etwa dem Kältemittel R-1234yf – zu befüllen, da die Entstehung einer entzündlichen Atmosphäre im Bereich der Befüllanlage 18 durch Geschlossenhalten des Absperrventils 36 vermieden werden kann.
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Wenn es jedoch während des Befüllvorgangs zu einer Beschädigung einer Komponente der Befüllanlage 18 kommt, kann dennoch Kältemittel austreten. Als Rückhalteeinrichtung für beispielsweise beim Befüllvorgang austretendes Kältemittel ist in der Befülleinheit 32 eine Gaswanne 40 vorgesehen. Da das Kältemittel R-1234yf schwerer ist als Luft, sammelt es sich an einem Boden 42 der Gaswanne 40 an. An dem Boden 42 ist vorliegend ein selbstüberwachender Gassensor 44 angeordnet, mittels welchem das Vorliegen von Kältemittel im Bereich der Gaswanne 40 erfassbar ist.
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Der Gassensor 44 ist so kalibriert dass er beim Überschreiten eines Schwellenwerts der Konzentration des Kältemittels in der Befülleinheit 32 ein entsprechendes Signal ausgibt, auf welches hin ein Alarm ausgelöst wird. Der Schwellenwert kann als Prozentwert einer unteren Explosionsgrenze eines das Kältemittel umfassenden Gasgemisches in einem mit den Gassensoren 44 gekoppelten Steuergerät hinterlegt sein.
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Zusätzlich ist in der Befülleinheit 32 eine Spüleinheit 46 zum Ausspülen von aus der Befüllleitung 34 austretendem Kältemittel mit Hilfe von Stickstoff vorgesehen. Diese Spüleinheit 46 umfasst einen Stickstoff-Einlass 47, über den der Stickstoff in die Befülleinheit 32 eingeleitet werden kann. Mittels des Stickstoffs kann austretendes Kältemittel aus der Befülleinheit 32 ausgespült so im Störfall dafür gesorgt werden, dass sich das Kältemittel nicht in dem Gehäuse 30 ansammelt. So wird dem Entstehen einer explosionsgefährdeten Atmosphäre vorgebeugt. Über einen Auslass 48 verlässt der Gasstrom das Gehäuse 30 der Befüllanlage 18. Ein (nicht gezeigter) Strömungssensor überwacht den Ablauf des Spülvorgangs.
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Die Vakuumiereinheit 22 der Befüllanlage 18 umfasst vorliegend an innerhalb des Gehäuses 30 angeordneten Komponenten des Weiteren einen Vakuumsensor 50, einen Drucksensor 52 sowie eine Ventileinheit 54. Die Befülleinheit 32 umfasst im Gehäuse 30 einen dem Drucksensor 38 nachgeschalteten Filter 56, einen Durchflussmesser 58 zur Bestimmung des Massenflusses beim Befüllvorgang sowie ein Sicherheitsventil 60.
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Der Drucksensor 38, welcher dem Absperrventil 36 nachgeschaltet ist, überwacht während des Befüllvorgangs auch den Druck, mit welchem das Kältemittel in den Kältemitteltank bzw. den Kältemittelkreis des Kraftfahrzeugs eingebracht wird. Dieser Druck ist nämlich ausreichend hoch zu wählen, dass das Kältemittel im flüssigen Zustand vorliegt. Vorliegend ist hierfür eine Pumpeinrichtung vorgesehen, welche nicht Bestandteil der Befüllanlage 18 ist, sondern welche stromaufwärts der Befüllanlage 18 den ausreichenden Druck bereitstellt, und zwar im Bereich der Versorgungseinheit 14.
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Wie aus 1 ersichtlich ist, ist im Bereich der Versorgungseinheit 14 ebenfalls ein Absperrventil 62 vorgesehen, welches einem Tank 64 nachgeschaltet ist, in welchem das Kältemittel bevorratet ist. Das Absperrventil 62 dient dem Absperren einer Versorgungsleitung 66 der Versorgungseinheit 14. In der Versorgungsleitung 66 ist ein weiterer Drucksensor 68 angeordnet, welcher dem Absperrventil 62 nachgeschaltet ist. Durch diesen Drucksensor 68 oder Druckwächter wird überwacht, ob bei geschlossenem Absperrventil 62 eine Undichtigkeit in der Versorgungsleitung 66 vorliegt. Ist dies der Fall, so wird dafür gesorgt, dass das Absperrventil 62 geschlossen bleibt. Dadurch wird von dem Tank 64 gar nicht erst Kältemittel zum Befüllen des Kältemitteltanks zur Verfügung gestellt.
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Am Ende der Versorgungsleitung 66 ist ein weiteres Absperrventil 70 vorgesehen, welches geschlossen wird, wenn eine im Verbindungsbereich 16 angeordnete Verbindungsleitung 72 von der Versorgungseinheit 14 abgekoppelt wird. Über die Verbindungsleitung 72 erfolgt während des Befüllens des Kältemitteltanks mit dem Kältemittel die Verbindung zwischen der Befüllanlage 18 und der Versorgungseinheit 14. Im Verbindungsbereich 16 ist genügend Leitungslänge bereitgestellt, dass die Befüllanlage 18 auch über eine größere Strecke von der Versorgungseinheit 14 entfernt und innerhalb eines mehrere Stationen umfassenden Bereichs einer Montagestrecke eingesetzt werden kann.
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Einlassseitig der im Verbindungsbereich 16 angeordneten Verbindungsleitung 72 ist ebenfalls ein Absperrventil 74 vorgesehen, welchem als Druckwächter ein weiterer Drucksensor 76 nachgeschaltet ist. Mithilfe dieses Drucksensors 76 wird überwacht, ob im Verbindungsbereich 16 eine Undichtigkeit vorliegt, bevor der eigentliche Befüllvorgang beginnt. Ist dies der Fall, so bleibt das Absperrventil 74 geschlossen, und es tritt kein Kältemittel in den Versorgungsbereich 16 ein.
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Wenn also einer der Drucksensoren 38, 76, 68 in dem von diesem überwachten Bereich der Befüllanordnung 10 eine Störung feststellt so bleibt das in dem jeweiligen Bereich angeordnete Absperrventil 36, 74, 62 geschlossen. Der Befüllbetrieb kann dann erst nach einer Ursachenanalyse und nach Störungsbehebung und anschließender Dichtigkeitsprüfung durch geschultes Fachpersonal wieder aufgenommen werden.
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Dadurch, dass die Befüllanordnung 10 in drei separat mittels der Absperrventile 62, 74, 36 absperrbare und mittels der Drucksensoren 68, 76, 38 überwachbare Bereiche unterteilt ist, kann im Falle einer Störung der betroffene Bereich schnell eingegrenzt und die Störung lokal behoben werden. Zudem lässt sich so die gegebenenfalls austretende Menge an Kältemittel besonders weit begrenzen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007029020 A1 [0002]
