-
Die Erfindung betrifft einen Befülladapter zum Befüllen von Klimaanlagen von Fahrzeugen mit einem Kältemittel, insbesondere Kohlendioxid, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Derartige Befülladapter zum Befüllen von Klimaanlagen von Fahrzeugen, insbesondere Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, mit einem Kältemittel, insbesondere Kohlendioxid (CO2), sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Ein solcher Befülladapter weist zumindest einen von einem Medium durchströmbaren Kanal auf. Insbesondere weist ein solcher Befülladapter einen von dem Kältemittel durchströmbaren ersten Kanal auf, über welchen das Kältemittel in die jeweilige Klimaanlage einfüllbar ist. Ferner weist der Befülladapter wenigstens einen zweiten Kanal auf, über welchen die Klimaanlage evakuierbar ist. Der Befülladapter kann mit der Klimaanlage, insbesondere mit einem von dem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf der Klimaanlage, verbunden, insbesondere fluidisch verbunden, werden. Infolge der Verbindung des Befülladapters mit der Klimaanlage, insbesondere dem Kältemittelkreislauf, kann beispielsweise das den ersten Kanal durchströmende Kältemittel aus dem ersten Kanal und somit aus dem Befülladapter aus- und in die Klimaanlage, insbesondere in den Kältemittelkreislauf, einströmen. Dadurch wird die Klimaanlage, insbesondere der Kältemittelkreislauf, mit dem Kältemittel befüllt.
-
Ferner kann die Klimaanlage, insbesondere der Kältemittelkreislauf, mittels des zweiten Kanals evakuiert werden, sodass beispielsweise in dem Kältemittelkreislauf aufgenommene Luft und/oder noch in dem Kältemittelkreislauf aufgenommenes Kältemittel über den zweiten Kanal aus der Klimaanlage beziehungsweise dem Kältemittelkreislauf entfernt werden kann. Beispielsweise sind die Kanäle durch ein Gehäuse des Befülladapters gebildet beziehungsweise begrenzt.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Befülladapter der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht und die äußeren Abmessungen des Befülladapters besonders gering gehalten werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch einen Befülladapter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um einen Befülladapter der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass das Gewicht und die äußeren Abmessungen des Befülladapters besonders gering gehalten werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass dem zumindest einen Kanal eine Ventileinrichtung zugeordnet ist. Diese Ventileinrichtung umfasst ein Ventilelement, welches zwischen einer den zumindest einen Kanal fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den zumindest einen Kanal freigebenden Offenstellung bewegbar ist. Die Ventileinrichtung umfasst ferner ein von dem Ventilelement beabstandet angeordnetes Antriebselement, mittels welchem Bewegungen des Ventilelements bewirkbar sind. Das Antriebselement ist beispielsweise ein separat von dem Ventilelement ausgebildetes und zusätzlich zu dem Ventilelement vorgesehenes Bauteil, wobei vorgesehen sein kann, dass das Antriebselement relativ zu dem Ventilelement grundsätzlich bewegbar ist. Mittels des Antriebselements beziehungsweise über das Antriebselement kann das Ventilelement bewegt beziehungsweise können Bewegungen des Ventilelements bewirkt werden, wie im Folgenden noch erläutert wird.
-
Die Ventileinrichtung umfasst ferner wenigstens einen von einem Gas durchströmbaren Betätigungskanal, über welchen das Betätigungselement mit dem Gas beaufschlagbar ist. Ferner umfasst die Ventileinrichtung wenigstens einen Übertragungskanal, in welchem eine Flüssigkeit aufnehmbar ist, über welche zum Bewegen des Ventilelements eine infolge der Beaufschlagung des Antriebselements mit dem Gas von dem Antriebselement bereitgestellte Kraft auf das Ventilelement übertragbar ist. Mit anderen Worten, wird das Antriebselement über den Betätigungskanal mit dem als Betätigungsbeziehungsweise Steuergas verwendeten Gas beaufschlagt, so wirkt ein Druck des Gases auf das Antriebselement, woraus eine auf das Antriebselement wirkende Kraft resultiert. Diese Kraft wird über das Antriebselement auf die im Übertragungskanal aufgenommene Flüssigkeit übertragen beziehungsweise aus der auf das Antriebselement wirkenden Kraft resultiert eine von dem Antriebselement auf die Flüssigkeit wirkende Kraft, welche von der Flüssigkeit auf das Ventilelement wirkt. Beispielsweise resultiert aus der von dem Antriebselement auf die Flüssigkeit wirkenden Kraft ein Druck der Flüssigkeit, wobei dieser Druck auf das Ventilelement wirkt. Aus dem auf das Ventilelement wirkenden Druck resultiert eine auf das Ventilelement wirkende Kraft, mittels welcher beispielsweise das Ventilelement bewegt wird. Beispielsweise wird dabei das Ventilelement aus seiner Schließstellung in die Offenstellung bewegt, sodass das Ventilelement den zumindest einen Kanal freigibt. In der Folge kann das Kältemittel in die Klimaanlage eingefüllt beziehungsweise die Klimaanlage evakuiert werden.
-
Das Gas wird als Druck- beziehungsweise Steuergas verwendet, um über das Antriebselement und die Flüssigkeit Bewegungen des Ventilelements, insbesondere aus der Schließstellung in die Offenstellung und/oder aus der Offenstellung in die Schließstellung, zu bewirken beziehungsweise zu steuern, sodass bei dem erfindungsgemäßen Befülladapter eine Druckgassteuerung vorgesehen ist. Diese Druckgassteuerung ermöglicht eine besonders kompakte Bauweise der Ventileinrichtung und somit des Befülladapters insgesamt. Ferner kann eine Leichtbauweise des Befülladapters dargestellt werden, sodass das Gewicht des Befülladapters besonders gering gehalten werden kann. Die Ventileinrichtung ist somit eine Ventiltechnik, welche insbesondere hinsichtlich ihrer Geometrie und ihrer Materialpaarung das Gas, insbesondere dessen Druck, als Prozessgas beziehungsweise Prozessgasdruck nutzt, um das Ventilelement zu bewegen und beispielsweise sicher und langlebig zu verschließen, sodass beispielsweise eine langlebige und sichere fluidische Versperrung des zumindest einen Kanals mittels des Ventilelements realisierbar ist.
-
Mit anderen Worten kann nicht nur eine kompakte und gewichtsgünstige Bauweise des Befülladapters realisiert werden, sondern es sind ferner eine verbesserte Dichtheit und Standzeit des Ventilelements realisierbar. Ferner kann die Schaltzeit des Ventilelements gering gehalten werden. Unter der Schaltzeit ist die Zeit zu verstehen, die nötig ist, um das Ventilelement zu bewegen, insbesondere aus der Offenstellung in die Schließstellung und/oder aus der Schließstellung in die Offenstellung. Durch die geringen Schaltzeiten können eine besonders hohe Befüllgenauigkeit und Reproduzierbarkeit im Rahmen des Befüllens der Klimaanlage realisiert werden. Darüber hinaus ermöglicht der erfindungsgemäße Befülladapter die Realisierung einer aussagefähigen Dichtheitsprüfung.
-
Da das Ventilelement sowohl das Gas als auch die Flüssigkeit zum Bewegen des Ventilelements nutzt, ist ein halbhydraulischer Ventilantrieb zum Antreiben, das heißt Bewegen des Ventilelements, geschaffen. Mittels dieses halbhydraulischen Ventilantriebs kann auch eine große Antriebsmechanik bauraumgünstig in den Befülladapter integriert werden. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass Dichtungsstellen für Ventile von Befülladaptern auf möglichst engem Raum kompakt in dem Befülladapter angeordnet werden müssen, um den Totraum zwischen den Ventilen gering zu halten. Der Totraum muss insbesondere hinsichtlich der Verwendung von R1234yf als Kältemittel gering gehalten werden. Bei der Verwendung von Kohlendioxid (CO2) als Kältemittel sind die Prozessdrücke so hoch, dass eine große Antriebsmechanik zum Bewegen beziehungsweise Betätigen der Ventile notwendig ist. Dies widerspricht sich mit einer kompakten Bauweise für die Totraumminimierung. Dieser Widerspruch beziehungsweise Zielkonflikt kann mittels des halbhydraulischen Ventilantriebs des erfindungsgemäßen Befülladapters vermieden werden.
-
Ferner ist der Einsatz eines Gassensors möglich und vorzugsweise vorgesehen, um eine Portkontrolle und Vakuumprüfung zu realisieren. Durch den Einsatz eines solchen Gassensors für die Portkontrolle und Vakuumprüfung kann beispielsweise der Sauerstoffbeziehungsweise Kohlendioxid-Anteil und damit eine mögliche Undichtigkeit in der Klimaanlage besonders genau ermittelt werden.
-
Vorzugsweise sind die Anordnung und Geometrie des Ventilelements so gestaltet, dass das Gas, insbesondere dessen Druck, welcher auch als Prozessgasdruck bezeichnet wird, in der Schließstellung des Ventils, insbesondere über die Flüssigkeit und das Antriebselement, eine Kraft auf das Ventilelement, insbesondere auf dessen Ventilstößel, ausübt, wodurch die Dichtung zumindest des Ventilelements verstärkt wird.
-
Beispielsweise weist das Ventilelement wenigstens eine Dichtung zum fluidischen Versperren des zumindest einen Kanals auf. Um dabei eine besonders hohe Standzeit der Dichtung zu realisieren, ist die Dichtung nicht etwa als Polymer-Dichtung, sondern als metallische Dichtung ausgebildet und somit beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff hergestellt.
-
Durch die Verwendung des Gases als Druckgas, welches beispielsweise circa 10 bar aufweist, kann das beispielsweise als Antriebskolben ausgebildete Antriebselement besonders kompakt gebaut und somit bauraumgünstig in dem Befülladapter, insbesondere in einem Gehäuse des Befülladapters, angeordnet werden. Dadurch lässt sich eine Leichtbauweise bei zeitgleicher Optimierung der Dichtheit des Befülladapters realisieren. Zudem wird die Schaltzeit des Ventilelements im Vergleich zu herkömmlichen Befülladaptern verringert, was sich positiv auf die Befüllgenauigkeit und Reproduzierbarkeit auswirkt. Das beispielsweise als Druckgas ausgebildete Gas ist im Umfeld der Befüllung der Klimaanlage vorhanden und muss nicht durch zusätzliche Anlagentechnik erzeugt werden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur 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.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Befülladapters zum Befüllen und Evakuieren von Klimaanlagen von Fahrzeugen.
-
Die einzige Fig. zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Schnittansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten Befülladapter zum Befüllen von Klimaanlagen von Fahrzeugen, insbesondere Kraftwagen wie beispielsweise Personenkraftwagen, mit einem Kältemittel, insbesondere mit Kohlendioxid (CO2). Die jeweilige Klimaanlage des jeweiligen Fahrzeugs umfasst beispielsweise einen von dem Kältemittel durchströmbaren Kältemittelkreislauf, in welchem wenigstens eine Komponente wie beispielsweise eine Strömungsmaschine der Klimaanlage angeordnet ist. Bei dieser Strömungsmaschine handelt es sich beispielsweise um einen Verdichter, mittels welchem das Kältemittel gefördert und/oder verdichtet werden kann.
-
Der Befülladapter 10 umfasst beispielsweise wenigstens einen von dem Kältemittel durchströmbaren ersten Kanal, über welchen das Kältemittel in die jeweilige Klimaanlage einfüllbar ist. Beispielsweise weist der Befülladapter 10 einen ersten Anschluss auf, über welchen der Befülladapter 10 mit einem Reservoir, in welchem das Kältemittel aufgenommen beziehungsweise gespeichert ist, fluidisch verbindbar beziehungsweise verbunden ist. Über den ersten Anschluss kann das Kältemittel aus dem Reservoir in den ersten Kanal eingeleitet werden. Mit anderen Worten kann das Kältemittel aus dem Reservoir über den ersten Anschluss dem ersten Kanal zugeführt werden.
-
Der Befülladapter 10 umfasst beispielsweise ferner wenigstens einen zweiten Kanal, über welchen die Klimaanlage evakuierbar ist. Der Befülladapter 10 kann beispielsweise mit der Klimaanlage, insbesondere mit dem Kältemittelkreislauf, verbunden, insbesondere fluidisch verbunden, werden, sodass das dem ersten Kanal über den ersten Anschluss zugeführte Kältemittel aus dem ersten Kanal und somit aus dem Befülladapter 10 aus- und in die Klimaanlage, insbesondere in den Kältemittelkreislauf, einströmen kann.
-
Über den zweiten Kanal kann beispielsweise in der Klimaanlage, insbesondere in dem Kältemittelkreislauf, aufgenommenes Kältemittel und/oder Luft aus der Klimaanlage abgesaugt werden. Das aus der Klimaanlage ausströmende und in den zweiten Kanal einströmende Kältemittel beziehungsweise die Luft kann beispielsweise über den zweiten Kanal zu einem zweiten Anschluss des Befülladapters 10 strömen. Über diesen zweiten Anschluss ist der Befülladapter 10 beispielsweise mit einem Behälter verbunden, in welchen das abgesaugte Kältemittel beziehungsweise die abgesaugte Luft eingeleitet werden kann.
-
In der Fig. ist ein mit 12 bezeichneter Kanal des Befülladapters 10 erkennbar, wobei dieser Kanal 12 beispielsweise der erste Kanal oder der zweite Kanal sein kann. Dies bedeutet, dass die vorigen und folgenden Ausführungen zum Kanal 12 ohne weiteres auf den ersten Kanal und auf den zweiten Kanal übertragen werden können.
-
Ferner kann der Befülladapter 10 einen dritten Kanal aufweisen, welcher beispielsweise von einem Kältemaschinenöl durchströmbar ist. Das Kältemaschinenöl ist ein von dem Kältemittel unterschiedliches Fluid und wird auch als Klimaanlagenöl, insbesondere als PAG-Öl, bezeichnet. Beispielsweise über den dritten Kanal kann das Kältemaschinenöl in die Klimaanlage, insbesondere in den Kältemittelkreislauf, eingefüllt werden, sodass die wenigstens eine zuvor genannte, in dem Kältemittelkreislauf angeordnete Komponente der Klimaanlage, mit dem Kältemaschinenöl versorgt und dadurch mittels des Kältemaschinenöls geschmiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist es denkbar, dass das Kältemaschinenöl zusammen mit dem Kältemittel und somit über den ersten Kanal in den Kältemittelkreislauf eingefüllt wird. Die vorigen und folgenden Ausführungen zum Kanal 12 können ohne weiteres auf den dritten Kanal übertragen werden.
-
Um nun eine besonders kompakte und gewichtsgünstige Bauweise des Befülladapters 10 zu realisieren, ist dem Kanal 12 eine im Ganzen mit 14 bezeichnete Ventileinrichtung zugeordnet. Die Ventileinrichtung 14 umfasst ein Ventilelement 16, welches auch als Ventilkolben bezeichnet wird. Das Ventilelement 16 ist zwischen einer den Kanal 12 fluidisch versperrenden Schließstellung und wenigstens einer den Kanal 12 freigebenden Offenstellung bewegbar. Dies bedeutet, dass das Ventilelement 16 zum fluidischen Versperren und Freigeben des Kanals 12 verwendet wird. Handelt es sich bei dem Kanal 12 beispielsweise um den ersten Kanal, so kann das Kältemittel den Kanal 12 in der Schließstellung des Ventilelements 16 nicht durchströmen. Gibt das Ventilelement 16 den Kanal 12 jedoch in der Offenstellung frei, so kann das Kältemittel durch den Kanal 12 strömen und in die Klimaanlage eingefüllt werden.
-
Die Ventileinrichtung 14 umfasst ferner ein von dem Ventilelement 16 beabstandet angeordnetes Antriebselement 18, welches auch als Antriebskolben bezeichnet wird. Der Antriebskolben (Antriebselement 18) ist ein separat von dem Ventilelement 16 ausgebildetes und zusätzlich dazu vorgesehenes Bauteil. Aus der Fig. ist erkennbar, dass das Ventilelement 16 und das Antriebselement 18, insbesondere bewegbar, in einem Gehäuse 20 des Befülladapters 10 aufgenommen sind, wobei das Gehäuse 20 den Kanal 12 bildet.
-
Die Ventileinrichtung 14 umfasst ferner wenigstens einen von einem Gas durchströmbaren Betätigungskanal 22, welcher durch das Gehäuse 20 gebildet ist. Über den Betätigungskanal 22 ist das Antriebselement 18 mit dem Gas beaufschlagbar. Ferner umfasst die Ventileinrichtung 14 einen durch das Gehäuse 20 gebildeten Übertragungskanal 24, in welchem eine Flüssigkeit aufnehmbar ist. Über die in dem Übertragungskanal 24 aufgenommene Flüssigkeit ist zum Bewegen des Ventilelements 16 eine infolge der Beaufschlagung des Antriebselements 18 mit dem Gas von dem Antriebselement 18 bereitgestellte Kraft auf das Ventilelement 16 übertragbar, sodass das Ventilelement 16 mittels der auf das Ventilelement 16 übertragenen Kraft bewegbar ist beziehungsweise bewegt wird. Der Übertragungskanal 24 und die über den Übertragungskanal 24 aufgenommene Flüssigkeit fungieren als Kraftübertragungsstrecke, die in das Gehäuse 20 zwischen dem Ventilelement 16 und dem Antriebselement 18 integriert ist. Das Gas ist vorzugsweise ein Druckgas, welches beispielsweise einen Druck von 10 bar aufweist. Wie im Folgenden noch genauer erläutert wird, wird das Gas als Steuergas genutzt, um Bewegungen des Ventilelements 16 über die Flüssigkeit und das Antriebselement 18 zu bewirken. Somit ist der Druck des Gases ein sogenannter Steuerdruck. Das Gas ist beispielsweise Stickstoff (N2) oder kann Stickstoff umfassen. Das Ventilelement 16 (Ventilkolben) wird als eigentliches Dichtungselement zum Abdichten und Freigeben des Kanals 12 verwendet.
-
Durch die Ventileinrichtung 14 ist ein halbhydraulisches Ventilantriebskonzept beziehungsweise ein halbhydraulischer Ventilantrieb zum Antreiben, das heißt Bewegen, des Ventilelements 16 geschaffen. Zum Bewegen des Ventilelements 16 wird nämlich zum einen das Gas und zum anderen die beispielsweise als inkompressibles Medium ausgebildete Flüssigkeit in dem Übertragungskanal 24 genutzt. Bei der Flüssigkeit handelt es sich beispielsweise um Öl. Insbesondere handelt es sich bei der Flüssigkeit um das zuvor genannte Kältemaschinenöl. Der halbhydraulische Ventilantrieb ermöglicht es, den großen Antriebskolben (Antriebselement 18) des Ventilelements 16 flexibel beziehungsweise bedarfsgerecht, das heißt mit umfangreichen Freiheiten in dem Befülladapter 10, insbesondere in einem Griff des Befülladapters 10, zu positionieren.
-
Über diesen Griff kann der Befülladapter 10 beispielsweise von einer Person gehandhabt werden. Durch diese vorteilhafte Integration können Platzprobleme vermieden werden. Eine eigentliche, beispielsweise das Antriebselement 18 umfassende Antriebsmechanik zum Bewirken von Bewegungen des Ventilelements 16 kann somit durch das Nutzen der Kraftübertragungsstrecke weit entfernt von dem Ventilelement 16, insbesondere von einer Dichtfläche zum fluidischen Versperren des Kanals 12, positioniert werden. Gleichzeitig kann die Antriebsmechanik hinreichend groß und massiv ausgeführt werden, was beispielsweise aufgrund einer Ausgestaltung des Ventilelements 16 als Hochdruckventil erforderlich ist. Der Befülladapter 10 weist wenigstens einen von dem Gehäuse 20 gebildeten Zuführkanal 26 auf, über welchen die Flüssigkeit in den Übertragungskanal 24 einleitbar ist.
-
Da es beispielsweise vorgesehen ist, das auch als PAG-Öl bezeichnete Kältemaschinenöl – wie oben beschrieben – in die Klimaanlage einzufüllen, wird der Befülladapter 10, insbesondere der dritte Kanal, mit dem PAG-Öl beispielsweise über eine Zuleitung versorgt. Wird als die in dem Übertragungskanal 24 aufnehmbare Flüssigkeit das PAG-Öl genutzt, so ist der Zuführkanal 26 beispielsweise als Verbindungskanal ausgebildet, über welchen der Übertragungskanal 24 mit der Zuleitung beziehungsweise mit dem dritten Kanal fluidisch verbunden beziehungsweise verbindbar ist. Dadurch kann beispielsweise PAG-Öl aus der Zuleitung beziehungsweise aus dem dritten Kanal über den Zuführkanal 26 in den Übertragungskanal 24 eingeleitet werden.
-
Die Kraftübertragungsstrecke ist dabei vorzugsweise derart ausgeführt, dass sie in einer unbelasteten Ruhestellung des Antriebskolbens (Antriebselement 18) den beispielsweise sehr kleinen und als Verbindungskanal ausgebildeten Zuführkanal 26 öffnet, sodass kleinere Verluste des PAG-Öls während des Betriebs des Befülladapters 10 über längere Laufzeiten ausgeglichen werden und sichergestellt ist, dass die Kraftübertragungsstrecke zwischen dem Antriebskolben und dem Ventilkolben (Ventilelement 16) stets auch über lange Betriebszeiten hinweg vollständig mit der Flüssigkeit (PAG-Öl) vollgefüllt bleibt.
-
Ist der Kanal 12 beispielsweise als der zweite Kanal ausgebildet, so ist das Ventilelement 16 ein sogenanntes Vakuumventil, welches eine besonders große Antriebsmechanik erfordert und somit bei herkömmlichen Befülladaptern nur sehr schwer in den herkömmlichen Befülladapter integrierbar ist. Der Einsatz des halbhydraulischen Ventilantriebs ermöglicht es nun jedoch, auch bei dem Erfordernis von großen Antriebsmechaniken diese besonders bauraumgünstig in den Befülladapter 10 integrieren zu können.
-
Vorzugsweise kommt wenigstens ein Gassensor zum Einsatz, welcher eine besonders genaue Detektion von Undichtigkeiten in der Klimaanlage, insbesondere in dem Kältemittelkreislauf, ermöglicht. Der Gassensor misst Verunreinigungen im Vakuum (Sauerstoff beziehungsweise O2) oder Kohlendioxid (CO2) entsprechend seiner Aufgabe, welche in der Portkontrolle oder der Vakuumprüfung besteht. Insgesamt kann der Befülladapter 10 als vollautomatischer CO2-Befülladapter für den Einsatz in der Automobilproduktion ausgebildet werden, wobei sich der Bauraumbedarf und das Gewicht des Befülladapters 10 besonders gering halten lassen. Dadurch kann der Befülladapter 10 besonders einfach
