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Die Erfindung betrifft eine Befüllanlage zum Befüllen von Klimaanlagen von Fahrzeugen mit einem Kältemittel, insbesondere mit Kohlendioxid.
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Aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau ist es bekannt, Fahrzeuge wie beispielsweise Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, mit Klimaanlagen auszustatten. Eine solche Klimaanlage weist üblicherweise einen Kältemittelkreislauf auf, welcher von einem Kältemittel durchströmbar ist. Das Kältemittel wird beispielsweise zur Durchführung eines thermodynamischen Kreisprozesses genutzt, mittels welchem dem Innenraum des Fahrzeugs zuzuführende Luft gekühlt wird. Die Befüllung der Klimaanlage, insbesondere des Kältemittelkreislaufs, mit dem Kältemittel ist üblicherweise aufwändig. Um Kältemittelkreisläufe von Klimaanlagen maßgenau mit Kältemittel befüllen zu können, ist es von Vorteil, den Phasenzustand des Kältemittels, welches auch als Kühlmittel bezeichnet wird, entlang der Prozesskette der Befüllung mit ihren Schritten Versorgung, Konditionierung und Befüllung zu beherrschen. Die Prozessgenauigkeit wird dabei im Wesentlichen durch den Phasenzustand des Kältemittels beeinflusst. Vor allem bei dem Teilprozess der Konditionierung, also dem Teilabschnitt zwischen der Versorgung und der eigentlichen Befüllung, ist die Beherrschung der Prozesskette vorteilhaft, da üblicherweise unvorteilhafte Druckspitzen entstehen können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Befüllanlage zu schaffen, mittels welcher sich eine besonders prozesssichere Befüllung von Klimaanlagen von Fahrzeugen realisieren lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Befüllanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Befüllanlage zum Befüllen von Klimaanlagen von Fahrzeugen mit einem Kältemittel, insbesondere mit Kohlendioxid (CO2), umfasst eine Konditioniereinheit zum Verdichten und Temperieren des Kältemittels. Unter dem Verdichten ist zu verstehen, dass das Kältemittel mittels der Konditioniereinheit auf einen vorgebbaren Druck verdichtet beziehungsweise gebracht werden kann, wobei der Druck beispielsweise ein Befüllungsdruck ist, mit welchem das Kältemittel in die jeweilige Klimaanlage eingefüllt wird. Unter dem Temperieren ist ein Erwärmen und/oder ein Kühlen des Kältemittels zu verstehen.
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Die Befüllanlage weist ferner wenigstens einen Auslass auf, über welchen das Kältemittel aus der Befüllanlage ausleitbar und um die jeweilige Klimaanlage einfüllbar ist. Dies bedeutet, dass das Kältemittel im Rahmen der Befüllung der jeweiligen Klimaanlage über den Auslass aus der Befüllanlage insgesamt ausströmen und in die jeweilige Klimaanlage einströmen kann. Die jeweilige Klimaanlage umfasst dabei einen jeweiligen Kältemittelkreislauf, in den das Kältemittel eingefüllt wird.
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Ferner umfasst die Befüllanlage eine sich zumindest von der Konditioniereinheit bis zu dem Auslass erstreckende und den Auslass umfassende Befüllstrecke, welche von dem Kältemittel durchströmbar ist. Insbesondere umfasst die Befüllstrecke vorzugsweise auch die Konditioniereinheit.
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Um nun eine besonders prozesssichere Befüllung der Klimaanlage zu realisieren, weist die Befüllanlage ferner eine Temperierstrecke auf, entlang welcher das Kältemittel mittels der Konditioniereinheit temperierbar, das heißt erwärmbar und/oder insbesondere zu kühlen ist, wobei die Temperierstrecke die gesamte Befüllstrecke umfasst. Somit wird das Kältemittel nicht nur in beziehungsweise innerhalb der Konditioniereinheit, sondern auch auf seinem vollständigen Weg von der Konditioniereinheit zu dem Auslass temperiert, insbesondere gekühlt, sodass ein gewünschter und definierter Phasenzustand des Kältemittels bei der Befüllung der jeweiligen Klimaanlage sichergestellt werden kann.
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Die Erfindung beschäftigt sich somit insbesondere mit dem Teilprozess der Befüllung, welche einen Teilabschnitt zwischen der Konditioniereinheit und dem Kältemittelkreislauf der jeweiligen Klimaanlage darstellt. Mittels der Befüllstrecke erfolgt das eigentliche Befüllen der jeweiligen Klimaanlage, insbesondere des jeweiligen Kältemittelkreislaufs, mit dem Kältemittel. Dadurch, dass die Temperierstrecke nicht nur die Konditioniereinheit, sondern auch die gesamte Befüllstrecke umfasst, wird das Kältemittel nicht nur in der Konditioniereinheit, sondern insbesondere auch entlang beziehungsweise in der gesamten Befüllstrecke gekühlt, wodurch eine besonders hohe Prozessstabilität insbesondere bei hohen Umgebungstemperaturen von beispielsweise mehr als 25 Grad Celsius realisiert werden kann. Insbesondere ist es durch die vorteilhafte Temperierung des Kältemittels entlang der gesamten Befüllstrecke möglich, eine flüssige Phase beziehungsweise einen flüssigen Aggregatszustand des Kältemittels sicherzustellen.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Erkenntnis zugrunde, dass in einer untemperierten Befüllstrecke das zunächst flüssige Kältemittel wie beispielsweise CO2 seinen Zustand in den überkritischen Bereich verändern kann. Dadurch steigt der Druck des eingeschlossenen Kältemittels an, sodass über Sicherheitsventile eine undefinierte Menge an Kältemittel abgelassen wird. Diese Menge fehlt im nachfolgenden Befüllprozess. Unter Verwendung einer durch die Temperierstrecke realisierbaren Temperierung entlang der gesamten Befüllstrecke ist es nun möglich, ein solches undefiniertes Ablassen zu vermeiden, sodass eine besonders hohe Prozessstabilität beziehungsweise Prozesssicherheit realisiert werden kann.
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Bei der erfindungsgemäßen Befüllanlage kann eine Kältemittelringleitung, die stetig Kältemittel austauscht und dadurch den flüssigen Phasenzustand sicherstellt, vermieden werden, sodass auch auf eine kostenintensive Hochdruck-Ventiltechnik, welche bei Verwendung einer Kältemittelringleitung zum Einsatz kommen muss, verzichtet werden kann. Dadurch kann die erfindungsgemäße Befüllanlage selbst besonders kostengünstig ausgestaltet werden und ermöglicht somit eine kostengünstige Befüllung von Klimaanlagen.
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Alternativ wäre es möglich, erwärmtes Kältemittel über eine Kaminleitung auf ein niedriges Druckniveau abzulassen und durch frisch konditioniertes Kältemittel insbesondere vor der Befüllung der jeweiligen Klimaanlage zu ersetzen. Die Gefahr dabei ist jedoch, dass entstandene Gasanteile in der Befüllstrecke, die während der Stillstandszeit und während des Abblasens entstanden sind, bei einem Wiederbefüllen des Schlauches mit einer aufkommenden Expansionswärme derart komprimiert werden, dass die Befüllstrecke speziell im Bereich eines Befülladapters, über welchen das Kältemittel schließlich in die jeweilige Klimaanlage eingefüllt wird, aufwärmt und demzufolge innerhalb der Befüllstrecke überkritisches Material verbleibt. Auch diese Probleme und Nachteile können bei der erfindungsgemäßen Befüllanlage auf einfache und kostengünstige Weise vermieden werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Befüllanlage ist somit ein Temperiersystem geschaffen, welches nicht nur die Konditioniereinheit, sondern auch die gesamte Befüllstrecke umfasst, sodass das Kältemittel auch entlang der gesamten Befüllstrecke temperiert, insbesondere gekühlt, werden kann. Beispielsweise umfasst das Temperiersystem einen Kreislauf, welcher von einem Medium zum Temperieren des Kältemittels durchströmbar ist. Dabei erfolgt beispielsweise ein Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Medium. Dabei wird die Befüllstrecke mit Kältemittel befüllt, welches bereits mittels der Konditioniereinheit konditioniert ist und dabei beispielsweise einen Druck von circa 85 bar und eine Temperatur von circa 20 Grad Celsius aufweist. Die Temperierstrecke hat insbesondere die Aufgabe, entlang der Befüllstrecke von außen auf die Befüllstrecke beziehungsweise auf das Kältemittel einwirkende thermische Energie abzuführen und dadurch das Kältemittel zu kühlen beziehungsweise vor einer übermäßigen Erwärmung zu schützen. Dadurch bleiben die Prozessparameter entlang der gesamten Füllstrecke zumindest im Wesentlichen konstant, und das Kältemittel verbleibt insbesondere in seinem gewünschten flüssigen Phasenzustand, insbesondere unabhängig von Intervallzeiten.
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Als das Medium zum Temperieren des Kältemittels kommt beispielsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, zum Einsatz. Alternativ zum Wasser können andere Flüssigkeiten oder wenigstens ein Gas wie beispielsweise temperierte Luft oder ein anderes Gas für die Temperierung der Befüllstrecke und somit des Kältemittels verwendet werden. Bei dem Medium kann es sich beispielsweise um temperiertes Kältemaschinenöl handeln, welches auch als PAG-Öl bezeichnet wird. In dem Befülladapter verläuft beispielsweise wenigstens eine von dem Kältemaschinenöl durchströmbare Versorgungsleitung, über welche das Kältemaschinenöl in den Kältemittelkreislauf eingefüllt werden kann. Das Kältemaschinenöl dient insbesondere der Schmierung wenigstens einer Komponente, insbesondere einer Kältemaschine, der Klimaanlage. Dabei kann die Versorgungsleitung als Temperierleitung, insbesondere Kühlleitung, genutzt werden, um zumindest einen Teilbereich der Befüllstrecke mittels des Kältemaschinenöls zu temperieren. Hierzu wird beispielsweise das Kältemaschinenöl entsprechend temperiert, insbesondere gekühlt und/oder erwärmt.
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Insbesondere ist es möglich, die Versorgungsleitung als Ringleitung auszuführen, welche thermisch an das Temperiersystem der Konditioniereinheit, insbesondere mittels wenigstens eines Wärmetauschers, gekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Mittels des Wärmetauschers kann das Medium, insbesondere das Kältemaschinenöl, temperiert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Befüllanlage ist eine besonders vorteilhafte Phasenstabilisierung des Kältemittels entlang der kompletten Befüllstrecke möglich, was zu einer besonders hohen Prozesssicherheit führt, insbesondere unabhängig von Umgebungstemperaturen und Intervallzeiten zwischen der zeitlich nahe aufeinanderfolgenden Befüllung von jeweils zwei Klimaanlagen. Dabei kann der Aufbau der Befüllanlage einfach und kostengünstig gehalten werden, sodass eine aufwändige Anlagentechnik vermieden werden kann. Es wurde gefunden, dass Wasser-Standardkomponenten ausreichen, um die Befüllanlage zu realisieren. Ferner kann eine kompakte Bauweise des Befülladapter realisiert werden, sodass dieser einfach gehandhabt werden kann. Im Rahmen der Befüllung der jeweiligen Klimaanlage wird der Befülladapter mit der jeweiligen Klimaanlage fluidisch verbunden, sodass das Kältemittel über den Befülladapter aus der Befüllanlage aus- und in die jeweilige Klimaanlage einströmen kann. Somit bildet beispielsweise der Befülladapter den genannten Auslass der Befüllanlage insgesamt. Ferner kann mittels der erfindungsgemäßen Befüllanlage die Verschwendung von Kältemittel durch Druckabsenkung in der Befüllstrecke und anschließender Wiederbefüllung mit frisch konditioniertem Kältemittel vermieden werden. Auch ein Erwärmen der beispielsweise einen Schlauch umfassenden Befüllstrecke beim Wiederbefüllen durch frei werdende Kompressionswärme in der Befüllstrecke kann vermieden werden.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Befüllanlage ist, dass das Kältemittel in seinem flüssigen Phasenbereich stabilisiert wird, sodass ausschließlich flüssiges Medium in Form des flüssigen Kältemittels in den Befülladapter gelangt. Überkritisches Material im Befülladapter wird vermieden, wodurch vermieden wird, dass Dichtungen von Ventilen durch überkritisches Kältemittel angegriffen wird.
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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.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer Befüllanlage zum Befüllen von Klimaanlagen von Fahrzeugen mit einem Kältemittel, insbesondere in Form von Kohlendioxid.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Befüllanlage 10 zum Befüllen von Klimaanlagen von Fahrzeugen mit einem Kältemittel, welches vorliegend als Kohlendioxid (CO2) ausgebildet ist. Die Befüllanlage 10 kommt im Rahmen einer Herstellung der Fahrzeuge zum Einsatz, welche als Personenkraftwagen ausgebildet sind. Von diesen Personenkraftwagen ist in der Fig. ein mit 12 bezeichneter Personenkraftwagen dargestellt. Somit ist die jeweilige Klimaanlage des jeweiligen Personenkraftwagens als CO2-Klimaanlage ausgebildet. Mittels der Befüllanlage 10 wird das Kohlendioxid in einen jeweiligen Kältemittelkreislauf der jeweiligen Klimaanlage eingefüllt. Hierzu umfasst die Befüllanlage 10 ein beispielsweise als Gasflasche ausgebildetes Reservoir 14, in welchem das Kältemittel aufgenommen beziehungsweise gespeichert ist. Ferner umfasst die Befüllanlage 10 eine im Ganzen mit 15 bezeichnete Leitungseinrichtung, welche eine fluidisch mit dem Reservoir 14 verbundene erste Leitung 16 aufweist.
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Über die Leitung 16 kann das Kältemittel aus dem Reservoir 14 einer Konditioniereinheit 18 der Befüllanlage 10 zugeführt werden. Mittels der Konditioniereinheit 18 wird das Kältemittel konditioniert. Im Rahmen dieser Konditionierung wird das Kältemittel mittels der Konditioniereinheit 18 verdichtet und temperiert. Unter dem Temperieren ist ein Erwärmen und/oder Kühlen des Kältemittels zu verstehen. Hierzu umfasst die Konditioniereinheit 18 beispielsweise ein in der Fig. nicht näher dargestelltes Temperiersystem, mittels welchem das Kältemittel temperiert werden kann. Das Temperiersystem umfasst beispielsweise ein Medium zum Temperieren des Kältemittels infolge eines Wärmeaustausches zwischen dem Medium und dem Kältemittel. Ferner kann das Temperiersystem wenigstens einen Wärmetauscher, insbesondere einen Plattenwärmetauscher, umfassen, mittels welchem das Medium seinerseits temperiert werden kann. Bei dem Medium handelt es sich beispielsweise um eine Flüssigkeit oder aber um ein Gas.
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Bezogen auf die Strömungsrichtung des Kältemittels durch die Leitungseinrichtung 15 ist stromab der Konditioniereinheit 18 ein Evakuier- und Befüllmodul 20 der Befüllanlage 10 angeordnet, wobei das Kältemittel, insbesondere mittels der Leitungseinrichtung 15, von der Konditioniereinheit 18 kommend dem Evakuier- und Befüllmodul 20 zugeführt wird. Mittels des Evakuier- und Befüllmoduls 20 erfolgt die eigentliche Einfüllung des Kältemittels in die jeweilige Klimaanlage beziehungsweise in den jeweiligen Kältemittelkreislauf. Das Evakuier- und Befüllmodul 20 ist somit Bestandteil einer im Ganzen mit 30 bezeichneten Befüllstrecke, sodass sie sich zumindest von der Konditioniereinheit 18 bis zu einem vorliegend durch einen Befülladapter 24 der Befüllanlage 10 gebildeten Auslass 32 der Befüllanlage 10 insgesamt erstreckt. Über den Auslass 32 kann das Kältemittel aus der Befüllanlage 10 insgesamt ausströmen, sodass das Kältemittel aus dem Auslass 32 aus- und in die jeweilige Klimaanlage beziehungsweise in den jeweiligen Kältemittelkreislauf einströmen kann.
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Das Kältemittel wird über eine zweite Leitung 22 der Leitungseinrichtung 15 zu dem Befülladapter 24 gefüllt, welcher fluidisch mit der zweiten Leitung 22 und über diese fluidisch mit dem Evakuier- und Befüllmodul 20 beziehungsweise mit der Konditioniereinheit 18 verbunden ist. Somit kann das Kältemittel die Leitungseinrichtung 15 durchströmen.
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Der Befülladapter 24 ist mit der jeweiligen Klimaanlage koppelbar. Bezogen auf eine Strömungsrichtung des Kältemittels von dem Reservoir 14 durch die Leitungseinrichtung 15 zum Befülladapter 24 ist die Leitungseinrichtung 15 stromauf des Befülladapters 24 angeordnet. Im Rahmen eines Verfahrens zum Befüllen der jeweiligen Klimaanlage wird der Befülladapter 24 mit der jeweiligen Klimaanlage gekoppelt. Dann wird die Klimaanlage über den Befülladapter 24 mit dem Kältemittel aus dem Reservoir 14 befüllt, indem das Kältemittel über die Leitungseinrichtung 15 aus dem Reservoir 14 dem Befülladapter 24 zugeführt wird und aus dem Auslass 32 ausströmt.
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Der Befülladapter 24 kann ferner zum Evakuieren der Klimaanlage, insbesondere des Kältemittelkreislaufs, genutzt werden. Dabei wird beispielsweise ein gasförmiges Medium aus dem Kältemittelkreislauf mittels des Befülladapters 24 abgesaugt. Die Einfüllung des Kältemittels in den jeweiligen Kältemittelkreislauf erfolgt beispielsweise über einen jeweiligen Einfüllstutzen, welcher in einem jeweiligen Motorraum 26 des jeweiligen Personenkraftwagens angeordnet ist. Dabei ist eine als Motorhaube ausgebildete Frontklappe 28 des Personenkraftwagens geöffnet, um den Befülladapter 24 mit dem Einfüllstutzen verbinden zu können.
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Aus der Fig. ist erkennbar, dass auch der Befülladapter 24, der Auslass 32 und die zweite Leitung 22 Bestandteile der Befüllstrecke 30 sind, über welche das eigentliche Einfüllen des Kältemittels in die jeweilige Klimaanlage erfolgen. Somit ist die Befüllstrecke 30 insgesamt von dem Kältemittel durchströmbar.
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Um nun ein besonders prozesssicheres Befüllen der Klimaanlage zu realisieren, umfasst das Temperiersystem eine Temperierstrecke 34, entlang welcher das Kältemittel mittels der Konditioniereinheit 18 temperierbar ist beziehungsweise temperiert wird. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Temperierstrecke 34 mit der Befüllstrecke 30 zusammenfällt. Mit anderen Worten umfasst die Temperierstrecke 34 zumindest die gesamte Befüllstrecke 30, sodass das Kältemittel mittels der Konditioniereinheit 18 nicht nur in der Konditioniereinheit 18, sondern auch in beziehungsweise entlang der gesamte Befüllstrecke 30, das heißt von einem Ausgang der Konditioniereinheit 18 vollständig durchgehend bis zum Auslass 32 temperiert, insbesondere erwärmt und/oder gekühlt, wird. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Kältemittel nicht nur in der Konditioniereinheit 18, sondern entlang der gesamten Befüllstrecke 30 in einem flüssigen Phasenzustand vorliegt, wobei unerwünschte Phasenübergänge des Kältemittels entlang der Befüllstrecke 30 vermieden werden können.
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Die Befüllstrecke 30 umfasst wenigstens einen Schlauch, durch welchen beispielsweise zumindest die Leitung 22 gebildet ist. Über diesen, von dem Kältemittel durchströmbaren Schlauch kann beispielsweise ein Wärmeaustausch zwischen dem zuvor genannten Medium und dem Kältemittel erfolgen, sodass das Kältemittel mittels des Mediums temperiert, insbesondere gekühlt, wird. Somit wird das Kältemittel mittels der Konditioniereinheit 18 konditioniert und in bereits konditioniertem Zustand der Befüllstrecke 30 zugeführt, wobei das Kältemittel auch entlang der Befüllstrecke 30 mittels der Temperierstrecke 34 konditioniert wird beziehungsweise konditioniert gehalten wird. Eine unerwünschte Temperatur- und Phasenänderung entlang der Befüllstrecke 30 kann somit vermieden werden.