DE19737869A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtigkeitsprüfung von Kältemaschinen, insbesondere Kfz-Klimaanlagen, bei dem bzw. der das zu prüfende System mit ei­ nem Gas unter Überdruck beaufschlagt und ein auftretender Druckabfall detektiert wird.

Lecks in Kältemaschinen wie z. B. Haushaltskühlschränken, Tiefkühlschränken, aber insbesondere auch in Kfz-Klimaanlagen müssen nicht nur aus gesundheitlichen, ökonomischen und öko­ logischen Gründen vermieden werden. Auch durch sehr kleine Lecks kann das Kältemittel ganz oder zumindestens zu einem die Funktionsfähigkeit der Anlage beeinflussenden Teil ent­ weichen. Es ist daher unbedingt eine Dichtigkeitsprüfung sol­ cher Kältemaschinen vorzunehmen.

Bei einem bekannten Verfahren wird das zu untersuchende Sy­ stem mit einem mit fluoreszierendem Öl versetzten Kältemittel befüllt. Unter Schwarzlicht kann das Leck dann detektiert werden. Das Problem bei diesem Verfahren besteht darin, daß der fluoreszierende Stoff im PAG-Öl gelöst ist und nur Lecks detektiert werden können, durch die die großen Moleküle des PAG-Öls entweichen. Kleine Lecks, durch die-nur die R134a-Moleküle des Kältemittels hindurchtreten können, werden nicht erkannt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden die potentiellen Leckstellen des Klimasystems, d. h. Verschraubungen, Steckver­ bindungen etc. mit Detektoren für das verwendete Kältemittel abgesucht. Probleme dieses Verfahrens sind die Erreichbarkeit der potentiellen Leckstellen im Motorraum, Luftströmungen, z. T. Querempfindlichkeiten der Detektoren sowie variierende Durchführung und Beurteilung des Durchführenden.

Ein weiteres vorbekanntes Verfahren, der in den Füllzyklus integrierte Vakuumtest, ist in den wenigen Sekunden nicht in der Lage, wie erwünscht Feinlecks zu detektieren. Er müßte erheblich verlängert werden. Außerdem ist bei diesem Verfah­ ren das Problem der falschen Leckbeanspruchung zu nennen. Entgegen dem praktischen Einsatz mit einem Kältemittel, z. B. R134a, wird das Leck während des Vakuumtests von außen mit Druck beaufschlagt (Umgebungsdruck), während es beim Betrieb der Kältemaschine bzw. der Klimaanlage von innen mit Druck beaufschlagt wird. Dies kann zu einem erheblich anderen Dich­ tigkeitsverhalten führen, indem z. B. eine unter Überdruck sich öffnende Undichtigkeit beim Vakuumtest geschlossen wird, so daß keine Undichtigkeit detektiert wird.

Verwendet man statt des Unterdrucks einen Überdruck, so kön­ nen die Druckdifferenzen zwischen Innen und Außen wesentlich vergrößert werden, indem z. B. das System mit einem Gas mit 20 bar Druck beaufschlagt wird. Das Problem besteht dann aber darin, eine Druckänderung von einigen Millibar bei einem Ge­ samtdruck von 20 bar zu detektieren, was meßtechnisch nicht mit zufriedenstellender Genauigkeit möglich ist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Ver­ fahrens der eingangs genannten Art sowie einer Vorrichtung, mit dem bzw. der zuverlässig und schnell eine Dichtigkeits­ prüfung vorgenommen werden kann.

Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß ein dichtes Referenzvolumen mit dem gleichen Druck wie das zu untersu­ chende System beaufschlagt wird und Druckdifferenzen zwischen System und Referenzvolumen detektiert werden.

Der Druck im dichten Referenzvolumen bleibt gleich. Der Druck im System wird sich aber um einige Millibar verringern, wenn ein Leck vorhanden ist. Dieses Absinken des Drucks um einige Millibar kann nun dadurch sehr genau festgestellt werden, daß eine Differenzdruckmessung durchgeführt wird, die Messung von einigen Millibar gegen den Gesamtdruck von 20 bar also nicht mehr erforderlich ist.

Es ist zwar bekannt, Dichtigkeitsprüfungen durch ähnliche Differenzmessungen vorzunehmen (DE 195 13 199 A1). Dabei han­ delt es sich aber um die Dichtigkeitsprüfung eines gewöhnli­ chen Hohlkörpers. Das System einer Kältemaschine bzw. einer Klimaanlage ist aber von einem einfachen Hohlkörper sehr ver­ schieden, so daß man aus unterschiedlichen Gründen annehmen würde, daß eine solche Dichtigkeitsmessung nicht möglich ist. So weisen solche Systeme eine komplizierte Geometrie auf (Kondensator, Verdampfer, thermostatisches Expansionsventil), so daß nur eine verzögerte und ungleichmäßige Druckbefüllung stattfindet. Das System ist nicht starr, sondern weist flexi­ ble und elastische Schlauchleitungen auf. Diese werden sich ausdehnen, wobei auch ein Fließen auftreten kann, was ein Leck suggerieren könnte, obwohl es gar nicht vorhanden ist.

Die Kältemaschine bzw. Klimaanlage weist weiter verstellbare Bauelemente auf, z. B. der Verdichter mit Taumelscheibe, was zu Druckänderungen führen kann. Schließlich ist im Kompressor der Kältemaschine oder der Klimaanlage Öl enthalten, das bei der Be- und Entlüftung mitgerissen werden kann. Außerdem könnte das Prüfgas teilweise im Öl gelöst werden, was eben­ falls ein nicht vorhandenes Leck suggerieren würde. Es er­ scheint daher unmöglich, ein Leck in einer Kältemaschine, ei­ ner Kfz-Klimaanlage oder dergleichen mit dem sehr empfindli­ chen Differenzdruckverfahren festzustellen. Die erfindungsge­ mäße Leistung besteht darin, dieses Vorurteil überwunden zu haben. Überraschenderweise erhält man genaue und zuverlässige Aussagen über die Dichtigkeit der einzelnen Klimaanlagen.

Bei einer vorteilhaften Ausführung wird eine zunächst beste­ hende Verbindung zwischen System und Referenzvolumen erst nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach Befüllen mit dem Gas unterbrochen. Dadurch besteht ausreichend Zeit zum Ausgleich von Druck- und Temperaturunterschieden, die ursprünglich be­ standen haben oder aber durch die Befüllung mit dem Gas ent­ standen sind. Diese Zeitdauer kann verhältnismäßig kurz ge­ halten werden, selbst wenn die erwähnten zu erwartenden Pro­ bleme auftreten.

Vorteilhafterweise werden die Temperatur und/oder Temperatur­ änderungen im Referenzvolumen und System gemessen, so daß Druckunterschiede, die lediglich auf Temperaturänderungen be­ ruhen, kompensiert werden können.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform wird Druckluft als Gas verwendet, da diese besonders billig und einfach zu hand­ haben ist. Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird Stickstoff als Prüfgas verwendet. Bei noch einer anderen vorteilhaften Ausführungsform wird Helium als Druckgas ver­ wendet, das aufgrund der Tatsache, daß es monomolekular ist, besonders schnell durch mögliche Lecks entweicht. Auch ist es möglich, Gemische aus diesen Gasen zu verwenden.

Vorteilhafterweise wird das Verfahren mit Gas mit einem Druck von mehr als ungefähr 10 bar, insbesondere von ungefähr 20 bar durchgeführt.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß sie Adapter zum Anschluß an eine Druckgas­ quelle sowie das zu untersuchende System aufweist. Die Adap­ ter zum Anschluß an das System sind dabei vorteilhafterweise so ausgebildet, daß kein Öl vom Kompressor des Systems beim Anschließen der Vorrichtung bzw. während der Messung entwei­ chen kann.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung einen Mikroprozessor auf.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform weist einen Akku als elektrische Energiequelle auf. In diesem Falle ist es nicht mehr notwendig, die Vorrichtung mit einem Kabel zur Energieversorgung zu verbinden. Die Vorrichtung kann etwa am Produktionsfließband an einer Stelle am Kraftfahrzeug, das gerade hergestellt wird, angebracht werden und an einer ande­ ren Stelle nach Beendigung des Meßzyklus wieder entfernt wer­ den. Eine solche portable Vorrichtung kann zweckmäßigerweise eine Einrichtung für die drahtlose Datenübertragung aufwei­ sen, was sie völlig unabhängig von irgendwelchen Verbindungs­ leitungen macht, so daß sie frei bewegt werden kann. Sie be­ wegt sich dabei wie gesagt mit dem Kraftfahrzeug auf dem Her­ stellungsfließband mit und kann dann durch eine geeignete Rückführeinrichtung, die auch gleich mit einer Akkuladevor­ richtung versehen sein kann, zum Ursprungsort zurückbefördert werden, um dort an einem weiteren Kraftfahrzeug angebracht zu werden. An dieser Ursprungsstelle erfolgt dann auch die Be­ füllung mit Druckgas. Diese Verbindung mit der Druckgasquelle wird gelöst, sobald die Vorrichtung mit dem Referenzvolumen sowie das System unter dem vorgesehenen Druck stehen.

Die Einrichtung zur drahtlosen Datenübertragung kann einen Funksender und/oder einen Infrarotsender aufweisen.

Die so kabellos übertragenen Daten können in einer Basissta­ tion ausgewertet, abgespeichert, visuell dargestellt und an die folgende Klima-Füllanlage übermittelt werden. Die Füllan­ lage wird somit nur die als dicht erkannten Systeme befüllen können.

Bei diesem Verfahren wird vorteilhafterweise mit einem Prüf­ druck gearbeitet, der noch über dem maximalen Betriebsdruck der Klimaanlage liegt, wobei dieser Prüfdruck noch über einen längeren Zeitraum anliegt. Dadurch ist gewährleistet, daß al­ lein durch diese Druckbeaufschlagung des Gesamtsystems eine wesentliche Überprüfung hinsichtlich der Druckstabilität er­ folgt. Sollte schon bei diesem Test, der parallel mit der Be­ füllung erfolgt, ein Mangel erkannt werden, so kann durch entsprechende Sicherheitsvorkehrungen verhindert werden, daß ungehindert Druckluft in die Umgebung ausströmt. Die Dichtig­ keitsprüfung wird auch vor der Befüllung mit dem Kältemittel durchgeführt. Es ist somit gewährleistet, daß nur wirklich dichte Systeme befüllt werden. Dieses Vorgehen entspricht dem logischen Ablauf und führt zu einer Kostenreduktion hinsicht­ lich der eingesetzten Menge Kältemittel und des Aufwands für die Rückgewinnung. Außerdem wird die Verseuchung der Umge­ bungsluft mit Kältemittel vermieden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einer vorteilhaften Ausführungsform beispielsweise unter Bezugnahme auf die bei­ gefügte Zeichnung beschrieben, in der schematisch eine Vor­ richtung der Erfindung dargestellt ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 weist einen ersten Adapter 2 auf, mit dem sie an eine nicht gezeigte Druckgasquelle an­ schließbar ist. Die Vorrichtung 1 weist zwei zweite Adapter 3 auf, mit denen sie an eine Klimaanlage 4 angeschlossen werden kann, die einen Kompressor 5, einen Verdampfer 6, ein Expan­ sionsventil 7 und einen Kondensator 8 aufweist. Das System 4 wird mit dem Druckgas gefüllt. Gleichzeitig wird ein Refe­ renzvolumen 9 mit demselben Gas auf denselben Druck gebracht. Ist der Solldruck erreicht, was über Druckaufnehmer gemessen wird, so wird ein erstes Ventil 10 durch den Mikrocontroller 11 geschlossen, der die Vorrichtung 1 steuert. In diesem Mo­ ment kann die Verbindung zur Druckgasquelle gelöst werden, so daß die Vorrichtung 1 zusammen mit dem Kraftfahrzeug und der darin angeordneten Klimaanlage 4 auf dem Fließband ungehin­ dert weiterbewegt werden kann. Dabei ist ein zweites Ventil 12 geöffnet, damit ein Druckausgleich und auch gegebenenfalls ein Temperaturausgleich zwischen dem Referenzvolumen 9 und dem zu prüfenden System 4 erfolgen kann. Nach einer vorgege­ benen Ausgleichszeit wird das zweite Ventil 12 durch den Mi­ kroprozessor 11 geschlossen, und die Meßzeit beginnt. Dabei können Differenzdruck (und gegebenenfalls auch der Absolut­ druck) in beiden Systemen und auch die Temperaturen mehrfach gemessen werden.

Nach der Meßzeit wird das Druckgas über ein drittes Ventil 13 abgelassen. Das Gerät wird vom Fahrzeug getrennt und die Meß­ werte sowie die berechnete Leckrate werden an eine Basissta­ tion über eine Schnittstelle 14 mit Hilfe von Datenübertra­ gung übermittelt. Die Datenübertragung erfolgt dabei bevor­ zugt drahtlos. Wenn das Gerät mit einem nicht gezeigten Akku für die Energieversorgung des Mikroprozessors und der elek­ trischen Schaltkreise versehen ist, ist es vollständig auto­ nom, braucht also während des eigentlichen Meßvorgangs nicht mit irgendwelchen Leitungen an Energieversorgungen oder Da­ tenstationen angeschlossen sein.

Claims (15)

1. Verfahren zur Dichtigkeitsprüfung von Kältemaschinen, insbesondere Kfz-Klimaanlagen, bei dem das zu prüfende System mit einem Gas unter Überdruck beaufschlagt wird und ein auftretender Druckabfall detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein dichtes Referenzvolumen mit dem gleichen Druck wie das System beaufschlagt wird und Druckdifferenzen zwischen System und Referenzvolumen de­ tektiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zunächst bestehende Verbindung zwischen System und Referenzvolumen erst nach einer vorgegebenen Zeitdauer nach Befüllen mit dem Gas unterbrochen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und/oder Temperaturänderungen im Refe­ renzvolumen und System gemessen werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Druckluft als Gas verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Stickstoff als Gas verwendet wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Helium als Gas verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Gemische der genannten Gase verwendet werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß mit einem Druck von mindestens ungefähr 10 bar gearbeitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Druck von ungefähr 20 bar gearbeitet wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Adapter (2, 3) zum Anschluß an eine Druckgasquelle sowie das System (4) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Mikroprozessor (11) aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sie einen Akku als elektrische Energiequel­ le aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung für drahtlose Datenübertragung aufweist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Funksender aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Infrarotsender aufweist.