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Title:
DEVICE FOR FILLING AIR-CONDITIONING SYSTEMS WITH A COOLANT IN THE FINAL ASSEMBLY OF THE VEHICLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/015706
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for filling air conditioning systems with a coolant in the final assembly of the vehicle. The air conditioning system to be filled respectively comprises a connection valve on the low pressure side and on the high pressure side. Said connection valves of the air conditioning system to be filled have different geometries for the two different coolants R134a and R1234yf. The high pressure adapter, via which the air conditioning system is filled, is equipped with mechanical components which prevent the opening and filling of a connection valve not corresponding to the pre-selected coolant, in which a stop piston can be positioned by selecting a type of one of the two different coolants R134a and R1234yf in the adapter, such that the high pressure adapter can diagnose a correct and/or incorrect vehicle connection by means of an associated path measuring system. Said device comprises a tensioning system comprising slide (1) with a magnet (4), a stop piston (2) with an integrated ram piston (3), a path measuring system (6) and clamping balls.

Inventors:
WÖHNER, Carsten (Kleinhohenheimer Strasse 36, Stuttgart, 70619, DE)
WIELAND, Frank (Einsiedler Strasse 22, Burkhardtsdorf, 09235, DE)
WAPPLER, Daniel (August-Schlosser-Strasse 32, Zwickau, 08056, DE)
Application Number:
DE2015/000393
Publication Date:
February 04, 2016
Filing Date:
July 30, 2015
Export Citation:
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Assignee:
DÜRR SOMAC GMBH (Zwickauer Strasse 30, Stollberg, 09366, DE)
International Classes:
B60H1/00; B67D7/02; F16K37/00; F16L37/44; F25B45/00
Domestic Patent References:
WO2007106486A12007-09-20
Foreign References:
US20070256742A12007-11-08
US6450199B12002-09-17
GB2250073A1992-05-27
US6848670B22005-02-01
US20070025674A12007-02-01
Attorney, Agent or Firm:
FINDEISEN, Andreas (Findeisen & Neumann, Pornitzstrasse 1, Chemnitz, 09112, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Befüllung von Klimaanlagen mit einem Kältemittel in der Fahrzeugendmontage, wobei die zu befüllenden Klimaanlagen an der Niederdruckseite und an der Hochdruckseite jeweils ein Anschlussventil aufweisen, welche hinsichtlich ihrer geometrischen Kontur unterschiedlich ausgestaltet sind, um Verwechslungen zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite zu vermeiden und um gleichzeitig zu gewährleisten, dass jeweils nur das konkret zulässige Kältemittel in die Klimaanlage befüllt wird und wobei die Vorrichtung über Niederdruck- und Hochdruckadapter mit den Anschlussventilen an der Niederdruckseite und an der Hochdruckseite in Wirkverbindung bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass für zwei unterschiedliche Kältemittel R134a und R1234yf jeweils nur ein Hochdruckadapter und ein Niederdruckadapter vorgesehen ist, wobei die Anschlussventile der zu befüllenden Klimaanlagen für die zwei unterschiedlichen Kältemittel R134a und R1234yf unterschiedliche Geometrien aufweisen, wobei der Hochdruckadapter, über den die Klimaanlage befüllt wird, mit mechanischen Komponenten ausgestattet ist, die in ihrem Zusammenwirken ein Öffnen und Befüllen eines nicht dem vorgewählten Kältemittel entsprechenden Anschlussventils verhindern, indem durch Typvorwahl eines der zwei unterschiedlichen Kältemittel R134a und R1234yf im Adapter ein Anschlagkolben derart positionierbar ist, dass der Hochdruckadapter mittels eines zugeordneten Wegmesssystems einen richtigen und/oder falschen Fahrzeuganschluss diagnostizieren kann, wobei die Vorrichtung ein Spannsystem aufweist, das einen Schieber (1) mit einem Magnet (4), einen Anschlagkolben (2) mit einem integrierten Stößelkolben (3), ein Wegmesssystem (6) und Spannkugeln umfasst, wobei der Schieber (1) in Abhängigkeit der jeweils konkreten geometrischen Ausführung der Anschlussventile unterschiedliche Stellungen einnimmt, die durch den Magnet (4) über das Wegmesssystem (6) ausgewertet werden, wobei der Schieber (1) so ausgestaltet ist, dass er in der Grundstellung den Adapter mittels einer als O-Ring ausgestalteten Dichtung (5) verschließt, wobei der Anschlagkolben (2) entsprechend einer Typvorwahl an der Befüllanlage auf Stellungen für das eine Kältemittel R134a (untere Stellung) und/oder für das andere Kältemittel R1234yf (obere Stellung) positioniert werden kann, wobei diese beiden Stellungen die Bewegung des Schiebers (1) lediglich in diesen vorgegebenen Endlagen bewirken, wobei der im Anschlagkolben (2) integrierte Stößelkolben (3) einen definiert begrenzten Hub zum Öffnen der Anschlussventile des Fahrzeuganschluss ausführen kann, wobei die entsprechende Hubbewegung in Abhängigkeit der jeweils konkreten Stellung des Anschlagkolbens (2) aus der voreingenommenen Position für das eine Kältemittel R134a oder für das andere Kältemittel R1234yf beginnend erfolgt und wobei die Spannkugeln aufgrund der erforderlichen Spannwegfreiheit durch einen Stift gehalten werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckadapter für jedes Kältemittel eine separate Füllleitung mit einem Füllventil aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckadapter so ausgestaltet ist, dass er auf beide medienspezifischen Anschlussventile der Klimaanlage spannen kann.

Description:
Vorrichtung zur Befüllung von Klimaanlagen mit einem Kältemittel in der

Fahrzeugendmontage

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Befüllung von Klimaanlagen mit einem Kältemittel in der Fahrzeugendmontage, wobei die zu befüllende Klimaanlage an der Niederdruckseite und an der Hochdruckseite jeweils ein Anschlussventil aufweist, über das die Klimaanlage druckgetestet, evakuiert und befüllt werden kann und das Wartungsarbeiten im weiteren Lebenszyklus der Klimaanlage ermöglicht, wobei die Anschlussventile hinsichtlich ihrer geometrischen Kontur unterschiedlich ausgestaltet sind, um Verwechslungen zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite zu vermeiden und um gleichzeitig zu gewährleisten, dass jeweils nur das konkret zulässige Kältemittel in die Klimaanlage befüllt wird und wobei die Befüllung mit einer Befüllanlage durchgeführt wird, die jeweils über Adapter mit den Anschlussventilen an der Niederdruckseite und an der Hochdruckseite in Wirkverbindung gebracht wird.

Die üblicherweise mit dem englischsprachigen Begriff „Mobile Air Conditioning System / MAC" bezeichneten mobilen Klimaanlagen in Fahrzeugen weisen an der Niederdruckseite und an der Hochdruckseite jeweils Anschlussventile auf. Über diese Anschlussventile werden die Klimaanlagen druckgetestet, evakuiert und befüllt. Weiterhin ermöglichen diese Ventile notwendige Wartungsarbeiten im weiteren Lebenszyklus der Klimaanlage. Dabei sind die Anschlussventile hinsichtlich ihrer geometrischen Kontur unterschiedlich ausgestaltet. Somit werden Verwechslungen zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite vermieden und gleichzeitig wird gewährleistet, dass jeweils nur das konkret zulässige Kältemittel in die Klimaanlage befüllt wird. Die Verwechslungssicherheit zur Verhinderung der Befüllung mit einem falschen Kältemittel ist vor allem beim Hochdruckadapter gefordert, da über diesen die meisten Klimaanlagen befüllt werden.

Für eine Befüllung von Behältern, Kreisläufen und ähnlichen Komponenten von Fahrzeugen mit Kraft-, Schmier-, Kühl- und sonstigen Betriebsstoffen sind bereits verschiedenartige Vorrichtungen bekannt, zum Beispiel aus US 6 848 670 B2, US 2007 / 0 256 742 A1 oder WO 2007 / 106 486 A1. Hierbei müssen insbesondere die Anschlussgeometrien zwischen der Befüllvorrichtung und der zu befüllenden Baugruppe aufeinander abgestimmt werden.

Die Geometrien der verschiedenen Anschlussventile bei Klimaanlagen sind in der international verbindlichen SAE-Norm J 639 definiert. Die diesbezüglich konkreten Abmessungen und Unterschiede der Anschlussventile für die als Kältemittel üblichen Medien R134a und R1234yf sind aus Fig. 1 ersichtlich. In der Fahrzeugendmontage werden die Klimaanlagen erstmalig mit Kältemittel befüllt. Dieser Prozess der Erstbefüllung wird mit Befüllanlagen durchgeführt, die für jede Art der zu befüllenden Klimaanlagen einen Hochdruck- und einen Niederdruckadapter benötigen. Sofern in der Endmontage zwei unterschiedliche Klimaanlagen verbaut werden, die auch mit unterschiedlichen Kältemitteln (z.B. R134a und R1234yf) befüllt werden müssen, erfordert dies den Einsatz von insgesamt vier Adaptern an der zugehörigen Befüllanlage. Dabei kommen hier, bezogen auf die unterschiedlichen Kältemittel, auch unterschiedliche Komponenten der Befüllanlage zum Einsatz. Derartige Ausführungen mit einem nach Medien getrennten Aufbau der Befüllanlage erhöhen den Investitionsaufwand, verursachen Kosten für die weitere Wartung und erfordern in der Endmontage einen erheblichen Bauraum, der den verfügbaren freien Bauraum für mögliche Erweiterungen an der Befüllanlage einschränkt. Fig. 2 zeigt den Grundaufbau einer entsprechend ausgeführten Befüllanlage mit Medientrennung gemäß dem Stand der Technik.

Zur Vermeidung derartiger Nachteile wäre es vorteilhaft, sofern der bisher notwendige Montageraum sowie die bisherigen Investitions- und Betriebskosten reduziert werden können, ohne dass dadurch die notwendige Verwechslungssicherheit hinsichtlich unterschiedlicher Kältemittel beeinträchtigt wird. Somit könnte der Aufbau einer bisher üblichen Befüllanlage gemäß Fig. 2 in vorteilhafter Weise auf einen Grundaufbau gemäß Fig. 3 reduziert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Vorrichtung zu schaffen, die mit lediglich zwei Adaptern (einen Adapter für die Hochdruckseite und einen Adapter für die Niederdruckseite) eine Befüllung mit zwei unterschiedlichen Kältemitteln ermöglicht und die dennoch gewährleistet, dass ein jeweils richtiges Kältemittel in eine jeweils richtige Klimaanlage befüllt wird. Dies setzt voraus, dass der Hochdruckadapter und der Niederdruckadapter auf jeweils unterschiedliche Fahrzeuganschlussventile spannen und abdichten können. Gleichzeitig muss detektiert werden, welche Klimaanlage aktuell vorliegt, um das richtige Kältemittel für die Befüllung auswählen zu können. Hierfür ist zu erkennen, auf weiche Anschlussventile der Hochdruckadapter aktuell gespannt hat, so dass die Unterschiede in den Geometrien der Anschlussventile auszuwerten sind.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den technischen Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Demzufolge sind für zwei unterschiedliche Kältemittel, nämlich für das Kältemittel R134a und für das Kältemittel R1234yf jeweils nur ein Hochdruckadapter und ein Niederdruckadapter vorgesehen. Der Hochdruckadapter, über den die Klimaanlage befüllt wird, ist mit mechanischen Komponenten ausgestattet, die in ihrem Zusammenwirken ein Öffnen und Befüllen eines nicht erwarteten Fahrzeugventils verhindern. Der Hochdruckadapter kann mittels eines zugeordneten Wegmesssystems einen richtigen und/oder falschen Fahrzeuganschluss diagnostizieren.

Die Vorrichtung weist ein Spannsystem auf, das einen Schieber mit einem Magnet, einen Anschlagkolben mit einem integrierten Stößelkolben, ein Wegmesssystem und Spannkugeln umfasst. Der Schieber nimmt in Abhängigkeit der jeweils konkreten geometrischen Ausführung der Anschlussventile unterschiedliche Stellungen ein, die durch den Magnet über das Wegmesssystem ausgewertet werden. Dabei ist der Schieber so ausgestaltet, dass er in der Grundstellung den Adapter mittels einer als O-Ring ausgestalteten Dichtung verschließt. Der Anschlagkolben kann entsprechend einer Typvorwahl an der Befüllanlage auf Stellungen für das eine Kältemittel R134a (untere Stellung) und/oder für das andere Kältemittel R1234yf (obere Stellung) positioniert werden, wobei diese beiden Stellungen die Bewegung des Schiebers lediglich in diesen vorgegebenen Endlagen bewirken. Der im Anschlagkolben integrierte Stößelkolben kann einen definiert begrenzten Hub zum öffnen der Anschlussventile des Fahrzeuganschlusses ausführen, wobei die entsprechende Hubbewegung in Abhängigkeit der jeweils konkreten Stellung des Anschlagkolbens aus der voreingenommenen Position für das eine oder für das andere Kältemittel beginnend erfolgt. Die Spannkugeln werden aufgrund der erforderlichen Spannwegfreiheit durch einen Stift gehalten. Der Hochdruckadapter weist für jedes Kältemittel eine separate Füllleitung mit einem Füllventil auf und der Niederdruckadapter ist so ausgestaltet, dass er auf beide medienspezifische Anschlussventile der Fahrzeugklimaanlage spannen kann.

Somit ist eine Vorrichtung verfügbar, die mit lediglich zwei Adaptern eine Befüllung mit zwei unterschiedlichen Kältemitteln ermöglicht und die dennoch gewährleistet, dass ein jeweils richtiges Kältemittel in eine jeweils richtige Klimaanlage befüllt wird. Demzufolge sind die für beide Kältemittelbefüllungen notwendigen Baugruppen und Komponenten für gleiche Prozessschritte wie Drucktest und Evakuieren nur einmal notwendig. Somit wird für eine Befüllung mit zwei Kältemitteln nur ein Gefäß je Konsolenteil einer Befüllanlage benötigt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Anschlussventile für Kältemittel R1234yf und R134a gemäß Stand der Technik

Fig. 2 Grundaufbau einer Befüllanlage mit Medientrennung gemäß Stand der Technik

Fig. 3 Grundaufbau einer neuartigen Befüllanlage mit kombinierter Befüllung

Fig. 4 Spannsystem der erfindungsgemäßen Vorrichtung in Grundstellung Fig. 5 bis Fig. 9 verschiedene Betriebsstellungen eines Spannsystems gemäß Fig. 4

Fig. 10 Detail des Spannsystems für eine Lagefixierung von Spannkugeln

Fig. 11 Detail des Spannsystems mit einem Träger für Spannkugeln

Fig. 12 Detail des Spannsystems mit zusätzlicher Arretierung für Spannkugeln

Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zur Befüllung von Klimaanlagen (sog. MAC) mit einem Kältemittel in der Fahrzeugendmontage konzipiert. Hierbei weist die zu befüllende Klimaanlage an der Niederdruckseite und an der Hochdruckseite jeweils ein Anschlussventil auf, über das die Klimaanlage druckgetestet, evakuiert und befüllt werden kann und das Wartungsarbeiten im weiteren Lebenszyklus der Klimaanlage ermöglicht. Die Anschlussventile sind hinsichtlich ihrer geometrischen Kontur unterschiedlich ausgestaltet, um Verwechslungen zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite zu vermeiden und um gleichzeitig zu gewährleisten, dass jeweils nur das konkret zulässige Kältemittel in die Klimaanlage befüllt wird. Die Befüllung wird mit einer Befüllanlage durchgeführt, die jeweils über Adapter mit den Anschlussventilen an der Niederdruckseite und an der Hochdruckseite in Wirkverbindung gebracht wird.

Der wesentliche Aspekt der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass für zwei unterschiedliche Kältemittel R134a und R1234yf jeweils nur ein Hochdruckadapter und ein Niederdruckadapter vorgesehen sind. Dabei ist der Hochdruckadapter, über den die Klimaanlage befüllt wird, mit mechanischen Komponenten ausgestattet, die in ihrem Zusammenwirken ein Öffnen und Befüllen eines nicht erwarteten Fahrzeugventils verhindern. Weiterhin kann der Hochdruckadapter mittels eines zugeordneten Wegmesssystems einen richtigen bzw. falschen Fahrzeuganschluss diagnostizieren.

Aus Fig. 4 ist der grundsätzliche Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten Spannsystems ersichtlich. Demzufolge umfasst diese Konstruktion als wesentliche Bauteile einen Schieber 1 , einen Anschlagkolben 2 und ein Wegmesssystem 6. Dem Schieber 1 ist ein Magnet 4 zugeordnet. Der Anschlagkolben 2 weist einen integrierten Stößelkolben 3 auf.

Der Schieber 1 nimmt abhängig von den Maßen [Maß L1 aus SAE J639] unterschiedliche Stellungen ein, die durch den integrierten Magnet 4 über das Wegmesssystem 6 ausgewertet werden können.

Der Anschlagkolben 3 wird entsprechend der Typvorwahl an der Befüllanlage auf die

Positionen R134a (untere Stellung) bzw. R1234yf (obere Stellung) positioniert. Diese beiden

Stellungen ermöglichen die Bewegung des Schiebers 1 nur in diesen vorgegebenen Endlagen. Der im Anschlagkolben 2 integrierte Stößelkolben 3 hat einen begrenzten Hub zum öffnen des Ventils im Fahrzeuganschluss. Dieser definierte Hub beginnt je nach Position des Anschlagkolbens 2 aus der voreingenommenen Position für R134a oder R1234yf heraus.

Der Schieber 1 ist weiterhin so ausgebildet, dass er in seiner Grundstellung den Adapter verschließt, hierzu ist eine O-Ringdichtung 5 am Schieber 1 vorgesehen.

In einem vollständigen Befüllablauf werden somit folgende Operationen durchlaufen:

An der Befüllanlage wird der Typ des zu befüllenden Fahrzeuges per Hand durch den Werker oder auch automatisiert gewählt. Daraufhin fährt der Anschlagkolben 2 in die entsprechende Position für das Kältemittel R134a oder für das Kältemittel R1234yf.

Der Werker setzt den Adapter auf den Fahrzeuganschluss, wobei der Schieber 1 entsprechend der Maße des Fahrzeuganschlusses verschoben wird, und versucht den Adapter zu spannen.

Dabei ergeben sich vier zu betrachtende Szenarien, die unter Bezug auf Fig. 5 bis Fig. 9 nachfolgend näher erläutert werden:

Fig. 5: Die Anlage erwartet einen Fahrzeuganschluss für das Kältemittel R134a und findet diesen vor.

Durch die Fahrzeugtypwahl ist der Anschlagkolben 2 in Position R134a (unten). Der Fahrzeuganschluss für R134a liegt vor. Der Schieber 1 mit dem Magnet 4 wird auf die R134a Stellung ausgelenkt. Das Wegmesssystem 6 bestätigt die Position. Der Adapter kann erfolgreich gespannt werden. Der Schieber 1 ist geöffnet. Der Stößelkolben 3 kann das Fahrzeugventil öffnen. Eine Befüllung ist somit möglich.

Fig. 6: Die Anlage erwartet einen Fahrzeuganschluss für das Kältemittel R1234yf und findet diesen vor.

Durch die Fahrzeugtypwahl ist der Anschlagkolben 2 in Position R1234yf (oben). Der Fahrzeuganschluss für R1234yf liegt vor. Der Schieber 1 mit dem Magnet 4 wird auf die R1234yf Stellung ausgelenkt. Das Wegmesssystem 6 bestätigt die Position. Der Adapter kann erfolgreich gespannt werden. Der Schieber 1 ist geöffnet. Der Stößelkolben 3 kann das Fahrzeugventil öffnen. Eine Befüllung ist somit möglich. Fig. 7 und Fig. 8: Die Anlage erwartet einen Fahrzeuganschluss für das Kältemittel R134a, sie erhält jedoch einen Fahrzeuganschluss für R1234yf.

Durch die Fahrzeugtypwahl ist der Anschlagkolben 2 in Position R134a (unten). Der Fahrzeuganschluss für R1234yf liegt vor. Der Schieber 1 mit dem Magnet 1 wird durch den Anschlagkolben 2 auf die Stellung für R134a begrenzt. Der Adapter kann nicht erfolgreich gespannt werden. Es ist kein Formschluss gegeben und der Fahrzeuganschluss wird beim Spannen herausgedrückt. Das Wegmesssystem 6 erkennt die falsche Position. Der Schieber 1 geht in die Grundstellung und verschließt die Kupplung. Der Stößelkolben 3 kann das Fahrzeugventil nicht öffnen, da nicht erfolgreich gespannt worden ist. Eine Befüllung ist somit nicht möglich.

Fig. 9: Die Anlage erwartet einen Fahrzeuganschluss für das Kältemittel R1234yf, sie erhält jedoch einen Fahrzeuganschluss für R134a.

Durch die Fahrzeugtypwahl ist der Anschlagkolben 2 in Position R1234yf (oben). Der Fahrzeuganschluss für R134a liegt vor. Der Schieber 1 mit dem Magnet 4 wird durch den Anschlagkolben 2 auf die Stellung für R1234yf begrenzt und wird nur auf die Stellung für R134a ausgelenkt. Der Adapter kann erfolgreich gespannt werden, es ist Formschluss gegeben. Das Wegmesssystem 6 erkennt die falsche Position. Der Schieber 1 ist geöffnet. Der Stößelkolben 3 kann das Fahrzeugventil nicht öffnen, da der Hub des Stößelkolbens 3 nicht ausreicht, um das Ventil im Fahrzeug zu öffnen. Eine Befüllung ist somit nicht möglich.

Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass der Adapter formschlüssig vakuum- und druckdicht gespannt werden muss. Dies wird erreicht, indem Spannkugeln formschlüssig in eine aus Fig. 10 ersichtliche umlaufende Rille 10 des Fahrzeuganschlusses greifen.

Bei einem Spannsystem, welches auf einen Kältemittelanschluss zugeschnitten ist, können diese Spannkugeln, bedingt durch einen Formschluss, in einem Träger gehalten werden und fallen beim Spannen / Entspannen nicht aus diesem heraus, siehe hierzu Fig. 11.

Sofern das Spannsystem auf unterschiedliche Fahrzeuganschlüsse erweitert werden soll, müssen die Spannkugeln mittels einer anderen Ausgestaltung gehalten werden, um die dann notwendige größere Betätigungswegfreiheit zu ermöglichen. Eine hierfür geeignete Variante ist in Fig. 12 dargestellt. Dabei sind die Spannkugeln jeweils mit einem Stift versehen, so dass sie über diesen Stift in einem erweiterten Bewegungsbereich gehalten werden.

Mit der vorliegenden technischen Lösung wird ein Spannsystem geschaffen, das mit mechanischen Begrenzungen und Verriegelungen trotz eines deutlich geringeren Bauteilaufwandes gegenüber dem Stand der Technik eine hohe Sicherheit gegen eine Befüllung mit einem falschen Kältemittel sowie gegen eine Befüllung auf einem falschen Fahrzeuganschluss gewährleistet. Gleichzeitig wird über ein Wegmesssystem angezeigt, auf welchem Fahrzeuganschluss (R134a oder R1234yf) der Adapter aufgesetzt wurde.