DE102005048943A1 - Heated hose - Google Patents

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ContiTech Schlauch GmbH
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    • H05B3/40Heating elements having the shape of rods or tubes
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    • F16L25/01Constructive types of pipe joints not provided for in groups F16L13/00 - F16L23/00 ; Details of pipe joints not otherwise provided for, e.g. electrically conducting or insulating means specially adapted for realising electrical conduction between the two pipe ends of the joint or between parts thereof
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    • F16L53/38Ohmic-resistance heating using elongate electric heating elements, e.g. wires or ribbons

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schlauch, der beheizbar ist, umfassend:
- eine Polymermatrix, gebildet aus einer Innenschicht (1) und Außenschicht (5) sowie gegebenenfalls zusätzlich aus einer oder mehreren Zwischenschicht/en (3); sowie
- wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4).
Der erfindungsgemäße Schlauch zeichnet sich dadurch aus, dass
- die Polymermatrix elektrisch nicht leitfähig ist sowie
- wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4) aus einer Drahteinlage gebildet ist, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt.
Nach einer vorteilhaften Variante zeichnet sich der Schlauch dadurch aus, dass zwei Festigkeitsträgerschichten (2, 4) vorhanden sind, die jeweils aus einer Drahteinlage gebildet sind, die so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt, wobei zwischen diesen beiden Festigkeitsträgerschichten eine isolierende Zwischenschicht (3) vorhanden ist.
The invention relates to a hose that can be heated, comprising:
a polymer matrix formed from an inner layer (1) and outer layer (5) and optionally additionally from one or more intermediate layers (3); such as
- At least one strength support layer (2, 4).
The hose according to the invention is characterized in that
- The polymer matrix is electrically non-conductive and
- At least one strength support layer (2, 4) is formed from a wire insert, which is materially sized so that it heats when a power supply.
According to an advantageous variant, the tube is characterized in that there are two reinforcement layers (2, 4), each of which is formed from a wire insert, which is dimensioned such that it heats up when energized, with an insulating layer between these two reinforcement layers Intermediate layer (3) is present.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft einen Schlauch, der beheizbar ist, umfassend:

  • – eine Polymermatrix, gebildet aus einer Innenschicht und Außenschicht sowie gegebenenfalls zusätzlich aus einer oder mehreren Zwischenschichten; sowie
  • – wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht.
The invention relates to a hose that can be heated, comprising:
  • A polymer matrix formed from an inner layer and outer layer and optionally additionally from one or more intermediate layers; such as
  • - At least one strength layer.

Aus der Offenlegungsschrift EP 1 557 601 A1 ist ein Heizclip für eine Fluidleitung bekannt. Dieser Heizclip umfasst ein in einem Gehäuse angeordnetes Heizelement mit integrierter Wärmesenke.From the publication EP 1 557 601 A1 a heating clip for a fluid line is known. This heating clip comprises a housing arranged in a heating element with integrated heat sink.

Nach einer weiteren Ausbildung nach dem Stand der Technik wird ein Heizleiter wendelförmig um den Schlauch herumgewickelt.To Another embodiment of the prior art is a heating conductor helically wrapped around the hose.

Um auf derartige aufwendige und zudem störanfällige externe Heizvorrichtungen zu verzichten, ist in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2005 004 602 U1 vorgeschlagen worden, bei einem Kunststoffschlauch eine mittlere Schicht vorzusehen, die aus einem elektrisch leitfähigen Polymer mit positiver Temperaturcharakteristik des elektrischen Widerstandes und darin eingebetteten elektrischen Leitungen besteht. Die Außenschicht dieses Kunststoffschlauches ist aus einem Isoliermaterial gebildet. Derartige Kunststoffschläuche haben jedoch nur einen begrenzten Anwendungsbereich, da für Hochleistungsschläuche wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht zwingend vorgeschrieben ist ( EP 0 567 115 B1 , EP 0 848 794 B1 ).In order to dispense with such complex and also interference-prone external heaters, is in the utility model DE 20 2005 004 602 U1 has been proposed to provide a middle layer in a plastic tube, which consists of an electrically conductive polymer having a positive temperature characteristic of the electrical resistance and embedded therein electrical lines. The outer layer of this plastic tube is formed of an insulating material. However, such plastic hoses have only a limited field of application, since for high-performance hoses at least one reinforcement layer is mandatory ( EP 0 567 115 B1 . EP 0 848 794 B1 ).

Ausgehend von dem hier zitierten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen beheizbaren Schlauch mit wenigstens einer Festigkeitsträgerschicht bereit zu stellen, der eine effektive Beheizung des zu transportierenden Mediums gewährleistet, ohne auf eine externe, den Schlauch umfassende Heizvorrichtung angewiesen zu sein.outgoing From the cited prior art, the object of the Invention therein, a heatable hose with at least one Strengthening support layer to provide an effective heating of the transportable Ensures medium without relying on an external, the hose comprehensive heater to be.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch, dass

  • – die Polymermatrix elektrisch nicht leitfähig ist sowie
  • – wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht aus einer Drahteinlage gebildet ist, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt.
This object is achieved according to the characterizing part of claim 1, characterized in that
  • - The polymer matrix is electrically non-conductive and
  • - At least one reinforcing layer of a wire insert is formed, which is materially sized so that it heats when a power supply.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des beheizbaren Schlauches sind in den Patentansprüchen 2 bis 20 genannt.Advantageous embodiments the heated tube are in the claims 2 to 20 called.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen (jeweils in Längsschnitt) erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described by way of embodiments with reference to schematic drawings (each in longitudinal section) explained. It demonstrate:

1 einen vorteilhaften Schlauchaufbau; 1 an advantageous hose construction;

2 einen Schlauch gemäß 1 mit Stutzen und Presshülse. 2 a hose according to 1 with nozzle and compression sleeve.

Der Schlauch nach 1 besteht aus einer Innenschicht 1, die mit dem zu transportierenden Medium in Verbindung steht, und einer Außenschicht 5 sowie zwei Festigkeitsträgerschichten 2 und 4, wobei zwischen diesen beiden Festigkeitsträgerschichten eine isolierende Zwischenschicht 3 vorhanden ist. Diese Zwischenschicht ist vorzugsweise eine Polymerfolie.The hose after 1 consists of an inner layer 1 , which is in communication with the medium to be transported, and an outer layer 5 and two strengthening layers 2 and 4 wherein between these two reinforcement layers an insulating intermediate layer 3 is available. This intermediate layer is preferably a polymer film.

Beide Festigkeitsträgerschichten 2 und 4 sind jeweils aus einer Drahteinlage gebildet, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt. Das Drahtmaterial muss also wie bei dem leitfähigen Polymer gemäß DE 20 2005 004 602 U1 eine positive Temperaturcharakteristik des elektrischen Widerstandes aufweisen. Diese beiden Festigkeitsträgerschichten haben eine Doppelfunktion, nämlich eine verstärkende Funktion einerseits und eine elektrisch leitende Funktion andererseits. Hinsichtlich der Drahteinlage gelten vorzugsweise die folgenden konstruktiven wie auch werkstoffspezifischen Parameter:

  • – Die Drahteinlage ist aus sich kreuzenden Drähten gebildet.
  • – Alternativ hierzu kann die Drahteinlage ein wendelförmig umlaufendes Gebilde sein.
  • – Der Draht besteht aus Metall, insbesondere aus Stahl (St) oder Kupfer (Cu) einschließlich deren Legierungen (z.B. St/Cu-Legierung).
  • – Der Draht kann als Einzeldraht (Drahtfilament) vorliegen. Darüber hinaus können zwei oder mehrere Einzeldrähte zu einer Litze geformt sein.
Both strength layers 2 and 4 are each formed of a wire insert, which is materially sized so that it heats up when a power supply. The wire material must therefore as in the conductive polymer according to DE 20 2005 004 602 U1 have a positive temperature characteristic of the electrical resistance. These two reinforcing layers have a dual function, namely a reinforcing function on the one hand and an electrically conductive function on the other hand. With regard to the wire insert, the following constructive as well as material-specific parameters preferably apply:
  • - The wire insert is made of intersecting wires.
  • - Alternatively, the wire insert may be a helically encircling structure.
  • - The wire is made of metal, in particular of steel (St) or copper (Cu) including their alloys (eg St / Cu alloy).
  • - The wire can be present as a single wire (Drahtfilament). In addition, two or more individual wires may be formed into a strand.

Die Stromstärke, Spannung und Widerstand des Drahtes sind so zu bemessen, dass diese eine Erwärmung des zu transportierenden Mediums gewährleisten, ohne dass die umgebende Polymermatrix, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 betreffend die Schichten 1, 3 und 5, vorzeitig altert oder gar zerstört wird. Hinsichtlich diesbezüglicher Orientierungsdaten wird auf die Versuchsreihe verwiesen.The current, voltage and resistance of the wire are to be such that they ensure heating of the medium to be transported, without the surrounding polymer matrix, in the embodiment according to 1 concerning the layers 1 . 3 and 5 , ages prematurely or even is destroyed. With regard to orientation data relating to this, reference is made to the test series.

Hinsichtlich der Polymermatrix, die elektrisch nicht leitend ist, kommen insbesondere die folgenden werkstoffspezifischen Varianten zum Einsatz:

  • – Die Polymermatrix besteht ausschließlich aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis eines Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisates (EPDM), Chloropren (CR) oder Nitrilkautschuk (NBR). Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 würden demnach die Schichten 1, 3 und 5 sämtlich aus einem elastomeren Werkstoff bestehen, und zwar im Rahmen einer einheitlichen Elastomerbasis (z.B. EPDM) oder einer Mischkonzeption (z.B. NBR für Schicht 1 und 3; CR für Schicht 5).
  • – Die Polymermatrix besteht ausschließlich aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), beispielsweise aus der Gruppe der TPE-S, TPE-O, TPE-V, wobei hinsichtlich der Nomenklatur auf die Offenlegungsschrift DE 10 2004 058 632 A1 verwiesen wird. Der TPE-Werkstoff kann darüber hinaus ein Verschnitt aus einem thermoplastischen Kunststoff und einem mindestens teilvernetzten Kautschuk, insbesondere auf Basis EPDM, sein. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1 würden demnach die Schichten 1, 3 und 5 sämtlich aus einem TPE-Werkstoff bestehen. Auch TPE-Mischkonzeptionen hinsichtlich der einzelnen Schichten können zur Anwendung gelangen.
  • – Die Polymermatrix besteht aus einem Elastomer-TPE-Verbund. So können beispielsweise die Schichten 1 und 5 aus einem Elastomer bestehen, während die isolierende Zwischenschicht 3 aus einem TPE gebildet ist.
With regard to the polymer matrix, which is not electrically conductive, in particular the following material-specific variants are used:
  • The polymer matrix consists exclusively of an elastomeric material, for example based on an ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), chloroprene (CR) or nitrile rubber (NBR). In the embodiment according to 1 would therefore be the layers 1 . 3 and 5 all consist of an elastomeric material, in the context of a uniform elastomer base (eg EPDM) or a mixed design (eg NBR for layer 1 and 3 ; CR for shift 5 ).
  • - The polymer matrix consists solely of a thermoplastic elastomer (TPE), for example from the group of TPE-S, TPE-O, TPE-V, with respect to the nomenclature in the published patent application DE 10 2004 058 632 A1 is referenced. The TPE material may moreover be a blend of a thermoplastic material and an at least partially crosslinked rubber, in particular based on EPDM. In the embodiment according to 1 would therefore be the layers 1 . 3 and 5 all consist of a TPE material. TPE mixing concepts with regard to the individual layers can also be used.
  • - The polymer matrix consists of an elastomer-TPE composite. For example, the layers 1 and 5 consist of an elastomer, while the insulating intermediate layer 3 is formed from a TPE.

In den Schlauch kann zusätzlich eine textile Festigkeitsträgerschicht eingebaut sein, die im Gegensatz zu den Festigkeitsträgerschichten 2 und 4 ausschließlich eine Verstärkungsfunktion aufweist. Diese textile Festigkeitsträgerschicht kann im näheren Bereich der Innenschicht 1, Zwischenschicht 3 oder Außenschicht 5 angeordnet sein.In addition, a textile reinforcement layer may be incorporated into the tube, in contrast to the reinforcement layers 2 and 4 exclusively has a gain function. This textile reinforcement layer can be in the nearer region of the inner layer 1 , Intermediate layer 3 or outer layer 5 be arranged.

Die Stromzufuhr erfolgt am Schlauchende, wobei diese bei einer stutzenfreien Version die unmittelbare Stirnseite des Schlauches ist.The Power is supplied at the end of the hose, and this at a nozzle-free Version is the direct end of the hose.

2 zeigt nun eine vorteilhafte Konzeption eines Schlauchendes mit Stutzen 6. Dieser Stutzen ist dabei so ausgebildet, dass die Innenschicht 1 an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt ist und somit die elektrische Verbindung 8 zum Draht (Verstärkungsschicht 2) hergestellt ist. 2 now shows an advantageous concept of a hose end with nozzle 6 , This nozzle is designed so that the inner layer 1 is severed at one or more location / s and thus the electrical connection 8th to the wire (reinforcing layer 2 ) is made.

Der Stutzen 6 ist ferner mit einer Presshülse 9 versehen, die die Außenschicht 5 an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt, so dass eine elektrische Verbindung zum Draht (Verstärkungsschicht 4) hergestellt ist. Dabei befindet sich zwischen der Presshülse und dem Stutzen eine elektrische Isolierung 7.The stub 6 is also with a compression sleeve 9 provided the outer layer 5 cut at one or more places / n, so that an electrical connection to the wire (reinforcing layer 4 ) is made. In this case, there is an electrical insulation between the compression sleeve and the neck 7 ,

Der Stutzen 6 ist so isoliert, beispielsweise durch eine entsprechende Isolierschicht, dass kein elektrischer Kontakt zum transportierenden Medium hergestellt ist.The stub 6 is isolated, for example, by a corresponding insulating layer, that no electrical contact is made to the transporting medium.

Für den Fall, dass der Schlauch nur eine Festigkeitsträgerschicht in Form einer Drahteinlage aufweist, kann der elektrische Kontakt über den Stutzen 6 mittels des Kontaktes 8 und/oder über die Presshülse 9 mittels des Kontaktes 10 vonstatten gehen.In the event that the tube has only one strength support layer in the form of a wire insert, the electrical contact via the neck can 6 by means of contact 8th and / or over the compression sleeve 9 by means of contact 10 take place.

Im Rahmen einer Versuchsreihe wurden für die Verstärkungsschichten 2 bzw. 4, jeweils gebildet aus einer Drahteinlage, folgende Daten zugrunde gelegt, die in der Tabelle zusammengefasst sind:

Figure 00050001
As part of a series of experiments were for the reinforcing layers 2 respectively. 4 , each formed from a wire insert, based on the following data, which are summarized in the table:
Figure 00050001

Der Durchmesser des Drahtes als Drahtfilament betrug jeweils 0,3 mm.Of the Diameter of the wire as wire filament was 0.3 mm each.

Die Polymermatrix, gebildet aus den Schichten 1, 3 und 5, bestand ausschließlich aus einem elastomeren Werkstoff, wobei mit EPDM, NBR und CR verschiedene Elastomerwerkstoffe getestet wurden.The polymer matrix formed from the layers 1 . 3 and 5 , consisted exclusively of an elastomeric material, with EPDM, NBR and CR different elastomer materials were tested.

Die Versuchsreihe erstreckte sich dabei auf die Drahteinlagevarianten gemäß Patentansprüchen 4 und 5.The The test series extended to the wire insert variants according to claims 4 and 5th

Dabei stellte sich heraus, dass keine lokale Überhitzung auftrat, die zu einer vorzeitigen lokalen Alterung des Schlauches geführt hätte.there it turned out that there was no local overheating, which too leading to premature local aging of the hose.

Mit dieser neuen Konzeption eines beheizbaren Schlauches sind erhebliche Kosteneinsparungen bei der Fertigung verbunden. Außerdem können auf diese Weise Schläuche mit einer geringen Wandstärke hergestellt werden.With This new concept of a heated hose is significant Cost savings associated with manufacturing. In addition, you can this way hoses with a small wall thickness getting produced.

11
Innenschichtinner layer
22
Festigkeitsträgerschicht (Drahteinlage)Strengthening support layer (Wire insert)
33
isolierende Zwischenschichtinsulating interlayer
44
Festigkeitsträgerschicht (Drahteinlage)Strengthening support layer (Wire insert)
55
Außenschichtouter layer
66
StutzenSupport
77
elektrische Isolierungelectrical insulation
88th
elektrische Verbindungelectrical connection
99
Presshülsecompression sleeve
1010
elektrische Verbindungelectrical connection

Claims (20)

Schlauch, der beheizbar ist, umfassend: – eine Polymermatrix, gebildet aus einer Innenschicht (1) und Außenschicht (5) sowie gegebenenfalls zusätzlich aus einer oder mehreren Zwischenschichten (3); sowie – wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4); dadurch gekennzeichnet, dass – die Polymermatrix elektrisch nicht leitfähig ist sowie – wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4) aus einer Drahteinlage gebildet ist, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt.A tube heatable comprising: - a polymer matrix formed from an inner layer ( 1 ) and outer layer ( 5 ) and optionally additionally from one or more intermediate layers ( 3 ); and at least one strengthening layer ( 2 . 4 ); characterized in that - the polymer matrix is electrically nonconductive, and - at least one strengthening layer ( 2 . 4 ) is formed of a wire insert, which is materially sized so that it heats up when a power supply. Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Festigkeitsträgerschichten (2, 4) vorhanden sind, die jeweils aus einer Drahteinlage gebildet sind, die so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt, wobei zwischen diesen beiden Festigkeitsträgerschichten eine isolierende Zwischenschicht (3) vorhanden ist.Hose according to claim 1, characterized in that two strengthening layers ( 2 . 4 ) are each formed of a wire insert which is dimensioned such that it heats up when a power supply, wherein between these two reinforcement layers, an insulating intermediate layer ( 3 ) is available. Schlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zwischenschicht (3) eine Polymerfolie ist.Hose according to claim 2, characterized in that the insulating intermediate layer ( 3 ) is a polymer film. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahteinlage aus sich kreuzenden Drähten gebildet ist.Hose according to one of claims 1 to 3, characterized in that the wire insert from itself formed by crossing wires. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahteinlage ein wendelförmig umlaufendes Gebilde ist.Hose according to one of claims 1 to 3, characterized that the wire insert is a helically encircling structure. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus Metall besteht.Hose according to one of claims 1 to 5, characterized that the wire is made of metal. Schlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus Stahl oder Kupfer einschließlich deren Legierungen besteht.Hose according to claim 6, characterized that the wire is made of steel or copper including their alloys. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht als Einzeldraht vorliegt.Hose according to one of claims 1 to 7, characterized that the wire is present as a single wire. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus zwei oder mehreren Einzeldrähten besteht, die zu einer Litze geformt sind.Hose according to one of claims 1 to 7, characterized that the wire consists of two or more individual wires, which leads to a Litz are shaped. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine textile Festigkeitsträgerschicht eingebaut ist.Hose according to one of claims 1 to 9, characterized that in addition a textile reinforcement layer is installed. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ausschließlich aus einem elastomeren Werkstoff besteht.Hose according to one of claims 1 to 10, characterized that the polymer matrix exclusively from an elastomeric Material exists. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ausschließlich aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) besteht.Hose according to one of claims 1 to 10, characterized that the polymer matrix consists exclusively of a thermoplastic Elastomer (TPE) exists. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ein Elastomer-TPE-Verbund ist.Hose according to one of claims 1 to 10, characterized the polymer matrix is an elastomer TPE composite. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzufuhr am Schlauchende erfolgt.Hose according to one of claims 1 to 13, characterized the power supply is at the end of the hose. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchende stutzenfrei ist.Hose according to one of claims 1 to 14, characterized that the end of the hose is clip-free. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchende mit einem Stutzen (6) versehen ist.Hose according to one of claims 1 to 14, characterized in that the hose end with a connecting piece ( 6 ) is provided. Schlauch nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (6) so ausgebildet ist, dass die Innenschicht (1) an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt ist und somit die elektrische Verbindung (8) zum Draht hergestellt ist.Hose according to claim 16, characterized in that the neck ( 6 ) is formed so that the inner layer ( 1 ) is severed at one or more locations and thus the electrical connection ( 8th ) is made to the wire. Schlauch nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (6) mit einer Presshülse (9) versehen ist, die die Außenschicht (5) an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt, so dass eine elektrische Verbindung (10) zum Draht hergestellt ist.Hose according to claim 16 or 17, characterized in that the neck ( 6 ) with a compression sleeve ( 9 ), which is the outer layer ( 5 ) at one or more locations, so that an electrical connection ( 10 ) is made to the wire. Schlauch nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Presshülse (9) und dem Stutzen (6) eine elektrische Isolierung (7) befindet.Hose according to claim 18, characterized in that between the compression sleeve ( 9 ) and the neck ( 6 ) an electrical insulation ( 7 ) is located. Schlauch nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (6) so isoliert ist, dass kein elektrischer Kontakt zum transportierenden Medium hergestellt ist.Hose according to one of claims 16 to 19, characterized in that the neck ( 6 ) is isolated so that no electrical contact to the transporting medium is made.
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