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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine beheizbare Fluidleitung mit
einer Heizleitung aus einem Leitungsrohr und einem insbesondere
am Umfang des Leitungsrohrs angeordneten elektrischen Heizelement,
wobei eine bestimmte Heizleistung einstellbar ist.
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Eine
derartige Fluidleitung ist aus der
EP
1 764 541 bekannt. Bei dieser beheizbaren Fluidleitung sind
am Umfang des Leitungsrohrs mindestens ein elektrischer Heizleiter
und mindestens zwei elektrische Versorgungsleitungen in Längsrichtung
des Leitungsrohrs verlaufend angeordnet, wobei der Heizleiter alternierend
mit einer der beiden Stromversorgungsleitungen elektrisch verbunden
ist, und zwar alternierend am Pluspol und Minuspol der Versorgungsspannung.
Hierbei liegen die Verbindungsstellen in Längsrichtung
des Leitungsrohrs gesehen in gleichen Abständen hintereinander.
Die Verbindung des elektrischen Heizleiters mit den Versorgungsleitungen
erfolgt z. B. durch Löten, Schweißen oder Crimpen.
Durch diese Ausgestaltung besitzt die Fluidleitung eine konstante
Heizleistung pro Längeneinheit. Hierdurch kann die Fluidleitung
in großen Längen vorgefertigt und in beliebiger
Länge abgelängt werden, wobei jede abgelängte
Leitungslänge pro Längeneinheit die gleiche Heizleistung
aufweist. Diese bekannte Fluidleitung hat jedoch den Nachteil, dass
sich relativ hohe Materialkosten ergeben, da zusätzlich
zu dem elektrischen Heizleiter oder den Heizleitern mindestens jeweils
zwei Versorgungsleitungen mitgeführt werden müssen.
Auch ergibt sich bei der Herstellung ein erhöhter Herstellungsaufwand
durch die notwendigen alternierenden Verbindungsstellen zwischen
dem Heizleiter und den Versorgungsleitungen. Jede derartig vorgefertigte
beheizbare Fluidleitung besitzt eine festgelegte Heizleistung pro
Längeneinheit. Sind aber unterschiedliche Heizleistungen
pro Längeneinheit für unterschiedliche Anwendungsfälle
erforderlich, ist eine Vorfertigung von verschiedenen beheizbaren
Fluidleitungen mit den jeweils erforderlichen Heizleistungen pro
Längeneinheit notwendig, so dass eine Bevorratung bzw.
Lagerhaltung der vorgefertigten Fluidleitungen notwendig ist. Hieraus
resultieren weiterhin erhöhte Herstellungskosten.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die vorstehenden
Nachteile zu vermeiden und eine beheizbare Fluidleitung zur Verfügung
zu stellen, bei der die gewünschte Heizleistung pro Längeneinheit
vor dem Einbau der Fluidleitung an den jeweiligen Anwendungsfall
anpassbar ist, wobei jedoch eine Vorfertigung der Fluidleitungen
in beliebiger Länge möglich bleibt.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Heizelement aus
mindestens drei gegeneinander elektrisch isolierten Heizleitern besteht,
die entlang der Längsrichtung des Leitungsrohrs verlaufen
und die elektrischen Heizleiter an ihren Enden derart miteinander
verbunden und mit einer elektrischen Versorgungsspannung verbindbar sind,
dass eine Reihen- und/oder Parallelschaltung von mehreren Heizleitern
derart besteht, dass bei einer bestimmten Versorgungsspannung durch
den elektrischen Gesamtwiderstand der elektrischen Heizleiter die
Heizleistung der Fluidleitung bestimmt ist. Durch die vorliegende
Erfindung können nach dem Ablängen der erfindungsgemäßen
Fluidleitung die zur Verfügung stehenden elektrischen Heizleiter beliebig
so verschaltet werden, dass ein elektrischer Gesamtwiderstand eingestellt
wird, der für die erforderliche Heizleistung passend ist.
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Weiterhin
bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Heizleitung zur
Verwendung bei einer erfindungsgemäßen Fluidleitung.
Vorteilhafterweise sind bei einer derartigen endungsgemäßen
Heizleitung in Längsrichtung am Umfang des Leitungsrohres
vier mit einer elektrischen Isolierung versehene Metalldrähte
als elektrische Heizleiter angeordnet. Bei der Anordnung von vier
elektrischen Heizleitern am Umfang des Leitungsrohrs ergeben sich
sechsundzwanzig unterschiedliche mögliche Schaltungen als
Parallel- und/oder Reihenschaltung der einzelnen elektrischen Heizleiter,
so dass sich sechsundzwanzig unterschiedliche elektrische Gesamtwiderstands-Werte
einstellen lassen, wodurch sich eine große Variationsbreite
der jeweils erreichbaren Heizleistung vorhanden ist. Es liegt im
Rahmen der Erfindung, die elektrischen Heizleiter auch aus Bändern mit
einer elektrisch leitfähigen Beschichtung herzustellen
oder die Heizleiter durch einzelne auf das Leitungsrohr aufgebrachte
elektrisch leitfähige streifenförmige Schichten
herzustellen. Auch können die elektrischen Heizleiter innerhalb
der Rohrwandung des Leitungsrohrs integriert sein. Die elektrischen Heizleiter
können auch im Inneren des Leitungrohrs verlaufen, beispielsweise
als verdrilltes Leiterbündel.
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Erfindungsgemäß wird
die Variationsbreite der Anpassungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Fluidleitung
an verschiedenste Heizleistungen noch verbessert, indem mindestens
einer der Heizleiter, vorzugsweise alle Heizleiter, einen elektrischen
Widerstand pro Längeneinheit besitzt/besitzen, der von dem
elektrischen Widerstand pro Längeneinheit der anderen Heizleiter
abweicht. Die Veränderung des elektrischen Widerstands
der einzelnen Heizleiter pro Längeneinheit kann einerseits
durch eine entsprechende Materialauswahl und/oder durch eine Veränderung
des Leiterquerschnitts erreicht werden. Für den Fall, dass
unterschiedliche Widerstände bei den einzelnen elektrischen
Heizleitern verwirklicht sind, ist es zweckmäßig,
wenn eine entsprechende Farbcodierung der Heizleiter vorgesehen
wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
enthalten und werden an Hand der in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Fluidleitung,
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2 eine
weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Heizleitung in prinzipieller Darstellung zur Verwendung bei einer
Fluidleitung gemäß 1,
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3 eine
alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Heizleitung in prinzipieller Ansicht zur Verwendung bei einer Fluidleitung
gemäß 1,
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4 einer
Berechnungstabelle zur Bestimmung des elektrischen Gesamtwiderstandes
einer erfindungsgemäßen Fluidleitung mit vier
elektrischen Heizleitern pro Leitungsrohr.
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In
den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben
Bezugszeichen versehen.
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Wie
in 1 dargestellt ist, besteht eine erfindungsgemäße
beheizbare Fluidleitung aus einer Heizleitung 1 aus einem
Leitungsrohr 2, an dessen Umfang ein elektrisches Heizelement,
im dargestellten Ausführungsbeispiel aus vier elektrischen
einzelnen Heizleitern 3, 4, 5, 6 angeordnet
ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Heizleiter 3, 4, 5, 6 aus
einzelnen elektrischen Widerstandsdrähten gebildet. Diese
einzelnen Widerstandsdrähte besitzen jeweils einen elektrischen
Widerstand R3, R4, R5, R6, der abhängig ist von dem spezifischen
elektrischen Widerstand des Drahtmaterials und vom Durchmesser des
Drahtes sowie von der Gesamtlänge des um das Leitungsrohr 2 gewickelten
Widerstandsdrahtes. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Heizleiter 3, 4, 5, 6 spiralförmig
um das Leitungsrohr 2 mit einer konstanten Steigung parallel
zueinander gewickelt. Diese Bewicklung des Leitungsrohrs 2 mit
den einzelnen Heizleitern 3, 4, 5, 6 kann beispielsweise
maschinell erfolgen. Hierdurch ist eine kontinuierliche Bewicklung
möglich. Wie weiterhin dargestellt ist, können
die Heizleiter 3, 4, 5, 6 mit einer äußeren
Schutzschicht 7 umgeben sein, diese äußere
Schutzschicht 7 kann aus einer Klebebandbewicklung oder
aus einer Extrusionsschicht oder aus einem Schrumpfschlauch aus
Kunststoff hergestellt sein. Diese äußere Schutzschicht 7 bildet
einen äußeren Schutz gegen Beschädigung
und Feuchtigkeit. Zusätzlich ist die erfindungsgemäße
Fluidleitung 1 vorzugsweise von einer äußeren
Schutzhülle 8 umfasst, die vorzugsweise von einem
Wellrohr oder einem Schutzschlauch gebildet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die äußere Schutzhülle 8 als Wellrohr
dargestellt. Zwischen der äußeren Schutzhülle 8 und
der Schutzschicht 7 ist vorzugsweise ein umfänglicher
Luftspalt vorhanden.
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Die
elektrischen Heizleiter 3, 4, 5, 6 bestehen vorzugsweise
aus Metall, sie können aber ebenfalls aus Karbonmaterial
hergestellt sein.
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In 2 ist
eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Heizleitung dargestellt. Bei dieser Ausführung sind die
elektrischen Heizleiter 3, 4, 5, 6 in
Längsrichtung des Leitungsrohrs 2 parallel zur
Längsachse des Leitungsrohrs 2 verlaufend am Umfang
desselben angeordnet. Im Übrigen entspricht der Aufbau
der erfindungsgemäßen Fluidleitung mit der in 2 dargestellten
Heizleitung 1 derjenigen gemäß 1.
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3 zeigt
eine alternative Ausführungsform in Bezug auf die Anordnung
von z. B. drei Heizleitern 3, 4, 5 am
Umfang des Leitungsrohrs 2 zur Ausbildung einer Heizleitung 1.
Hierbei verlaufen die Heizleiter 3, 4, 5 mäanderförmig
in Längsrichtung des Leitungsrohrs 2 auf dessen
Umfang.
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In
den dargestellten Ausführungsbeispielen sind jeweils drei
oder vier Heizleiter 3, 4, 5, 6 am
Umfang des Leitungsrohrs 2 angeordnet. Es liegt aber im Rahmen
der Erfindung, auch eine größere Anzahl von Heizleitern
am Umfang des Leitungsrohrs 2 anzuordnen. Die Heizleiter
können untereinander denselben elektrischen Widerstand
besitzen oder aber sie besitzen jeweils einen zueinander unterschiedlichen
elektrischen Widerstand. Der elektrische Widerstand der Heizleiter
bestimmt sich, wie bereits ausgeführt, einerseits durch
die Materialauswahl und andererseits durch die Länge und
den Querschnitt der einzelnen Heizleiter. Sofern die einzelnen Heizleiter
einen unterschiedlichen elektrischen Widerstand haben, ist es zweckmäßig,
wenn die einzelnen Heizleiter eine entsprechende Farbcodierung aufweisen,
so dass eine optische Kontrolle möglich ist, und erkannt werden
kann, welche der einzelnen Heizleiter den gleichen bzw. einen unterschiedlichen
elektrischen Widerstand besitzen.
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Die
erfindungsgemäße Ausbildung der Heizleitung 1 bzw.
Fluidleitung ermöglicht eine kontinuierliche Endlosfertigung,
so dass eine kostengünstige Herstellung und Bevorratung
möglich ist.
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Damit
ein durch das Leitungsrohr 2 im Einsatzfall fließendes
Fluid mit einer gewünschten Heizleistung erwärmt
wird, ist es erforderlich, dass die erfindungsgemäße
Fluidleitung eine bestimmte Heizleistung erzeugen kann. Diese Heizleistung
ist abhängig von der zur Verfügung stehenden Versorgungsspannung,
die beispielsweise in einem Kraftfahrzeug aus einer Bordspannung
von 12 Volt Gleichspannung besteht. Weiterhin ist diese Heizleistung abhängig
von dem elektrischen Widerstand der einzelnen Heizleiter und dem
elektrischen Gesamtwiderstand der Heizleiter. In Abhängigkeit
von dem jeweils aufzuheizenden Medium ist es erforderlich, dass
pro Längeneinheit der erfindungsgemäßen
Fluidleitung stets eine bestimmte Heizleistung erzeugt werden kann.
Erfindungsgemäß ist nun hierzu vorgesehen, dass
die einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 an
ihren Enden derart miteinander und mit der Versorgungsspannung verbunden
sind, dass eine Reihen- und/oder Parallelschaltung der einzelnen
Heizleiter derart besteht, dass bei der vorgegebenen Versorgungsspannung
durch den elektrischen Gesamtwiderstand aller Heizleiter die Heizleistung
der Fluidleitung bestimmt wird.
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In 4 ist
beispielhaft tabellarisch dargestellt, wie bei einem Vier-Leiter-Konzept,
d, h, dem Vorhandensein von vier Heizleitern 3, 4, 5, 6,
die spiralförmig um das Leitungsrohr 2 mit konstanter
Steigung gewickelt sind, eine Widerstandskaskadierung durch Parallel-
und/oder Reihenschaltung der einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 möglich
ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Heizleiter 3 einen
Widerstand R3 von 20 Ohm, der Heizleiter 4 einen Widerstand
R4 von 13 Ohm, der Heizleiter 5 einen Widerstand R5 von
10 Ohm und der Heizleiter 6 einen Widerstand R6 von 3 Ohm.
Die Steigung der spiralförmigen Wicklung der einzelnen
Heizleiter 3, 4, 5, 6 beträgt
30°, woraus sich ein Längenfaktor pro m von 1,178
errechnet. Der material- und durchmesserbedingte Widerstand R3,
R4, R5, R6 pro m der einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 beträgt
bei dem Heizleiter 3 16,978 Ohm, bei dem Heizleiter 4 11,036
Ohm, bei dem Heizleiter 5 8,489 Ohm und bei dem Heizleiter 6 2,547
Ohm. In der Tabelle sind die einzelnen Verschaltungsmöglichkeiten
der einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 dargestellt,
wobei mit p eine Parallelschaltung der Heizleiter 3, 4, 5, 6 gekennzeichnet
ist und mit + eine Reihenschaltung der einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 angegeben
ist. Durch eine Kombination p1–p1 bzw. p2–p2 wird
angegeben, welche Widerstände zueinander parallel geschaltet
sind. Wie sich aus der Tabelle ergibt, sind sechsundzwanzig verschiedene Kombinationen
möglich, so dass hierdurch sechsundzwanzig verschiedene
Gesamtwiderstände durch eine Parallel- und/oder Reihenschaltung
der einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 aus
den Heizleitern 3, 4, 5, 6 eingestellt
werden können. Hierbei ist ebenfalls vorgesehen, dass einzelne
der Heizleiter 3, 4, 5, 6 überhaupt
nicht an die Versorgungsspannung angeschlossen werden, was in der
dargestellten Tabelle dadurch zum Ausdruck kommt, dass dort im zugehörigen
Feld keine Eintragung vorhanden ist. Der geringste Widerstandswert
der Gesamtschaltung ergibt sich, wenn die Heizleiter 3, 4, 5,
parallel zueinander geschaltet sind und an diese Parallelschaltung
der drei Heizleiter der Heizleiter 6 in Reihe geschaltet
ist und der höchste Widerstand der Heizleiter 3, 4, 5, 6 ergibt
sich, wenn alle Heizleiter zueinander in Reihe geschaltet sind.
Das Ende der Reihen- und/oder Parallelschaltung der einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 ist jeweils
mit der Versorgungsspannung über entsprechende Anschlussleitungen
verbunden. Hierzu kann es ebenfalls zweckmäßig
sein, wenn zusätzlich zu den Heizleitern 3, 4, 5, 6 mindestens
eine elektrische Anschlussleitung für die Spannungsversorgung längs
der Rohrleitung 2 verlaufend bei der erfindungsgemäßen
Fluidleitung vorgesehen ist. Diese elektrische Anschlussleitung
ist von einer elektrischen Isolierung umgeben.
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Erfindungsgemäß kann
somit eine erfindungsgemäße Fluidleitung vorgefertigt
werden, die mit einer standardisierten Bewicklung aus einzelnen Heizleitern 3, 4, 5, 6 versehen
ist, und über eine entsprechende Verschaltungsanweisung
der einzelnen Heizleiter 3, 4, 5, 6 kann
in Abhängigkeit von der gewünschten Länge
der Fluidleitung die notwendige Heizleistung eingestellt werden.
Auch kann für jede abgelängte Längeneinheit
stets die gleiche Heizleistung auf diese Weise eingestellt werden.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst
auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. Ferner
ist die Erfindung bislang auch noch nicht auf die im jeweiligen
unabhängigen Anspruch definierte Merkmalskombination beschränkt,
sondern kann auch durch jede beliebige andere Kombination von bestimmten
Merkmalen aller insgesamt offenbarten Einzelmerkmalen definiert
sein. Dies bedeutet, dass grundsätzlich praktisch jedes
Einzelmerkmal des jeweiligen unabhängigen Anspruchs weggelassen bzw.
durch mindestens ein an anderer Stelle der Anmeldung offenbartes
Einzelmerkmal ersetzt werden kann. Insofern sind die Ansprüche
lediglich als ein erster Formulierungsversuch für eine
Erfindung zu verstehen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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