DE102011053053B4

DE102011053053B4 - Fluidleitung

Info

Publication number: DE102011053053B4
Application number: DE102011053053.3A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Zapf; Ralf Rohrmüller
Original assignee: Cummins Ltd
Current assignee: Cummins Ltd
Priority date: 2011-08-26
Filing date: 2011-08-26
Publication date: 2023-06-15
Anticipated expiration: 2031-08-27
Also published as: DE102011053053A1

Abstract

Fluidleitung (10, 50, 60, 70) zum Transport einer Harnstofflösung, mit einem äußeren Schutzmantel (12) und zumindest einem im Innenvolumen (14) des Schutzmantels (12) angeordneten elastischen und fluiddichten Innenschlauch (16), dessen Mantelquerschnittskontur (20) zumindest abschnittsweise zumindest einen konkaven Mantelabschnitt (22) umfasst, so dass ein Ausdehnungsvolumen (24) im Innenvolumen (14) und außerhalb der Mantelaußenoberfläche (26) des Innenschlauchmantels (18) ausgebildet ist und sich der zumindest eine Mantelabschnitt (22) des Innenschlauchmantels (18) zur Veränderung des Innenschlauchvolumens (30) in das Ausdehnungsvolumen (24) hinein- oder herausbewegen kann, wobei der Schutzmantel (12) fluiddicht ausgebildet ist und das Ausdehnungsvolumen (24) als weiterer fluidführender Kanal für eine mindestens zweikanalige Fluidleitung (10, 50, 60, 70) verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausdehnungsvolumen (24) ein elektrisches Heizelement angeordnet ist.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fluidleitung mit einem äußeren Schutzmantel und zumindest einem im Innenvolumen des Schutzmantels angeordneten elastischen und bevorzugt elastomeren Innenschlauch. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Abgasreinigungssystem, das eine derartige Fluidleitung umfasst, sowie ein Fahrzeug, das mit einem derartigen Abgasreinigungssystem ausgestattet ist.
Fluidleitungen werden insbesondere in Kraftfahrzeugen sowie Arbeits- und Verbrennungskraftmaschinen wie Notstromaggregaten oder ähnlichem zur Beförderung von Flüssigkeiten wie Kraftstoffen, Bremsflüssigkeiten, Kühlwasser, Klimaflüssigkeiten oder Hydraulikleitungen eingesetzt. Des Weiteren dienen sie beispielsweise zum Transport von Gasen, beispielsweise Abgasen, gasförmigen Treibstoff oder als Pneumatikleitungen. In Kraftfahrzeugen oder stationären Arbeits- und Verbrennungskraftmaschinen haben flexible Schlauchleitungen oder teilflexible Rohrleitungen den Vorteil, dynamische Maschinenschwingungen aufzufangen, ohne dass durch Druckschwankungen oder Vibrationen eine Leckage verursacht wird. Aufgrund stark schwankender Umgebungstemperaturen und rauer Umgebungseinflüsse besteht ein Bedarf an mechanisch robusten und temperaturresistentem Fluidleitungen, die eine lange Lebensdauer und einen störungsfreien Betrieb des Fahrzeugs bzw. der stationären Maschine gewährleisten.
So sind aus dem Stand der Technik temperaturisolierte Fluidleitungen, aktiv beheizte Fluidleitungen und mechanisch verstärkte Abschirmungen, insbesondere durch eine besondere Auslegung eines äußeren Schutzmantels bekannt.
Fahrzeuge müssen in einem großen Temperaturbereich, insbesondere bei tiefen Temperaturen bis zu unter -30°C zuverlässig einsatzbereit sein. Gattungsgemäße Fluidleitungen werden insbesondere in Abgasreinigungssystemen für Fahrzeuge eingesetzt, und beispielsweise zur Verbindung eines Harnstoffbehälters und einer SCR-Katalysatorvorrichtung (Selective Catalytic Reduction) in einem Antriebsaggregat verwendet. Durch das SCR-Verfahren werden mit Hilfe einer Harnstoff-Wasserlösung die im Abgas vorhandenen Stickoxide in Stickstoff und Wasserdampf umgewandelt, wobei die Harnstofflösung in einem separaten Tank mitgeführt und durch eine leckageresistente und in vielen Fälle beheizbare Schlauchleitung an eine Dosiereinheit einer SCR-Katalysatorvorrichtung transportiert wird. Es wird gefordert, dass die SCR-Technologie, die insbesondere in Dieselfahrzeugen bzw. Dieselaggregaten Verwendung findet, auch bei Temperaturen unter -11.5°C, der Gefriertemperatur der Harnstoff-Wasserlösung, eine effiziente Abgasreinigung leistet. Das Harnstoffwassergemisch erfährt unterhalb des Gefrierpunktes eine hohe Volumenzunahme von bis zu 8.5%, wobei die eingesetzten Schlauchleitungen diese Volumenzunahme aufnehmen sollen. Hierbei können hohe Drücke von über 30 Bar oder mehr entstehen, so dass die Gefahr einer Leckage und damit Unterbrechung der Zufuhr von Harnstoff zwischen Harnstoffbehälter und Katalysatorvorrichtung droht. Aus diesem Grund sind aus dem Stand der Technik beheizbare Fluidleitungen bekannt, um ein Einfrieren zu verhindern, bzw. spezielle Ventileinrichtungen bekannt, die bei Ausdehnung des Harnstoffs ein ausreichendes Ausgleichsvolumen bereitstellen können.
Aus der DE 33 36 512 A1 ist ein Ausdehnungsgefäß mit einem festen Gehäuse bekannt. Das Gehäuse setzt sich aus zwei stirnseitigen Blechhalbschalen und einem dazwischen angeordneten zylindrischen Blechabschnitt zusammen. Mittig sind in den stirnseitigen Halbschalen zwei Anschlussflansche angeschweißt, in denen ein Gummizylinder mittels Befestigungsanschlussflanschen befestigt ist. Die Befestigungsanschlussflansche sind mit Anschlussnippeln für Flüssigkeitszufuhr und -abfuhrleitungen versehen. In jeder stirnseitigen Halbschale ist eine Entlüftungsöffnung ausgebildet, so dass der Innenraum zwischen dem festen Gehäuse und dem Gummizylinder ständig mit der Atmosphäre verbunden ist.
Die DE 195 10 360 C2 offenbart ein Druckausgleichsgefäß mit einer Faltmembran, welche Befestigungsflansche zur Anbringung am Druckausgleichsbehälter aufweist. Die Wand der Faltmembran hat einen oberen ringförmigen Abschnitt, an den sich nach unten hin eine Wölbung anschließt. Im Anschluss an die Wölbung verläuft die Wand der Faltmembran wieder nach außen und mündet in einen sternförmig ausgebildeten Abschnitt, der aus vier symmetrischen Armen besteht, zwischen denen jeweils die Arme verbindende konkave Abschnitte verlaufen. Die Faltmembran ist in einem Druckausgleichsbehälter angeordnet, der aus einem Oberteil und einem Unterteil besteht. Durch den Behälter erstreckt sich ein mit Öffnungen versehenes Wasserrohr. Durch die Öffnungen gelangt das Wasser in einen Flüssigkeitsraum im Inneren der Faltmembran. Außerhalb der Faltmembran befindet sich ein Gasraum, so dass der Behälter in den sternförmigen Flüssigkeitsraum im Inneren der Membran und einen ringförmigen Gasraum unterteilt ist. Das Gas aus dem Gasraum entweicht bei einer Ausdehnung der Faltmembran durch Öffnungen in eine weitere Kammer des Druckausgleichsbehälters.
Aus der US 2010 / 0 064 670 A1 ist ein Reduktionsmittelversorgungssystem mit einer Verbindungsleitung bekannt, die aus einem äußeren Metallrohr und einem innenliegenden Schlauch besteht, wobei sich zwischen dem Schlauch und dem Metallrohr eine oder mehrere gasgefüllte Kammern befinden, die als volumenelastische Ausgleichselemente fungieren. Im Betrieb bewirkt der Betriebsdruck des durch den Schlauch fließenden Reduktionsmittels, dass sich der Schlauch an die Innenfläche des Metallrohrs anlegt und die gasgefüllten Zwischenräume verschwinden. Bei Verwendung eines harnstoffhaltigen Reduktionsmittels, das durch den Schlauch strömt, ist dafür zu sorgen, dass an den Anschlussstellen der Verbindungsleitung kein Reduktionsmittel in den oder die gasgefüllten Zwischenräume zwischen der Außenseite des Schlauchs und der Innenseite des Metallrohrs gelangt.
Weiterer Stand der Technik findet sich in der DE 20 2009 016 368 U1 und in der DE 199 20 059 A1 .
Ausgehend von dem oben dargestellten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Fluidleitung vorzuschlagen, die bei Ausdehnung des Fluids, beispielsweise bei Über- aber insbesondere bei Untertemperatur in der Nähe des Gefrierpunktes der zu transportierenden Flüssigkeit eine ausreichende Volumenzunahme des zu transportierenden Fluids aufnehmen kann, sowie eine erhöhte Lebensdauer, geringe Leckagegefahr und niedrige Herstellungskosten des Fluidtransportsystems ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Fluidleitung nach der Lehre des Patentanspruchs 1 gelöst. Des Weiteren wird ein SCR-Abgasreinigungssystem sowie ein Fahrzeug nach den weiteren Patentansprüchen vorgeschlagen, die eine derartige Fluidleitung umfassen und von den erfinderischen Vorteilen profitieren.
Offenbarung der Erfindung
In einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt wird eine Fluidleitung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen, die einen äußeren Schutzmantel und zumindest einen im Innenvolumen des Schutzmantels angeordneten fluidführenden, elastischen und bevorzugt elastomeren Innenschlauch umfasst. Zumindest abschnittsweise weist die Mantelquerschnittskontur des fluiddichten Innenschlauchs zumindest einen konkaven Mantelabschnitt auf, so dass ein Ausdehnungsvolumen im Innenvolumen und außerhalb der Mantelaußenoberfläche des Innenschlauchmantels ausgebildet ist, und sich der Mantelabschnitt des Innenschlauchmantels zur Veränderung des Innenschlauchvolumens in das Ausdehnungsvolumen hinein- bzw. herausbewegen kann. Mit anderen Worten wird eine Fluidleitung mit flexibler Innenleitung vorgeschlagen, wobei die Mantelkontur der Innenleitung derart ausgestaltet ist, dass sie zumindest einen, insbesondere mehrere konkav geformte Mantelabschnitte umfasst, die bei Ausdehnung des Fluids, das durch die Innenleitung oder durch das Volumen zwischen Außenmanteloberfläche der Innenleitung und Innenmanteloberfläche des Schutzmantels geführt wird, die konkaven Mantelabschnitte aus dem Ausdehnungsvolumen hinein- bzw. aus dem Ausdehnungsvolumen herausbewegen bzw. -drücken kann. Hierdurch kann ein veränderliches Innenvolumen des Innenschlauchs bereitgestellt werden, so dass Fluid, das im Innenvolumen des Innenschlauchs geführt wird, bei einer Volumenzunahme die konkaven Mantelabschnitte in das Ausdehnungsvolumen innerhalb des Schutzmantels hinausdrücken kann. Alternativ kann ein Fluid außerhalb des Innenschlauchs in dem Ausdehnungsvolumen zwischen Schutzmantel-Innenoberfläche und Innenschlauch-Außenoberfläche geführt werden, welches bei Ausdehnung die konkaven Manteloberflächen des Innenschlauchs aus dem Ausdehnungsvolumen herausdrücken und somit das Innenvolumen des Innenschlauchs verkleinern kann, so dass das Ausdehnungsvolumen vergrößert wird. So wird eine Fluidleitung geschaffen, die durch beispielsweise einen eingelegten Innenschlauch mit einem oder mehreren konkaven Mantelabschnitten eine zweikanalige Leitung mit veränderlichen Fühungskanalquerschnitt bereitstellt:

- im Innenvolumen des Innenschlauchs kann ein Fluid geführt werden, wobei sich das Innenvolumen ausdehnen kann;
- Im Ausdehnungsvolumen zwischen äußerer Manteloberfläche des Innenschlauchs und innerer Manteloberflächen des Schutzmantels kann ein Fluid geführt werden, wobei sich das Ausdehnungsvolumen durch Verengung des Innenvolumens des Innenschlauchs ausdehnen kann.

So kann beispielsweise in der Fluidleitung durch Anordnung eines oder mehrerer Innenschläuche eine mehrkanalige Leitung bereitgestellt werden, wobei zumindest einer der Leitungspfade durch eine Volumenveränderung seines Leitungskanals einen Volumenausgleich durch Verformung der konkaven Mantelbereiche des Innenschlauchs bewirken kann, und somit selbst in der Nähe des Gefrierpunktes oder bei zunehmenden Fluiddrücken die Gefahr einer Beschädigung der Fluidleitung ausgeschlossen wird. Bevorzugt kann das Innenvolumen des Innenschlauchs zur Fluidführung verwendet werden. Die konkave Innenmantelausformung des Innenschlauchs kann entlang der gesamten Länge der Fluidleitung oder nur abschnittsweise vorgesehen sein. Das Maß der Volumenzunahme des Innenschlauchvolumens hängt von Art und Beschaffenheit der konkaven Mantelabschnitte, dem Gesamtumfangslänge des Innenschlauchs sowie der Größe des Ausdehnungsvolumens ab. Bevorzugt weisen die konkaven Mantelabschnitte eine reversible Rückstelleigenschaft auf, d.h. in einem drucklosen Zustand der Leitung nehmen die Mantelabschnitte ihre ursprüngliche Konturform an. Zur Erreichung einer Selbstrückstellung der Mantelquerschnittskontur kann eine Eigenspannung des Innenschlauchmantelmaterials ausgenutzt werden, des Weiteren können zumindest abschnittsweise elastische Elemente, Ausformungen an der Innenoberfläche des Schutzmantels oder Spannkräfte des Schutzmantels, die den Innenmantel des Innenschlauchs einspannen, verwendet werden. Die erfindungsgemäße Fluidleitung ermöglicht eine Erhöhung der Leckageresistenz bei Frost und schafft ein zusätzliches Ausgleichsvolumen, ohne dass gesonderte Ausdehnungsgefäße, Ausdehnungsventile oder sonstige Ausdehnungsmaßnahmen am Fluidtransportsystem vorgesehen sind.
Grundsätzlich kann der Schutzmantel beliebig aufgebaut und fluiddicht aber auch fluiddurchlässig sein. In einer besonders ausgezeichneten Ausführungsform kann der Schutzmantel biegestarr als Rohrmantel ausgeformt sein. So kann der Schutzmantel beispielsweise aus Metall, Hartkunststoff oder einem anderen biegefesten Material aufgebaut sein und somit eine hohe mechanische Robustheit, Witterungsbeständigkeit und Temperaturresistenz aufweisen.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann der Schutzmantel elastisch als Schlauchmantel, insbesondere als Elastomermantel ausgeformt sein. Insbesondere im Einsatz in Fahrzeugen oder Verbrennungskraftmaschinen, bei denen Vibrationen und Schwingungen auftreten, kann eine flexible Fluidleitung eine wesentlich höhere Dauerbelastung als eine starre Fluidleitung aufweisen. Des Weiteren können Fluidleitungen einfach in ihrer Länge verändert werden, und kurzfristige Stauchungs- und Druckbelastungen ohne Beanspruchung der Anschlussverbindungen abfangen. Durch Ausbildung von Schutzmantel und Innenmantel als Elastomerschlauch können des Weiteren Fertigungskosten verringert und Materialaufwand eingespart werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Fluidleitung kann der Schutzmantel fluiddicht ausgebildet sein, so dass das Ausdehnungsvolumen als weiterer fluidführender Kanal für eine mindestens zweikanalige Fluidleitung einsetzbar ist. So kann Fluid im Ausdehnungsvolumen zwischen Außenoberfläche des Innenschlauchs und Innenoberfläche des Schutzmantels geführt sein. Grundsätzlich ist denkbar, wahlweise das zu transportierende Fluid im Ausdehnungsvolumen zu führen, so dass bei einer Fluidausdehnung das Innenvolumen des Innenschlauchs komprimiert wird, bzw. das Fluid im Innenvolumen des Innenschlauchs zu führen, so dass das Ausdehnungsvolumen, d.h. der Zwischenraum zwischen Außenoberfläche des Innenschlauchs und Innenoberfläche des Schutzmantels verringert wird. Durch Führung des Fluids im Innenvolumen des Innenschlauchs ist eine doppelwandige Ausbildung der Fluidleitung gegeben, so dass eine erhöhte Leckageresistenz und eine verbesserte Lebensdauer erreicht werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die Querschnittskontur des Innenschlauchs im Wesentlichen einschnürungselliptisch, nierenförmig, sternförmig, quadförmig oder tropfenförmig ausgebildet sein. Eine einschnürungselliptische Ausbildung der Querschnittskontur des Innenschlauchs entspricht im Wesentlichen einer sogenannten Brillenform bzw. einer Form einer „8“ und kann vorteilhaft bei einer Fluidleitung mit einem Innenschlauchs Anwendung finden, wobei eine Mittelpunktssymmetrie der Querschnittskontur erreicht wird. Eine nierenförmige Ausgestaltung kann bevorzugt für zwei Innenschläuche, die in einer Querschnittskontur innerhalb des Schutzmantels gegenüber liegen und symmetrisch zwischen ihnen ein Ausdehnungsvolumen definieren, eingesetzt werden. Durch eine tropfenförmige Ausbildung des Innenschlauchs kann beispielsweise eine Fluidleitung mit drei, vier oder mehreren nebeneinander liegenden Innenschläuchen bereitgestellt werden, wobei zwischen den konkaven Außenoberflächen der Innenschläuche ausgebildet sind. Es sind daneben beliebige weitere Querschnittskonturen denkbar, die zumindest einen oder mehrere konkave Mantelbereiche umfasst und bei ausreichendem Ausdehnungsvolumen eine Zunahme bzw. Verringerung des Innenschlauchvolumens durch eine Fluiddruckveränderung bereitstellen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann im Ausdehnungsvolumen ein elastisches Element, insbesondere ein kompressibles elastisches Element, zumindest abschnittsweise entlang der Längsausdehnung der Fluidleitung zur Abstützung des Innenschlauchs angeordnet werden. Die elastischen Elemente dienen zur Unterstützung der Selbstrückstellung des Innenschlauchmantels, so dass nach Veränderung des Innenschlauchvolumens eine selbsttätige Rückstellung in eine Ursprungskonturform ermöglicht wird. Das elastische Element kann beispielsweise ein Elastomerstrang sein, der insbesondere kompressibel ist und der im Ausdehnungsvolumen angrenzend an einen konkaven Mantelabschnittsbereich angeordnet ist und beispielsweise eine Abstützung des Innenschlauchs gegenüber dem Schutzmantel bzw. gegenüber einem benachbarten Innenschlauchmantel bewirkt. Somit kann der Innenschlauch innerhalb des Innenvolumens des Schutzmantels fixiert werden und eine Rückstellung nach Volumenänderung des Innenschlauchmantels erreicht werden. Hierbei ist denkbar, dass das elastische Element mit der Außenoberfläche des Innenschlauchmantels und/oder der Innenoberfläche des Schutzmantels verschweißt, verklebt oder anderweitig kraftschlüssig verbunden ist. Hierdurch wird eine dynamische Volumenvariabilität des Innenschlauchs über die gesamte Lebensdauer der Fluidleitung erreicht werden.
Gemäß der Erfindung ist im Ausdehnungsvolumen ein elektrisches Heizelement, insbesondere eine Heizleitung angeordnet. Das Heizelement kann bevorzugt im Ausdehnungsvolumen verlegt sein und beispielsweise in Kombination mit einem vorgenannten elastischen Element mechanisch dicht am Innenschlauchmantel geführt und bevorzugt an diesem fixiert, z.B. verklebt oder verschweißt sein. Das Heizelement kann in der Nähe einer Gefriertemperatur des zu transportierenden Fluids, z.B. 5% höher als die Gefriertemperatur in Kelvin, eine Erwärmung des Innenschlauchvolumens vornehmen, und somit ein Einfrieren verhindern, so dass ein zuverlässiger Transport des Fluids auch bei Außentemperaturen unter dem Gefrierpunkt der Flüssigkeit durchführbar ist. Somit wird beispielsweise eine Betriebsfähigkeit eines Abgasreinigungssystems selbst bei Temperaturen unterhalb der Gefriertemperatur von Harnstofflösung während einer Kaltstartphase gewährleistet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausbildung der Erfindung kann im Ausdehnungsvolumen eine fluildleitende Heiz- und/oder Kühlleitung angeordnet sein. Im Gegensatz zum vorgenannten elektrischen Heizelement kann in einer zusätzlichen fluidleitenden Heiz- oder Kühlleitung, bevorzugt einem flexiblem Fluidschlauch ein Heizmedium bzw. ein Kühlmedium die Einstellung einer gewünschten Betriebstemperatur der Fluidleitung bereitstellen. Die Heiz- bzw. Kühlleitung kann beispielsweise die Aufgabe eines elastischen Elements übernehmen und eine Abstützwirkung der Innenschlauchleitung bereitstellen. Sie kann einen runden oder elliptischen Querschnitt aufweisen, oder auch einen konkaven Mantelabschnitt vergleichbar einer Innenschlauchleitung umfassen. In der Heiz- oder Kühlleitung können temperierte Fluide geführt werden, die durch Temperaturübertragung auf das Innenvolumen des fluidführenden Kanals ein Vereisen bzw. eine übermäßige Druckbildung des zu transportierenden Fluids verhindern können. Des Weiteren können die Heiz- oder Kühlleitungen zum Transport des Heiz- oder Fluidmediums kompakt in der Fluidleitung integriert sein, so dass eine mehrkanalige Leitung ausgeführt ist.
In einem nebengeordnetem Aspekt der Erfindung wird ein SCR-Abgasreinigungssystem (Selective Catalytic Reduction) für ein Fahrzeug vorgeschlagen, dass einen Harnstoffbehälter und eine SCR-Katalysatorvorrichtung, umfasst, wobei die Harnstoffleitung zwischen Harnstoffbehälter und Katalysatorvorrichtung zumindest abschnittsweise durch ein Ausführungsbeispiel einer vorgenannten Fluidleitung ausgebildet ist. Somit kann zumindest in dem der Umgebungstemperatur ausgesetzten Transportbereich des Harnstoffs zwischen Harnstoffbehälter und Katalysatorvorrichtung eine erfindungsgemäße Fluidleitung eingesetzt werden, die einen Transport von Harnstoff unterhalb der Gefriertemperatur des Harnstoffs ermöglicht und eine Abgasreinigung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Dieselkraftmaschine selbst bei Temperaturen unterhalb -11°C und während einer Kaltstartphase bereitstellt.
Schließlich wird in einem weiteren nebengeordnetem Aspekt der Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Dieselfahrzeug vorgeschlagen, dass ein vorgenanntes SCR-Abgasreinigungssystem umfasst, so dass aufgrund der Vorteile der Fluidleitung selbst bei extremen Temperaturschwankungen einen störungsfreien Transport von Fluiden abläuft und somit einen effiziente Abgasreinigung selbst bei Außentemperaturen unter der Gefriertemperatur der Flüssigkeit und während eines Kaltstarts ohne zusätzliche Volumenausgleichsmittel durchgeführt wird. So kann die erfindungsgemäße Fluidleitung insbesondere zum Transport von AdBlue, einer wässrigen Harnstofflösung für die SCR-Abgasreinigung. sowohl in Fahrzeugen wie Pkw, Lkw, Baustellenfahrzeugen eingesetzt werden, und gewährleistet eine effiziente Abgasreinigung selbst bei tiefen Temperaturen und einer Erreichung der gesetzlich vorgeschriebenen Abgasreinigungswerte während eines Kaltstarts bei tiefen Temperaturen.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der vorliegenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 ein Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung mit einem Innenschlauch;
2 ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung mit zwei Innenschläuchen;
3 ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung mit vier Innenschläuchen;
4 ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung mit elastischen Elementen;
5 ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung mit Heizelement und elastischem Element;
6 ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fluidleitung mit zwei fluidführenden Heizleitungen;
7 ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Fluidleitung mit einer fluidführenden Heizleitung;
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung mit elektrischer Heizelement;
9 Perspektivisch skizzenhaft ein weiteres Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
Die 1 zeigt einen Querschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung 10, die als einkanalige Fluidleitung 50 ausgelegt ist. Die Fluidleitung 50 weist einen kreisförmigen Schutzmantel 12 und einen Innenschlauch 16 auf, dessen Querschnittskontur 20 des Innenmantels 18 eine im Wesentlichen einschnürungselliptische Kontur aufweist. Sie geht aus einer Einschnürung eines kreisförmigen Innenschlauchmantels hervor, so dass zwei symmetrisch zu einer Mittellinie angeordnete konkave Mantelabschnitte 22 an der Außenoberfläche 26 des Innenschlauchmantels 18 ausgebildet sind. Der Innenschlauch 16 definiert ein Innenschlauchvolumen 30, durch das ein nicht dargestelltes Fluid hindurchströmen kann. Bei Ausdehnung des Fluids kann der konkave Mantelabschnittsbereich 22 in das Ausdehnungsvolumen 24 gedrängt werden, so dass sich das Volumen des Innenschlauchmantels 16 bis zur Größe des Gesamtinnenvolumens 14 des Schutzmantels 12 erhöhen kann. In einer maximalen Ausdehnung kann der Mantel 18 des Innenschlauchs 16 mit seiner Außenoberfläche 26 die Innenoberfläche 28 des Schutzmantels 12 berühren. Die Dicken des Schutzmantels 12 und des Innenschlauchmantels 18 können gleichgroß gewählt sein, jedoch ist auch denkbar zur Verbesserung des mechanischen Schutzes der Fluidleitung 10, die Schutzmanteldicke wesentlich größer als die Dicke des elastischen Innenschlauchs 16 auszubilden. In der Fluidleitung 50 kann sowohl im Ausdehnungsvolumen 24 als auch im Innenschlauchvolumen 30 Fluid befördert werden. Je nach Ausdehnung des Fluids, entweder im Ausdehnungsvolumen 24 oder im Innenschlauchvolumen 30 können die konkaven Mantelabschnitte 22 nach innen in das Innenschlauchvolumen 30 bzw. nach außen in das Ausdehnungsvolumen 24 gedrängt werden. Somit ergeben sich ein volumenveränderlicher Kanal bzw. zwei volumenveränderliche Kanäle, wobei die Volumenveränderung des einen Kanals auf Kosten des Volumens des anderen Kanals einstellbar ist.
In der 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung 60 mit zwei Innenschläuchen 16 dargestellt. Die Mantelquerschnittskontur 20 jedes Innenschlauchmantels 18 ist im Wesentlichen nierenförmig ausgebildet, wobei ein konvexer Teilbereich des Innenschlauchmantels an einem Innenwandungsbereich des Schutzmantels anliegt und ein weiterer konkaver Mantelabschnitt 22 ein Ausdehnungsvolumen 24 des Innenvolumens 14 des Schutzmantels 12 definiert. Erhöht sich beispielsweise der Druck des Fluids im Innenvolumen 30 eines der beiden Innenschläuche 16 oder beider Innenschläuche 16, so verringert sich das Ausdehnungsvolumen 24 durch Bewegung der konkaven Mantelabschnitte 22 aus ihrer konkaven in einer im Wesentlichen konvexe Form. Somit kann eine große Volumenzunahme des Fluids durch eine Vergrößerung des Leitungskanalquerschnitts beispielsweise bei Absinken der Fluidtemperatur unterhalb der Gefriertemperatur aufgefangen werden, ohne dass Ausgleichsgefäße oder Überdruckventile im Fluidförderungssystem vorgesehen sind.
In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung 70 mit vier Innenschläuchen 16 dargestellt. Der Innenschlauchmäntel 18 weist eine im Wesentlichen tropfenförmige Ausgestaltung auf. Jeweils gegenüberliegende konkave Mantelabschnittsbereiche 22 der Querschnittskonturen 20 der Innenschläuche 16 definieren Ausdehnungsvolumina 24 innerhalb des Innenvolumens 14 des Schutzmantels 12 .
In der 4 ist ausgehend von der in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Fluidleitung 50 mit einem Innenschlauch 16 ein Ausführungsbeispiel dargestellt, in dem zwei elastische kompressible Abstützungselemente 38 in Strangform die Lage des Innenschlauchs 16 gegenüber dem Schutzmantel 12 abstützen. Die elastischen kompressiblen Elemente 38, die beispielsweise wulstförmig ausgeformt sein können, können abschnittsweise entlang der Fluidleitung 50 angeordnet oder durchgängig entlang des Mantelverlaufs 18 des Innenschlauchs 16 geführt sein. Sie können an die Außenoberfläche des Innenschlauchmantels 18 und/oder an die Innenoberfläche 28 des Schutzmantels 12 angeklebt, angeschweißt oder anderweitig befestigt sein. Sie stützen den Innenschlauch 16 gegenüber dem Schutzmantel 12 ab und bewirken eine Rückstellung der Mantelschlauchkontur 20 in ihre ursprüngliche Lage nach Verringerung des Fluiddrucks im Innenvolumen 30. Somit wird zuverlässig eine Volumenvariabilität der Fluidleitung 50 bereitgestellt, so dass die gewünschte Frostsicherheit des Fluidförderungssystems langfristig erhalten werden kann.
In der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung 50 mit einer Innenleitung 16 dargestellt, wobei zusätzlich zu elliptisch ausgeformten elastischen Abstützelementen 38 zwei elektrische Heizleitungen 40 symmetrisch zur Abstützung und aktiven Erwärmung des Innenschlauchs 16 zwischen Abstützelement 38 und Innenschlauchmantel 18 angeordnet sind. Es ist denkbar, lediglich eine einzige Heizleitung 40 zur Erwärmung der Fluidleitung 10 vorzusehen. Durch den Einsatz einer oder mehrerer stromerwärmter Heizleitungen 240 kann selbst bei äußerst tiefen Temperaturen eine aktive Fluidförderung gewährleistet werden.
In der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fluidleitung 50 mit einem Innenschlauch 16 dargestellt. Symmetrisch gegenüberliegend im konkaven Mantelabschnittsbereich 22 sind im Ausdehnungsvolumen 24 zwei schlauchförmige kreisrunde Heiz- bzw. Kühlleitungen 42 angeordnet, durch die Heiz- bzw. Kühlfluid geführt werden kann. Die Leitungen 42 dienen des weiteren zur mechanischen Abstützung der Innenschlauchleitung 16 und unterstützen eine elastische Rückstellung der Mantelkontur 18 . Ein darin geführtes Heiz- oder Kühlfluid dient einer Beheizung bzw. Kühlung des Innenvolumens 30 des Innenschlauchs 16 . Des Weiteren können durch die Heiz- bzw. Kühlleitungen 42 die Heiz- oder Kühlfluide durch die Fluidleitung 10 transportiert werden, so dass eine mehrkanalige Leitung 10 bereitgestellt wird. So zeigt 6 eine zumindest drei- bzw. sogar vierkanalige Fluidleitung 50 dargestellt, bei dem zumindest eine im Innenschlauch 16 geführtes Fluid in dem volumenveränderlichen Kanal 30 ausdehnungsfähig ist, wobei in den beiden Heizleitungen 42 und optional im Ausdehnungsvolumen 24 weitere Fluide innerhalb der Leitung 10 geführt werden können.
In der 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fluidleitung 60 mit zwei Innenschläuchen 16 dargestellt, deren Mantelkonturen 20 einen im Wesentlichen nierenförmigen Querschnitt 34 aufweisen. In dem zwischen den beiden symmetrisch gegenüberliegenden Innenschläuchen 16 gebildeten Ausdehnungsvolumen 24 ist eine fluidleitende Heiz- bzw. Kühlleitung 42 dargestellt, die aus einem elastischen kompressiblen Schlauchmaterial gefertigt ist. Die Heiz- bzw. Kühlleitung 42 übernimmt im Wesentlichen die Funktion eines elastischen Elements 38 und stützt die beiden Innenschläuche 16 mechanisch gegenüber der Innenoberfläche des Schutzmantels 12 ab. Sie stellt eine Rückstellkraft zur Einnahme einer ursprünglichen konkaven Form der Mantelabschnitte 22 nach einer möglichen Verformung bereit. Des Weiteren kann durch Förderung von warmen bzw. kühlenden Fluiden in den Innenvolumen 44 der Heiz- bzw. Kühlleitung 42 eine aktive Temperierung der Innenschläuche 16 erreicht werden und somit bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen eine optimale Fluidförderung der Leitung 60 bereitgestellt werden.
In der 8 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer nicht erfindungsgemäßen Fluidleitung 60 mit vier Innenleitungen dargestellt, deren Mantelkonturen 20 im Wesentlichen eine tropfenförmiger Gestalt 36 aufweisen. Im Mittelpunkt des Schutzmantels 12, in dem sich die Innenschläuche 16 nahezu berühren, ist eine elektrische Heizleitung 40 angeordnet, die aktiv ein Beheizen des Innenvolumens 14 der Fluidleitung 10 bewirken kann. Somit kann innerhalb der volumenveränderlichen Fluidkanälen 30 der Innenschläuche 16 ein Fluid beheizt und so vor einem Gefrieren bewahrt werden, so dass selbst bei Temperaturen unterhalb der Gefriertemperatur des zu befördernden Fluids ein Fluidtransport ermöglicht wird.
Schließlich zeigt 9 in einer perspektivischen Darstellung eine nicht erfindungsgemäße Fluidleitung 50, die grundsätzlich die in 1 dargestellte Querschnittskontur aufweist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel 50 geht die Mantelquerschnittskontur 20 durchgängig entlang der gesamten Fluidleitung 70, jedoch ist durchaus denkbar, dass aus herstellungstechnischen Gründen nur Teilabschnitte der Innenschlauchleitung 10 mit einer konkaven Schlauchkontur ausgestaltet sind.
Die Erfindung schlägt eine Fluidleitung vor, bei der ein Frostzunahmevolumen eines Fluids in der Leitung selbst aufgenommen werden kann. Die Fluidleitung weist zumindest einen Innenschlauch auf, der beispielsweise in einer sog. „Brillenform“ gefertigt sein kann. Durch die spezifische Ausgestaltung mit konkaven Mantelabschnitten ist es möglich, auch bei geringen Drücken große Volumenzunahmen bereitzustellen. Die Volumenzunahme wird durch das Verhältnis vom großen Umfang des Innenschlauchmantels zum geringen Innenvolumen aufgrund des konkaven Mantelabschnitts im Vergleich zu einem kreisrunden Mantelquerschnitt erreicht. Die Rückstellung des Innenschlauchmantels kann durch eine Eigenspannung, durch elastische Elemente oder durch Abstützung gegenüber dem kreisförmigen Schutzmantel erreicht werden. An der Innenoberfläche des Schutzmantels können hierzu elastische Rückstellelemente, z.B. Rückstellrippen angeordnet sein. Das Ausdehnungsvolumen des Schutzmantels kann als Rückleitung dienen und die jeweiligen Querschnitte sind im Wesentlichen achsen- bzw. punktsymmetrisch. Die erfindungsgemäße Fluidleitung ermöglicht die Integration einer oder mehrerer elektrischer Heizleitungen oder fluidführenden Heizschläuche. Eine erfindungsgemäße Fluidleitung erhöht die Transportfähigkeit des Fluidförderungssystems bei Frost und schafft ein zusätzliches Ausgleichsvolumen ohne Ausdehnungsgefäß oder Überdruckventil.

10: Fluidleitung
12: Schutzmantel
14: Innenvolumen
16: Innenschlauch
18: Innenschlauchmantel
20: Mantelquerschnittskontur
22: konkaver Mantelabschnitt
24: Ausdehnungsvolumen
26: Außenoberfläche des Innenschlauchmantels
28: Innenoberfläche des Schutzmantels
30: Innenschlauchvolumen
32: Einschnürungselliptische Querschnittskontur
34: Nierenförmige Querschnittskontur
36: Tropfenförmige Querschnittskontur
38: Kompressibles elastisches Element
40: Heizleitung
42: Heiz- und/oder Kühlleitung
44: Innenvolumen der Heiz- und/oder Kühlleitung
46
48
50: Fluidleitung mit einem Innenschlauch
52
54
56
58
60: Fluidleitung mit zwei Innenschläuchen
62
64
66
68
70: Fluidleitung mit vier Innenschläuchen
72
74
76
78
80
82

Claims

Fluidleitung (10, 50, 60, 70) zum Transport einer Harnstofflösung, mit einem äußeren Schutzmantel (12) und zumindest einem im Innenvolumen (14) des Schutzmantels (12) angeordneten elastischen und fluiddichten Innenschlauch (16), dessen Mantelquerschnittskontur (20) zumindest abschnittsweise zumindest einen konkaven Mantelabschnitt (22) umfasst, so dass ein Ausdehnungsvolumen (24) im Innenvolumen (14) und außerhalb der Mantelaußenoberfläche (26) des Innenschlauchmantels (18) ausgebildet ist und sich der zumindest eine Mantelabschnitt (22) des Innenschlauchmantels (18) zur Veränderung des Innenschlauchvolumens (30) in das Ausdehnungsvolumen (24) hinein- oder herausbewegen kann, wobei der Schutzmantel (12) fluiddicht ausgebildet ist und das Ausdehnungsvolumen (24) als weiterer fluidführender Kanal für eine mindestens zweikanalige Fluidleitung (10, 50, 60, 70) verwendbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausdehnungsvolumen (24) ein elektrisches Heizelement angeordnet ist.
Fluidleitung (10, 50, 60, 70) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (12) biegestarr als Rohrmantel ausgeformt ist.
Fluidleitung (10, 50, 60, 70) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schutzmantel (12) elastisch als Schlauchmantel, insbesondere als Elastomermantel ausgeformt ist.
Fluidleitung (10, 50, 60, 70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelquerschnittskontur (20) des Innenschlauchs (16) im Wesentlichen einschnürungselliptisch (32), nierenförmig (34), sternförmig, quadförmig oder tropfenförmig (36) ausgebildet ist.
Fluidleitung (10, 50, 60, 70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausdehnungsvolumen (24) ein elastisches Element, insbesondere ein kompressibles elastisches Element (38), zumindest abschnittsweise entlang der Längsausdehnung der Fluidleitung (10, 50, 60, 70) zur Abstützung des Innenschlauchs (16) angeordnet ist.
Fluidleitung (10, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Ausdehnungsvolumen (24) eine fluidleitende Heiz- und/oder Kühlleitung (42) angeordnet ist.
Fluidleitung (10, 60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu, vorzugsweise zwei, weiterhin vorzugsweise elliptisch ausgeformten, elastischen Abstützelementen (38) eine oder mehrere, vorzugsweise zwei, elektrische Heizleitungen (40), welche das Heizelement bilden, symmetrisch zur Abstützung und aktiven Erwärmung des Innenschlauchs (16) zwischen Abstützelement (38) und Innenschlauchmantel (18) angeordnet sind.
Fluidleitung (10, 70) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schutzmantel (12) vier Innenschläuche (16), deren Mantelkonturen (20) eine tropfenförmige Gestalt (36) aufweisen, und eine elektrische Heizleitung (40), welche das Heizelement bildet, im Mittelpunkt des Schutzmantels (12) angeordnet sind.
SCR-Abgasreinigungssystem (Selective Catalytic Reduction) für ein Fahrzeug umfassend einen Harnstoffbehälter und eine SCR-Katalysatorvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Harnstoffleitung zwischen Harnstoffbehälter und Katalysatorvorrichtung zumindest abschnittsweise durch eine Fluidleitung (10, 50, 60, 70) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass es ein SCR-Abgasreinigungssystem nach Anspruch 9 umfasst.