DE102012112563A1

DE102012112563A1 - "Konfektionierte Fluidleitung"

Info

Publication number: DE102012112563A1
Application number: DE102012112563A
Authority: DE
Inventors: Erik Gramckow; Otfried Schwarzkopf; Jannis Serdaris
Original assignee: Voss Automotive GmbH
Current assignee: Voss Automotive GmbH
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2013-06-27
Anticipated expiration: 2032-12-19
Also published as: DE102012112563B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine konfektionierte Fluidleitung, (1) umfassend ein Leitungsstück (2) mit einer flexiblen Wandung (3) sowie jeweils ein elektrisch leitfähiges Leitungsverbinderteil (4) an jedem Ende des Leitungsstücks (2). Um eine derartige Leitung (1) insbesondere in einem Wasserstoff führenden System mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle einsetzen zu können, wird vorgeschlagen, dass die Wandung (3) des Leitungsstücks (2) mindestens zwei Schichten (5, 6) umfasst, und zwar mindestens eine innere leitfähige Schicht (5) und eine äußere Isolierschicht (6), wobei die innere leitfähige Schicht (5) mit den Leitungsverbinderteilen (4) elektrisch verbunden ist, und dass die Leitungsverbinderteile (4) jeweils durch eine elektrisch isolierende, insbesondere kappenartige Abdeckung (8) abgedeckt sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine konfektionierte Fluidleitung, umfassend ein Leitungsstück mit einer Wandung sowie jeweils ein elektrisch leitfähiges Leitungsverbinderteil an jedem Ende des Leitungsstücks. Die Wandung des Leitungsstücks kann dabei insbesondere flexibel sein.
Eine derartige Fluidleitung ist aus der WO 2006/018384 A1 bekannt. Diese betrifft eine Steckverbindung für Fluid-Leitungen, bestehend aus zwei zusammensteckbaren Kupplungsteilen, und zwar insbesondere einem Muffenteil und einem Steckerteil, wobei das Steckerteil mit einem Steckerschaft dichtend in eine Aufnahmeöffnung des Muffenteils einsteckbar und im eingesteckten Zustand über eine Verriegelungseinrichtung lösbar arretierbar ist, wobei die Verriegelungseinrichtung einerseits aus zwei äußeren, radialen, flanschartigen und im eingesteckten Zustand axial, in Steckrichtung benachbarten Haltestegen der beiden Kupplungsteile und andererseits aus mindestens einem Halteelement besteht, welches mit mindestens einem im Axialschnitt C-förmigen Halteabschnitt die Haltestege der beiden Kupplungsteile formschlüssig axial und radial umgreift. Das Dokument beschreibt eine technische Lösung, die es ermöglicht, dass unter Beibehaltung der Vorteile des bekannten Verriegelungsprinzips die Verlustgefahr des Halteelementes reduziert und die Montage vereinfacht wird, und zwar besonders auch in Anwendungsfällen, bei denen am Montageort nur ein kleiner Umgebungsraum zur Verfügung steht. Die bekannte Kupplungseinrichtung, bei der u. a.
vorgesehen ist, dass die Kupplungsteile aus Metall bestehen oder zumindest teilweise aus einem anderen elektrisch leitenden Material bestehen und daher elektrisch leitfähig sind, hat sich in der Praxis für die verschiedensten Anwendungsfälle bewährt.
Ein Anwendungsfall, der jedoch besonders hohe Anforderungen an konfektionierte Fluidleitungen stellt, ist der Einsatz in Wasserstoff-Brennstoffzellen. So werden beispielsweise als Wasserstoff-Sensorleitungen bezeichnete Fluidleitungen in einem Brennstoffzellensystem zur Anbindung eines Differenzdrucksensors an das System verwendet, um den Differenzdruck zwischen Anodenseite und Kathodenseite zu messen. Eine der Leitungen, welche Wasserstoff führt, ist anodenseitig und eine andere, welche Luft führt, kathodenseitig verbaut, wobei die Gase zum Schutz von in der Brennstoffzelle vorhandenen Membranen mit deionisiertem Wasser angefeuchtet werden. Das genannte hohe Anforderungsprofil umfasst dabei insbesondere die Forderung nach einer niedrigen Permeation durch die fluidführenden Teile, die technische Bewältigung von statischen Aufladungen, vor allem durch die Strömung des Fluids, sowie eine hohe Beständigkeit gegenüber den Medien, mit denen die konfektionierte Fluidleitung in Kontakt steht.
Was statische Aufladungen und auch Kriechströme betrifft, so sind bei wasserstoffführenden Systemen technische Lösungen bekannt, um einen Potentialausgleich herzustellen und so eine gefährliche Funkenbildung zu vermeiden. So beschreibt die DE 100 55 104 C1 eine bekannte Vorrichtung zum Befüllen eines Tanks mit einem zündfähigen Medium aus einem Vorratsbehälter, mit einem vorratsbehälterseitigen Zuführmittel und einem tankseitigen Aufnahmemittel zur Einleitung des Mediums in den Tank, wobei das Zuführmittel und das Aufnahmemittel Verschlussmittel im Förderweg des umzufüllenden Mediums aufweisen. Die bekannte Vorrichtung weist ein Potentialausgleichsmittel zum Ausgleichen eines elektrischen Potentials zwischen Vorratsbehälter und Tank auf, wobei das Verschlussmittel erst nach dem ordnungsgemäßen Anschluss des Potentialausgleichsmittels freigebbar ist. Das insbesondere stabförmige Potentialausgleichsmittel ist dabei derart am Zuführmittel oder am Aufnahmemittel angeordnet, dass beim Heranführen des Zuführmittels an das Aufnahmemittel zuerst das Potentialausgleichsmittel zwangsweise mit einem Gehäuse des Tanks in elektrischen Kontakt bringbar ist, und dass beim anschließenden weiteren Heranführen das Verschlussmittel am Zuführmittel und/oder Aufnahmemittel durch das Potentialausgleichsmittel mechanisch entriegelbar ist. Die bekannte Vorrichtung ist auch für andere Medien als Wasserstoff geeignet, bei deren Handhabung eine Funkenbildung durch elektrische Aufladungen vermieden werden soll, und kann z. B. vorteilhaft dort eingesetzt werden, wo Medien zwischen Behältern umgefüllt werden, die vor elektrischer Aufladung zu schützen sind. Ein derartiges stab- oder auch federförmiges Potentialausgleichsmittel einzusetzen, erscheint jedoch für konfektionierte Fluidleitungen der eingangs genannten Art aus verschiedenen Gründen, z. B. Gründen des konstruktiven Aufwands und der erschwerten Montage, als unvorteilhaft.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit geringem konstruktivem Aufwand und der Möglichkeit eines montagetechnisch einfachen Anschlusses eine konfektionierte Fluidleitung der eingangs genannten Art mit einer besonderen Eignung für Wasserstoff führende Systeme zu schaffen, welche insbesondere das Anforderungsprofil für die vorstehend beschriebene Wasserstoff-Sensorleitung erfüllt.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Wandung des Leitungsstücks mindestens zwei Schichten umfasst, und zwar mindestens eine innere leitfähige Schicht und eine äußere Isolierschicht, wobei die innere leitfähige Schicht mit den Leitungsverbinderteilen elektrisch verbunden ist, und dass die Leitungsverbinderteile jeweils durch eine elektrisch isolierende Abdeckeinrichtung, insbesondere kappenartig geschützt sind.
Die elektrisch isolierende Schutzkappe als Abdeckeinrichtung wirkt dabei vorteilhafterweise als Berührschutz, der verhindert, dass aufgrund der Kriechströme, die sich aus der Brennstoffzelle über die Leitungen fortpflanzen, eine Person bei der Berührung eines Leitungsverbinderteils einen elektrischen Schlag erhält. Des Weiteren können andererseits im Zusammenwirken mit dem Berührschutz aufgrund der möglichen statischen Aufladungen durch die Bewegung des Mediums entstandene elektrische Ladungen über die elektrisch leitfähige Innenschicht der Leitungswandung leicht abtransportiert werden, so dass das Entstehen von statischen Aufladungen schon von Anfang an unterbunden wird.
Erfindungsgemäß kann auch der Leitungsverbinder mindestens zwei Schichten umfassen, und zwar mindestens eine innere leitfähige Schicht und eine äußere Schicht, insbesondere mit einem antistatischen Thermoplasten, wobei der Leitungsverbinder mit der inneren leitfähigen Schicht der Wandung des Leitungsstückes elektrisch verbindbar bzw. verbunden ist. Unter „Schicht” wird dabei in allgemeinerem Sinn mit verstanden, dass auch eine von einer flachen Struktur abweichende Form vorliegen kann.
Die elektrisch leitenden Leitungsverbinderteile können dabei bevorzugt durch eine elektrisch Isolierende Schutzummantelung abgedeckt sein. Eine derartige Schutzummantelung wird neben der bereits erwähnten Kappe erfindungsgemäß ebenfalls unter dem Begriff „elektrisch isolierende Abdeckeinrichtung” subsummiert. Insbesondere kann der Leitungsverbinder von einer äußeren Kapselung umschlossen sein. Dabei kann es sich z. B. um ein zweiteiliges Außengehäuse handeln, welches vorzugsweise aus zwei in Form von Halbschalen ausgeführten Gehäusehälften besteht, wobei die Gehäusehälften mit Vorteil über komplementäre Rastmittel miteinander verbindbar sind. Alternativ ist es auch möglich, als Kapselung den gesamten Leitungsverbinder mit einem Außengehäuse zu umspritzen. Zudem kann als Kapselung auch ein sogenannter Schrumpfschlauch, Gewebeschlauch oder dergleichen vorgesehen sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der folgenden Beschreibung enthalten.
Anhand mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele soll im Folgenden die Erfindung näher erläutert werden. Dabei zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung, eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung,
2 in vereinfachter perspektivischer Explosionsdarstellung, ein Anschlussende einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung einschließlich eines Kupplungsteils, an das die Leitung angeschlossen werden kann,
3 im Querschnitt, vergrößert, einen exemplarischen Aufbau eines Leitungsstücks einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung,
4 und 5 in verschiedenen Ansichten, vergrößert gegenüber 1, ein Anschlussende einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung, wie diese in 1 dargestellt ist,
6 bis 8 in verschiedenen Ansichten, ebenfalls vergrößert gegenüber 1, eine erste Ausführung einer elektrisch isolierenden Kappe für das Anschlussende einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung, wie diese in 1 dargestellt ist, wobei 7b und 7c technische Modifikationen der Grundausführung der Abdeckeinrichtung in 7a sind,
9 in einem Längsschnitt ähnlich wie in 4, jedoch in noch stärkerer Vergrößerung gegenüber 1, ein Anschlussende einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung, mit einer weiteren Ausführung einer elektrisch isolierenden Kappe für das Anschlussende,
10 einen Querschnitt durch das in 9 dargestellte Anschlussende einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung,
11 einen axialen Halbschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Leitungsverbinderteils,
11a eine geschnittene Detailansicht eines gegenüber der Ausführung in 11 im Bereich seines Dornes modifizierten Leitungsverbinderteils,
12 einen axialen Halbschnitt eines Anschlussendes einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung mit einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines im Rahmen der Erfindung einsetzbaren Leitungsverbinderteils.
Zu der anschließenden Beschreibung wird ausdrücklich betont, dass die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele und dabei auch nicht auf alle oder mehrere Merkmale von beschriebenen Merkmalskombinationen beschränkt ist, vielmehr kann jedes einzelne Teilmerkmal des/jedes Ausführungsbeispiels auch losgelöst von allen anderen im Zusammenhang damit beschriebenen Teilmerkmalen für sich und auch in Kombination mit beliebigen Merkmalen eines anderen Ausführungsbeispiels eine erfinderische Bedeutung haben.
In den verschiedenen Figuren der Zeichnung sind gleiche und einander entsprechende Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher im Folgenden in der Regel jeweils nur einmal beschrieben.
1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung 1, die insbesondere für einen Einsatz in Wasserstoff führenden Systemen mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle geeignet ist. 2 zeigt ein Anschlussende einer derartigen Leitung 1. Die erfindungsgemäße Fluidleitung 1, die insbesondere zur Anbindung eines Sensors an ein solches System dienen kann, welcher zur Messung des Differenzdrucks zwischen Anoden- und Kathodenseite der Brennstoffzelle eingesetzt wird, umfasst ein Leitungsstück 2 mit einer insbesondere flexiblen Wandung 3 sowie jeweils ein elektrisch leitfähiges Leitungsverbinderteil 4 an jedem Ende des Leitungsstücks 2.
Wie in 2 angedeutet, jedoch 3 besser zu entnehmen ist, umfasst die Wandung 3 des Leitungsstücks 2 mindestens zwei Schichten 5, 6, im dargestellten Fall drei Schichten 5, 6, 7, und zwar mindestens eine innere leitfähige Schicht 5 und eine äußere Isolierschicht 6, wobei die innere leitfähige Schicht 5 mit den Leitungsverbinderteilen 4 elektrisch verbunden ist, wie dies besonders deutlich durch 4 – und auch 9 – veranschaulicht ist.
Die Leitungsverbinderteile 4 sind jeweils durch eine elektrisch isolierende Kappe 8 abgedeckt, die in 2 nicht, dafür jedoch in 6 bis 8 exemplarisch als Einzelteil dargestellt ist. Die Kappe 8 stellt einen Berührschutz gegen eine Berührung mit dem Finger dar, wobei sie insbesondere der Schutzklasse IP 2 X nach DIN EN 60529 „Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code)”, Ausgabe 2000-09 entspricht.
Als Materialien für die insbesondere Wasserstoff führenden Teile können bevorzugt ein Edelstahl, wie ein austenitischer nichtrostender Stahl, z. B. der nach DIN EN 17 007-2 mit der Werkstoffnummer 1.4404 bezeichnete X2CrNiMo17-12-2, für den in der dargestellten Ausführung als sogenanntes männliches Steckerteil 9 ausgebildeten Bestandteil des Leitungsverbinderteils 4 und ein leitfähiger Kunststoff, wie beispielsweise leitfähiges Polyvinylidenfluorid (PVDF), für die Innenschicht 5 der Wandung 2 des als Multilayerrohr ausgebildeten Leitungsstücks 2 eingesetzt werden. Mit Vorteil kann als metallischer Werkstoff auch ein nickelfreier legierter Edelstahl aus der Gruppe der nach DIN EN 17 007-2 mit den Werkstoffnummern 3.8xxx bezeichneten Stähle eingesetzt werden. Durch die genannten Werkstoffe wird bei den üblichen Betriebsdrücken eine hohe Medienbeständigkeit und -dichtheit erreicht. Dies gestattet es, eine Dicke D5 der inneren leitfähigen Schicht 5 klein gegenüber einer Dicke D6 der äußeren Isolierschicht auszuführen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kunststoffsteckern erfüllt ein aus den vorgenannten Materialien hergestelltes Steckerteil 9 auch die Anforderungen an das Auswaschverhalten, welche in Systemen mit einer Brennstoffzelle gültig sind.
Bei der Bewegung des Mediums in der Leitung 1 und auch im Leitungsverbinderteil 4 möglicherweise entstehende Ladungen können durch die elektrische Leitfähigkeit der inneren Schicht 5 an das Steckerteil 9 abgeführt werden. Eine elektrische Leitfähigkeit kann dabei z. B. durch eine Modifikation des Kunststoffs mit Kohlenstoff, wie Graphit oder Ruß, erzeugt werden. Ein solcher Werkstoff ist beispielsweise ein PVDF-Compound der Firma Solvay Solexis mit der Bezeichnung Solef^® 3110/0907.
Die innere Schicht 5 kann auch aus einem dotierten Polyphenylensulfid (PPS) hergestellt sein. Polyphenylensulfid – auch Poly(thio-p-phenylen) genannt – ist ein teilkristalliner thermoplastischer Kunststoff mit der allgemeinen Formel (SC₆H₄)_n. PPS ist bis weit über 200°C temperaturbeständig, so dass je nach Belastung ein Dauereinsatz bis 240°C möglich ist. Kurzzeitig hält es auch Belastungen bis zu 270°C stand. Es ist für die meisten Flüssigkeiten und Gase hochgradig impermeabel. Reines PPS ist normalerweise ein elektrischer Isolator, kann jedoch durch eine Dotierung in einen organischen Halbleiter umgewandelt werden.
Die genannten Materialien weisen auch eine den hohen Anforderungen entsprechende Beständigkeit und Permeationsdichtheit gegenüber deinonisertem Wasser und Wasserstoff auf. So ist diesbezüglich insbesondere festzustellen, dass PVDF ein gutes Auswaschverhalten gegenüber deionisiertem Wasser aufweist, da nur geringe Mengen an Füllstoffen, Verarbeitungshilfsmitteln, Stabilisatoren, Modifikatoren und/oder Weichmachern ausgewaschen werden.
Bei dem Material der Außenschicht 6 des Leitungsstücks kann es sich in optimal werkstofftechnisch wenig aufwändiger Weise um einen herkömmlichen technischen Kunststoff, wie beispielsweise Polyamid (PA) handeln. Die Innenschicht 5 und die Außenschicht 6 sind in der dargestellten Ausführung durch eine zwischen ihnen liegende, adhäsiv wirkende Haftvermittlerschicht 7 verbunden, die in ihrer chemischen Zusammensetzung auf die Materialien sowohl der Innenschicht 5, als auch der Außenschicht 6 abgestimmt ist und deren Dicke D7 vorzugsweise geringer ist als die Dicke D5 der Innenschicht 5. Das Rohrstück 2 ist bedingt durch die elektrisch nicht leitfähige PA-Außenschicht 6 und den Haftvermittler 7 gegenüber der Umwelt elektrisch isoliert.
Mit dem in 2 dargestellten Leitungsverbinderteil 4 kann eine Steckverbindung hergestellt werden, die aus zwei Kupplungsteilen 9, 10 besteht, und zwar aus einem beispielsweise Wasserstoff führenden, nachfolgend als Muffenteil 10 bezeichneten, sogenannten weiblichen Leitungsverbinderteil und dem Steckerteil 9 des Leitungsverbinderteils 4 an der erfindungsgemäßen konfektionierten Leitung 1.
Das Steckerteil 9 des Leitungsverbinderteils 4 der konfektionierten Leitung 1 ist mit einem Steckerschaft 11 dichtend in eine Aufnahmeöffnung 12 des Muffenteils 10 einsteckbar und im eingesteckten Zustand über eine in ihrer Gesamtheit nicht näher bezeichnete Verriegelungseinrichtung lösbar arretierbar. Zur Abdichtung können Umfangsdichtungen 13, 14, insbesondere wie die in 2, 4 und 9 in Form von einem O-Ring oder mehreren O-Ringen vorgesehen sein, die jeweils in einer Ringnut am Steckerschaft 11 angeordnet sind. Auch das Muffenteil 10 kann – wie das Steckerteil 9 – vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere Edelstahl, bestehen, so dass elektrische Ladungen im Sinne einer Erdung des Steckerteils 9 darüber abgeführt werden können. Alternativ können auch andere Einrichtungen zur Ableitung der elektrischen Ladungen führen.
Die Verriegelungseinrichtung besteht einerseits aus zwei äußeren, radialen, flanschartigen Haltestegen 16, 17 der beiden zur Herstellung der Steckverbindung dienenden Kupplungsteile 9, 10 und andererseits aus einem Halteelement 18, das ein integraler Bestandteil der erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung 1 sein kann. Die Haltestege 16, 17 liegen im eingesteckten Zustand axial, in Steckrichtung (Pfeil 19) einander benachbart. Das Halteelement 18 umgreift mit mindestens einem im Axialschnitt C-förmigem Halteabschnitt 20 die Haltestege 16, 17 axial und radial formschlüssig.
Dabei kann das Halteelement 18 an einem der beiden Kupplungsteile, und zwar – wie 1, 5, 9 und 10 zeigen – bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform an dem Steckerteil 4 unverlierbar vormontiert sein. Hierzu ist eine Verliersicherung 21 vorgesehen. Das Halteelement 18 und die Verliersicherung 21 können, da sie nicht unmittelbar mit dem Fluid in Berührung stehen, aus einem herkömmlichen technischen Kunststoff bzw. Elastomer bestehen.
Das Halteelement 18 und das Kupplungsteil 10 sind in Anpassung aneinander derart ausgebildet, dass das Halteelement 18 im Bereich jedes Halteabschnittes 20 radial elastisch beweglich ist. Weiterhin sind das Halteelement 18 im Bereich jedes Halteabschnittes 20 sowie der Haltesteg 16 des Muffenteils 10, in Anpassung aneinander zur Bildung einer in Steckrichtung 19 wirkenden, formschlüssigen Rastverbindung derart ausgebildet, dass beim Zusammenstecken jeder Halteabschnitt 20 durch den sich dazu relativ bewegenden Haltesteg 16 radial nach außen bewegt wird und nachfolgend im eingesteckten Zustand durch radiale Zurückbewegung nach innen die Haltestege 16, 17 der beiden unmittelbar miteinander zu verbindenden Teile 9, 10 zur Verriegelung umgreift.
Zur Verrastung weist das Halteelement 18 im Bereich jedes Halteabschnittes 20 auf der beim Steckvorgang dem Kupplungsteil 10 zugewandten Seite ein Rastelement 22 auf, an welchem auf seiner in Steckrichtung 19 vorderen, dem Kupplungsteil 10 zugewandten Seite eine radial innere Schrägfläche sowie auf seiner gegenüberliegenden Seite eine radiale Haltekante ausgebildet ist. Durch den sich beim Stecken relativ bewegenden Haltesteg 16 wird über die Schrägfläche eine radial nach außen gerichtete Spreizbewegung des Rastelementes 22 bewirkt, bis dieses anschließend mit der radialen Haltekante den Haltesteg 16 rastend formschlüssig hintergreift.
Bevorzugt kann das Halteelement 18 als einteilige elastische Ringklammer bzw. Halteclip ausgebildet sein, die zur radial elastischen Verformbarkeit an einer Umfangsstelle eine axial und radial durchgehende Schlitzunterbrechung 23 aufweist, wie diese in 2 und auch 10 gezeigt ist. Dabei können im Bereich von über die Schlitzunterbrechung 23 der Ringklammer getrennten, einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Klammerenden 23a fensterartige Durchführöffnungen 23b für die Haltestege 16, 17 gebildet sein. Dies erleichtert eine Vormontage und Demontage des Halteelementes 18.
Wie sich des Weiteren aus 10 ergibt, kann die Ringklammer zur Beeinflussung ihrer Radialelastizität im Bereich des Halteabschnittes 20 und/oder in umfangsgemäß zwischen den Rastelementen 22 der Halteabschnitte 20 liegenden Bereichen – wie in 10 dargestellt – eine Ausnehmung 23c oder auch mehrere Ausnehmungen aufweisen.
Für eine Vormontage-Fixierung des Halteelementes 18 am Steckerteil 9 weist dieses eine radiale Ringnut 24 zur Aufnahme eines korrespondierenden radialen Ringbundes 25 des Halteabschnitts 20 des Halteelementes 18 auf. Der Ringbund 25 ist durch eine quer zur Steckrichtung 19 gerichtete radiale Einführbewegung der Ringklammer mit der Schlitzunterbrechung 23 voran unter elastischer Aufweitung der Ringklammer in die Ringnut 24 einführbar (Pfeil 26), wobei diese vorzugsweise axial zwischen dem Haltesteg 17 und einem zusätzlichen Fixierringsteg 27 gebildet sein kann, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser des Haltesteges 17 ist.
Zur Demontage kann das Halteelement 18 seitlich entgegen der Richtung des Pfeils 26 in 2 abgezogen und das Steckerteil 9 aus dem Muffenteil 10 herausgezogen werden. Die Verliersicherung 21 gewährleistet dabei, dass das Halteelement nicht verloren geht. Insbesondere ist die Verliersicherung dabei als eine aus einem gummielastischen Material bestehende Haltelasche ausgebildet, die einerseits in einer umfangsgemäßen, einseitig von dem Fixierringsteg 27 und anderseitig von einem Halteflansch 29 begrenzten Haltenut 28 auf dem Steckerteil 9 sitzt und die andererseits auf einen vom Umfang des Halteelementes 18 außen abstehenden pilzförmigen Dorn 30 aufgeclipst ist, wie dies insbesondere im unteren Teil von 1 und in 10 zu sehen ist.
Die erfindungsgemäß vorgesehene elektrisch isolierende Kappe 8 zur Abdeckung des Leitungsverbinderteils 4 ist in zwei Ausführungen dargestellt, wobei sich 1 sowie 4 bis 8 auf die erste Ausführung und 9 und 10 auf die zweite Ausführung beziehen. Generell kann zu der Kappe 8 festgestellt werden, dass sich diese im Montagezustand bündig zum Rohrstück 2 erstreckt (4, 9) und dieses auch überlappen kann.
Wie insbesondere 4, 5 und 9 zeigen, ist das Leitungsstück 2, um die innere leitfähige Schicht 5 mit dem Leitungsverbinderteil 4 elektrisch zu verbinden, auf das Verbinderteil 4 aufgedornt, d. h. auf einen Dorn 31 des Steckers 9 kraft- und formschlüssig aufgeschoben. Bei der Montage wird vor dem Aufdornen die Kappe 8 auf das Leitungsstück 2 geschoben. Dazu hat diese ein Loch 32 (6 bis 8, 9), durch welches das Leitungsstück 2 geschoben werden kann. Dadurch wird zum einen eine Verliersicherheit gewährleistet, zum anderen wird das Loch 32 radialelastisch geweitet, so dass im Montagezustand eine konstante Dehnung im Material vorliegt, was ein ungewolltes Verrutschen der Kappe 8 bei einer späteren Demontage des Leitungsstücks 2 verhindert. Die Kappe 8 wird dann nach der Montage des Leitungsstückes 2 am Leitungsverbinderteil 4 und der Herstellung der Leitungsverbindung zwischen den zu verbindenden Teilen 9, 10 über das montierte Halteelement 18 geschoben. Damit dies problemlos geschehen kann, sind die Toleranzmaße derart abgestimmt, dass sie ein Spiel bis zu einer leichten Relativverdrehung bzw. -bewegung ermöglichen.
Um die erforderliche Elastizität aufzuweisen, sollte die Kappe 8 insbesondere aus einem elastischen oder gummielastischen Material bestehen, wobei dafür ein Thermoplast oder insbesondere ein thermoplastisches Elastomer (TPE) als besonders geeignet erscheinen. Die Kappe 8 kann mit Vorteil auch in einem Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren, bei der die zweite Komponente beispielsweise Polyamid ist, als Manschette gefertigt werden, wobei es möglich ist, dass ein Rand 33 der Kappe 8, welcher das Loch 32 oder – wie aus 9 ersichtlich – die gegenüberliegende Einführungsöffnung 34 umfasst, nach der Art eines O-Rings ausgebildet ist. So zeigt auch die technische Modifikation nach 7c eine Kappe 8, die im Zwei-Komponenten-Spritzgussverfahren hergestellt ist. Die erste Komponente K1 kann dabei ein technischer Kunststoff, wie beispielsweise Polyamid PA, die zweite Komponente K2 ein elastomerer Werkstoff sein. Die Kappe 8 kann dabei in axialer Richtung X-X über das Verbinderteil 4 hinaus bis zu einem anzuschließenden Aggregat, wie dem exemplarisch dargestellten Kupplungsteil 10, reichen und auch dieses bereichsweise überdecken bzw. umfassen.
Die beiden dargestellten Ausführungen der erfindungsgemäß vorgesehenen elektrisch isolierenden Kappe 8 zur Abdeckung des Leitungsverbinderteils 4 unterscheiden sich insbesondere darin, dass die erste Ausführung das Steckverbinderteil 4 einschließlich des Halteelementes 18 formangepasst überdeckt, während die Kappe 8 bei der zweiten Ausführung das Steckverbinderteil 4 gehäuseartig umfasst.
So ist bei der ersten Ausführung der Kappe 8 ein axialer Schlitz 35 in der Umfangswandung vorgesehen, der von der Verliersicherung 21 für das Halteelement 18 durchgriffen wird, während Letztere – wie das Halteelement 18 bei der zweiten Ausführung – völlig von der Kappe 8 eingehaust ist. Die Fixierung der Kappe 8 erfolgt bei der ersten Ausführung über mindestens zwei, insbesondere drei um 120° zueinander versetzte, Nasen 36 (7a ,8), die das Halteelement 18 untergreifen. Bei der zweiten Ausführung erfolgt die Fixierung über den bereits erwähnten Rand 33 (9). In einer technischen Modifikation nach 7b ist das Loch 32 von einer nicht näher bezeichneten Manschette der Länge Δx umgeben.
Die Formanpassung der Kappe 8 in ihrer ersten Ausführung wird insbesondere aus dem oberen Teil von 1 sowie aus 6 und 8 durch die mit den Bezugszeichen 37 bezeichneten radial gerichteten Ausbauchungen der Kappenwandung deutlich, die an die äußere Form des Halteelementes 18 angepasst sind. Es ist bisher unerwähnt geblieben, dass das insbesondere teilringförmige klammerartige Halteelement 18 an den durch die Schlitzunterbrechnung 23 der Ringklammer getrennten, einander in Umfangsrichtung gegenüberliegenden Klammerenden 23a insbesondere nasenartige Griffelemente 23d zum manuellen Angreifen zum Zwecke des Spreizens des Halteelements 18 beim radialen Herausnehmen zum Lösen der Verbindung der Kupplungsteile 9, 10 aufweist. Die Ausbauchungen 37 der Kappe 8 umfassen diese Griffelemente 23d formangepasst und wirken damit auch sichernd gegen ein ungewolltes Lösen.
Durch die mit dem Bezugszeichen VL bezeichnete, in Strichlinien ausgeführte Kontur in 4 wird angedeutet, dass die Kappe 8 eine Verlängerung VL aufweisen kann, die den gesamten Verbindungsbereich der zu verbindenden Teile 1, 10 bis zur Oberfläche des Kupplungsteils 10 für die erfindungsgemäße konfektionierte Leitung 1 abdeckt.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So ist es möglich, dass nicht nur – wie gezeigt – das Leitungsstück 2, um die innere leitfähige Schicht 5 mit dem Leitungsverbinderteil 4 elektrisch zu verbinden, auf das Verbinderteil 4 aufgedornt wird, sondern es sind auch andere kraft- form- und/oder stoffschlüssige Verbindungsarten möglich, die in der Verbindung einen innigen Kontakt zwischen Leitungsverbinderteil 4 und Leitungsstück 2 gewährleisten. Außerdem können an den Enden des Leitungsstücks 2 auch andere Verbinderteile 4 als die vorstehend beschriebenen vorgesehen sein. Beispielsweise kann in kinematischer Umkehr das Verbinderteil 4 der Leitung 1 als Muffenteil und das Verbinderteil an einem Aggregat eines Wasserstoff führenden Systems komplemetär als Steckerteil ausgebildet sein.
Der Schichtaufbau der Wandung 3 des Leitungsstücks 2 kann außer der Innenschicht 5 und der Außenschicht 6 sowie der als optional beschriebenen mittleren Schicht 7 auch noch weitere Schichten, z. B. zur Armierung, aufweisen. Auch eine zusätzliche Ummantelung der äußeren Schicht 6 ist möglich.
Des Weiteren kann der Fachmann zusätzliche zweckmäßige technische Merkmale vorsehen, ohne dass der Rahmen der Erfindung verlassen wird. So ist beispielsweise 9 und 10 zu entnehmen, dass der Schaft 11 des Steckerteils 9 einschließlich der darauf befindlichen vormontierten Umfangsdichtungen 13, 14 von einer Transportschutzkappe 38 überdeckt ist, welche zur Montage abgezogen wird, aber in vorteilhafter Weise bei Lagerung und Transport der erfindungsgemäßen konfektionierten Leitung 1 deren Beschädigung verhindert.
Bei den in 11, 11a und 12 dargestellten Ausführungen eines im Rahmen der Erfindung bevorzugt einsetzbaren Leitungsverbinderteiles 4 ist – wie bei der Wandung 3 eines erfindungsgemäß eingesetzten Leitungsstücks 2 – ebenfalls ein mindestens zweischichtiger Aufbau vorgesehen. Die Leitungsverbinderteile 4 umfassen – wie dargestellt – jeweils mindestens eine innere leitfähige Schicht 45 und eine äußere Schicht 46, die bevorzugt aus einem antistatischen Thermoplast gebildet ist. Als solcher kann bevorzugt antistatisches Polyamid (PA 6, antistatisch) gewählt werden. Die innere leitfähige Schicht 45 kann bevorzugt aus einem Fluorpolymer, wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Perfluor-(Ethylen-Propylen-)Kunststoff (PFE), Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Ethylen-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropen-Copolymer (EFEP) oder Perfluoralkoxyalkan (PFA), hergestellt sein. Auch bei diesen Materialien kann der antistatische Effekt (elektrische Leitfähigkeit etwa 10^–9 S/cm) bzw. die elektrische Leitfähigkeit (1 S/cm) durch einen entsprechend hohen Zusatz von leitfähigen Füllstoffen, wie z. B. Ruß oder Graphit, eingestellt werden. Im ersten Fall können dazu beispielsweise etwa 6 bis 10 Gewichtsprozent Ruß in dem polymeren Material enthalten sein, im zweiten Fall etwa 13 bis 20 Gewichtsprozent Ruß.
Auch hier können optional – wie bei dem Leitungsstück 2 (vgl. insbesondere 3) – eine oder mehrere zusätzliche Schichten, wie beispielsweise eine Haftvermittlerschicht zwischen den beiden Schichten 45, 46, vorhanden sein.
Die innere leitfähige Schicht 45 der Leitungsverbinderteile 4 ist bevorzugt jeweils mit der inneren leitfähigen Schicht 5 der Wandung 3 des Leitungsstückes 2 elektrisch verbindbar (11, 11a) bzw. verbunden (12). 11a zeigt dabei, dass die innere leitfähige Schicht 45 des Leitungsverbinderteils 4 am freien Ende des Teiles von innen nach außen umgebogen sein kann, so dass die Spitze 47 des Leitungsverbinderteils 4 vollständig, also sein Frontbereich und ein Abschnitt an seinem Außenumfang, aus dem Material der leitfähigen Schicht 45 besteht. So ist es auf einfache Weise möglich, diese Spitze 47 beim Konfektionieren der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 durch das Einstecken in das Leitungsstück 2 mit der inneren leitfähigen Schicht 5 der Leitungswandung 3 kontaktieren zu können.
Bei der Ausführung gemäß 12 ist die Verbindung zwischen dem Leitungsverbinderteil 4 und der Wandung 3 des Leitungstücks 2 durch ein Laserverschweißen hergestellt. Auch hier ist die Anbindung der Teile 2, 4 bevorzugt derart zur erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 konfektioniert, dass die jeweiligen inneren leitfähigen Schichten 5, 45 von Verbinder 4 und Leitungsstück 2 in elektrisch leitendem Kontakt miteinander stehen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Innendurchmesser D3, D4 der Wandung 3 des Leitungsstücks 3 und des Leitungsverbinderteils 4 gleich groß sind und die leitfähigen Schichten 5, 45 im Inneren der beiden Teile 3, 4 aneinander stoßen, wobei sie bevorzugt miteinander fluchten. Auch die Schichtdicken der inneren leitfähigen Schichten 5, 45 von Verbinder 4 und Leitungsstück 2 sind dabei bevorzugt etwa gleich groß. Andere stoffschlüssige Verbindungen, wie beispielsweis Reibschweißen, sind ebenfalls möglich.
Die Erfindung ermöglicht sowohl einen Ausgleich elektrischer Potentiale zwischen den Leitungsenden der erfindungsgemäßen konfektionierten Fluidleitung 1, schützt vor auftretenden Potentialen und gewährleistet darüber hinaus andererseits insbesondere die Einhaltung sicherheitstechnischer Forderungen, die an Wasserstoff führende Systeme gestellt werden, durch eine optimal geringe Permeabilität und hohe Medienbeständigkeit ihrer Bestandteile. Sie ist dabei bislang noch nicht auf die im Anspruch 1 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 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.
Bezugszeichenliste

1: Fluidleitung
2: Leitungsstück von 1
3: Wandung von 2
4: Leitungsverbinderteil an 2
5: innere Schicht von 3
6: äußere Schicht von 3
7: mittlere Schicht von 3
8: Kappe von 1
9: Kupplungsteil von 1, Steckerteil
10: Kupplungsteil für 1, Muffenteil
11: Steckerschaft von 9
12: Aufnahmeöffnung von 10
13, 14: Umfangsdichtungen auf 11
16: Haltesteg von 10
17: Haltesteg von 9
18: Halteelement
19: Steckrichtung von 9
20: Halteabschnitt von 18 für 16, 17
21: Verliersicherung für 18
22: Rastelement von 18
23: Schlitzunterbrechung in 18
23a: Klammerende von 18
23b: Durchführungsöffnung von 18
23c: Ausnehmung in 18
23d: Griffelement an 23a
24: Ringnut von 9
25: Ringbund von 18 (Ausbildung von 20)
26: Montagerichtung von 18
27: Fixierringsteg von 9
28: Haltenut in 9 für 21 zwischen 27 und 29
29: Halteflansch an 9
30: Dorn an 18
31: Dorn von 9 für 2
32: Loch in 8
33: Rand um 34
34: Einführungsöffnung von 8 für 4
35: Schlitz in 8 für 21
36: Nasen von 8
37: Wandausbauchung von 8
38: Transportschutzkappe von 1
45: innere Schicht von 4
46: äußere Schicht von 4
47: Spitze von 4
D3: Innendurchmesser von 3
D4: Innendurchmesser von 4
D5: Dicke von 5
D6: Dicke von 6
D7: Dicke von 7
K1: erste Spritzgusskomponente von 8
K2: erste Spritzgusskomponente von 8
X-X: Längsachse von 4
Δx: Länge der Manschette um 32

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006/018384 A1 [0002]
DE 10055104 C1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN 60529 [0027]
DIN EN 17 007-2 [0028]
DIN EN 17 007-2 [0028]

Claims

Konfektionierte Fluidleitung (1), insbesondere für Wasserstoff führende Systeme mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle, umfassend ein Leitungsstück (2) mit einer Wandung (3) sowie jeweils ein elektrisch leitfähiges Leitungsverbinderteil (4) an jedem Ende des Leitungsstücks (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (3) des Leitungsstücks (2) mindestens zwei Schichten (5, 6) umfasst, und zwar mindestens eine innere leitfähige Schicht (5) und eine äußere Isolierschicht (6), wobei die innere leitfähige Schicht (5) mit den Leitungsverbinderteilen (4) elektrisch verbunden ist, und dass die Leitungsverbinderteile (4) jeweils durch eine elektrisch isolierende Abdeckeinrichtung (8), insbesondere kappenartig, geschützt sind.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Kontakt mit dem Fluid stehende Teile der Leitungsverbinderteile (4) aus einem Edelstahl, wie einem austenitischen nichtrostenden Stahl oder einem nickelfreien legierten Edelstahl, oder aus einem antistatischen Thermoplast, wie Polyamid (PA) antistatisch, bestehen.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungsstück (2) auf die Leitungsverbinderteile (4) aufgedornt oder mit diesen durch ein Laserverschweißen verbunden ist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an den Leitungsverbinderteilen (4) jeweils ein Halteelement (18), insbesondere eine clipsbare Halteklammer zur Herstellung einer Verbindung mit einem anderen Leitungsverbinderteil, wie einem muffenartigen, vorzugsweise elektrisch leitfähigem Kupplungsteil (10) gehalten ist.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur unverlierbaren Halterung der Halteelemente (18) an den Leitungsverbinderteilen (4) jeweils eine Verliersicherung (21) vorgesehen ist.
Fluidleitung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Abdeckeinrichtung (8) einen Schlitz (35) zum Durchtritt der Verliersicherung (21) für das Halteelement (18) aufweist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Abdeckeinrichtung (8) zumindest teilweise aus einem elastischen oder gummielastischen Material, insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), oder aus einem Thermoplast, insbesondere Polyamid (PA), besteht.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Abdeckeinrichtung (8) sich im Montagezustand bündig zum Rohrstück (2) erstreckt und dieses gegebenenfalls überlappt und das Leitungsverbinderteil (4), einschließlich des gegebenenfalls vorhandenen Halteelementes (18), formangepasst überdeckt oder das Leitungsverbinderteil (4), einschließlich des gegebenenfalls vorhandenen Halteelementes (18) und seiner Verliersicherung (21), gehäuseartig umfasst.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch isolierende Abdeckeinrichtung (8) für die Leitungsverbinderteile (4) eine Kappe (8), eine durch Umspritzen hergestellte Schutzummantelung, ein Schlauch, wie ein Gewebeschlauch oder ein Schrumpfschlauch, oder ein Außengehäuse ist, welches vorzugsweise aus zwei in Form von Halbschalen ausgeführten Gehäusehälften besteht, wobei die Gehäusehälften insbesondere über komplementäre Rastmittel miteinander verbindbar sind.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Leitungsverbinderteil (4) mindestens zwei Schichten (45, 46) umfasst, und zwar mindestens eine innere leitfähige Schicht (45) und eine äußere Schicht (46), insbesondere mit einem antistatischem Thermoplasten, wobei der Leitungsverbinder (4), vorzugsweise über seine leitfähige Schicht (45), mit der inneren leitfähigen Schicht (5) der Wandung (3) des Leitungsstückes (2) elektrisch verbindbar bzw. verbunden ist.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die innere leitfähige Schicht (5) der Wandung (3) des Leitungsstücks (2) und/oder die innere leitfähige Schicht (45) der Leitungsverbinderteile (4) überwiegend aus einem leitfähigen Fluorpolymer, wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), vorzugsweise aus einem kohlenstoffhaltigen Polyvinylidenfluorid-Compound, wie einem Perfluor-(Ethylen-Propylen-)Kunststoff (PFE), wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE), Ethylen-Tetrafluorethylen-Hexafluorpropen-Copolymer (EFEP) oder Perfluoralkoxyalkan (PFA), oder aus einem dotierten Polyphenylensulfid (PPS) besteht.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Isolierschicht (6) der Wandung (3) des Leitungsstücks (2) und/oder die äußere Schicht (46) der Leitungsverbinderteile (4) aus einem technischen Kunststoff, wie Polyamid, besteht.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die innere leitfähige Schicht (5) und die äußere Isolierschicht (6) in der Wandung (3) des Leitungsstücks (2) und/oder die innere leitfähige Schicht (45) und die äußere Schicht (46) der Leitungsverbinderteile (4) über eine jeweils dazwischen angeordnete, mittlere Haftvermittlerschicht (7) stoffschlüssig aneinander gebunden sind.
Fluidleitung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die innere leitfähige Schicht (45) des Leitungsverbinderteils (4) am freien Ende des Leitungsverbinderteils (4) von innen nach außen umgebogen ist, so dass eine Spitze (47) des Leitungsverbinderteils (4) vollständig, also der Frontbereich des Leitungsverbinderteils (4) und ein Abschnitt am Außenumfang des Leitungsverbinderteils (4), aus dem Material der leitfähigen Schicht (45) besteht.