DE102014108779A1

DE102014108779A1 - Medienleitung, insbesondere zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung

Info

Publication number: DE102014108779A1
Application number: DE102014108779.8A
Authority: DE
Inventors: Peter Michels; Harald Riedel; Matthias Hoff; Ulli Sammet; Bernd Rietsch; Lutz Görmer; Jörg Müller; Michael Weber; Jürgen Damberg; Michael Schöbel
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2014-06-24
Publication date: 2015-01-22
Also published as: DE202013103243U1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Medienleitung, insbesondere zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit einer Schlauchleitung (1) zum Medientransport, einer, vorzugsweise an der Außenseite der Schlauchleitung (1) angeordneten, Heizeinrichtung (2) zur Beheizung des zu transportierenden Mediums (F) und einer die Heizeinrichtung (2) umgebenden Wärmedämmschicht (3) aus einem Wärmedämmmaterial (4), wobei die Heizeinrichtung (2) mindestens einen an eine elektrische Stromquelle anschließbaren Widerstandsheizdraht aufweist, der vorzugsweise um die Schlauchleitung (1) schraubenförmig gewickelt ist. Erfindungsgemäß beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämmmaterials (4) λ = 0,05 ÷ 0,3 W/mK.

Description

Die Erfindung betrifft eine Medienleitung, insbesondere zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit

– einer Schlauchleitung zum Medientransport,
– einer, vorzugsweise an der Außenseite der Schlauchleitung angeordneten, Heizeinrichtung zur Beheizung des zu transportierenden Mediums und
– einer die Heizeinrichtung umgebenden Wärmedämmschicht aus einem Wärmedämmmaterial,

Eine derartige Medienleitung ist beispielsweise aus der DE 20 2008 014 893 U1 bekannt. Harnstoff-Wasser-Lösungen, beispielsweise genormt nach DIN 70070 und CEFIC (European Chemical Industry Council), werden z.B. in Verbrennungsabgase von Kraftfahrzeugen, insbesondere mit Dieselmotoren, zugegeben, um vor allem die Stickoxid-Emissionen zu senken und damit die immer weiter steigenden Anforderungen der Abgasvorschriften zu erfüllen. Für die Leitung der Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Tank zur Einspritzung in die Verbrennungsabgase ist in der Regel eine Temperierungsmöglichkeit der Schlauchleitung erforderlich, weil die Harnstoff-Wasser-Lösung aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung den Nachteil hat, dass sie bei ca. –11 °C ausflockt bzw. gefriert. Daher muss in aller Regel die Schlauchleitung beheizbar ausgebildet sein, wobei insbesondere bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs bei sehr niedrigen Außentemperaturen ein schnelles Auftauen der in der Schlauchleitung stehenden, gefrorenen Harnstoff-Wasser-Lösung sicherzustellen ist.
Bei der Wärmedämmung entsprechender Medienleitungen ist einerseits natürlich eine möglichst geringer Wärmeverlust an die Umgebung gewünscht. Andererseits besteht jedoch auch die Gefahr, dass es durch den Wärmeintrag des Heizdrahtes zu einer lokalen Überhitzung der Medienleitung und damit einem Versagen derselben kommt.
In der EP 1 985 908 A1 bzw. EP 2 137 449 B9 ist eine mit einem Heizdraht umwickelte Schlauchleitung in einen Wellschlauch eingeschoben, welcher einerseits zur Wärmedämmung und andererseits zum mechanischen Schutz der Heizdrahtwicklung dienen soll. Zwischen der Heizdrahtwicklung und der inneren Oberfläche des Wellrohrs ist ein Luftspalt vorhanden, dessen Spaltbreite undefiniert ist und daher je nach Lage, Einbausituation bzw. Positionierung der gesamten Medienleitung unterschiedlich groß ausfallen kann. Auch kann es passieren, dass bei der Montage der Medienleitung bzw. während des Betrieb der Wellschlauch an der Heizdrahtwicklung zur Anlage kommt, also kein Luftspalt vorhanden ist. Dies hat insgesamt zur Folge, dass ein undefiniertes Wärmemanagement zwischen der Heizdrahtwicklung und der äußeren Oberfläche der gesamten Medienleitung vorliegt und hierdurch grundsätzlich die Gefahr einer Überhitzung der Medienleitung besteht. Gleichzeitig kann es aufgrund der relativen Verschiebbarkeit von Heizdrahtwicklung und Wellrohr während des Betriebs zu einem dauerhaften Abrieb an der Oberfläche des Heizdrahtes kommen, die ebenfalls zu einem Versagen führen kann.
Aus der EP 2 418 364 B1 ist eine mehrschichtige Medienleitung zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung bekannt, bei der die Heizdrahtwicklung mit einer Schicht mit sehr geringer Wärmeleitfähigkeit umgeben ist. Dies führt zwar zu nur geringen Wärmeverlusten, beinhaltet aber gleichzeitig die bereits beschriebene Gefahr einer lokalen Überhitzung.
Vor dem beschriebenen Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Medienleitung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, die einerseits eine gute Ausnutzung der durch die Heizeinrichtung eingebrachten Wärmeleistung sicherstellt und andererseits trotzdem die Gefahr einer lokalen Überhitzung sicher vermeidet.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämmmaterials λ = 0,05 bis 0,3 Watt / mK beträgt. Vorzugsweise beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämmmaterials λ = 0,1 bis 0,2 Watt / mK. Erfindungsgemäß wird von dem im Stand der Technik üblichen Bestreben Abstand genommen, über eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit der entsprechenden Wärmedämmschicht einen besonders großen Anteil der eingebrachten Energiemenge in die Heizeinrichtung und den Auftauvorgang der Harnstoff-Wasser-Lösung zu nutzen. Stattdessen wird bewusst ein – wenn auch relativ kleiner – Wärmeverlust durch eine etwas höhere Wärmeleitfähigkeit als sie technisch möglich ist, in Kauf genommen. Überraschenderweise ist durch diese vergleichsweise geringe Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit in der Wärmedämmschicht sicher gewährleistet, dass eine lokale Überhitzung, insbesondere im Bereich der Oberfläche des Widerstandsheizdrahts, vermieden wird. Durch eine Wärmeleitfähigkeit von λ ≥ 0,05 W/mK ist eine erfindungsgemäß eine etwa mindestens doppelt so hohe Wärmeleitfähigkeit vorgesehen, wie sie technisch möglich ist. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere auch, dass die Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämmmaterials λ = 0,08 ÷ 0,25 W/mK beträgt.
Die Schichtdicke der Wärmedämmschicht beträgt zweckmäßigerweise 0,05 bis 4 mm, vorzugsweise 1 bis 2 mm. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass das Wärmedämmmaterial geschäumt ausgebildet ist. Es kann erfindungsgemäß somit ein grundsätzlich geeignetes Wärmedämmmaterial eingesetzt werden, dessen Wärmeleitfähigkeit dann über den Schäumungsgrad gezielt einstellbar ist. Zweckmäßigerweise besteht das Wärmedämmmaterial aus einem thermoplastischen und/oder elastomeren Kunststoff, vorzugsweise aus EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) und / oder PP (Polypropylen) und / oder PA (Polyamid). Insbesondere bevorzugt ist ein thermoplastisches Elastomer bestehend aus EPDM und PP, welches als Vollmaterial bereits eine vergleichsweise niedrige Wärmeleitfähigkeit λ = 0,3 W / mK aufweist. Die Dichte des Wärmedämmmaterials beträgt zweckmäßigerweise ρ = 0,3 ÷ 0,9 g/cm³, vorzugsweise ρ = 0,4 ÷ 0,6 g/cm³.
Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass die Wärmedämmschicht mit einer Schutzschicht ummantelt ist. Diese Schutzschicht schützt die Wärmedämmschicht primär gegen eine mechanische Beschädigung, insbesondere im Fall einer porösen Schaumstruktur der Wärmedämmschicht. Die Schutzschicht kann eine Schichtdickte von 0,1 bis 1 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,7 mm, aufweisen. Als Material für die Schutzschicht kommen wiederum thermoplastische und/oder elastomere Kunststoffe in Frage, insbesondere PP und / oder EPDM und / oder PA. Geeignet ist beispielsweise ein PA 6 oder ein PA 12, jeweils hart oder auch weich eingestellt. Im Rahmen der Erfindung liegt auch hier die Verwendung eines thermoplastischen Elastomers, insbesondere PP / EPDM. Die Schutzschicht kann ferner als Füllstoff Talkum enthalten.
Erfindungsgemäß wird durch die Wärmedämmschicht gleichzeitig auch der Widerstandsheizdraht auf der Schlauchleitung fixiert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass beim Auftrag der Wärmedämmschicht auf die Schlauchleitung eine feste Verbindung zwischen Wärmedämmschicht und Schlauchleitung hergestellt wird. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere aber auch, dass die Wärmedämmschicht gegenüber der Schlauchleitung verdrehbar und / oder axial verschiebbar ist. Trotzdem erfolgt auch in diesem Falle eine ausreichend sichere Fixierung des Widerstandsheizdrahtes auf der Schlauchleitung, so dass insbesondere eine Veränderung des axialen Abstands zwischen den einzelnen Heizdrahtwicklungen während des Betriebs und damit eine nicht optimale Wärmeeinbringung sicher vermieden wird. Die Verschieb- bzw. Verdrehbarkeit der Wärmedämmschicht auf der Schlauchleitung erleichtert die Montage, bei der die Medienleitung häufig mit vergleichsweise engen Biegeradien verlegt wird. Durch die mögliche Relativbewegung kann eine Überdehnung und damit einhergehende Beschädigung der Wärmedämmschicht vermieden werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine erfindungsgemäße Medienleitung in einer Längsansicht und
2 die in der 1 dargestellte Medienleitung in einer Querschnittsdarstellung.
Die 1 zeigt eine Medienleitung, welche zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung F vorgesehen ist. Die Medienleitung ist endseitig mit nicht dargestellten Konnektoren versehen, um beispielsweise ein Schlauchende an einen Dosiertank für die Harnstoff-Wasser-Leitung anschließen zu können. Die Medienleitung weist eine aus einem Polymermaterial bestehende Schlauchleitung 1 zum Medientransport sowie eine an der Außenseite der Schlauchleitung 1 angeordnete Heizeinrichtung 2 zur Beheizung des zu transportierenden Mediums F auf. Ferner ist eine die Heizeinrichtung 2 umgebende Wärmedämmschicht 3 aus einem Wärmedämmmaterial 4 vorgesehen. Die Heizeinrichtung 2 weist zwei an eine elektrische Stromquelle anschließbare Widerstandsheizdrähte auf, welche axial versetzt zueinander um die Schlauchleitung 1 schraubenförmig gewickelt sind. Die Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämmmaterials 4 beträgt im Ausführungsbeispiel λ = 0,12 ÷ 0,18 W/mK. Die Schichtdicke s₁ der Wärmedämmschicht 3 errechnet sich gemäß 2 aus der halben Differenz von Außen- und Innendurchmesser, also entsprechend s₁ = (d₂ – d₁)/2, und beträgt s₁ = 1 ÷ 2 mm. Das Wärmedämmmaterial 4 ist geschäumt ausgebildet und besteht im Ausführungsbeispiel aus dem thermoplastischen Elastomer PP / EPDM. Die Dichte des Wärmedämmmaterials 4 beträgt im Ausführungsbeispiel ρ = 0,5 ÷ 0,6 g/cm³.
Den 1 und 2 ist ferner entnehmbar, dass die Wärmedämmschicht 3 mit einer Schutzschicht 5 ummantelt ist. Diese weist eine Schichtdicke s₂ = (d₃ – d₂)/2 = 0,4 ÷ 0,6 mm auf. Die Schutzschicht 5 besteht aus einem PA 6 oder PA 12, jeweils hart oder auch weich eingestellt. Die Schutzschicht 5 enthält ferner als Füllstoff Talkum. Im Ausführungsbeispiel besteht keine feste Verbindung zwischen der Wärmedämmschicht 3 und der äußeren Oberfläche der Schlauchleitung, so dass die Wärmedämmschicht 3 gegenüber der Schlauchleitung 1 verdrehbar und auch axial verschiebbar ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 202008014893 U1 [0002]
EP 1985908 A1 [0004]
EP 2137449 B9 [0004]
EP 2418364 B1 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 70070 [0002]

Claims

Medienleitung, insbesondere zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung, mit – einer Schlauchleitung (1) zum Medientransport, – einer, vorzugsweise an der Außenseite der Schlauchleitung (1) angeordneten, Heizeinrichtung (2) zur Beheizung des zu transportierenden Mediums (F) und – einer die Heizeinrichtung (2) umgebenden Wärmedämmschicht (3) aus einem Wärmedämmmaterial (4), wobei die Heizeinrichtung (2) mindestens einen an eine elektrische Stromquelle anschließbaren Widerstandsheizdraht aufweist, der vorzugsweise um die Schlauchleitung (1) schraubenförmig gewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämmmaterials (4) λ = 0,05 ÷ 0,3 W/mK beträgt.
Medienleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfähigkeit des Wärmedämmmaterials (4) λ = 0,1 ÷ 0,2 W/mK beträgt.
Medienleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke der Wärmedämmschicht (3) s₁ = 0,5 ÷ 4 mm, vorzugsweise s₁ = 1 ÷ 2 mm, beträgt.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmaterial (4) geschäumt ausgebildet ist.
Medienleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmedämmmaterial (4) aus EPDM und / oder PP und / oder PA besteht.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichte des Wärmedämmmaterials (4) ρ = 0,3 ÷ 0,9 g/cm³, vorzugsweise ρ = 0,4 ÷ 0,7 g/cm³, beträgt.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (3) mit einer Schutzschicht (5) ummantelt ist.
Medienleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (5) eine Schichtdicke von s₂ = 0,1 ÷ 1 mm, vorzugsweise s₂ = 0,3 ÷ 0,7 mm, aufweist.
Medienleitung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (5) aus PP und / oder PA, z.B. hart oder weich eingestelltem PA 6 oder PA 12, und/oder einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere PP / EPDM, besteht.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzschicht (5) als Füllstoff Talkum enthält.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmedämmschicht (3) gegenüber der Schlauchleitung (1) verdrehbar und/oder axial verschiebbar ist.