DE102018216313A1

DE102018216313A1 - Heated pipeline

Info

Publication number: DE102018216313A1
Application number: DE102018216313.8A
Authority: DE
Inventors: Arthur Kleiber; Justin Richards; Dirk Stuhrmann
Original assignee: ContiTech MGW GmbH
Current assignee: ContiTech Techno Chemie GmbH
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2018-09-25
Publication date: 2020-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung (2) mit einer Wand (1, 1A) aus thermoplastischem Kunststoff und mit einer Heizeinrichtung (3), mittels derer ein durch die Rohrleitung (2) strömendes Fluid beheizbar ist. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Rohrleitung (2) der eingangs geschilderten Art so weiterzubilden, dass die Heizeinrichtung (3, 3A, 4, 5) mit geringem Aufwand herstellbar und gut kontaktierbar ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Heizeinrichtung (3, 3A, 4, 5) aus in die Wand (1, 1A) der Rohrleitung eingebetteten, quasi endlosen Kohlenstoff-Fasern (3, 3A) aufgebaut ist, die sich längs der Rohrleitung (2) erstrecken und derart in der Wand (1, 1A) verteilt sind, dass mindestens ein Teil der Kohlenstoff-Fasern (3A) an der äußeren Oberfläche (1A) der Wand (1) zu liegen kommt.The invention relates to a pipeline (2) with a wall (1, 1A) made of thermoplastic material and with a heating device (3), by means of which a fluid flowing through the pipeline (2) can be heated. The invention was based on the object of developing a pipeline (2) of the type described at the outset in such a way that the heating device (3, 3A, 4, 5) can be produced with little effort and can be easily contacted. This object is achieved in that the heating device (3, 3A, 4, 5) is constructed from quasi-endless carbon fibers (3, 3A) embedded in the wall (1, 1A) of the pipeline, which extend along the pipeline ( 2) and are distributed in the wall (1, 1A) in such a way that at least some of the carbon fibers (3A) come to rest on the outer surface (1A) of the wall (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrleitung mit einer Wand aus thermoplastischem Kunststoff und mit einer Heizeinrichtung, mittels derer ein durch die Rohrleitung strömendes Fluid beheizbar ist.The invention relates to a pipeline with a wall made of thermoplastic material and with a heating device, by means of which a fluid flowing through the pipeline can be heated.

Thermoplastische Rohrleitungen aus Kunststoff sind in einer großen Vielfalt bekannt und im Einsatz. Dabei können aufgrund der guten Eignung der thermoplastischen Kunststoffe Rohrleitungen beispielsweise blasgeformt oder extrudiert sein. Bei höheren Anforderungen an die Festigkeit können derartige Rohrleitung mit Fasern verstärkt sein. Die DE 10 2004 010 340 A1 zeigt eine derartige Rohrleitung, bei der zwischen zwei koextrudierten Schichten eines Kunststoffrohres eine Zwischenschicht ausgebildet ist, in die Fasern eingebettet sind. Die Herstellung derartiger Rohre ist jedoch aufwendig.A wide variety of thermoplastic pipes made of plastic are known and in use. Because of the good suitability of the thermoplastic materials, pipelines can be blow molded or extruded, for example. In the case of higher demands on strength, such a pipeline can be reinforced with fibers. The DE 10 2004 010 340 A1 shows such a pipeline, in which an intermediate layer is formed between two coextruded layers of a plastic pipe, in which fibers are embedded. However, the production of such pipes is complex.

Kommt als weitere Forderung an die geschilderten Rohrleitungen hinzu, dass die Rohrleitung ein durch sie gefördertes Fluid beim Durchströmen aufheizt, ist eine Zwischenschicht zwar auch als Heizung einsetzbar, es bleibt aber bei einer recht aufwendigen Herstellung. Zudem ist ein elektrischer Anschluss an die Heizung ebenfalls aufwendig.If there is a further requirement for the described pipelines that the pipeline heats up a fluid conveyed by it as it flows through, an intermediate layer can also be used as a heater, but it remains a very complex manufacture. In addition, an electrical connection to the heater is also complex.

In der DE 20 2005 004 602 U1 ist eine beheizbare Rohrleitung mit in den Mantel eingebetteten elektrischen Leitungen offenbart, bei der die Heizung durch ein elektrisch leitfähiges Polymer mit den eingebetteten Heizleitern realisiert ist. Auch hier ist durch die Forderung nach mehreren Schichten und die Einbettung eines oder zweier Heizleiter in das Innere der Leitungswand beim Herstellen und beim Kontaktieren der elektrischen Leiter ein deutlicher Aufwand notwendig.In the DE 20 2005 004 602 U1 discloses a heatable pipeline with electrical lines embedded in the jacket, in which the heating is realized by an electrically conductive polymer with the embedded heating conductors. Here too, due to the requirement for multiple layers and the embedding of one or two heating conductors in the interior of the line wall during manufacture and when contacting the electrical conductors, considerable effort is required.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Rohrleitung der eingangs geschilderten Art so weiterzubilden, dass die Heizeinrichtung mit geringem Aufwand herstellbar und gut kontaktierbar ist.The invention was based on the object of developing a pipeline of the type described at the outset such that the heating device can be produced with little effort and can be easily contacted.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Heizeinrichtung aus in die Wand der Rohrleitung eingebetteten, quasi endlosen Kohlenstoff-Fasern aufgebaut ist, die sich längs der Rohrleitung erstrecken und derart in der Wand verteilt sind, dass mindestens ein Teil der Kohlenstofffasern an der äußeren Oberfläche der Wand zu liegen kommt.This object is achieved in that the heating device is constructed from quasi-endless carbon fibers embedded in the wall of the pipeline, which extend along the pipeline and are distributed in the wall in such a way that at least some of the carbon fibers on the outer surface of the Wall is coming.

Derartige endlosfaserverstärkte Strukturbauteile sind beispielsweise leicht durch Extrusion herstellbar, wobei die Endlos-Kohlenstoff-Fasern beim Extrudieren in die Wand der Rohrleitung einbettbar sind. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in ähnlicher Form in einem Handout des Instituts für Kunststofftechnik der Universität Stuttgart anlässlich eines Polymerforums in Aschaffenburg am 11.5.2017 offenbart.Such continuous fiber-reinforced structural components can easily be produced, for example, by extrusion, the continuous carbon fibers being embeddable into the wall of the pipeline during extrusion. Such a method is disclosed, for example, in a similar form in a handout from the Institute of Plastics Technology at the University of Stuttgart on the occasion of a polymer forum in Aschaffenburg on May 11, 2017.

In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Heizeinrichtung weiterhin eine auf der Außenoberfläche der Wand der Rohrleitung angeordnete Kontakteinrichtung auf, die mit dem Teil der Kohlenstoff-Fasern in elektrischem Kontakt steht, die an der äußeren Oberfläche der Wand liegen.In a further development of the invention, the heating device furthermore has a contact device which is arranged on the outer surface of the wall of the pipeline and is in electrical contact with the part of the carbon fibers which lie on the outer surface of the wall.

Dadurch, dass bei der Extrusion die Endlos-Kohlenstoff-Fasern mindestens teilweise an der Oberfläche der Rohrleitung zu liegen kommen, ist eine elektrische Kontaktierung der Endlos-Kohlenstoff-Fasern durch eine derartige Anordnung sehr einfach realisierbar.The fact that during the extrusion the endless carbon fibers come to rest at least partially on the surface of the pipeline makes electrical contacting of the endless carbon fibers very easy with such an arrangement.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Kontakteinrichtung als elektrisch leitfähige, auf der Rohrleitung verklemmbare Schelle ausgebildet.In a development of the invention, the contact device is designed as an electrically conductive clamp that can be clamped on the pipeline.

Derartige Schellen sind besonders preiswert und in großer Vielfalt erhältlich, so dass eine optimale Anpassung an die Geometrie der Rohrleitung gegeben ist.Such clamps are particularly inexpensive and available in a wide variety, so that there is an optimal adaptation to the geometry of the pipeline.

In einer Weiterbildung der Erfindung steht die Kontakteinrichtung mit einer Stromquelle leitend in Verbindung, mittels derer die quasi endlosen Kohlenstoff-Fasern mit elektrischer Energie versorgbar sind, wobei die Kohlenstoff-Fasern in Abhängigkeit von Stromstärke und elektrischem Widerstand eine Temperaturerhöhung erfahren.In a development of the invention, the contact device is conductively connected to a current source, by means of which the quasi-endless carbon fibers can be supplied with electrical energy, the carbon fibers experiencing an increase in temperature as a function of the current intensity and electrical resistance.

Die Endlos-Kohlenstoff-Fasern sind aufgrund des Kohlenstoffgehaltes elektrisch leitfähig und wirken durch entsprechende Einspeisung von elektrischer Energie wie Heizdrähte, so dass ein durch die Rohrleitung strömendes Fluid während des Durchflusses durch die Rohrleitung leicht beheizt werden kann.The endless carbon fibers are electrically conductive due to the carbon content and act like heating wires by correspondingly feeding in electrical energy, so that a fluid flowing through the pipeline can be easily heated during the flow through the pipeline.

Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert. Die 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung eines Abschnittes der Wand 1 einer erfindungsgemäßen Rohrleitung 2 in einem Längsschnitt. Die Wand 1 ist aus einem extrudierten, thermoplastischen Kunststoffmaterial aufgebaut. In der Wand 1 sind mehrere Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3 eingebettet, die sich im Wesentlichen in axialer Richtung der Rohrleitung 2 erstrecken. An einigen, hier nicht näher bezeichneten Stellen berühren sich einige der Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3. Da die Endlos-Kohlenstoff-Fasern Kohlenstoff enthalten, sind sie elektrisch leitfähig, so dass an den Berührungsstellen auch ein elektrischer Kontakt besteht. Wiederum einige der Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3 sind derart angeordnet, dass sie an der äußeren Oberfläche 1A der Wand 1 zu liegen kommen, d.h. von außen kontaktierbar sind. Beispielhaft steht dafür in der 1 eine Endlos-Kohlenstoff-Faser 3A.An example of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The 1 shows a schematic representation of a portion of the wall 1 a pipeline according to the invention 2nd in a longitudinal section. The wall 1 is made of an extruded, thermoplastic material. In the wall 1 are several endless carbon fibers 3rd embedded, which is essentially in the axial direction of the pipeline 2nd extend. At some points, not specified here, some of the endless carbon fibers touch 3rd . Since the endless carbon fibers contain carbon, they are electrically conductive, so that there is also an electrical contact at the contact points. Again some of the endless carbon fibers 3rd are arranged so that they are on the outer surface 1A the Wall 1 come to rest ie can be contacted from the outside. An example of this is the 1 an endless carbon fiber 3A .

Eine Schelle 4 aus elektrisch leitfähigen Material ist außen um die Rohrleitung 2 herumgelegt und dort verspannt, so dass die Schelle 4 die an der äußeren Oberfläche 1A liegenden Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3A berührt und damit auch elektrisch kontaktiert. Eine Stromzuführung 5 verbindet Schelle 4 mit einer hier nicht gezeigten Stromquelle.A clamp 4th made of electrically conductive material is outside around the pipeline 2nd laid around and clamped there so that the clamp 4th the one on the outer surface 1A lying endless carbon fibers 3A touched and thus also electrically contacted. A power supply 5 connects clamp 4th with a power source not shown here.

An einem vom gezeigten Abschnitt axial beabstandeten, hier nicht gezeigten weiteren Abschnitt der Rohrleitung 2 ist eine weitere, ebenfalls nicht gezeigte Schelle in der gleichen Weise wie Schelle 4 an der Rohrleitung 2 angeordnet und ebenfalls mit der nicht gezeigten Stromquelle verbunden.On a further section of the pipeline axially spaced from the section shown, not shown here 2nd is a further clamp, also not shown, in the same way as clamp 4th on the pipeline 2nd arranged and also connected to the power source, not shown.

Die Stromquelle erzeugt einen elektrischen Stromfluss zwischen der Schelle 4, den Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3A und der weiteren, nicht gezeigten Schelle. Dabei erwärmen sich die Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3A entsprechend ihrem elektrischen Widerstand und der Stromstärke, wobei auch weitere Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3 an dieser Erwärmung beteiligt sind, da die Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3A und 3 sich an den eingangs geschilderten Stellen berühren.The power source creates an electrical current flow between the clamp 4th , the endless carbon fibers 3A and the other clamp, not shown. The endless carbon fibers heat up 3A according to their electrical resistance and the current strength, with other endless carbon fibers 3rd are involved in this warming because of the endless carbon fibers 3A and 3rd touch each other at the points described at the beginning.

Die Erwärmung der Endlos-Kohlenstoff-Fasern 3A und 3 sorgt auch für eine Erwärmung der Wand 1 der Rohrleitung 2 und bildet damit eine Heizung für ein durch die Rohrleitung 2 leitbares, hier nicht gezeigtes Fluid.The heating of the endless carbon fibers 3A and 3rd also causes the wall to heat up 1 the pipeline 2nd and thus forms a heater for one through the pipeline 2nd conductive fluid, not shown here.

BezugszeichenlisteReference list

(Teil der Beschreibung)

1: Wand der Rohrleitung
1A: äußere Oberfläche der Wand 1
2: Rohrleitung
3, 3A: Endlos-Kohlenstoff-Fasern
4: Schelle
5: Stromzuführung zur Schelle 4

(Part of the description)

1: Wall of the pipeline
1A: outer surface of the wall 1
2nd: Pipeline
3, 3A: Endless carbon fibers
4th: clamp
5: Power supply to the clamp 4th

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102004010340 A1 [0002]
DE 202005004602 U1 [0004]

Claims

Pipe (2) with a wall (1, 1A) made of thermoplastic and with a heating device (3, 3A, 4, 5), by means of which a fluid flowing through the pipe (2) can be heated, characterized in that the heating device ( 3, 3A, 4, 5) is made up of virtually endless carbon fibers (3, 3A) embedded in the wall (1, 1A) of the pipeline, which extend along the pipeline (2) and thus in the wall (1 , 1A) are distributed so that at least some of the carbon fibers (3A) come to rest on the outer surface (1A) of the wall (1).

Pipeline (2) after Claim 1 , characterized in that the heating device (3, 3A, 4, 5) furthermore has a contact device (4) which is arranged on the outer surface (1A) of the wall (1) of the pipeline (2) and which is in contact with the part of the carbon fibers ( 3A) is in electrical contact and lies on the outer surface (1) of the wall (1).

Pipeline (2) after Claim 2 , characterized in that the contact device (4) is designed as an electrically conductive clamp (4) which can be clamped on the pipeline.

Pipeline (2) after Claim 2 or 3rd , characterized in that the contact device (4) is conductively connected to a current source by means of which the quasi-endless carbon fibers (3, 3A) can be supplied with electrical energy, the carbon fibers (3, 3A) depending on Current and electrical resistance experience a temperature increase.