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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einer elektrisch beheizbaren Fluidleitung nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Medienführende Schläuche müssen im Falle gefrierfähiger Medien regelmäßig beheizt werden, um insbesondere Medien in Form von Fluiden, speziell in Form von Flüssigkeiten, im Inneren aufzutauen oder warmzuhalten. Dadurch kann zum Beispiel bei Wasser führenden Schläuchen ein Einfrieren verhindert und somit auch ein Bersten der Schläuche aufgrund des Eisdruckes vermieden werden. In nicht dauerhaft beheizten Schläuchen kann das Medium wieder aufgetaut werden, um ein Fördern des Mediums, d.h. insbesondere ein pumpengetriebenes Transportieren, zu ermöglichen.
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Aus der
DE 10 2012 212 798 A1 ist es bekannt, Heizelemente aus Kunststoff herzustellen. Hieraus ist es auch bekannt, Schlauchleitungen aus Kunststoff herzustellen, deren Kunststoffmaterial gleichzeitig als Heizwiderstand dient. Beschrieben ist hier auch, dass die Schlauchleitungen wahlweise flexibel ausgeführt sein können und daß sie insbesondere im Inneren mit einem sogenannten „Lining“ versehen werden können, um etwaig elektrisch leitfähige Flüssigkeiten, die mit der Schlauchleitung transportiert werden sollen, von dem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial der Schlauchleitung elektrisch zu isolieren. Hieraus ist auch bekannt, daß elektrische Leitungen zur Kontaktierung des elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterials mittels eines thermischen Spritzverfahrens hergestellt werden können. Ebenfalls aus der
DE 10 2012 212 798 A1 ist bekannt, daß Leiterbahnen außerdem durch Umspritzen während eines Spritzgießvorgangs ausgebildet werden können.
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße elektrisch beheizbare Fluidleitung mit den kennzeichnenden Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat demgegenüber den Vorteil der Gewährleistung einer einfachen flächenverteilten Beheizbarkeit ohne Beeinträchtigung einer flexiblen Verlegbarkeit der Leitung in verschiedene Raumrichtungen. Die Fluidleitung ist in vorteilhafterweise flexibel bzw. biegbar. Es wird möglich, eine solche Fluidleitung frei zu biegen, insbesondere frei zu biegen, ohne eine gleichbleibend gute elektrische Kontaktierung des als Heizwiderstand dienenden Wandungsmaterials aufs Spiel zu setzen.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Fluidleitung möglich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Die Figur zeigt in
- Teilfigur a) einen Längsschnitt
und in
- Teilfigur b) einen Querschnitt
durch eine Fluidleitung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Figur zeigt in Teilfigur a) eine Längsschnittansicht und in Teilfigur b) eine Querschnittsansicht einer elektrisch beheizbaren Fluidleitung 1. Teilfigur b) zeigt hierbei einen Querschnitt an der Stelle, die in Teilfigur a) mit den Markierungen A und A' hervorgehoben ist.
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Die elektrisch beheizbare Fluidleitung umgibt fluiddicht einen fluidführenden Raum 2, durch welchen ein Fluid, beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, Wasser oder auch ein Gas, weiterleitbar ist. Die Fluidleitung ist im vorliegenden Beispiel als Schlauchleitung mit rundem Querschnitt ausgebildet. Notwendiger Bestandteil der Wandung der erfindungsgemäßen Fluidleitung ist eine Schicht 5 aus einem elektrisch leitfähigem Elastomer, die, falls aus technischer Sicht erforderlich, wahlweise, wie in der Figur dargestellt, auf der Außenseite 10 der Wandung und/oder auf ihrer Innenseite 12 mit einer Außen-Isolationsschicht 11 bzw. einer Innen-Isolationsschicht 13 bedeckt sein kann. Die Isolationsfunktion der Isolationsschichten ist eine elektrische, um beispielsweise einen elektrischen Strom zwischen der Wandung und einem elektrisch leitfähigen Fluid, das in der Fluidleitung fließen bzw. strömen soll, zu vermeiden.
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Zur Beaufschlagung des elektrisch leitfähigen Elastomers mit einem Heizstrom sind mindestens zwei elektrische Kontaktleitungen 7 und 9 vorgesehen. Diese erstrecken sich entlang des räumlichen Verlaufs der Fluidleitung, der für den Transport bzw. der Weiterleitung des Fluids von einem ersten Ort zu einem zweiten Ort vorgesehen ist. Damit kann das elektrisch leitfähige Elastomer, das einen größeren spezifischen Widerstand hat als die elektrischen Kontaktleitungen, entlang des im Wesentlichen ganzen Verlaufs der Fluidleitung zur räumlich verteilten elektrischen Beheizung mit elektrischem Heizstrom beaufschlagt werden.
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Wahlweise kann die elektrisch beheizte Fluidleitung, wie in der Figur gezeigt, zumindest einenends auch mit einem Anschlußbauteil 15 versehen werden, welches hier als Schlauchtülle ausgebildet ist. Dieses Anschlußbauteil kann insbesondere, wie hier dargestellt so ausgestaltet sein, daß es einen Fluidanschluß 18 und elektrische Anschlüsse bzw. Anschlussstifte 17 für die Kontaktierung der elektrischen Kontaktleitungen 7 und 9 in sich vereint, also als Hydraulik- bzw. Pneumatikanschluß mit integriertem elektrischen Stecker (oder wahlweise auch - wie hier nicht dargestellt - integrierter elektrischer Buchse) ausgeführt ist. Der Fluidanschluß 18 ist dabei über eine Durchführung 20 durch den Körper des Anschlußbauteils hindurch mit dem fluidführenden Raum 2 der Fluidleitung fluidtechnisch verbunden. Im dargestellten Beispiel ist das Anschlußbauteil über einen ein den fluidführenden Raum 2 eingeführten Arretierpfropfen 22 des Anschlußbauteils 15 bis auf die Durchführung 20 fluiddicht an der Wandung der Fluidleitung arretiert. Die elektrischen Kontaktleitungen ragen dabei über das stirnseitige Ende der Wandung hinaus und führen in das Anschlußbauteil hinein, um dort mit den Anschlußsstiften 17 elektrisch verbunden zu sein, die als Steckerkontakte dienen. Der Dehnring 24 am Fluidanschluss 18 zur Arretierung einer anschließbaren weiteren Fluidleitung, die auch anders aufgebaut sein kann, oder zur Arretierung einer anderen Hydraulik- bzw. Pneumatikkomponente, kann auch weggelassen werden, wenn anderweitige Maßnahmen zur fluiddichten Verbindung der Fluidleitung mit der weiteren Fluidleitung bzw. anderer Komponenten ausreichend sind.
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Eine Schlauchtülle kann alternativ zu einem Arretierpfropfen 20 auch über eine Klemme an der Wandung der Fluidleitung befestigt werden. Alternativ kann die Wandung der Fluidleitung endseitig auch mit einem thermoplastischen Material umspritzt werden, um das sich dadurch ausbildende Anschlußbauteil an der Wandung zu fixieren und gleichzeitig die elektrischen Kontaktleitungen endseitig elektrisch zu isolieren. In einer weiteren alternativen Form kann eine Anschlusstülle bzw. Schlauchtülle bzw. das Anschlußbauteil auch aufgeschweißt werden.
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Die elektrischen Kontaktleitungen können als Litzenleitungen ausgebildet sein. Die elektrischen Kontaktleitungen können sich in Schlauchrichtung im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Die elektrischen Kontaktleitungen können im Wesentlichen auf gegenüberliegenden Seiten der Wandung angeordnet sein. Die elektrischen Kontaktleitungen können sich sprialförmig entlang des Verlaufs der Fluidleitung erstrecken. Die elektrischen Kontaktleitungen können in vorteilhafter Weise in das elektrisch leitfähige Elastomer eingebettet sein, also im Bereich der Wandung der Fluidleitung allseitig vom elektrisch leitfähigen Elastomer umgeben sein. Die elektrischen Kontaktleitungen können als metallische Litzenleitungen ausgeführt sein.
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Bei Beaufschlagung der Fluidleitung mit einem elektrischen Strom findet eine Erwärmung im elektrisch leitfähigen Elastomer statt, da dieses einen größeren spezifischen Widerstand als die elektrischen Kontaktleitungen hat. Die Kontaktleitungen bzw. die Litzenleitungen dienen lediglich der Verteilung des elektrischen Stromes über der Länge des Schlauches. Über den Umfang des Schlauches wird eine Joulsche Wärme erzeugt, die das innen befindliche Medium erwärmt.
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Für eine dauerhaft gute Kontaktierung zwischen den elektrischen Kontaktleitungen und dem elektrisch leitfähigen Elastomer ist es vorteilhaft, eine gute Haftung der beiden Komponenten sicherzustellen. Dies kann durch Haftvermittler erreicht werden. Die Haftvermittler können vor der Herstellung des Schlauches auf die elektrischen Kontaktleitungen bzw. die metallischen Litzen aufgetragen werden oder sie werden dem Elastomermaterial beigemischt. Mögliche Haftvermittler sind hierbei Silane, Aluminate, Titanate, Zirkonate und modifizierte Polyolefine wie beispielsweise chloriertes Polypropylen.
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Das elektrisch leitfähige Elastomer besteht beispielsweise aus einem Matrixmaterial und einem Füllstoffanteil, der zwischen 10 und 70 Volumenprozent, insbesondere Insbesondere zwischen 30 bis 50 Volumenprozent, beträgt. Das Matrixmaterial kann sowohl ein Elastomer, z.B. ein Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk („EPDM“), ein Silikon oder ein AcrylnitrilButadien-Kautschuk („NBR“), als auch ein thermoplastisches Elastomer sein. Als weitere elastomere Materialien sind hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk („HNBR“) und Fluorkautschuk („FKM“) zu nennen. Das elastische Material kann im Fall einer Biegung eines Schlauches große Dehnungen ertragen, ohne sich von den elektrischen Kontaktleitungen bzw. Litzen abzulösen, so daß stets ein flächiger Kontakt mit dem umgebenden elektrisch leitfähigen Elastomer sichergestellt ist. Die Haftung zwischen Elastomer und metallischer Kontaktleitungen, insbesondere Litzenleitungen, ist insbesondere im Falle des Einsatzes eines Haftvermittlers wesentlich höher als z.B. bei der Materialkombination elektrisch leitfähiges Thermoplast und metallische Litze. Die Füllstoffe können z.B. Ruße, Graphite, Metallpartikel oder Kohlenstoffnanoröhren oder Mischungen solcher elektrisch leitfähigen Füllstoffe sein.
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Durch die Vernetzung der Elastomers werden die die elektrische Leitfähigkeit gewährleistenden Füllstoffe an konstanten Positionen gehalten und dauerhaft gleiche elektrische Eigenschaften (insbeondere spezifischer elektrischer Widerstand) werden sichergestellt.
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Ergänzend zum Einsatz eines Haftvermittlers oder alternativ dazu kann auch eine Aktivierung der Oberflächen der elektrischen Kontaktleitungen beispielsweise durch Plasmabehandlung, Beflammung und/oder Coronabehandlung erfolgen. Dies sorgt für noch bessere Haftungen am elektrisch leitfähigen Elastomer.
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Im Falle der Verwendung eines Haftvermittlers kann dieser auch elektkrisch leitfähig ausgeführt sein. Dies sind insbesondere Materialien wie die oben genannten Silane, Aluminate etc., denen elektrisch leitfähige Partikel beigemischt worden sind, wie beispielsweise Ruß, Graphit, metallische Fasern oder metallische Partikel, Kohlenstoffnanoröhren und/oder Silberpulver.
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Die beschriebenen Isolationsschichten können aus dem gleichen oder einem anderen Material wie das Matrixmaterial bestehen.
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Die elektrisch heizbaren Fluidleitungen bzw. Schläuche können extrudiert werden. Hierbei können die elektrischen Kontaktleitungen bzw. Litzenleitungen mit in das Elastomer eingearbeitet und/oder die Isolationsschichten mit aufgetragen werden.
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Eine Freilegung der elektrischen Kontaktleitungen bzw. Litzen vom umgebenden Material insbesondere an einem Ende der Fluidleitung ist möglich, um diese in Kontakt mit der Stromzuführung, z.B. über die Steckkontakte bzw. Anschlußstifte 17, zu bringen.
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Lufteinschlüsse zwischen den extrudierten Schichten und den Litzen werden bei Anwendung eines Extrusionsverfahrens ausgeschlossen. Eine Profilierung bzw.
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Verpressung des Schlauches über den in Teilfigur b) dargestellten Querschnitt hinweg ist nicht notwendig.
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Weiterer Vorteil der Erfindung ist es, dass die beheizbare Fluidleitung lediglich eine Stromzufuhr von einem der Enden benötigt. Das andere Ende kann bezüglich der elektrischen Kontaktierung auch dicht abgeschlossen werden.
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Die Erfindung kann für Fluidleitungen im Rahmen der Abgasnachbehandlung von Brennkraftmaschinen eingesetzt werden, insbesondere für die Hydraulik flüssiger Reduktionsmittel zur Entstickung der Abgase der Brennkraftmaschine. Des Weiteren kann die Erfindung bei Fluidschläuchen für Brennstoffzellen zur Anwendung kommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012212798 A1 [0003]
