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Die vorliegende Erfindung betrifft eine thermisch isolierte Fluidleitung zum Transport von Fluiden sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
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Derartige Fluidleitungen werden für diverse Anwendungen etwa in Kühlungssystemen eines Kraftfahrzeugs verwendet.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, fluidführende Rohr- oder Schlauchleitungen mit einer wärmeisolierenden Außenschicht, z.B. aus einem EPDM-Schaum, zu ummanteln. Hierbei werden zugeschnittene flexible Schaumplatten per Hand um die Rohr- oder Schlauchleitung herumgelegt und anschließend mit einem Klebeband fixiert, was mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden ist. Zudem sind die zur Isolierung geeigneten Materialien teuer, was die Herstellungskosten derartig wärmeisolierter Fluidleitungen weiter erhöht.
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Aus dem Stand der Technik sind ferner Schlauch-in-Schlauch-Fluidleitungen bekannt, bei denen ein fluidführender Innenschlauch von einem Außenschlauch umgeben ist, wobei der Außenschlauch von dem Innenschlauch mittels Stegen beabstandet ist. Hierdurch bilden sich zwischen Innen- und Außenschlauch Hohlkammern, die eine wärmeisolierende Wirkung haben.
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Beispielsweise zeigt die
DE 934210 C eine solche Fluidleitung, die aus zwei ineinandergesteckten Schläuchen besteht, von denen einer mit den Stegen versehen ist. Das Ineinanderstecken der beiden Schlauchteile muss hierbei händisch erfolgen, was mit hohen Herstellungskosten verbunden ist. Es hat sich ferner gezeigt, dass sich mit einer derartigen konstruktiven Ausgestaltung nicht immer eine ausreichende Wärmeisolierung erreichen lässt.
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Die
DE 19920059 A1 zeigt einen ähnlichen Aufbau einer Fluidleitung, bei dem die Wärme mittels eines durch die Hohlkammern strömenden Kühlfluids zusätzlich aktiv abtransportiert wird. Der zusätzliche Kühlkreislauf erhöht jedoch den konstruktiven Aufwand und erfordert deutlich mehr Bauraum, was in vielen Anwendungsfällen nicht umsetzbar ist.
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Der Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, eine Fluidleitung mit verbesserter Wärmeisolierung bereitzustellen, die sich in einfacher Weise herstellen lässt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Fluidleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile und Merkmale sind der allgemeinen Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.
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Die erfindungsgemäße Fluidleitung zum Transport von Fluiden weist einen insbesondere zylindrischen, inneren Hohlkörper, durch den ein Fluid geleitet werden kann, und einen den inneren Hohlkörper umgebenden, insbesondere zylindrischen, äußeren Hohlkörper auf. Ferner weist die Fluidleitung in Längsrichtung der Fluidleitung verlaufende Stege auf, die den äußeren Hohlkörper von dem inneren Hohlkörper beabstanden. Die erfindungsgemäße Fluidleitung zeichnet sich dadurch aus, dass die Stege einen zum inneren Hohlkörper hin zulaufenden Querschnitt aufweisen.
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Mit anderen Worten verjüngen sich die Stege in radialer Richtung von außen nach innen. Vorzugsweise läuft der Querschnitt der Stege zumindest über die halbe Höhe der Stege, bevorzugt über die Gesamthöhe der Stege, zum inneren Hohlkörper hin zu. Die Höhe der Stege wird dabei von der Außenfläche des inneren Hohlkörpers zur Innenfläche des äußeren Hohlkörpers gemessen.
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Durch diese konstruktive Ausgestaltung kann die Kontaktfläche zwischen der äußeren Oberfläche des inneren Hohlkörpers und den Stegen minimiert werden, was die Wärmediffusion in diesem Bereich hemmt. Wenn z.B. ein heißes Fluid durch den inneren Hohlkörper geleitet wird, erwärmt sich zwar die Wandung des inneren Hohlkörpers. Aufgrund der kleinen Kontaktfläche kann die Wärme allerdings nur in geringem Maße an die Stege und anschließend an den äußeren Hohlkörper abgegeben werden. Auf diese Weise werden Wärmeverluste in der Fluidleitung verringert. Dies gilt in analoger Weise für kalte Fluide.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Fluidleitung ist, dass eine verbesserte Wärmeisolation nicht auf Kosten der Stabilität der Fluidleitung erzielt werden muss. Denn durch den sich zum äußeren Hohlkörper hin aufweitenden Querschnitt der Stege wird eine ausreichende Widerstandsfähigkeit des äußeren Hohlkörpers, z.B. gegen ein Eindrücken, sichergestellt.
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Zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Stegen befinden sich in Längsrichtung verlaufende Hohlkammern, die eine wärmeisolierende Wirkung entfalten. Mit anderen Worten werden die Hohlkammern in radialer Richtung der Fluidleitung von dem inneren Hohlkörper und dem äußeren Hohlkörper und in Umfangsrichtung der Fluidleitung jeweils von zwei Stegen begrenzt. Da die Stege in Längsrichtung verlaufen, kann die Fluidleitung in einfacher Weise mittels Extrusion hergestellt werden. Vorzugsweise weist die Fluidleitung zumindest über ihre halbe Gesamtlänge einen gleichbleibenden Querschnitt auf. Auf diese Weise ist die Fluidleitung besonders einfach in der Herstellung, insbesondere mittels eines (Ko-)Extrusionsverfahrens unter Verwendung einer oder mehrerer Extrusionsdüsen. Es können auch Stege vorgesehen sein, die in Längsrichtung der Fluidleitung spiralförmig verlaufen. Beispielsweise kann hierzu während des Extrudierens die Extrusionsdüse rotiert werden.
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Der innere Hohlkörper definiert einen Kanal für ein Fluid. Insbesondere ist der innere Hohlkörper als Schlauch oder als Rohr ausgebildet. Vorzugsweise besteht der innere Hohlkörper aus einem Material, das einen Kunststoff, insbesondere einen extrudierbaren Kunststoff, umfasst. Bevorzugt besteht der innere Hohlkörper aus einem Material, das ein Metall, einen thermoplastischen Kunststoff - wie z.B. Polypropylen - und/oder ein thermoplastisches Elastomer - wie z.B. Gummi, Polyurethan, etc. - umfasst. Der innere Hohlkörper kann je nach Anwendungsfall auch mehrschichtig ausgebildet sein.
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Insbesondere ist der äußere Hohlkörper als Schlauch ausgebildet. Vorzugsweise besteht der äußere Hohlkörper aus einem Material, das einen Kunststoff, insbesondere einen extrudierbaren Kunststoff, umfasst. Bevorzugt besteht der äußere Hohlkörper aus einem Material, das ein thermoplastisches Elastomer - wie z.B. Gummi, Polyurethan, etc. - umfasst. Der innere Hohlkörper kann aus dem gleichen Material bestehen wie der äußere Hohlkörper oder aus einem anderen Material bestehen als der äußere Hohlkörper.
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Insbesondere bestehen die Stege aus einem Material, das einen Kunststoff, insbesondere einen extrudierbaren Kunststoff, umfasst. Bevorzugt besteht der äußere Hohlkörper aus einem Material, das ein thermoplastisches Elastomer - wie z.B. Gummi, Polyurethan, etc. - umfasst. Die Stege können aus dem gleichen Material bestehen wie der äußere Hohlkörper oder einem anderen Material bestehen als der äußere Hohlkörper.
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Insbesondere sind die Stege mit dem inneren Hohlkörper oder mit dem äußeren Hohlkörper einstückig ausgebildet, was sich vorteilhaft auf die Herstellung und die Stabilität der Fluidleitung auswirkt. In diesen Fällen können die Stege an dem jeweiligen Hohlkörper, mit dem sie nicht einstückig ausgebildet sind, befestigt sein (z.B. stoffschlüssig haftend) oder nicht haftend anliegen. Bevorzugt sind die Stege einstückig mit dem äußeren Hohlkörper ausgebildet, was aufgrund der Geometrie der Stege eine besonders zuverlässige Herstellung der Fluidleitung ermöglicht und die Stabilität der Fluidleitung erhöht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fluidleitung ist die Höhe der Stege größer als die maximale Breite der Stege. Durch diese Geometrie lässt sich das Hohlkammervolumen vergrößern und somit eine verbesserte wärmeisolierende Wirkung erzielen. Die Höhe der Stege wird dabei von der Außenfläche des inneren Hohlkörpers zur Innenfläche des äußeren Hohlkörpers gemessen. Die Breite der Stege wird in Umfangsrichtung der Fluidleitung gemessen, wobei die maximale Breite in der Regel auf Höhe der Innenfläche des äußeren Hohlkörpers gemessen werden kann. Es hat sich gezeigt, dass eine gute Wärmeisolation bei ausreichender Stabilität erzielt werden kann, wenn die Höhe der Stege das 1,1-fache bis 1,5-fache, der maximalen Breite der Stege beträgt. Überragende Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die Höhe der Stege das 1,2-fache bis 1,4-fache, der maximalen Breite der Stege beträgt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fluidleitung weisen die Stege einen keilförmigen Querschnitt auf. Diese Steggeometrie ist besonders einfach herzustellen, insbesondere mittels Extrusion, und gewährleistet eine möglichst geringe Kontaktfläche zwischen den Stegen und dem inneren Hohlkörper bei ausreichender Stabilität, was sich positiv auf die Wärmeisolation auswirkt.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fluidleitung weisen die Stege einen trapezförmigen Querschnitt auf. Im Vergleich zu einem keilförmigen Stegquerschnitt ist bei dieser Steggeometrie die Kontaktfläche zwischen den Stegen und dem inneren Hohlkörper erhöht, wodurch ein größerer Schwerpunkt auf die Stabilität der Fluidleitung gegen ein Eindrücken und ein Verdrehen des äußeren Hohlkörpers gegen den inneren Hohlkörper gelegt wird, was in einigen Anwendungsfällen vorteilhaft ist. Insbesondere wenn die trapezförmigen Stege sowohl an dem inneren als auch dem äußeren Hohlkörper befestigt sind, lässt der Widerstand der Fluidleitung gegen ein Verdrehen sicher vermeiden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fluidleitung läuft der Querschnitt der Stege unter einem Winkel von größer gleich 30 ° und kleiner gleich 80 ° zu. Mit dieser konstruktiven Ausgestaltung lässt sich eine gute Wärmeisolation bei ausreichender Stabilität erzielen. Es hat sich gezeigt, dass eine noch bessere Wärmeisolation bei ausreichender Stabilität erzielt werden kann, wenn der Querschnitt der Stege unter einem Winkel von größer gleich 35 ° und kleiner gleich 60 °, besonders bevorzugt kleiner gleich 45 °, zuläuft.
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In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fluidleitung weist diese zumindest 10 Stege auf. Es hat sich gezeigt, dass mit einer Vielzahl an Stegen entlang der Umfangsrichtung der Fluidleitung sich eine wärmeisolierende Wirkung und eine ausreichende Stabilität der Fluidleitung besser vereinbaren lassen. Bevorzugt weist die Fluidleitung zumindest 15 und insbesondere maximal 40 Stege auf.
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Vorzugsweise befindet sich zur Vergrößerung des Gesamtvolumens der Hohlkammern bei der erfindungsgemäßen Fluidleitung in Umfangsrichtung zwischen zwei Stegen jeweils ein stegfreier Abschnitt. Bevorzugt weist der stegfreie Abschnitt eine größere in Umfangsrichtung auf Höhe der Innenwandung des äußeren Hohlkörpers gemessene Breite auf als einer der Stege. Besonders bevorzugt weist der stegfreie Abschnitt eine Breite auf, die das 1-fache bis 2-fache der Breite eines der Stege entspricht.
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Gemäß dem bereits vor- sowie dem weiter unten nachbeschriebenen wird die eingangs gestellte Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellen des inneren Hohlkörpers und
- - Extrudieren des äußeren Hohlkörpers und der Stege gemeinsam mittels einer Extrusionsdüse auf den inneren Hohlkörper.
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Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Fluidleitung besonders einfach und prozesssicher hergestellt werden, da der äußere Hohlkörper und die Stege gleichzeitig extrudiert werden. In anderen Worten härtet die durch die Extrusionsdüse geformte und auf dem inneren Hohlkörper aufgebracht Extrusionsmasse zu dem einstückig mit den Stegen verbundenen äußeren Hohlkörper aus. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidleitung kann somit automatisiert und fortlaufend erfolgen, indem z.B. der innere Hohlkörper dem Extruder laufen zugeführt wird. Dadurch, dass der äußere Hohlkörper und die Stege einstückig ausgebildet sind, wird zudem die Stabilität der Fluidleitung erhöht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen des inneren Hohlkörpers ein Extrudieren des inneren Hohlkörpers, wobei die Stege und der äußere Hohlkörper auf den extrudierten inneren Hohlkörper extrudiert werden (Koextrusion). Hierdurch kann die gesamte erfindungsgemäße Fluidleitung in einem zweistufigen Extrusionsverfahren automatisiert und prozesssicher hergestellt werden. Überdies kann - sofern erwünscht - eine Haftung zwischen dem inneren Hohlkörper und den Stegen verbessert werden, wenn der innere Hohlkörper beim Extrudieren der Stege noch nicht vollständig ausgehärtet ist.
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Gemäß dem bereits vor- sowie dem weiter unten nachbeschriebenen wird die eingangs gestellte Aufgabe auch durch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte:
- - Bereitstellen des inneren Hohlkörpers, wobei die Stege einstückig mit dem inneren Hohlkörper ausgebildet sind, und
- - Extrudieren des äußeren Hohlkörpers auf die Stege.
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Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Fluidleitung besonders einfach und prozesssicher hergestellt werden, da der innere Hohlkörper und die Stege in einem Stück bereitgestellt werden. Die durch die Extrusionsdüse geformte Extrusionsmasse wird auf die Stege aufgebracht und härtet dort zum äußeren Hohlkörper aus. Die Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidleitung kann somit automatisiert und fortlaufend erfolgen, indem z.B. der mit den Stegen versehene innere Hohlkörper dem Extruder laufen zugeführt wird. Dadurch, dass der innere Hohlkörper und die Stege einstückig ausgebildet sind, wird zudem die Stabilität der Fluidleitung erhöht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der innere Hohlkörper gemeinsam mit den Stegen mittels einer Extrudionsdüse extrudiert und anschließend der äußere Hohlkörper auf die Stege extrudiert (Koextrusion). Hierdurch kann die gesamte erfindungsgemäße Fluidleitung in einem zweistufigen Extrusionsverfahren automatisiert und prozesssicher hergestellt werden. Überdies kann - sofern erwünscht - eine Haftung zwischen den Stegen und dem äußeren Hohlkörper verbessert werden, wenn die Stege beim Extrudieren des äußeren Hohlkörpers noch nicht vollständig ausgehärtet sind.
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Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung jeweils für sich oder in einer beliebigen technisch sinnvollen Kombination auch untereinander jeweils mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche kombinierbar sind.
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Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen. In den schematischen Figuren zeigen:
- 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung in einer Querschnittsansicht; und
- 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung in einer Querschnitssansicht.
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Gleich oder ähnlich wirkende Teile sind - sofern dienlich - mit identischen Bezugsziffern versehen.
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Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden.
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Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Patentansprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuterten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.
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1 und 2 zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Fluidleitung 10. Die Fluidleitung 10 weist einen inneren zylindrischen Hohlkörper 20 auf. Der innere Hohlkörper 20 definiert einen Kanal 21 für ein durch die Fluidleitung 10 zu transportierendes Fluid. Ferner weist die Fluidleitung einen äußeren zylindrischen Hohlkörper 30 auf, der den inneren Hohlkörper 20 vollständig umgibt. Der innere Hohlkörper 20 und der äußere Hohlkörper 30 sind in radialer Richtung durch in Längsrichtung der Fluidleitung 10 verlaufende Stege 40 beabstandet. Die radiale Richtung, die Längsrichtung und die Umfangsrichtung der Fluidleitung 10 sind hierbei jeweils auf die quer zur Figurenebene verlaufende Längsmittelachse A der Fluidleitung 10 bezogen. Die Stege 40 sind einstückig mit dem äußeren Hohlkörper 30 ausgebildet. Entlang der Umfangsrichtung der Fluidleitung 10 befinden sich zwischen den Stegen 40 in Längsrichtung der Fluidleitung 10 verlaufende Hohlkammern 50. In den Hohlkammern 50 kann sich Gas, z.B. Luft, befinden. Es kann in einigen speziellen Anwendungsfällen ferner vorgesehen sein, dass sich in den Hohlkammern 50 ein Phasenwechselmaterial befindet. Auch kann in einigen speziellen Anwendungsfällen vorgesehen sein, dass durch die Hohlkammern 50 ein Wärmetauschfluid, z.B. ein Kühlfluid, transportiert wird.
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Die Stege 40 weisen einen zum inneren Hohlkörper 20 hin zulaufenden Querschnitt auf, wodurch die Kontaktfläche zwischen den Stegen 40 und dem inneren Hohlkörper 20 minimiert und die Wärmediffusion in diesem Bereich gehemmt wird. Die Stege 40 sind hierbei keilförmig ausgebildet, was zu einer besonders kleinen Kontaktfläche und somit minimierten Wärmediffusion führt. Gleichzeitig wird durch den sich zum äußeren Hohlkörper 30 hin aufweitenden Querschnitt der Stege 40 eine ausreichende Widerstandsfähigkeit der Fluidleitung 10 gegen äußere mechanische Einflüsse sichergestellt. Die den inneren Hohlkörper 20 umgebende Konstruktion aus äußerem Hohlkörper 30, Stegen 40 und Hohlkammern 50 bildet somit eine wärmeisolierende und dennoch stabile Schicht.
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Es hat sich gezeigt, dass die gewünschten Eigenschaften bezüglich Wärmeisolation und Stabilität noch vorteilhafter mit mehreren Stegen 40 entlang der Umfangsrichtung der Fluidleitung 10 erreicht werden können. Daher weisen die gezeigten Ausführungsformen zumindest 10 Stege auf.
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1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidleitung 10 mit 25 Stegen 40. Jeder Steg 40 hat einen keilförmigen Querschnitt, der unter einem Winkel α von ca. 55 ° zuläuft. In Umfangsrichtung der Fluidleitung 10 folgt auf einen keilförmigen Steg 40 unmittelbar ein weiterer keilförmiger Steg 40. Bei dieser Ausführungsform liegt der Schwerpunkt auf der Stabilität, wobei trotzdem eine ausreichende Wärmeisolation erreicht wird.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Fluidleitung 10 mit 15 Stegen 40. Jeder Steg 40 hat einen keilförmigen Querschnitt, der unter einem Winkel α von ca. 40 ° zuläuft. Hierbei beträgt die in radialer Richtung gemessene Höhe der Stege 40 ca. das 1,5-fache der in Umfangsrichtung gemessenen maximalen Breite der Stege 40. In Umfangsrichtung der Fluidleitung 10 folgt auf einen keilförmigen Steg 40 ein stegfreier Abschnitt 51 bevor wieder ein keilförmiger Steg 40 folgt. Die stegfreien Abschnitte 51 weisen dabei auf Höhe der Innenwandung des äußeren Hohlkörpers 30 eine größere Breite auf als die Stege 40. Insgesamt wird im Vergleich zu der Ausführungsform der 1 das Gesamtvolumen der Hohlkammern 50 vergrößert. Bei der Ausführungsform der 2 liegt der Schwerpunkt daher auf der Wärmeisolation, wobei trotzdem eine ausreichende Stabilität erreicht wird.
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Aufgrund ihrer Geometrie lassen sich beide Ausführungsformen besonders vorteilhaft mittels Extrusionsverfahren herstellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 934210 C [0005]
- DE 19920059 A1 [0006]
