DE202009016368U1

DE202009016368U1 - Elektrisch beheizbarer Schlauch

Info

Publication number: DE202009016368U1
Application number: DE202009016368U
Authority: DE
Original assignee: Eltherm GmbH
Current assignee: Eltherm Production GmbH
Priority date: 2009-12-02
Filing date: 2009-12-02
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2019-12-03
Also published as: WO2011066902A1

Abstract

Elektrisch beheizbarer, bogenförmig verlegbarer Schlauch zum strömenden Transport eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, das während des Transports oder während eines Stillstands im Schlauch auf einer bestimmten Mindesttemperatur gehalten werden soll,
mit einem das Fluid führenden, ggf. mit einem Gewebe verstärkten Innenschlauch (1),
einem außen auf den Innenschlauch (1) aufgebrachten elektrischen Widerstands-Heizleiter (2) und
einem außen auf den Innenschlauch (1) mit dem Heizleiter (2) in einem formtechnischen Verfahren aufgebrachten, geschlossen durchgehenden Außenmantel (3) aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Kunststoffmaterial,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Innenschlauch (1) aus einem flexibel biegbaren, bei einer Arbeitstemperatur von mindestens 70°C, vorzugsweise mindestens 100°C, insbesondere mindestens 120°C, dauerstandfesten Kunststoffmaterial besteht und
daß der Außenmantel (3) auf den Innenschlauch (1) mit Heizleiter (2) aufextrudiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrisch beheizbaren, bogenförmig verlegbaren Schlauch mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1.
Der bekannte elektrisch beheizbare, bogenförmig verlegbare Schlauch, von dem die Erfindung ausgeht ( DE 20 2008 013 047 U1 ), ist für einen Einsatz in einer Harnstoff-Einspritzanlage in einem Nutzfahrzeug bestimmt. Ein solcher Schlauch ist bogenförmig verlegbar. Um dies erreichen zu können ist ein besonderer Aufbau des elektrisch beheizbaren Schlauchs vorgesehen. Es wird nämlich der Außenmantel aus Silikonmaterial oder aus einem Elastomermaterial auf den wendelförmig aufgewickelten Heizleiter aufvulkanisiert. Der Innenschlauch ist dabei aus Gummi oder einem gummiähnlichen Kunststoff ausgeführt, hat also eine maximale Arbeitstemperatur für Dauerstandfestigkeit von 60 bis 70°C.
Der bekannte elektrisch beheizbare, bogenförmig verlegbare Schlauch ist für einen statischen Einsatz in einem Nutzfahrzeug gut geeignet. In anderen Anwendungen, bei denen der bogenförmig verlegbare Schlauch tatsächlich in der Praxis dauernd hin und her bewegt wird, sind die dabei auftretenden Wechselbiegebeanspruchungen durch die aus dem Stand der Technik bekannte Konstruktion nicht optimal berücksichtigt.
Umstände der zuvor geschilderten Art finden sich häufig in Fertigungsanlagen, bei denen mit Robotern gearbeitet wird. Beispielsweise werden dickflüssige Komponenten von Mehrkomponenten-Klebstoffen durch solche elektrisch beheizbaren Schläuche an einen Anwendungsort gefördert. Dabei muß die Temperatur häufig weit über 70°C betragen. Das Ganze muß für einen Roboterarm realisiert werden, der sich im Fertigungsprozeß dauernd schnell hin und her bewegt. Man hat also mechanische Aspekte und thermische Aspekte zu berücksichtigen.
Der Lehre liegt das Problem zugrunde, den bekannten elektrisch beheizbaren, bogenförmig verlegbaren Schlauch hinsichtlich eines dynamischen Einsatzes mit dauernder Bewegung des Schlauches bei höheren Arbeitstemperaturen des zu transportierenden Fluids zu optimieren.
Die zuvor aufgezeigte Problemstellung ist gelöst bei einem elektrisch beheizbaren, bogenförmig verlegbaren Schlauch, der zusätzlich zu den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 auch noch die Merkmale des kennzeichnenden Teils von Anspruch 1 ausweist.
Zunächst wird erfindungsgemäß für den Innenschlauch ein Kunststoffmaterial verwendet, das flexibel biegbar ist, insoweit also durchaus dem aus dem Stand der Technik bekannten Gummi oder gummiähnlichen Kunststoff entspricht. Dieses Kunststoffmaterial ist aber so ausgewählt, daß es eine Arbeitstemperatur von mindestens 70°C, vorzugsweise mindestens 100°C, insbesondere mindestens 120°C, aufweist. Damit ist dieses flexibel biegbare Kunststoffmaterial auch für höhere Arbeitstemperaturen dauerstandfest geeignet. Das flexibel biegbare Kunststoffmaterial dient im übrigen der Realisierung einer hohen Wechselbiegefähigkeit bei dynamischem Einsatz des beheizbaren Schlauchs.
Zum anderen wird der Außenmantel auf den Innenschlauch mit dem Heizleiter aufextrudiert. Bei dem Material des Außenmantels handelt es sich also um ein extrusionsfähiges Kunststoffmaterial, das natürlich ebenfalls eine thermische Dauerstandfestigkeit bei den hier vorliegenden Temperaturen aufweisen muß. Die Extrusion führt zu der gewünschten innigen Verbindung des Außenmantels einerseits mit Heizleiter und Innenschlauch andererseits so, daß auch im dynamischen Einsatz bei einer hohen Wechselbiegebeanspruchung der elektrisch beheizbare Schlauch dauerhaft zu nutzen ist.
Nach bevorzugter Lehre der Erfindung besteht der Innenschlauch aus PTFE (Polytetrafluorethylen) oder einem PA (Polyamid), ggf. kommt auch ein mit Gewebe verstärktes Material in Frage.
Zwischen der vom Heizleiter gebildeten Schicht und dem Außenmantel kann sich auch noch eine dünne Zwischenlage befinden, die vorzugsweise aus Kunstfaser- oder Glasfasermaterial bestehen wird. Insbesondere kann hier ein Glasseidenschlauch vorgesehen sein, der auch ein wenig thermisch isolierend wirkt und dadurch die Standfestigkeit des Außenmantels auch bei höheren Temperaturen des Innenschlauchs verbessert.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen beheizbaren Schlauches sind Gegenstand der weiteren Unteransprüche.
Besondere Bedeutung kommt der Verwendung von zwei Heizleitern zu, die parallel zueinander versetzt außen auf den Innenschlauch aufgewickelt sind. Diese konstruktive Lösung gewinnt eine weitere besondere Bedeutung dann, wenn zusätzlich zu den Heizleitern noch ein elektrischer Rückleiter aufgebracht, insbesondere mit den Heizleitern versetzt aufgewickelt ist.
Durch die Verwendung von zwei Heizleitern kann man den beheizbaren Schlauch von der Rolle für den Einsatz ablängen. Je nach Länge des abgelängten Schlauchstücks und nach der gewünschten Arbeitstemperatur des Fluids im Innenschlauch kann man beim Einsatz einen Heizleiter oder beide Heizleiter zur Beheizung des Innenschlauchs verwenden. Der elektrische Rückleiter macht den Schlauch autark. Die Verschaltung der Heizleiter des Schlauches kann dadurch von einem Ende des Schlauches her verwirklicht werden. Am anderen, freien Ende des Schlauches muß nur die Verbindung des Heizleiters bzw. der Heizleiter zum Rückleiter hergestellt werden. Auch das ist eine Maßnahme, die für den Einsatz in Fertigungsrobotern besondere Bedeutung hat.
Normalerweise waren die elektrischen Widerstands-Heizleiter selbst bereits elektrisch isoliert, um Kurzschlüsse im System zu verhindern. Theoretisch möglich wäre es aber auch, mit nicht isolierten Heizleitern zu arbeiten und die Isolierung durch die umgebenden Lagen, insbesondere das thermoplastische Elastomer, realisieren zu lassen.
Im Folgenden wird die Erfindung nun anhand einer lediglich ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
1 in perspektivischer Ansicht schräg vom Ende her ein Ende eines Schlauchstücks gemäß der Erfindung,
2 das Schlauchstück aus 1, nun die Schichten von außen nach innen teilweise weggeschnitten.
In 1 der Zeichnung erkennt man den elektrisch beheizbaren, bogenförmig verlegbaren Schlauch mit einem Innenschlauch 1, einem auf den Innenschlauch 1 aufgebrachten Heizleiter 2 und einem außen den Heizleiter 2 und den Innenschlauch 1 umgebenden Außenmantel 3. In 2 erkennt man Details in größerer Deutlichkeit.
Der Innenschlauch 1 führt das gewünschte Fluid, insbesondere eine eine bestimmte Mindesttemperatur benötigende Flüssigkeit, beispielsweise eine Klebstoffkomponente eines Mehrkomponenten-Klebstoffes. Der Innenschlauch 1 kann gewebeverstärkt sein. Außen auf dem Immenschlauch 1 ist der elektrische Widerstands-Heizleiter 2 aufgebracht. Im Betrieb dient der Heizleiter 2 der Erzeugung der notwendigen Wärme, mit der das im Innenschlauch 1 strömende oder anstehende Fluid auf die gewünschte Arbeitstemperatur gebracht oder auf dieser gehalten werden kann.
Selbstverständlich muß der Heizleiter 2 nach außen hin thermisch isoliert sein. Das geschieht durch den außen auf den Innenschlauch 1 mit dem Heizleiter 2 in einem formtechnischen Verfahren aufgebrachten, geschlossen durchgehenden Außenmantel 3. Er besteht aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Kunststoffmaterial.
Soweit wie jetzt dargestellt entspricht der elektrisch beheizbare Schlauch den aus dem Stand der Technik bekannten Merkmalen. Wichtig ist, daß die Materialien so gewählt sind, daß dieser Schlauch bogenförmig verlegbar ist.
Für den in der Beschreibungseinleitung angesprochenen dynamischen Einsatz beispielsweise in einem Fertigungsroboter ist der elektrisch beheizbare Schlauch erfindungsgemäß weiter dadurch ausgestaltet, daß der Innenschlauch 1 aus einem flexibel biegbaren bei einer Arbeitstemperatur von mindestens 70°C, vorzugsweise mindestens 100°C, insbesondere mindestens 120°C, dauerstandfesten Kunststoffmaterial besteht und daß der Außenmantel 3 auf den Innenschlauch 1 mit Heizleiter 2 aufextrudiert ist. Der dargestellte PTFE-Innenschlauch 1 ist dauerstandfest bis zu einer Arbeitstemperatur von ca. 260°C. Damit ist dieser PTFE-Innenschlauch 1 thermisch erheblich überdimensioniert, ohne daß das irgendwie schädlich wäre. Bei einem beispielsweise aus Polyamid (PA) bestehenden Innenschlauch 1 kommt man eher auf eine Arbeitstemperatur von ca. 130°C.
Wesentlich ist, daß die Temperatur des Außenmantels 3 nicht zu hoch wird. Auch für TPE ist eine Temperatur von 130°C als dauerhafte Arbeitstemperatur zumutbar.
Man erkennt im Ausführungsbeispiel anhand der Proportionen, daß der Außenmantel 3 eine wesentlich größere Wandstärke als der Innenschlauch 1 hat. Die geringe Wandstärke des Innenschlauchs 1 ist vorteilhaft für den Wärmeübergang vom Heizleiter 2 in das Fluid, das im Inneren des Innenschlauchs 1 strömt oder ansteht. Der Innenschlauch 1 muß nur eine solche Dicke haben, daß es mechanische Wechselbiegebeanspruchungen in den gegebenen Temperaturverhältnissen auf Dauer standhält.
Die Wanddicke des Innenschlauchs 1 beträgt die Wanddicke des Innenschlauchs etwa 0,8 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise etwa 1,0 mm, beträgt.
Das dargestellte und bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt, daß hier der Innenschlauch 1 einen Innendurchmesser von 6 bis 25 mm, vorzugsweise von etwa 10 bis 15 mm, aufweist.
Damit hat man auch insoweit eine gute Vorstellung eines beispielhaften elektrisch beheizbaren Schlauches.
Für den Außenmantel 3 gilt, daß er aus einem extrusionsfähigen Kunststoffmaterial besteht. Für den Außenmantel 3 empfiehlt sich nach bevorzugter Lehre, daß dieser aus einem extrudierbaren Elastomermaterial, insbesondere aus TPE (thermoplastisches Elastomer), oder aus einem Silikonmaterial besteht. Insbesondere ein thermoplastisches Elastomer ist hier sehr geeignet. Es bildet eine besonders glatte Außenfläche und hat die notwendigen thermischen und elektrischen Eigenschaften.
Für den Außenmantel 3 ergibt sich im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel, daß die Wanddicke des Außenmantels 3 etwa 3 mm bis 10 mm, vorzugsweise etwa 5 mm, beträgt.
Für die Aufbringung des Heizleiters 2 auf den Innenschlauch 1 des erfindungsgemäßen Schlauches gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die klassische Technik ist die, daß der Heizleiter 2 als außen auf dem Innenschlauch 1 wendelförmig mit auf die Heizleistung abgestimmter Steigung aufgewickelter Widerstands-Heizdraht oder Widerstands-Heizband ausgeführt ist. Das ist auch in der Zeichnung, insbesondere 2, dargestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Heizleiter 2 für sich elektrisch isoliert allerdings so, daß er thermisch mit dem Innenschlauch 1 möglichst gut gekoppelt ist.
Das in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel zeichnet sich dadurch aus, daß zwei Heizleiter 2, 2' parallel zueinander versetzt aufgewickelt sind (das erkennt man an den unterschiedlichen Schraffuren). Aus darstellerischen Gründen ist die Steigung der Heizleiter 2, 2' in 2 nur so gezeigt, wie sie für einen einzelnen Heizleiter vorliegen müßte, der durch ein axiales, gewickeltes Distanzmittel 4 axial auf Distanz gehalten wird, um eine ungleichmäßige Erwärmung bzw. Überhitzung zu vermeiden.
Bei Verwendung von zwei versetzt gewickelten Heizleitern 2, 2' müßte die Steigung steiler sein. Noch steiler müßte sie sein, wenn vorgesehen wäre, daß zusätzlich zum Heizleiter 2 oder zu den Heizleitern 2, 2' ein elektrischer Rückleiter aufgebracht, insbesondere versetzt aufgewickelt ist.
Im dargestellten und insoweit bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß das Distanzmittel 4 eine Doppelfunktion hat. Es ist nämlich einerseits Distanzmittel 4, andererseits auch elektrischer Rückleiter. Mit anderen Worten, der elektrische Rückleiter ist als Distanzmittel 4 zwischen den Heizleitern 2, 2' wendelförmig aufgewickelt.
Der Vorzug eines zweiten Heizleiters 2' besteht darin, daß die Heizleistung durch Einschalten eines Heizleiters 2 oder beider Heizleiter 2, 2' in weiten Grenzen variiert werden kann. Das ist insbesondere bei langen beheizbaren Schläuchen von großem Vorteil. Ein besonderer Vorteil besteht in diesem Zusammenhang darin, daß man einen solchen Schlauch von der Rolle auf die gewünschte Schlauchlänge eines bestimmten Schlauchstücks ablängen kann. Die beiden Heizleiter 2, 2' bieten genug Flexibilität, um beispielsweise in Längen von 2 m bis 6 m jeweils die gewünschten Heizleistungen für unterschiedliche Einsatzfälle zu generieren. In einer anderen Variante sind die Heizleiter 2, 2' so ausgelegt, daß die Schlauchlänge zwischen 1 m und 4 m betragen kann. Da sind dann Heizleiter 2, 2' mit etwas anderen Widerständen als im zuvor beschriebenen Fall zu verwenden.
Der Rückleiter (Distanzmittel 4) macht den Schlauch in gewisser Weise autark. Der Schlauch kann von einem Ende her komplett angeschlossen werden, da die Rückführung des Heizstroms innerhalb des Schlauches durch den Rückleiter erfolgt.
Besonders zweckmäßig ist es, wenn der elektrische Rückleiter wie die Heizleiter 2, 2' wendelförmig aufgewickelt ist. Es gibt aber im Grundsatz auch die Möglichkeit, den Rückleiter, der ja einen möglichst geringen Bahnwiderstand aufweisen sollte, als gerade Leitung beispielsweise im Außenmantel 3 einzubetten.
Der Rückleiter muß nach Ablängen eines Schlauchstücks lediglich am freien Ende mit den Heizleitern 2, 2' elektrisch verbunden werden. Dann kann das Schlauchstück vom anderen Ende her komplett elektrisch angeschlossen werden.
Aufgrund der Unverschiebbarkeit des äußeren Außenmantels 3 gegenüber dem Innenschlauch 1, weil der Außenmantel 3 auf den Innenschlauch 1 mit dem Heizleiter 2 aufextrudiert ist, ist es ggf. möglich, auf das hier dargestellte axiale Distanzmittel 4 zu verzichten.
In verfahrenstechnischer Hinsicht empfiehlt es sich, daß der Außenmantel 3 in einem Zug auf den Innenschlauch 1 mit Heizleiter 2 aufextrudiert wird. Der Innenschlauch 1 mit Heizleiter 2 wird dabei einer Extrusionsdüse zugeführt, die als Ringdüse ausgeführt ist und durch die der Außenmantel 3 radial von außen aufextrudiert wird (siehe beispielsweise Saechtling "Kunststoff-Taschenbuch", 26. Auflage, Hanser, 1995, Kapitel 3.2.4 "Extrudieren").
Nach einer anderen Variante ist es möglicherweise auch realisierbar, daß der oder die Heizleiter und ggf. der Rückleiter als Widerstands-Leitbeschichtung auf der Außenseite des Innenschlauchs ausgeführt ist bzw. sind. Eine Widerstands-Leitbeschichtung könnte bei entsprechender Gestaltung ähnliches leisten wie ein oder mehrere Heizleiter.
Schließlich kann es sich empfehlen, den Außenmantel ebenfalls auf der Außenseite leitfähig auszugestalten, so daß Spitzenentladungen vermieden werden. Somit könnte der elektrisch beheizbare Schlauch auch für EX-Anwendungen eingesetzt werden, da eben das Entstehen statischer Aufladungen vermieden werden kann.
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

DE 202008013047 U1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

”Kunststoff-Taschenbuch”, 26. Auflage, Hanser, 1995, Kapitel 3.2.4 ”Extrudieren” [0039]

Claims

Elektrisch beheizbarer, bogenförmig verlegbarer Schlauch zum strömenden Transport eines Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, das während des Transports oder während eines Stillstands im Schlauch auf einer bestimmten Mindesttemperatur gehalten werden soll, mit einem das Fluid führenden, ggf. mit einem Gewebe verstärkten Innenschlauch (1), einem außen auf den Innenschlauch (1) aufgebrachten elektrischen Widerstands-Heizleiter (2) und einem außen auf den Innenschlauch (1) mit dem Heizleiter (2) in einem formtechnischen Verfahren aufgebrachten, geschlossen durchgehenden Außenmantel (3) aus einem elektrisch und thermisch isolierenden Kunststoffmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenschlauch (1) aus einem flexibel biegbaren, bei einer Arbeitstemperatur von mindestens 70°C, vorzugsweise mindestens 100°C, insbesondere mindestens 120°C, dauerstandfesten Kunststoffmaterial besteht und daß der Außenmantel (3) auf den Innenschlauch (1) mit Heizleiter (2) aufextrudiert ist.
Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenschlauch (1) aus Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Polyamid (PA) besteht.
Schlauch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außen auf der von dem Heizleiter (2) gebildeten Schicht eine dünne Zwischenlage angeordnet ist, die vorzugsweise aus Kunstfaser- oder Glasfasermaterial besteht und/oder thermisch isolierend ausgeführt ist.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Innenschlauchs (1) etwa 0,8 mm bis 1,5 mm, vorzugsweise etwa 1,0 mm, beträgt.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenschlauch (1) einen Innendurchmesser von 6 bis 25 mm, vorzugsweise von etwa 10 bis 15 mm, aufweist.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenmantel (3) aus einem extrudierbaren Elastomermaterial, insbesondere aus TPE (thermoplastisches Elastomer), oder aus einem Silikonmaterial besteht.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke des Außenmantels (3) etwa 3 mm bis 10 mm, vorzugsweise etwa 5 mm, beträgt.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (2) als außen auf dem Innenschlauch (1) wendelförmig mit auf die Heizleistung abgestimmter Steigung aufgewickelter, vorzugsweise elektrisch isolierbarer Widerstands-Heizdraht oder Widerstands-Heizband ausgeführt ist.
Schlauch nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Heizleiter (2, 2') parallel zueinander versetzt aufgewickelt sind.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (2) oder die Heizleiter (2, 2') mit einem axialen Distanzmittel (4) gewickelt sind.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Heizleiter (2) oder zu den Heizleitern (2, 2') ein elektrischer Rückleiter vorgesehen, insbesondere versetzt aufgewickelt, ist.
Schlauch nach den Ansprüchen 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückleiter zwischen den Heizleitern (2, 2') angeordnet ist und daß dieser axiale Distanzmittel (4) bildet.
Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Heizleiter und ggf. der Rückleiter als Widerstands-Leitbeschichtung auf der Außenseite des Innenschlauchs ausgeführt ist bzw. sind.