DE202014100268U1

DE202014100268U1 - Medienleitung

Info

Publication number: DE202014100268U1
Application number: DE202014100268.5U
Authority: DE
Original assignee: Rehau AG and Co
Current assignee: Rehau Automotive SE and Co KG
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-04-27
Anticipated expiration: 2024-01-24
Also published as: DE102015100298A1

Abstract

Medienleitung, insbesondere zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung (1), mit – mindestens einer Schlauchleitung (2) zum Medientransport, – optional mindestens einem um die Schlauchleitung (2) schraubenförmig gewickelten elektrischen Widerstandsheizdraht (20) zur Beheizung des Mediums (1) und – mindestens einen an einem Schlauchleitungsende angeordneten Konnektor (3) zum flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung (2) an ein Aggregat, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schlauchleitungsende und Konnektor (3) ein vom Medium (1) durchströmbarer Laserschweißadapter (4) vorgesehen ist, der sowohl mit dem Schlauchleitungsende als auch dem Konnektor (3) stoffschlüssig verbunden ist.

Description

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

– mindestens einer Schlauchleitung zum Medientransport,
– optional mindestens einen um die Schlauchleitung schraubenförmig gewickelten, elektrischen Widerstandsheizdraht zur Beheizung des Mediums und
– mindestens einen an einem Schlauchleitungsende angeordneten Konnektor zum flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung an ein Aggregat.

Eine derartige Medienleitung ist unter anderem aus der Druckschrift EP 2 446 180 B1 bekannt. Harnstoff-Wasser-Lösungen, beispielsweise genormt nach DIN 70070 und CEFIC (European Chemical Industry Council) werden z.B. in Verbrennungsabgase von Fahrzeugen, insbesondere Dieselmotoren, zugegeben, um vor allem die Stickstoffoxid-Emissionen zu senken und die damit immer weiter steigenden Anforderungen der Abgasvorschriften zu erfüllen. Für die Leitung der Harnstoff-Wasser-Lösung aus einem Tank zur Einspritzung in die Verbrennungsgase ist in der Regel eine Temperierungsmöglichkeit der zumeist aus einem Polymermaterial bestehenden Schlauchleitung erforderlich, weil die Harnstoff-Wasser-Lösung aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung den Nachteil hat, dass sie bei ca. –11 °C ausflockt bzw. gefriert. Daher ist in aller Regel die Schlauchleitung beheizbar ausgebildet, wobei insbesondere bei einem Kaltstart des Kraftfahrzeugs bei sehr niedrigen Außentemperaturen ein schnelles Auftauen der in der Schlauchleitung stehenden, gefrorenen Harnstoff-Wasser-Lösung sichergestellt sein muss. Bei dem eingangs beschriebenen Aggregat, an das die Medienleitung anzuschließen ist, kann es sich beispielsweise um einen Vorratsbehälter für die Harnstoff-Wasser-Lösung oder aber auch um eine weitere Medienleitung handeln.
Beim flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung an den Konnektor ist problematisch, dass die Harnstoff-Wasser-Lösung eine ausgeprägte Kriechneigung aufweist. Diese Eigenschaft des Transportmediums führt dazu, dass in der Praxis häufig sehr aufwendige Methoden zum Einsatz kommen müssen, um die erforderliche Flüssigkeitsdichtigkeit zu gewährleisten. So ist beispielsweise eine einfache Steckverbindung, die auf einem Kraftschluss zwischen den Fügepartner beruht, insbesondere zur Erfüllung der Forderung einer dauerhaften Dichtigkeit im Betrieb über mehrere Jahre hinweg häufig nicht ausreichend.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Medienleitung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, welche einen betriebssicheren, dauerhaft leckagefreien Anschluss des Konnektors an das Schlauchleitungsende ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen Schlauchleitungsende und Konnektor ein vom Medium durchströmbarer Laserschweißadapter vorgesehen ist, der sowohl mit dem Schlauchleitungsende als auch dem Konnektor stoffschlüssig verbunden ist. Die stoffschlüssige Verbindung wird durch ein entsprechendes partielles, vorzugsweise ringförmiges, Aufschmelzen von Schlauchleitungsende einerseits und Konnektor andererseits mittels eines Lasers gewährleistet. Zweckmäßigerweise enthält das Material der Schlauchleitung und/oder des Konnektors hierzu Laserpigmente, insbesondere Ruß. Im Rahmen der Erfindung liegt es hierbei, dass der Rußanteil im Schlauch- und/oder Konnektormaterial 0,1–0,3 Gew.-% beträgt. Alternativ zu Ruß können selbstverständlich auch andere Laserpigmente für die Schlauchleitung bzw. den Konnektor verwendet werden. Erfindungsgemäß kann mit hoher Präzision in einem automatisierbaren Verfahren eine Laserschweißverbindung zwischen Schlauchleitungsende und Konnektor realisiert werden, wobei der Laserschweißadapter als entsprechendes Verbindungsstück dient. Zweckmäßigerweise ist der Laserschweißadapter aus einem für Laserstrahlen transparenten Material, vorzugsweise einem lasertransparenten Kunststoff, aufgebaut. Entsprechend wird beim Laserschweißen lediglich das Material des Schlauchleitungsendes einerseits bzw. des entsprechenden Anschlussbereiches des Konnektors andererseits aufgeschmolzen, um die stoffschlüssige Verbindung herzustellen. Der Laserschweißadapter selbst hingegen wird während des Laserschweißvorgangs zweckmäßigerweise nicht aufgeschmolzen. Als Material für den Laserschweißadapter kommt beispielsweise PA12 oder auch PPA in Betracht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Laserschweißadapter durchsichtig ausgebildet, so dass eine visuelle Kontrolle der Laserverschweißung möglich ist. „Durchsichtig“ meint in diesem Zusammenhang eine Durchsichtigkeit für das menschliche Auge. Wie bereits erläutert, ist es somit möglich, die Schweißverbindung zwischen Laserschweißadapter und Schlauchleitungsende bzw. Konnektor optisch zu überprüfen. Dies kann manuell, insbesondere aber auch mittels eines automatisieren Verfahrens erfolgen. Entsprechend ist gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung der Laserschweißadapter insbesondere nicht nur für Laserlicht transparent, sondern auch für das menschliche Auge durchsichtig.
Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass der Laserschweißadapter sowohl auf das Schlauchleitungsende als auch auf den Konnektor aufgeschoben ist. Entsprechend liegt jeweils die Schweißverbindung an der Innenseite des Laserschweißadapters vor. Wenn dieser nun gemäß obigen Ausführungen insbesondere für das menschliche Auge durchsichtig ausgebildet ist, kann eine sehr einfache optische Kontrolle der Laserschweißverbindung erfolgen.
Im Rahmen der Erfindung liegt es ebenso, dass der Laserschweißadapter unterschiedlich große Anschlussquerschnitte von Schlauchleitungsende und Konnektor ausgleicht. Zweckmäßigerweise ist zum Ausgleich dieser unterschiedlich großen Anschlussquerschnitte der Laserschweißadapter hierzu mit einer stufen- oder alternativ auch konusförmigen Gestalt ausgestattet. Gemäß dieser Ausführungsform stellt der Laserschweißadapter also folglich nicht nur eine dauerhaft leckagefreie Verbindung zwischen Schlauchleitungsende und Konnektor her, sondern er fungiert gleichzeitig auch als Adapter hinsichtlich der unterschiedlichen Abmessungen von Schlauchleitung und Konnektor.
Zweckmäßigerweise ist zur Beheizung des Konnektors eine, vorzugsweise elektrische, Konnektor-Heizvorrichtung vorgesehen. Insbesondere im Bereich von Konnektoren dauert in der Regel der Auftauvorgang bei Kaltstarts sehr lange, da dort vergleichsweise große mit Flüssigkeit gefüllte Lumen vorhanden sind, bei denen der Auftauvorgang entsprechend länger dauert. Insofern ist eine gute Beheizung des Konnektors von entscheidender Bedeutung hinsichtlich der möglichst schnellen Verfügbarkeit des Gesamtsystems bei einem Kaltstart. Im Rahmen der Erfindung liegt es nun insbesondere, dass der Schweißadapter an seiner Außenseite in Strömungsrichtung ausgerichtete Längsrippen aufweist, die zur Führung des mindestens einen Widerstandsheizdrahtes hin zur Konnektor-Heizvorrichtung dienen. In diesem Fall bildet zweckmäßigerweise die Konnektor-Heizvorrichtung die elektrische Verbindung zwischen zwei um die Schlauchleitung gewickelte elektrische Widerstandsdrähte. Zweckmäßigerweise sind die Längsrippen zumindest im Wesentlich gleichmäßig über den Umfang des Laserschweißadapters verteilt. Somit ist stets ein von zwei Längsrippen gebildeter Führungskanal vorhanden, in den der Widerstandsheizdraht bzw. die Widerstandsheizdrähte eingelegt werden können, um ohne größere Umlenkungen mit Konnektor-Heizvorrichtung verbunden zu werden.
Im Rahmen der Erfindung liegt es, dass die Konnektor-Heizvorrichtung ein elastisch verformbares Klemmbauteil aufweist, welches im elastisch verformten Zustand auf den Konnektor aufgeschoben und durch seine Klemmwirkung auf dem Konnektor befestigt ist. Das Klemmbauteil kann hierzu als, vorzugsweise gestanztes und danach gebogenes, Blechformteil ausgebildet sein. Im Rahmen der Erfindung liegt es insbesondere, dass das Blechformteil mäanderförmig ausgebildet ist. Zweckmäßigerweise weist das Blechformteil zwei Anschlussfahnen zur elektrischen Kontaktierung, insbesondere zum Anschluss der um die Schlauchleitung gewickelten Widerstandsheizdrähte, auf. Generell können die Konnektor-Heizvorrichtung und der elektrische Widerstandsheizdraht elektrisch in Reihe, wie zuvor beschrieben, oder aber auch parallel geschaltet sein. Die erfindungsgemäße Medienleitung findet insbesondere Einsatz beim Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung, welche in Kraftfahrzeugverbrennungsabgasen von Motoren, insbesondere Dieselmotoren zugegeben wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
1 eine ausschnittsweise, dreidimensionale Darstellung einer erfindungsgemäßen Medienleitung;
2 eine der 1 entsprechende Darstellung mit montierter Konnektor-Heizvorrichtung;
3 eine schematische Darstellung der Schweißverbindungen zur Verbindung eines Schlauchleitungsendes mit einem Konnektor mittels eines Laserschweißadapters und
4 eine als gestanztes und gebogenes Blechformteil ausgebildete Konnektor-Heizvorrichtung in Einzeldarstellung.
Die 1 zeigt ausschnittsweise in dreidimensionaler Darstellung eine Medienleitung zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung 1. Die Medienleitung weist eine polymere Schlauchleitung 2 zum Medientransport sowie mehrere um die Schlauchleitung 2 schraubenförmig gewickelte (durch gestrichelte Linien angedeutet) elektrische Widerstandsheizdrähte 20 zur Beheizung des Mediums 1 auf. An einem Schlauchleistungsende ist ein Konnektor 3 zum flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung 2 an ein nicht dargestelltes Aggregat (z.B. einen Behälter für die Harnstoff-Wasser-Lösung 1 oder eine weitere Medienleitung) vorgesehen. Zwischen Schlauchleitungsende und Konnektor 3 ist ein vom Medium 1 durchströmbarer Laserschweißadapter 4 vorgesehen, der sowohl mit dem Schlauchleitungsende als auch dem Konnektor 3 durch jeweils einen Laserschweißvorgang stoffschlüssig verbunden ist. Die Medienleitung kann während der Laserschweißvorgänge rotieren und hierbei an entsprechenden Laserlichtquellen vorbeigeführt werden. Insbesondere ist es aber auch möglich, am Umfang gleichmäßig verteilt mehrere Laserquellen vorzusehen und über Spiegeleinrichtungen eine ringförmige Laserbestrahlung zu erzielen, so dass eine umlaufende Verschweißung ohne Rotation von Bauteil bzw. Strahlungsquelle möglich ist. Ein derartiges Verfahren ist z.B. in der .... beschrieben. Der Laserschweißadapter 4 besteht aus einem für Laserstrahlen transparenten Material in Form eines lasertransparenten Kunststoffes. Der Laserschweißadapter 4 ist ferner aber auch für das menschliche Auge durchsichtig ausgebildet, so dass eine visuelle Kontrolle der Laserverschweißung möglich ist. Wie insbesondere einer vergleichenden Betrachtung mit der 3 zu entnehmen ist (die im Vergleich zu den 1 und 2 eine geringfügig modifizierte Gestaltung des Laserschweißadapters 4 zeigt, s.u.), ist der Laserschweißadapter 4 hierzu sowohl auf das Schlauchleitungsende als auch auf den Konnektor 3 aufgeschoben.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 2 gleicht der Laserschweißadapter 4 unterschiedlich große Anschlussquerschnitte von Schlauchleitungsende und Konnektor 3 aus. Zum Ausgleich dieser unterschiedlich großen Anschlussquerschnitte weist der Laserschweißadapter 4 eine Stufe 10 auf.
Der 2 ist zu entnehmen, dass zusätzlich zur Beheizung der Schlauchleitung mittels der beiden elektrischen Widerstandsheizdrähte 20 eine elektrische Konnektor-Heizvorrichtung 5 zur Beheizung des Konnektors 3 vorgesehen ist. Der Laserschweißadapter 4 weist nun an seiner Außenseite in Strömungsrichtung x ausgerichtete Längsrippen 6 auf (s.a. 1), die zur Führung der Widerstandsheizdrähte 20 hin zur Konnektor-Heizvorrichtung 5 dienen.
Diese Längsrippen 6 sind gleichmäßig über den Umfang des Laserschweißadapters 4 verteilt. Der 1 kann ferner entnommen werden, dass die Längsrippen 6 an die ausgleichende Stufe 10 des Laserschweißadapters 4 direkt anschließen.
Die in den 2 und 4 dargestellten Konnektor-Heizvorrichtungen 5 weisen jeweils ein elastisch verformbares Klemmbauteil 7 auf, welches im elastisch verformten Zustand auf den Konnektor 3 aufgeschoben werden kann und durch seine Klemmwirkung auf dem Konnektor 3 befestigt wird. In beiden Ausführungsbeispielen ist das Klemmbauteil 7 als gestanztes und danach gebogenes Blechformteil ausgebildet. Durch den elektrischen Stromfluss erwärmt sich das Blechformteil 7 und beheizt hierbei den Konnektor 3. Das Blechformteil 7 weist sowohl in 2 als auch in 4 eine mäanderförmige Gestalt auf. Ferner besitzt das Blechformteil 7 zwei Anschlussfahnen 8 zur elektrischen Kontaktierung. An diese beiden Anschlussfahnen 8 ist jeweils ein Ende der beiden um die Schlauchleitung 2 gewickelten Widerstandsheizdrähte 20 elektrisch angeschlossen. Folglich fungiert hier die Konnektor-Heizvorrichtung 5 auch als elektrische Verbindung zwischen den beiden Widerstandsheizdrähten 20 und die beiden elektrischen Widerstandsheizdrähte 20 sind folglich mit der Konnektor-Heizvorrichtung 5 elektrisch in Reihe geschaltet.
Die 3 zeigt schematisch die flüssigkeitsdichte Verbindung zwischen dem Ende der Schlauchleitung 2 und dem Konnektor 3 in einer Querschnittsdarstellung, welche vom Prinzip her analog auch im Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 vorliegt. Der Laserschweißadapter 4 ist sowohl auf das Schlauchleitungsende als auch auf ein entsprechendes Anschlussstück 10 des Konnektors 3 aufgeschoben. Während beim Ausführungsbeispiel gemäß 1 und 2 der Laserschweißadapter 4 zusätzlich unterschiedliche Anschlussquerschnitte von Konnektor 3 und Schlauchleitungsende ausgleicht, besitzen in der 3 beide Anschlusselemente den gleichen Querschnitt, so dass hier der Laserschweißadapter 4 als zylindrische Hülse ausgebildet ist. Man erkennt nun in der 3 zwei umlaufende Schweißnähte 15, zu deren Herstellung das Konnektormaterial bzw. das Schlauchleitungsende lokal umlaufend aufgeschmolzen wurde, um jeweils eine flüssigkeitsdichte Verbindung mit dem Laserschweißadapter 4 herzustellen. Entsprechend besitzen die beiden Schweißnähte 15 jeweils eine ringförmige Gestalt. Das Material der Schlauchleitung 2 und des Konnektors 3 weist jeweils nicht näher dargestellte Laserpigmente in Form von Ruß auf, um eine Absorbierung der Laserstrahlen im Schlauch- bzw. Konnektormaterial zu ermöglichen. Der Gewichtsanteil des Rußes im entsprechenden Material beträgt jeweils ca. 0,2 Gew.-%.
Die 4 zeigt eine Konnektor-Heizvorrichtung 5 in einer dreidimensionalen Einzeldarstellung. Die Gestalt dieser Konnektor-Heizvorrichtung 5 unterscheidet sich von der Konnektor-Heizvorrichtung 5 gemäß 2. Im Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind die mäanderförmigen Abschnitte des Blechformteils 7 quer zur Strömungsrichtung des Mediums 1 ausgerichtet, wo hingegen diese beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 in Strömungsrichtung x ausgerichtet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2446180 B1 [0002]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 70070 [0002]

Claims

Medienleitung, insbesondere zum Transport einer Harnstoff-Wasser-Lösung (1), mit – mindestens einer Schlauchleitung (2) zum Medientransport, – optional mindestens einem um die Schlauchleitung (2) schraubenförmig gewickelten elektrischen Widerstandsheizdraht (20) zur Beheizung des Mediums (1) und – mindestens einen an einem Schlauchleitungsende angeordneten Konnektor (3) zum flüssigkeitsdichten Anschluss der Schlauchleitung (2) an ein Aggregat, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schlauchleitungsende und Konnektor (3) ein vom Medium (1) durchströmbarer Laserschweißadapter (4) vorgesehen ist, der sowohl mit dem Schlauchleitungsende als auch dem Konnektor (3) stoffschlüssig verbunden ist.
Medienleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschweißadapter (3) aus einem für Laserstrahlen transparenten Material, vorzugsweise einem lasertransparenten Kunststoff, aufgebaut ist.
Medienleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Schlauchleitung (2) und/oder des Konnektors (3) Laserpigmente, insbesondere Ruß, enthält.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschweißadapter (4) durchsichtig ausgebildet ist, so dass eine visuelle Kontrolle der Laserverschweißung möglich ist.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschweißadapter (4) sowohl auf das Schlauchleitungsende als auch auf den Konnektor (3) aufgeschoben ist.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschweißadapter (4) unterschiedlich große Anschlussquerschnitte von Schlauchleitungsende und Konnektor (3) ausgleicht.
Medienleitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschweißadapter (4) zum Ausgleich der unterschiedlichen großen Anschlussquerschnitte eine stufen- oder konusförmige Gestalt aufweist.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine, vorzugsweise elektrische, Konnektor-Heizvorrichtung (5) zur Beheizung des Konnektors (3) vorgesehen ist.
Medienleitung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Laserschweißadapter (4) an seiner Außenseite in Strömungsrichtung (x) ausgerichtete Längsrippen (6) aufweist, die zur Führung des Widerstandsheizdrahtes (20) hin zur Konnektor-Heizvorrichtung (5) dienen.
Medienleitung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsrippen (6) zumindest im Wesentlichen gleichmäßig über den Umfang des Laserschweißadapters (4) verteilt sind.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Konnektor-Heizvorrichtung (5) ein elastisch verformbares Klemmbauteil (7) aufweist, welches im elastisch verformten Zustand auf den Konnektor (3) aufgeschoben und durch seine Klemmwirkung auf dem Konnektor (3) befestigt ist.
Medienleitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmbauteil (7) als, vorzugsweise gestanztes und danach gebogenes, Blechformteil ausgebildet ist.
Medienleitung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (7) mäanderförmig ausgebildet ist.
Medienleitung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (7) zwei Anschlussfahnen (8) zur elektrischen Kontaktierung aufweist.
Medienleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Konnektor-Heizvorrichtung (5) und der Widerstandsheizdraht (20) elektrisch parallel oder in Reihe geschaltet sind.