DE4307371A1 - Beheizbare Leitung für ein Strömungsmedium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine beheizbare Leitung für ein Strö­ mungsmedium, insbesondere eine Schlauchleitung, mit einem durch eine Wandung definierten Strömungspfad, einem elektrischen Heizleiter, einer den Strömungspfad umgebenden thermischen Iso­ lation und endseitig vorgesehenen Anschlußstücken zum Ankoppeln an Anlagen, Maschinen und andere Leitungen bzw. weitere Lei­ tungsabschnitte.

Beheizbare Leitungen der in Rede stehenden Art sind seit Jahren als Wärme- und Kühlleitungen in den unterschiedlichsten Ausfüh­ rungsformen aus der Praxis bekannt. Die konkrete Realisierungs­ form einer beheizbaren Leitung hängt wesentlich von der Anwen­ dung ab, für die die beheizbare Leitung bestimmt ist. Es sind starre, fest installierte beheizbare Leitungen in Form von Rohrsystemen bekannt oder auch flexible beheizbare Schlauchlei­ tungen, welche aufgrund ihrer flexiblen Form für verschiedene Anwendungen einsetzbar sind. Das Material der beheizbaren Lei­ tungen und insbesondere die Art der Wärmeisolation solcher Lei­ tungen bestimmt sich auch durch die Art des Strömungsmediums und den Temperaturbereich, der im Innern der beheizbaren Lei­ tung eingehalten werden soll. Im folgenden werden die wesentli­ chen, den bekannten beheizbaren Leitungen gemeinsamen Merkmale näher erläutert.

Alle beheizbaren Leitungen weisen funktionsgemäß einen Strö­ mungspfad auf, der beispielsweise im Falle eines Schlauchs durch die Schlauchwandung oder im Falle eines Rohres durch die Rohrwandung definiert ist. Die Wandung kann aus einer einzigen Schicht bestehen, die dann zusätzlich auch thermische Isolati­ onseigenschaften aufweist. I.d.R. besteht die Wandung jedoch aus mehreren Schichten, von denen zumindest eine eine thermi­ sche Isolationsschicht ist. Diese besteht aus einem geeigneten wärmedämmenden Material, wie z. B. einem Glasfasergewebe oder auch aus aufgeschäumtem Gummi. Der Schichtaufbau der Wandung kann, insbesondere wenn es sich um eine flexible beheizbare Leitung handelt, zur Stabilisierung der Leitung zusätzlich ein Metallgeflecht in Form einer Edelstahlumklöppelung umfassen. Es ist schließlich auch bekannt zur Vermeidung von Beschädigungen der thermischen Isolation und der beheizbaren Leitung insge­ samt, die Leitung mit einer äußeren Schutzschicht zu versehen, beispielsweise in Form eines Außengeflechts aus Kunststoff. Die bekannten beheizbaren Leitungen sind außerdem funktionsgemäß endseitig mit Anschlußstücken versehen, so daß sie an die ent­ sprechenden Anlagen, Maschinen oder andere Leitungen bzw. wei­ tere Leitungsabschnitte, ankoppelbar sind. Schließlich verfügen die bekannten beheizbaren Leitungen über eine i.d.R. elektri­ sche Heizeinrichtung mit einem oder mehreren Heizleitern. Diese Heizleiter sind außerhalb des Strömungspfades angeordnet und bilden entweder eine Schicht des Wandungsaufbaus oder sind in eine Schicht des Wandungsaufbaus eingebettet und integriert. Es sind beispielsweise Schlauchleitungen bekannt, bei denen ein Heizleiter spiralförmig um die den Strömungspfad begrenzende Innenseele gewickelt ist. Die Innenseele ist dann zusammen mit dem Heizleiter von einer thermischen Isolationsschicht umgeben.

Die bekannten beheizbaren Leitungen sind in der Praxis in zwei­ erlei Hinsicht problematisch. Zum einen sind bedingt durch die Anordnung der Heizleiter im Schichtaufbau der Wandung bzw. als Bestandteil der Wandung spezielle elektrische Anschlüsse erfor­ derlich, die in die endseitig angeordneten Anschlußstücke der beheizbaren Leitung integriert sind. Die Konfektionierung der bekannten beheizbaren Leitungen, d. h. die Herstellung und An­ passung von Leitungen für spezielle Anwendungen, insbesondere das Kürzen von Leitungen, ist hier nicht ohne weiteres möglich. Auch eine Verlängerung der Leitung durch Verbinden von mehreren Leitungsabschnitten ist immer nur nach Maßgabe der vorhandenen Abschnittslängen möglich. Eine Alternative für die bereits in die Anschlußstücke der beheizbaren Leitung integrierten elek­ trischen Anschlüsse ist nur sehr aufwendig zu realisieren, da immer auch Rücksicht auf die Betriebssicherheit solcher Lei­ tungen genommen werden muß. Unabhängig von den Problemen, die sich bei der Konfektionierung der bekannten beheizbaren Leitun­ gen ergeben, stellt auch die Wärmeübertragung des Heizleiters zu dem zu beheizenden Strömungsmedium ein Problem dar. Die Anordnung des Heizleiters in der Wandung der bekannten beheiz­ baren Leitung bedingt, daß ein Teil der abgegebenen Wärme des Heizleiters von der umgebenden Isolationsschicht aufgenommen wird und daher nicht zur Beheizung des Strömungsmediums zur Verfügung steht. Bei Leitungen mit einer vergleichsweise großen Querschnittsfläche müssen daher Maßnahmen zur Regelung und Ein­ haltung eines vorgegebenen Temperaturbereichs für das Strö­ mungsmedium getroffen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine beheizbare Leitung für ein Strömungsmedium anzugeben, die einfach und in weiten Grenzen beliebig für bestimmte Anwendun­ gen konfektionierbar ist und außerdem gute Wärmeübertragungsei­ genschaften aufweist.

Die erfindungsgemäße beheizbare Leitung für ein Strömungsmedium löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patent­ anspruches 1. Danach ist die eingangs genannte beheizbare Lei­ tung so ausgebildet, daß sich der Heizleiter frei, d. h. unab­ hängig von der Wandung, durch den Strömungspfad erstreckt.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, daß die Integra­ tion eines Heizleiters in die Wandung einer zu beheizenden Lei­ tung nicht nur bei der Herstellung der Leitung, sondern auch bei der Installation am Einsatzort problematisch ist. Es ist ferner erkannt worden, daß der Heizleiter auch in der Leitung selbst, d. h. im Strömungspfad, geführt werden kann, wenn zum einen für eine elektrische Isolation des Heizleiters und zum anderen für geeignete elektrische Anschlüsse gesorgt wird. Es ist schließlich erkannt worden, daß die beheizbare Leitung ein­ facher und kostengünstiger hergestellt und insbesondere indivi­ duell konfiguriert werden kann, wenn der elektrische Heizleiter nachträglich installiert wird und dazu durch den Strömungspfad selbst geführt wird. Auch die Wärmeübertragung zwischen dem Heizleiter und dem Strömungsmedium wird auf diese Weise opti­ miert, da der Heizleiter nunmehr allseitig, gleichmäßig von dem Strömungsmedium umströmt werden kann.

In besonders vorteilhafter Weise ist der Heizleiter durch die Anschlußstücke, die zum Ankoppeln der Leitung an Anlagen oder Maschinen dienen, aus dem Strömungspfad nach außen geführt und außerhalb der Leitung elektrisch angeschlossen. Die Montage ei­ ner derartigen beheizbaren Leitung ist besonders einfach, da keine zusätzlichen Leitungselemente erforderlich sind und auch zum Anschluß des Heizleiters außerhalb der zu beheizenden Lei­ tung Standardelemente verwendet werden können. Durch die Verle­ gung des elektrischen Anschlusses auf die Außenseite der Lei­ tung und in einem Abstand zur Ankopplung der Leitung an eine Anlage oder Maschine, kann auch ein Kontakt des Strömungsmedi­ ums mit den Anschlüssen des Heizleiters vermieden werden, was zur Betriebssicherheit beiträgt.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Anschlußstücke der erfindungsgemäßen beheizbaren Leitung auszugestalten. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Anschlußstücke mindestens drei Ein- bzw. Auslässe aufweisen, von denen mindestens einer als Heizleiterausführung dient. Im Hinblick auf eine einfache Mon­ tage ist eine T-förmige Ausgestaltung des Anschlußstücks vor­ teilhaft, da die Heizleiterausführung in diesem Falle besonders einfach zugänglich ist. Die Anschlußstücke können neben dem An­ koppeln der beheizbaren Leitung an Anlagen und Maschinen auch zur Verzweigung der Leitung dienen. In diesem Falle ist es be­ sonders vorteilhaft, wenn die Anschlußstücke kreuzförmig oder H-förmig ausgebildet sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungs­ gemäßen beheizbaren Leitung ist die Heizleiterausführung des Anschlußstücks mit mindestens einem Verschlußelement und minde­ stens einer diesem Verschlußelement zugeordneten Dichtung ver­ sehen. Der Heizleiter ist hier durch das Anschlußstück bzw. die Heizleiterausführung des Anschlußstücks und das Verschlußele­ ment nach außen geführt. Das Verschlußelement soll zusammen mit der Dichtung einen unkontrollierten Austritt des Strömungsmedi­ ums verhindern.

Beheizbare Leitungen der in Rede stehenden Art werden oftmals im Laborbereich oder zu Versuchszwecken verwendet. Sie sind da­ her nicht fest installiert, sondern werden wahlweise für ver­ schiedene Anlagen eingesetzt. In diesem Zusammenhang ist es be­ sonders vorteilhaft, wenn das Verschlußelement lösbar mit der Heizleiterausführung verbunden ist, also beispielsweise mit der Heizleiterausführung verschraubt ist, da der Ein- und Ausbau einer solchen Leitung und insbesondere des dazugehörigen Heiz­ leiters dann besonders einfach ist. Ein reversibel zusammen­ setzbarer und auseinandernehmbarer Aufbau ist auch im Hinblick auf den Austausch und Ersatz von Verschleißteilen, wie z. B. der Dichtungen, vorteilhaft.

Als Heizleiter kommen prinzipiell alle Heizelemente mit ent­ sprechender Geometrie in Frage. Randbedingungen sind also die Längenausdehnung des Heizleiters von einem Anschlußstück der beheizbaren Leitung bis zu mindestens dem nächsten Anschluß­ stück, die Querabmessungen des Heizelements, die den Durchfluß des Strömungsmediums nicht nachteilig beeinflussen dürfen, so­ wie die Materialeigenschaften des Heizelements bzw. dessen Iso­ lierung, die nicht durch das Strömungsmedium angegriffen werden darf. Beispielhaft seien hier ein Koaxialkabel oder auch ein Heizstab als Heizleiter aufgeführt.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfin­ dungsgemäßen beheizbaren Leitung ist der Heizleiter als Heiz­ band ausgeführt. Das Heizband weist mindestens zwei parallel verlaufende, in einen elektrisch leitenden Kunststoff eingegos­ sene Adern auf, wobei als Adern vorzugsweise Kupferleiter ver­ wendet werden. Der elektrisch leitende Kunststoff ist i.d.R. von einer weiteren Kunststoffschicht, die als Isolationsschicht dient, umgeben. Die Verwendung eines Heizbandes als Heizleiter ist in zweierlei Hinsicht von Vorteil. Zum einen ist lediglich eine einseitige elektrische Kontaktierung des Heizbandes erfor­ derlich, da ein Strom zwischen den beiden Adern des Heizbandes über den elektrisch leitenden Kunststoff fließt. Zum anderen stellt der elektrisch leitende Kunststoff einen hochohmigen Wi­ derstand dar, der zu einer guten und sich selbst regelnden Heizleistung des Heizbandes führt. Aufgrund dieser Selbstrege­ lung ist bei Verwendung eines Heizbandes als Heizleiter keine zusätzliche Regelung der Heizleistung erforderlich.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform umfaßt das Heizband auch einen Schutzleiter, der beispielsweise in Form eines Metallgeflechts in die Isolation des Heizbandes inte­ griert sein kann. Das Metallgeflecht dient dann gleichzeitig auch der Stabilisierung des Heizbandes. Zum Anschluß des Heiz­ bandes sind die Adern und ggf. der Schutzleiter an den Enden des Heizbandes freigelegt. Sie können mit Aderendhülsen und An­ schlußklemmen versehen sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Adern und ggf. der Schutzleiter an zumindest einem Ende des Heizbandes mit einer einen Teil einer Steckerverbindung bilden­ den Anschlußklemme versehen sind. Der elektrische Anschluß des Heizbandes ist dann auf einfache und ungefährliche Weise her­ stellbar und wieder lösbar. Wie bereits angedeutet ist bei Ver­ wendung eines Heizbandes lediglich ein einseitiger elektrischer Anschluß erforderlich. Aus Gründen der Montage und im Hinblick auf eine Mehrfachverwendung des Heizbandes ist es von Vorteil, wenn auch das nicht elektrisch angeschlossene Ende des Heizban­ des mit einer Anschlußklemme für einen Leitungsabschluß verse­ hen ist.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie­ genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und wei­ terzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Er­ läuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen be­ heizbaren Leitung für ein Strömungsmedium und

Fig. 2 ein Ende eines Heizbandes, welches als Heizleiter für eine erfindungsgemäße beheizbare Leitung präpariert ist.

Fig. 1 zeigt eine beheizbare Leitung 1 für ein Strömungsmedium mit einem durch eine Wandung definierten Strömungspfad 2. Die Wandung selbst ist hier durch gestrichelte Linien dargestellt, was andeuten soll, daß die Wandung wahlweise durch eine starre Rohrwandung oder auch eine flexible Schlauchwandung gebildet sein kann. Die beheizbare Leitung 1 umfaßt ferner einen elek­ trischen Heizleiter 3, und eine hier nicht näher dargestellte, den Strömungspfad 2 umgebende thermische Isolation. Endseitig ist jeweils ein Anschlußstück 4 zum Ankoppeln der Leitung 1 an Anlagen, Maschinen oder andere Leitungen bzw. weitere Leitungs­ abschnitte vorgesehen.

Erfindungsgemäß erstreckt sich der Heizleiter 3 frei, d. h. un­ abhängig von der Wandung, durch den Strömungspfad 2.

Der Heizleiter 3 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist durch die Anschlußstücke 4 aus dem Strömungspfad 2 nach außen geführt und außerhalb der Leitung 1 elektrisch ange­ schlossen. Die Anschlußstücke 4 sind dazu T-förmig ausgebildet. Zwei der in einer Achse liegenden Stutzen jedes Anschlußstücks 4 bilden einen Ein- und einen Auslaß 5 für das Strömungsmedium. Senkrecht zu dem Ein- und dem Auslaß 5 jedes Anschlußstücks 4 ist eine Heizleiterausführung 6 angeordnet, durch die die bei­ den Enden des Heizleiters 3 aus dem Strömungspfad 2 nach außen geführt sind.

Jede der beiden Heizleiterausführungen 6 ist im übrigen jeweils durch ein Verschlußelement 7 und eine diesem zugeordnete Dich­ tung, die hier nicht dargestellt ist, verschlossen, wodurch der unkontrollierte Austritt des Strömungsmediums aus der Leitung 1 verhindert wird. Das Verschlußelement 7 ist lösbar mit der Heizleiterausführung 6 verbunden, indem es mit der Heizleiterausführung 6 verschraubt ist, was durch ein Gewinde zwischen dem Verschlußelement 7 und der Heizleiterausführung 6 angedeutet ist.

Bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Heizleiter 3 als Heizband 12 ausgeführt. Das Ende eines solches Heizbandes 12 ist in der Fig. 2 dargestellt. Das Heizband 12 umfaßt zwei parallel verlaufende, in einen elektrisch leitenden Kunststoff 14 eingegossene Adern 13. Die Adern 13 sind hier als Kupferleiter ausgeführt. Der elektrisch leitende Kunststoff 14 ist von einer Isolationsschicht 15 ummantelt. Zwischen dem elektrisch leitenden Kunststoff 14 und der Isolationsschicht 15 oder in diese eingebettet ist ein Metallgeflecht als Schutzlei­ ter 16 angeordnet. Die Adern 13 sowie der Schutzleiter 16 sind endseitig freigelegt, d. h. die elektrische Isolation 15 wurde abgelöst. Das als Schutzleiter 16 dienende Metallgeflecht wurde anschließend aufgespleißt und verdrillt. Der elektrisch lei­ tende Kunststoff 14 wurde eingeschnitten und so abgelöst, daß die Adern 13 freigelegt sind. Sowohl der Schutzleiter 16 als auch die Adern 13 sind endseitig mit Aderendhülsen versehen.

In Fig. 1, die eine erfindungsgemäße beheizbare Leitung in mon­ tiertem Zustand zeigt, sind die beiden wie in Fig. 2 darge­ stellt präparierten Enden des Heizleiters 3 mit Anschlußklemmen 8 und 10 versehen. Die Anschlußklemme 8 bildet einen Teil einer Steckerverbindung 9 und dient dem elektrischen Anschluß des Heizleiters 3, in diesem Falle des Heizbandes. Die andere Anschlußklemme 10 ist mit einem Leitungsabschluß 11 verbunden, kann jedoch in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel al­ ternativ als Teil einer Steckerverbindung verwendet werden.

Zur Erläuterung sei hier noch folgendes angemerkt. In der Praxis wird zunächst die Länge der zu beheizenden Leitung fest­ gelegt, indem der Schlauch oder das Rohr entsprechend zuge­ schnitten und mit Anschlußstücken versehen wird. Anschließend wird das Heizband durch den Strömungspfad und die Anschluß­ stücke geführt. Die Heizleiterausführungen werden dann mit Ver­ schlußelementen und entsprechenden Dichtungen verschlossen. Die Montage der Elektroanschlüsse, d. h. der Anschlußklemmen erfolgt erst nach dem Einbau des Heizbandes. Die Elektroanschlüsse kön­ nen mehrmals gelöst und neu angeschlossen werden. Wird das Heizband allerdings nach längerem Betrieb aus einem An­ schlußstück gelöst, so ist es sinnvoll, bei erneuter Montage die Dichtung des Verschlußelements auszutauschen.

Hinsichtlich weiterer, in den Figuren nicht gezeigter Merkmale, wird auf den allgemeinen Teil der Beschreibung verwiesen.

Abschließend sei hervorgehoben, daß die erfindungsgemäße Lehre nicht auf das voran stehend erörterte Ausführungsbeispiel be­ schränkt ist. Die erfindungsgemäße Lehre läßt sich vielmehr auch bei anders ausgestalteten beheizbaren Leitungen für ein Strömungsmedium realisieren.

Claims (17)

1. Beheizbare Leitung für ein Strömungsmedium, insbesondere Schlauchleitung, mit einem durch eine Wandung definierten Strö­ mungspfad (2), einem elektrischen Heizleiter (3), einer den Strömungspfad (2) umgebenden thermischen Isolation und endsei­ tig vorgesehenen Anschlußstücken (4) zum Ankoppeln an Anlagen, Maschinen und andere Leitungen bzw. weitere Leitungsabschnitte, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Heiz­ leiter (3) frei, d. h. unabhängig von der Wandung, durch den Strömungspfad (2) erstreckt.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Heizleiter (3) durch die Anschlußstücke (4) aus dem Strömungs­ pfad (2) nach außen geführt und außerhalb der Leitung (1) elek­ trisch angeschlossen ist.

3. Leitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußstücke (4) mindestens drei Ein- bzw. Auslässe (5, 6) aufweisen, von denen mindestens einer als Heizleiterausführung (6) dient.

4. Leitung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußstücke (4) T-förmig ausgebildet sind.

5. Leitung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anschlußstücke kreuzförmig oder H-förmig aus­ gebildet sind.

6. Leitung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens ein Verschlußelement (7) für die Heiz­ leiterausführung (6) und mindestens eine dem Verschlußelement (7) zugeordnete Dichtung vorgesehen sind, wobei der Heizleiter (3) durch das Verschlußelement (7) nach außen geführt ist.

7. Leitung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschlußelement (7) lösbar mit der Heizleiterausführung (6) verbunden ist.

8. Leitung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Verschlußelement (7) mit der Heizleiteraus­ führung (6) verschraubt ist.

9. Leitung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Dichtung austauschbar ist.

10. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Heizleiter als Heizelement, Heizstab oder Ko­ axialkabel ausgeführt ist.

11. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Heizleiter (3) als Heizband (12) ausgeführt ist, welches mindestens zwei, parallel verlaufend in einen elektrischleitenden Kunststoff (14) eingegossene Adern (13), vorzugsweise in Form von Kupferleitern, aufweist.

12. Leitung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Heizband (12) einen Schutzleiter (16) umfaßt.

13. Leitung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Adern (13) und ggf. der Schutzleiter (16) an zumindest einem Ende des Heizbandes (12) freigelegt sind.

14. Leitung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die freigelegten Enden der Adern (13) und ggf. des Schutzleiters (16) mit Aderendhülsen (17) versehen sind.

15. Leitung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Adern (13) und ggf. der Schutzleiter (16) an den Enden mit Anschlußklemmen (8, 10) versehen sind.

16. Leitung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (13) und ggf. der Schutzleiter (16) an zumindest einem Ende des Heizbandes (12) mit einer einen Teil einer Steckerver­ bindung (9) bildenden Anschlußklemme (8) versehen sind.

17. Leitung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Adern (13) und ggf. der Schutzleiter (16) an zumindest einem Ende des Heizbandes (12) mit einer Anschlußklemme (10) für einen Leitungsabschluß (11) versehen sind.