WO2016012127A1 - Beheizbarer schlauch - Google Patents

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WO2016012127A1
WO2016012127A1 PCT/EP2015/061499 EP2015061499W WO2016012127A1 WO 2016012127 A1 WO2016012127 A1 WO 2016012127A1 EP 2015061499 W EP2015061499 W EP 2015061499W WO 2016012127 A1 WO2016012127 A1 WO 2016012127A1
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WO
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heating
conductor
heating conductor
inner volume
hose
Prior art date
Application number
PCT/EP2015/061499
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English (en)
French (fr)
Inventor
Gunther Daniel
Joachim Stein
Original Assignee
Contitech Techno-Chemie Gmbh
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Publication date
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Priority to EP15724647.1A priority patent/EP3172477A1/de
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L11/00—Hoses, i.e. flexible pipes
    • F16L11/04—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics
    • F16L11/12—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting
    • F16L11/127—Hoses, i.e. flexible pipes made of rubber or flexible plastics with arrangements for particular purposes, e.g. specially profiled, with protecting layer, heated, electrically conducting electrically conducting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L53/00—Heating of pipes or pipe systems; Cooling of pipes or pipe systems
    • F16L53/30—Heating of pipes or pipe systems
    • F16L53/35—Ohmic-resistance heating
    • F16L53/38—Ohmic-resistance heating using elongate electric heating elements, e.g. wires or ribbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/10—Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance

Definitions

  • the invention relates to a heatable hose for conducting fluid, gaseous and / or pasty media according to the preamble of claim 1 and a
  • Heated hoses are in particular as electrically heatable hoses, e.g. widely known for use in motor vehicles.
  • heated hoses are known in which a heated medium, e.g. is used in the form of a liquid. Depending on the temperature of this medium in relation to the guided in the tube medium, the latter can be heated or cooled. The medium flowing in these hoses between two connection points is heated or cooled by these hoses.
  • Liquids used in the exhaust aftertreatment of automotive diesel engines for the reduction of nitrogen oxides known as SCR (selective catalytic reduction) technology.
  • SCR selective catalytic reduction
  • AdBlue® AdBlue®
  • the heating may be required because the additive freezes at less than about minus 10 ° C.
  • An electrically heatable hose with at least one electrical heating conductor, which serves to heat a medium flowing in the hose, is known, for example, from DE 102 01 920 A1, wherein the heating conductor extends over at least a portion of the Hose length extends and consists of a metallic core and a sheath.
  • the heating conductor is usually embedded in a layer of the hose.
  • the heating element can also be arranged between two layers. In this type of heating of the fluid, the electrical heating conductor heats the tube material surrounding it as a whole.
  • the disadvantage here is that only a part of the heating power is transmitted to the interior of the hose and thus to the fluid. However, some of the heating power is transmitted to the outside and discharged to the environment unused, i. this part of the heating power represents a loss. Rather, this can be done by unwanted heating of other vehicle components that come into contact with the heated tube or can absorb heat from him.
  • EP 2 706 208 A1 relates to a connector with a housing having a
  • a heating zone is provided in the interior of the channel.
  • a heat-conducting element between the heating zone and the receiving space.
  • the heat element extends into the receiving space into it.
  • a seal assembly in the form of two O-rings is arranged and the heat element protrudes through the seal assembly.
  • EP 2 527 704 A1 relates to a connector for a fluid line comprising a housing having a connection piece which can be connected to a raw one and a
  • Connecting geometry which is connectable to a counter element has.
  • the housing has an outlet opening through which at least one auxiliary element is led out of the housing to the outside, wherein the
  • Auxiliary element is guided by an elastomeric body, which is at a
  • Pressurization parallel to the passage direction of the auxiliary member by the elastomeric body expands perpendicular to the passage direction and is optionally held by a holder means in the outlet opening.
  • the holding device can identify a cap which at least partially covers the outlet opening and which can be screwed onto the housing, bumped, pressed, glued or welded on.
  • the arrangement of the heat conductor disposed in the fluid can not be transferred to the application of the urea-based liquids in the SCR range, because they would chemically and / or physically attack both the jacket of the heat conductor and the elastomeric material seal.
  • First case would be to
  • An object of the present invention is to provide a heatable hose of the type described above, the heating conductor is arranged in the inner volume of the hose and coated in a fluid-resistant manner.
  • the object is achieved according fiction, by a heatable hose for conducting fluid, gaseous and or or pasty media with the features of claim 1 and a motor vehicle with the features of claim 12 solved.
  • the present invention relates to a heatable hose for conducting fluid, gaseous and / or pasty media having an outer wall enclosing an inner volume and a heating element disposed within the inner volume.
  • a heating element is thus directly in contact with the medium and can deliver its heating power consistently, directly and as best as possible to the latter. This reduces the heat loss to the environment and increases the efficiency of the heated hose.
  • the heating element is correspondingly cylindrical and floats, so to speak, freely in the medium such. a fluid urea solution of an SCR system.
  • the heating element has at least one first heating conductor, which is surrounded by a first heating conductor insulation with respect to the inner volume.
  • the heating conductor may be a media-carrying conductor, for example in the form of a tube, in which a heated medium such as a liquid is passed.
  • a heated medium such as a liquid
  • the electrical heating conductor may be a metallic or textile conductor.
  • the electrical heating conductor may contain an alloy of chromium-nickel or copper or consist solely of this alloy or this unalloyed material.
  • the textile conductor it is possible to use materials which have electrical conductivity, but at the same time flexibility a textile material.
  • the textile conductors may comprise fibers, which may be monofilaments or multifilaments, which may be formed as yarn or thread. These may form a linear textile conductor or be formed as a textile fabric.
  • the material used may be carbon such as carbon fibers or carbon nanotubes.
  • the heatable hose is characterized in that the first heat conductor insulation is surrounded by a second heat conductor insulation with respect to the internal volume.
  • the second heat conductor insulation surrounds the first heat conductor insulation, i. is disposed between the first heat conductor insulation and the inner volume.
  • the second heat conductor insulation offers the possibility to interpret them on their insulating effect against the medium, which is passed in the inner volume, out to change without the previous structure of the heat conductor and its first Schuleiterisolmaschine. This simplifies the application and reduces costs.
  • the design of the second heat conductor insulation may e.g. in terms of chemical resistance, e.g. against a fluid urea solution of an SCR system. Alternatively or additionally, the design with regard to the highest possible
  • Thermal conductivity take place in order to be able to pass on the heat from the electrical heating conductor with as little loss and as quickly as possible to the medium.
  • the design can be made in terms of high pressure resistance, if the medium is passed under high pressure. The invention is based on the finding that by the second
  • the heating element has at least one second (heating) conductor, which is surrounded by a first heat conductor insulation with respect to the inner volume.
  • This conductor can also be designed as a heating conductor. As a result, the heating power can be increased, approximately doubled.
  • this second conductor may also have another function, such as e.g. have the signal transmission. Also, this way can be dispensed with separate lines outside the hose, which simplifies the structure. Furthermore, guided inside the hose lines are protected against external influences.
  • the first heating conductor and the second heating conductor are common to the inner volume of the second
  • Heating conductor insulation surrounded. This simplifies the construction and holds the two heating conductors together.
  • the first one is
  • Heating conductor a first electrical heating conductor and / or the second heating conductor, a second electrical heating conductor in the form of an electrically conductive cable, an electrically conductive thread or an electrically conductive element.
  • a metallic conductor understood, preferably made of copper, which may consist of a single or more, preferably twisted together strands.
  • An electrically conductive thread is a textile electrically conductive element such as e.g. made of an electrically conductive plastic material.
  • An electrically conductive element may e.g. be a substantially punctiform heating element, which is fed by electrical leads and its heating power gives off locally while a cable or a thread have a uniform cross-section and their heat output over their length in the
  • the first electrical heating conductor and / or the second electrical heating conductor is or are a PTC resistor.
  • a PTC resistor (Positive Temperature Coefficient) has an electrically conductive material which can conduct the current better at lower temperatures than at high temperatures. Its electrical resistance increases with increasing temperature. This type of resistor thus has a positive temperature coefficient. This is advantageous for this application because the electrical heating element (s) are to be operated in a heated environment, ie they are permanently exposed to their own heat during their use and are operated therein.
  • the outer wall comprises an elastomer, a plastic, in particular a polyamide (PA), in particular PA 12 or polyphthalamide (PPA) or polyphenylene sulfide (PPS), or a polyurethane.
  • a plastic in particular a polyamide (PA), in particular PA 12 or polyphthalamide (PPA) or polyphenylene sulfide (PPS), or a polyurethane.
  • PA polyamide
  • PPA polyphthalamide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • polyurethane a polyurethane.
  • the use of elastomers is advantageous because of their elasticity.
  • plastics, and especially polyamides is advantageous because of their excellent strength and toughness. Furthermore, they have good chemical and physical resistance to organic solvents and they are easy to process.
  • Polyamide 12 is particularly due to its chemical and
  • PA 12 has good resistance to hydrolysis so that the physical characteristics of the material can be maintained even with a durable use of e.g. 3.000h to 5.000h decrease relatively less than other polyamides.
  • the plastics PPA and PPS are suitable for applications at higher temperatures and are also very good (laser) weldable
  • the second heat conductor insulation comprises an elastomer, a plastic, in particular a polyamide (PA), in particular PA 12 or polyphthalamide (PPA) or polyphenylene sulfide (PPS), or a polyurethane.
  • PA polyamide
  • PPA polyphthalamide
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the outer wall and at least the second heat conductor insulation are connected via an adapter element.
  • the electrically heatable hose can be connected to other elements such as other hoses or aggregates.
  • the adapter element also has a passage in order to be able to guide the fluid into or out of the inner volume into the inner volume and to be able to exchange it with the other hoses or aggregates.
  • the adapter element is a quick-connection element (Quick connector), which simplifies the assembly of the electrically heatable tube and thereby accelerated.
  • the adapter element has an adapter body which is connected to the second heat conductor insulation by means of a
  • This cohesive connection is connected.
  • This cohesive connection increases the tightness of this connection, so that in particular at higher pressures of the medium, the tightness remains.
  • separate sealing elements such as e.g. an O-ring can be omitted, which simplifies the structure.
  • the substance is conclusive
  • Laser and spin welding is preferably used in a second heat conductor insulation made of polyamide, an adhesive bond, in particular in a second
  • the present invention also relates to a motor vehicle with a heatable hose as described above. In this way, the advantages described above can be used in a motor vehicle, in particular in an SCR system of a motor vehicle.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of a fiction, heated
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of a fiction, heated
  • Hose according to a second embodiment.
  • Fig. 1 shows a schematic sectional view of a heatable hose 1 according to the invention according to a first embodiment.
  • the heatable hose 1 is formed cylindrically along a longitudinal axis L and shown with an open end on the left and an end provided with an adapter element 3 on the right.
  • the heatable hose 1 has an elastic outer wall 10 made of an elastomeric material, which encloses an inner volume 11, which is further limited in this illustration on the right side by the adapter element 3 and open to the left. Within this inner volume 11, a medium such as e.g. a fluid are passed. In an SCR system, the SCR hose 1 conducts an aqueous
  • a heating element 2 is arranged in the form of an electric heating element 2, which is arranged in the radial direction R evenly spaced from the inside of the outer wall 10.
  • the electrical heating element 2 has a first electrical heating conductor 20a in the form of a thin copper cable or a thin copper-containing cable, which can be flowed through by current in order to generate electrical heat losses and use them to heat the fluid in the inner volume 11.
  • the first electrical heating conductor 20a is encased by a first heating conductor insulation 21, which fundamentally chemically insulates it against liquids and at the same time allows good heat transfer to the interior volume 11.
  • the first heating conductor insulation 21 is covered by a second heating conductor insulation 22, which additionally chemically insulates the first heating conductor insulation 21 from the inner volume 11 or the fluid such as the aqueous urea solution in particular.
  • the advantage of direct heat transfer of the free-floating electrical heating element 2 can also be used in applications with chemically aggressive fluids such as the aqueous urea solution of an SCR system.
  • the adapter element 3 has an adapter body 30, which by means of a
  • cohesive connection 31 such as e.g. a laser or rotary welding connection 31 or an adhesive connection 31 is pressure-tightly connected to the second heating conductor insulation 22.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of a heatable hose 1 according to the invention in accordance with a second embodiment.
  • a second electrical heating conductor 20b is additionally arranged within the second heating conductor insulation 22, in order to increase the electrical heat losses and thus the heating power.
  • the second electrical heating conductor 20b is likewise encased by the first heating conductor insulation 21.
  • the two heating conductors 20a, 20b are sheathed jointly in this embodiment by the first heating conductor insulation 21 and then by the second heating conductor insulation 22.
  • the two heating conductors 20a, 20b may also be spatially separate from the same first heating conductor insulation 21 or also from different first ones
  • the second electrical heating conductor 20b may also be used as the electrical conductor 20b for other purposes such as signal transmission or electrical feeding of an electrical heating element (not shown). Then, the electrical resistance of the second electrical conductor 20b is adjusted accordingly, so that the lowest possible loss of electrical energy transmission is in the foreground instead of generating electric current heat losses.
  • connection body 30 adapter body, connection body

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen beheizbaren Schlauch (1) zur Leitung fluider, gasförmiger und bzw. oder pastöser Medien mit einer Außenwand (10), die ein Innenvolumen (11) einschließt, und einem Heizelement (2), welches innerhalb des Innenvolumens (11) angeordnet ist, wobei das Heizelement (2) wenigstens einen ersten Heizleiter (20a) aufweist, welcher von einer ersten Heizleiterisolierung (21) gegenüber dem Innenvolumen (11) umgeben wird. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizleiterisolierung (21) gegenüber dem Innenvolumen (11) von einer zweiten Heizleiterisolierung (22) umgeben wird.

Description

Beschreibung
Beheizbarer Schlauch
Die Erfindung betrifft einen beheizbaren Schlauch zur Leitung fluider, gasförmiger und bzw. oder pastöser Medien gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein
Kraftfahrzeug mit einem derartigen beheizbaren Schlauch gemäß dem Anspruch 12. Beheizbare Schläuche sind insbesondere als elektrisch beheizbare Schläuche z.B. für den Einsatz in Kraftfahrzeugen vielfältig bekannt. Alternativ sind beheizbare Schläuche bekannt, bei denen ein erwärmtes Medium z.B. in Form einer Flüssigkeit verwendet wird. Je nach Temperatur dieses Mediums in Relation zum im Schlauch geführten Medium kann letzteres erwärmt oder auch gekühlt werden. Das in diesen Schläuchen zwischen zwei Anschlussstellen fließende Medium wird von diesen Schläuchen beheizt bzw. gekühlt.
Eine Anwendung hierfür ist z.B. das Erwärmen von auf Harnstoff basierenden
Flüssigkeiten, die bei der Abgasnachbehandlung von Automobil-Dieselmotoren zur Reduktion der Stickoxide eingesetzt werden, bekannt als SCR- Technologie (selective catalytic reduction). Ein derartiges Additiv ist unter dem Markennamen AdBlue® bekannt. Die Erwärmung kann erforderlich sein, weil das Additiv bei weniger als ca. minus 10°C gefriert.
Ein elektrisch beheizbarer Schlauch mit wenigstens einem elektrischen Heizleiter, welcher der Erwärmung eines im Schlauch fließenden Mediums dient, ist z.B. aus der DE 102 01 920 AI bekannt, wobei sich der Heizleiter über zumindest einen Teilbereich der Schlauchlänge erstreckt und aus einer metallischen Seele und einer Ummantelung besteht. Der Heizleiter ist üblicherweise in einer Schicht des Schlauches eingebettet. Bei einem mehrschichtigen Schlauch kann der Heizleiter auch zwischen zwei Schichten angeordnet sein. Bei dieser Art der Erwärmung des Fluids erwärmt der elektrische Heizleiter das ihn umgebende Schlauchmaterial insgesamt.
Nachteilig ist dabei, dass nur ein Teil der Heizleistung in das Innere des Schlauches und damit auf das Fluid übertragen wird. Ein Teil der Heizleistung wird jedoch nach außen übertragen und ungenutzt an die Umgebung abgegeben, d.h. dieser Teil der Heizleistung stellt einen Verlust dar. Vielmehr kann hierdurch eine ungewollte Erwärmung weiterer Fahrzeugkomponenten erfolgen, die mit dem beheizbaren Schlauch in Kontakt kommen bzw. von ihm Wärme aufnehmen können.
Der Einsatz beheizbarer Schläuche ist auch für Scheibenwischanlagen bekannt, um dort das Einfrieren des Wischwassers zu verhindern bzw. das gefrorene Wischwasser schneller bzw. überhaupt wieder aufzutauen. Bei derartigen vergleichsweise dünnen Schläuchen wird der Heizleiter mit einer Ummantelung, die ihn gegen das Wischwasser elektrisch isoliert, innerhalb der Schlauchleitung geführt. Der ummantelte Heizleiter ist dabei lose innerhalb des Innenvolumens des Schlauches angeordnet, sozusagen freischwebend im Wischwasser. An den Enden der Schlauchleitung wird der ummantelte Heizleiter z.B. an den Anschlüssen aus dem Wischwasser herausgeführt. Diese Durchgänge des ummantelten Heizleiters durch die Anschlüsse sind üblicherweise mittels O-Ringen aus
Elastomermaterial oder mittels eines elastomeren Körpers abgedichtet. Die EP 2 706 208 AI betrifft einen Steckverbinder mit einem Gehäuse, das einen
Aufnahmeraum, einen Anschlussstutzen und einen den Aufnahmeraum und den
Anschlussstutzen verbindenden Kanal aufweist, wobei im Innen des Kanals eine Heizzone vorgesehen ist. Zur schnellen Erwärmung einer Flüssigkeitsleitung mit einem derartigen Steckverbinder ist vorgesehen, das ein Wärmeleitelement zwischen der Heizzone und dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Das Wärmeelement erstreckt sich in den Aufnahmeraum hinein. Im Aufnahmeraum ist eine Dichtungsanordnung in Form von zwei O-Ringen angeordnet und das Wärmeelement ragt durch die Dichtungsanordnung hindurch.
Die EP 2 527 704 AI betrifft einen Verbinder für eine Fluidleitung mit einem Gehäuse, das einen Anschlussstutzen, der mit einem roher verbindbar ist, und eine
Verbindungsgeometrie, die mit einem Gegenelement verbindbar ist, aufweist. Um ein Hilfselement aus einer Fluidleitung herausführen zu können und das Risiko einer Leckage klein zu halten, ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Austrittsöffnung aufweist, durch die mindestens ein Hilfselement aus dem Gehäuse nach außen geführt ist, wobei das
Hilfselement durch einen elastomeren Körper geführt ist, der sich bei einer
Druckbeaufschlagung parallel zur Durchtrittsrichtung des Hilfselements durch den elastomeren Körper senkrecht zur Durchtrittsrichtung ausdehnt und der gegebenenfalls durch eine Haltereinrichtung in der Austrittsöffnung gehalten ist. Die Halteeinrichtung kann eine Kappe ausweisen, die die Austrittsöffnung zumindest teilweise überdeckt und die auf das Gehäuse aufgeschraubt, aufgeprellt, aufgepresst, aufgeklebt oder aufgeschweißt sein kann.
Vorteilhaft ist bei diesem im Fluid angeordneten ummantelten Heizleiter gegenüber der Anordnung innerhalb der Außenwand des Schlauches, dass die elektrisch erzeugte Wärme vollständig an das den Heizleiter umgebende Wischwasser abgegeben wird.
Jedoch lässt sich die Anordnung des im Fluid angeordneten Heizleiters nicht auf den Anwendungsfall der Harnstoff basierenden Flüssigkeiten im SCR-Bereich übertragen, weil diese chemisch und bzw. oder physikalisch sowohl die Ummantelung des Heizleiters als auch die Dichtung aus Elastomermaterial angreifen würden. Ersterer Fall würde zur
Beeinträchtigung bis Zerstörung des Heizleiters führen, der zweite Fall zu Undichtigkeiten.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen beheizbaren Schlauch der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, dessen Heizleiter im Innenvolumen des Schlauches angeordnet und fluidbeständig ummantelt ist. Die Aufgabe wird erfindungs gemäß durch einen beheizbaren Schlauch zur Leitung fluider, gasförmiger und bzw. oder pastöser Medien mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß Anspruch 12gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung einen beheizbaren Schlauch zur Leitung fluider, gasförmiger und bzw. oder pastöser Medien mit einer Außenwand, die ein Innenvolumen einschließt, und einem Heizelement, welches innerhalb des Innenvolumens angeordnet ist. Dies ist vorteilhaft, weil das Heizelement hierdurch direkt mit dem Medium in Kontakt steht und seine Heizleistung durchgängig, direkt und bestmöglich an dieses abgeben kann. Dies reduziert die Wärmeverluste an die Umgebung und erhöht den Wirkungsgrad des beheizbaren Schlauches. Bei einem zylindrischen Schlauch ist das Heizelement entsprechend zylindrisch ausgebildet und schwebt sozusagen frei im Medium wie z.B. einer fluiden Harnstofflösung eines SCR-Systems.
Das Heizelement weist wenigstens einen ersten Heizleiter auf, welcher von einer ersten Heizleiterisolierung gegenüber dem Innenvolumen umgeben wird. Der Heizleiter kann ein medienführender Leiter z.B. in Form eines Schlauches sein, in dem ein erhitztes Medium wie z.B. eine Flüssigkeit geleitet wird. Als elektrischer Heizleiter ist dieser zum einen elektrisch leitfähig, um elektrischen Strom über sich leiten zu können, weist jedoch zum anderen einen derart hohen elektrischen Widerstand auf, dass ausreichend elektrische Stromwärmeverluste erzeugt werden, um das umgebende Medium für den jeweiligen Anwendungsfall ausreichend zu erwärmen. Der elektrische Heizleiter kann ein metallischer oder textiler Leiter sein. Beispielsweise kann der elektrische Heizleiter eine Legierung aus Chrom-Nickel oder Kupfer enthalten oder alleinig aus dieser Legierung oder diesem unlegierten Material bestehen. Vorteilhaft ist hierbei, dass diese Metalle einen vergleichbar hohen elektrischen Widerstand aufweisen und hierdurch höhere elektrische Strom-Wärme- Verluste erzeugen können als Metalle mit niedrigem elektrischem Widerstand. Als textiler Leiter können Materialien verwenden werden, welche eine elektrische Leitfähigkeit aufweisen, aber gleichzeitig die Flexibilität eines textilen Materials aufweisen. Die textilen Leiter können Fasern aufweisen, die Monofilamente oder Multifilamente sein können, welche als Garn oder Zwirn ausgebildet sein können. Diese können einen linienförmigen textilen Leiter bilden oder als textile Flächengebilde ausgebildet sein. Als Material können Kohlenstoffe wie z.B. Karbon- Fasern oder Kohlenstoffnanoröhrchen (Carbon Nano Tubes) verwendet werden.
Der beheizbare Schlauch ist dadurch gekennzeichnet, dass die erste Heizleiterisolierung gegenüber dem Innenvolumen von einer zweiten Heizleiterisolierung umgeben wird. Die zweite Heizleiterisolierung umgibt dabei die erste Heizleiterisolierung, d.h. ist zwischen der ersten Heizleiterisolierung und dem Innenvolumen angeordnet.
Die zweite Heizleiterisolierung bietet die Möglichkeit, sie auf ihre Isolierwirkung gegenüber dem Medium, welches im Innenvolumen geleitet wird, hin auszulegen, ohne den bisherigen Aufbau des Heizleiters und seiner ersten Heizleiterisolierung zu verändern. Dies vereinfacht die Anwendung und reduziert die Kosten.
Die Auslegung der zweiten Heizleiterisolierung kann z.B. hinsichtlich der chemischen Beständigkeit z.B. gegenüber einer fluiden Harnstofflösung eines SCR-Systems erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann die Auslegung hinsichtlich einer möglichst hohen
Wärmeleitfähigkeit erfolgen, um die Wärme vom elektrischen Heizleiter möglichst verlustarm und schnell an das Medium weiterleiten zu können. Alternativ oder zusätzlich kann die Auslegung hinsichtlich einer hohen Druckbeständigkeit erfolgen, falls das Medium unter hohem Druck geleitet wird. Der Erfindung liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, dass durch die zweite
Heizleiterisolierung eine übliche und z.B. für Scheibenwischeranlagen bekannte
Anordnung zum Erwärmen des Wischwassers einfach und kostengünstig zur Anwendung z.B. in der SCR-Technologie weitergebildet und hierdurch auch auf diesem Gebiet die Vorteile der möglichst direkten und vollständigen Wärmeabgabe an die
Harnstoffflüssigkeit genutzt werden können. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Heizelement wenigstens einen zweiten (Heiz-)Leiter auf, welcher von einer ersten Heizleiterisolierung gegenüber dem Innenvolumen umgeben wird. Dieser Leiter kann ebenfalls als Heizleiter ausgebildet sein. Hierdurch kann die Heizleistung erhöht, in etwa verdoppelt, werden. Auch entstehen mehr Möglichkeiten zur Erzeugung der elektrischen Erwärmung, weil auch zwei
unterschiedliche Heizleiter miteinander kombiniert eingesetzt werden können. Alternativ kann dieser zweite Leiter aber auch eine andere Funktion wie z.B. die Signalübertragung haben. Auch diese Weise kann auf separate Leitungen außerhalb des Schlauches verzichtet werden, was den Aufbau vereinfacht. Ferner sind innerhalb des Schlauches geführte Leitungen gegen äußere Einflüsse geschützt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden der erste Heizleiter und der zweite Heizleiter gegenüber dem Innenvolumen gemeinsam von der zweiten
Heizleiterisolierung umgeben. Dies vereinfacht den Aufbau und hält die beiden Heizleiter zusammen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bzw. sind der erste
Heizleiter ein erster elektrische Heizleiter und bzw. oder der zweite Heizleiter ein zweiter elektrische Heizleiter in Form eines elektrisch leitfähigen Kabels, eines elektrisch leitfähigen Fadens oder eines elektrisch leitfähigen Elements. Unter einem Kabel wird ein metallischer Leiter verstanden, vorzugsweise aus Kupfer, welcher aus einer einzigen oder mehreren, vorzugsweise miteinander verzwirnten Litzen bestehen kann. Ein elektrisch leitfähiger Faden ist ein textiles elektrisch leitfähiges Element wie z.B. aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoffmaterial. Ein elektrisch leitfähiges Element kann z.B. ein im Wesentlichen punktförmiges Heizelement sein, welches über elektrische Zuleitungen gespeist wird und seine Heizleistung lokal abgibt während ein Kabel oder ein Faden eine gleichmäßigen Querschnitt aufweisen und ihre Heizleistung über ihre Länge im
Wesentlichen gleichbleibend abgeben. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist bzw. sind der erste elektrische Heizleiter und bzw. oder der zweite elektrische Heizleiter ein PTC- Widerstand. Ein PTC- Widerstand (Positive Temperature Coefficient) weist ein stromleitendes Material auf, welches bei tieferen Temperaturen den Strom besser leiten kann als bei hohen Temperaturen. Sein elektrischer Widerstand vergrößert sich bei steigender Temperatur. Diese Art von Widerständen besitzt somit einen positiven Temperaturkoeffizienten. Dies ist für diese Anwendung vorteilhaft, weil der bzw. die elektrische(n) Heizleiter in einer erwärmten Umgebung betrieben werden sollen, d.h. sie während ihres Einsatzes dauerhaft ihrer eigenen Wärme ausgesetzt sind und in dieser betrieben werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Außenwand ein Elastomer, einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid (PA), insbesondere PA 12 oder Polyphthalamid (PPA) oder Polyphenylensulfid (PPS), oder ein Polyurethan auf. Die Verwendung von Elastomeren ist aufgrund ihrer Elastizität vorteilhaft. Die Verwendung von Kunststoffen und insbesondere Polyamiden ist aufgrund ihrer hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit vorteilhaft. Ferner weisen sie eine gute chemische und physikalische Beständigkeit gegenüber organischen Lösungsmitteln auf und sie lassen sich gut verarbeiten. Polyamid 12 ist insbesondere aufgrund seiner chemischen und
physikalischen Beständigkeit zur Verwendung mit dem Medium Harnstofflösung geeignet und langzeiterprobt. Beispielsweise weist PA 12 eine gute Hydrolysebeständigkeit auf, so dass die physikalischen Kennwerte des Materials auch bei einem dauerhaften Einsatz von z.B. 3.000h bis 5.000h vergleichsweise geringer abnehmen als bei anderen Polyamiden. Die Kunststoffe PPA und PPS eignen sich für Anwendungen bei höheren Temperaturen und sind ferner sehr gut (laser-)schweißbar
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die erste
Heizleiterisolierung ein Fluorcarbon, ein Perfluor (Ethylen-Propylen-) Kunststoff (FEP), ein modifiziertes Fluoralkoxy (MFA) oder ein Perfluoralkoxylalkan (PFA),, auf.
Fluorcarbone zeichen sich durch ihren wasserabweisenden Charakter aus. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von FEP (auch Fluorinated Ethylene Propylene), welches als wasserabweisende Beschichtung für flexible Substrate eingesetzt wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die zweite Heizleiterisolierung ein Elastomer, einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid (PA), insbesondere PA 12 oder Polyphthalamid (PPA) oder Polyphenylensulfid (PPS), oder ein Polyurethan aufweist. Für die Heizleiterisolierung gelten die gleichen Eigenschaften und Vorteile wie bereits zuvor bzgl. der Außenwand beschrieben.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Außenwand und wenigstens die zweite Heizleiterisolierung über ein Adapterelement verbunden. Über dieses Adapterelement kann der elektrisch beheizbare Schlauch mit anderen Elementen wie weiteren Schläuchen oder Aggregaten verbunden werden. Das Adapterelement weist dabei auch einen Durchlass auf, um das Fluid in das Innenvolumen hinein bzw. aus dem Innenvolumen heraus leiten und mit den anderen Schläuchen bzw. Aggregaten austauschen zu können. Vorzugsweise ist das Adapterelement ein Schnell- Verbindungselement (Quick- Connector), welches die Montage des elektrisch beheizbaren Schlauches vereinfacht und hierdurch beschleunigt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Adapterelement einen Adapterkörper auf, der mit der zweiten Heizleiterisolierung mittels einer
stoffschlüssigen Verbindung verbunden ist. Diese stoffschlüssige Verbindung erhöht die Dichtigkeit dieser Verbindung, so dass insbesondere bei höheren Drücken des Mediums die Dichtigkeit gegeben bleibt. Ferner kann auf separate Dichtungselemente wie z.B. einen O-Ring verzichtet werden, was den Aufbau vereinfacht.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Stoff schlüssige
Verbindung eine Laserschweißverbindung, eine Rotationsschweißverbindung oder eine Klebeverbindung. Alle diese Verbindungsarten führen zu einer drucksicheren Verbindung. Laser- und Rotationsschweißen wird vorzugsweise bei einer zweiten Heizleiterisolierung aus Polyamid eingesetzt, eine Klebeverbindung insbesondere bei einer zweiten
Heizleiterisolierung aus Elastomermaterial, Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem beheizbaren Schlauch wie zuvor beschrieben. Auf diese Weise können die zuvor beschriebenen Vorteile bei einem Kraftfahrzeug, insbesondere bei einem SCR-System eines Kraftfahrzeugs, genutzt werden.
Zwei Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungs gemäßen beheizbaren
Schlauches gemäß einer ersten Ausführungsform; und
Fig. 2 eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungs gemäßen beheizbaren
Schlauches gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen beheizbaren Schlauches 1 gemäß einer ersten Ausführungsform. Der beheizbare Schlauch 1 ist zylindrisch entlang einer Längsachse L ausgebildet und mit einem offenen Ende links und einem mit einem Adapterelement 3 versehen Ende rechts dargestellt.
Der beheizbare Schlauch 1 weist eine elastische Außenwand 10 aus einem elastomeren Material auf, welche ein Innenvolumen 11 einschließt, welches in dieser Darstellung auf der rechten Seite ferner durch das Adapterelement 3 begrenzt und nach links hin offen dargestellt ist. Innerhalb dieses Innenvolumens 11 kann ein Medium wie z.B. ein Fluid geleitet werden. Bei einem SCR-System leitet der SCR-Schlauch 1 eine wässrige
Harnstofflösung als Fluid.
Weitestgehend freischwebend im Innenvolumen 11 bzw. Fluid ist auf der Längsachse L ein Heizelement 2 in Form eines elektrischen Heizelements 2 angeordnet, welches in radialer Richtung R gleichmäßig zur Innenseite der Außenwand 10 beabstandet angeordnet ist. Diese Anordnung ist jedoch schematisch zum besseren Verständnis derart dargestellt, da das freischwebende elektrische Heizelement 2 sich an den Verlauf des Schlauches 1 anpasst, welcher je nach Anwendungsfall auch gebogen sein kann. Das elektrische Heizelement 2 weist in diesem ersten Ausführungsbeispiel einen ersten elektrischen Heizleiter 20a in Form eines dünnen Kupferkabels oder eines dünnen kupferhaltigen Kabels auf, welches von Strom durchflössen werden kann, um elektrische Wärmeverluste zu erzeugen und mit diesen das Fluid im Innenvolumen 11 zu erwärmen. Der erste elektrische Heizleiter 20a ist von einer ersten Heizleiterisolierung 21 ummantelt, die ihn grundsätzlich gegen Flüssigkeiten chemisch isoliert und gleichzeitig eine gute Wärmeübertragung zum Innenvolumen 11 hin ermöglicht. Erfindungsgemäß ist die erste Heizleiterisolierung 21 von einer zweiten Heizleiterisolierung 22 überzogen, die die erste Heizleiterisolierung 21 gegenüber dem Innenvolumen 11 bzw. dem Fluid wie z.B. der wässrigen Harnstofflösung zusätzlich insbesondere chemisch isoliert. Auf diese Weise kann der Vorteil der direkten Wärmeübertragung des freischwebenden elektrischen Heizelements 2 auch bei Anwendungen mit chemisch aggressiven Fluiden wie der wässrigen Harnstofflösung eines SCR-Systems genutzt werden.
Das Adapterelement 3 weist einen Adapterkörper 30 auf, welcher mittels einer
stoffschlüssigen Verbindung 31 wie z.B. einer Laser- bzw. Rotationsschweißverbindung 31 oder einer Klebeverbindung 31 mit der zweiten Heizleiterisolierung 22 druckdicht verbunden ist.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen beheizbaren Schlauches 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Hier ist zusätzlich ein zweiter elektrische Heizleiter 20b innerhalb der zweiten Heizleiterisolierung 22 angeordnet, um die elektrischen Wärmeverluste und damit die Heizleistung zu erhöhen. Der zweite elektrische Heizleiter 20b ist ebenfalls von der ersten Heizleiterisolierung 21 ummantelt. Dabei sind die beiden Heizleiter 20a, 20b in diesem Ausführungsbeispiel gemeinsam von der ersten Heizleiterisolierung 21 und dann von der zweiten Heizleiterisolierung 22 ummantelt. Alternativ können die beiden Heizleiter 20a, 20b auch jeweils räumlich separat von der gleichen ersten Heizleiterisolierung 21 oder auch von unterschiedlichen ersten
Heizleiterisolierungen 21 ummantelt sein und dann von der gemeinsamen zweiten
Heizleiterisolierung 22, welche in diesem Fall die beiden ersten Heizleiterisolierungen 21 voneinander trennt, d.h. auch zwischen den beiden 20a, 20b angeordnet ist. Dies kann die Herstellung vereinfachen, weil die beiden Heizleiter 20a, 20b mit ihrer jeweiligen ersten Heizleiterisolierung 21 separat hergestellt werden können und erst danach innerhalb der zweiten Heizleiterisolierung 22 zusammengeführt werden.
Alternativ kann der zweite elektrische Heizleiter 20b auch als elektrischer Leiter 20b zu anderen Zwecken wie z.B. der Signalübertragung oder elektrischen Speisung eines elektrischen Heizelementes (nicht dargestellt) verwendet werden. Dann ist der elektrische Widerstand des zweiten elektrischen Leiters 20b entsprechend eingestellt, so dass die möglichst verlustarme Übertragung der elektrischen Energie im Vordergrund steht anstelle der Erzeugung elektrische Stromwärmeverluste.
Bezugszeichenliste
(Teil der Beschreibung)
L Längsachse
R radiale Richtung, senkrecht zur Längsachse L
1 (elektrisch) beheizbarer Schlauch, SCR-Schlauch
10 Außenwand
11 Innenvolumen
2 (elektrisches) Heizelement
20a erster (elektrischer) Heizleiter
20b zweiter (elektrischer) (Heiz-)Leiter
21 erste Heizleiterisolierung
22 zweite Heizleiterisolierung
3 Adapterelement, Anschlusselement, Quick-Connector
30 Adapterkörper, Anschlusskörper
31 stoffschlüssige Verbindung zwischen zweiter Heizleiterisolierung 22 und Adapterkörper 30, Laserschweißverbindung, Rotationsschweißverbindung, Klebeverbindung

Claims

Patentansprüche
1. Beheizbarer Schlauch (1) zur Leitung fluider, gasförmiger und/oder pastöser Medien, mit
einer Außenwand (10), die ein Innenvolumen (11) einschließt, und
einem Heizelement (2), welches innerhalb des Innenvolumens (11) angeordnet ist, wobei das Heizelement (2) wenigstens einen ersten Heizleiter (20a) aufweist, welcher von einer ersten Heizleiterisolierung (21) gegenüber dem Innenvolumen (11) umgeben wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
die erste Heizleiterisolierung (21) gegenüber dem Innenvolumen (11) von einer zweiten Heizleiterisolierung (22) umgeben wird.
2. Beheizbarer Schlauch (1) nach Anspruch 1,
wobei das Heizelement (2) wenigstens einen zweiten (Heiz-)Leiter (20b) aufweist, welcher von einer ersten Heizleiterisolierung (21) gegenüber dem Innenvolumen (11) umgeben wird,
3. Beheizbarer Schlauch (1) nach Anspruch 2,
wobei der erste Heizleiter (20a) und der zweite (Heiz-)Leiter (20b) gegenüber dem Innenvolumen (11) gemeinsam von der zweiten Heizleiterisolierung (22) umgeben werden.
4. Beheizbarer Schlauch (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei der erste Heizleiter (20a) ein erster elektrische Heizleiter (20a) und/oder der zweite (Heiz-)Leiter (20b) ein zweiter elektrische Heizleiter (20b) in Form eines elektrischen leitfähigen Kabels, eines elektrisch leitfähigen Fadens oder eines elektrisch leitfähigen Elements ist/sind.
5. Beheizbarer Schlauch (1) nach Anspruch 4, wobei der erste elektrische Heizleiter (20a) und/oder der zweite elektrische (Heiz- )Leiter (20b) ein PTC -Widerstand ist/sind.
6. Beheizbarer Schlauch (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Außenwand (10) ein Elastomer, einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid (PA), insbesondere PA 12 oder Polyphthalamid (PPA) oder
Polyphenylensulfid (PPS), oder ein Polyurethan aufweist.
7. Beheizbarer Schlauch (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die erste Heizleiterisolierung (21) ein Fluorcarbon, insbesondere ein Perfluor (Ethylen-Propylen-) Kunststoff (FEP), ein modifiziertes Fluoralkoxy (MFA) oder ein Perfluoralkoxylalkan (PFA), aufweist.
8. Beheizbarer Schlauch (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die zweite Heizleiterisolierung (22) ein Elastomer, einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid (PA), insbesondere PA 12 oder Polyphthalamid (PPA) oder Polyphenylensulfid (PPS), oder ein Polyurethan aufweist.
9. Beheizbarer Schlauch (1) nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Außenwand (10) und wenigstens die zweite Heizleiterisolierung (22) über ein Adapterelement (3) verbunden sind.
10. Beheizbarer Schlauch (1) nach Anspruch 9,
wobei das Adapterelement (3) einen Adapterkörper (30) aufweist, der mit der zweiten Heizleiterisolierung (22) mittels einer stoffschlüssigen Verbindung (31) verbunden ist.
11. Beheizbarer Schlauch (1) nach Anspruch 10,
wobei die stoffschlüssige Verbindung (31) eine Laserschweißverbindung (31), eine Rotationsschweißverbindung (31) oder eine Klebeverbindung (31) ist. Kraftfahrzeug, mit,
einem beheizbaren Schlauch (1) nach einem der vorherigen Ansprüche
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