Die Erfindung betrifft eine thermisch isolierte, beheizbare und flexible Fluidleitung, umfassend eine Tragschicht, eine Heizeinrichtung und eine Isolationsschicht

Derartige oder ähnliche Fluidleitungen sind aus den Druckschriften DE 103 44 137 A1 , DE 102 01 920 A1 , DE 10 2006 006 211 B3 und DE 20 2004 018 697 U1 bekannt

Die herkömmlichen Fluidleitungen sind bei kleinen Fließquerschnitten zwischen 2 und 8 mm und Wandstärken von 0,5 bis 4 mm relativ klein dimensioniert und werden mit typischen Längen zwischen 1 und 5 m in einem Außenanbaubereich an einem Fahrzeugboden montiert. Ohne Isolierung würde ein erheblicher Anteil der Heizleistung an die Umgebung abgegeben werden. Durch die Konvektion des kalten Fahrtwindes, aber auch der heißen Umgebungsluft am Abgasstrang sind aufgrund der Länge der Leitung, die oft quer über den gesamten Unterboden führt, stark unterschiedlich Temperaturzonen möglich, durch welche die Leitung gefuhrt werden muss. An die Fluidleitungen werden die Anforderungen gestellt, ein durch die Fluidleitung geführtes Fluid sowohl vor dem Einfrieren, als auch vor Uberhitzung zu schützen. Bei den herkömmlichen Fluidleitungen handelt es sich allerdings um komplexe und verhältnismäßig unflexible Leitungen, die nicht hinreichend isolierend wirken und nur mit großem Aufwand zu verlegen sind

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine thermisch isolierte, beheizbare und flexible Fluidleitung der oben genannten Bauart bereitzustellen, die wirtschaftlich und kostengünstig herstellbar und bei verbesserter Isolationswirkung leichter verlegbar ist als die her- kommhchen Fluidleitungen.

Um die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe zu lösen, wird die thermisch isolierte, beheizbare und flexible Fluidleitung nach Anspruch 1 bereit gestellt, welche eine Tragschicht, eine Heizeinrichtung und eine Isolationsschicht umfasst, wobei die Isolationsschicht eine Schaumstruktur aufweist. Die in der Isolationsschicht eingeschlossenen Hohl- räume haben eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit und verringern den Warme übertragenden Mateπalquerschnitt in der Isolationsschicht, so dass weniger Warme von innen nach außen transportiert werden kann als über Vollmaterial Aufgrund der eingeschlossenen Hohlräume ist die Isolationsschicht zudem auch außerordentlich flexibel. Das poröse Material der Schaumstruktur kann wesentlich leichter gestaucht (z.B. in der Biegekehle) oder gestreckt werden (z.B. im Biegerücken) als massives Vollmaterial.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.

Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Isolationsschicht eine geschlossenzellige Schaumstruktur aufweist. Die Schaumzellen sind in der Regel mit Gas, beispielsweise Luft, gefüllt. Über die geschlossenen Zellwände findet nur ein unwesentlicher oder kein Gasaustausch statt, so dass die isolierende Wirkung noch weiter verbessert werden kann. Darüber hinaus wirkt das eingeschlossene Gas bei einer Biegebeanspruchung der Fluidleitung federnd. Dadurch verfügt die Fluidleitung über eine starke inhärente Rückstellkraft, welche die Fluidleitung stets in die ursprüngliche, gestreckte Form zurückdrängt.

Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn die Fluidleitung im Koextrusionsverfahren gefertigt ist. Mit dem Koextrusionsverfahren können erhebliche Längen von Fluidleitungen be- sonders kostengünstig bereitgestellt werden. Das Koextrusionsverfahren ist weiterhin besonders gut geeignet, um die geschäumte Polymerschicht auf die fluidführende Tragschicht aufzubringen, ohne dass die Isolationsschicht eine Verbindung mit der Tragschicht eingeht. Dadurch lässt sich die Isolationsschicht bei der Montage leicht abisolieren.

Es kann sich als nützlich erweisen, wenn die Isolationsschicht die Außenschicht der Fluid- leitung bildet. Die Isolationsschicht kann die Fluidleitung dadurch gegenüber mechanischen Einwirkungen schützen.

Es kann sich als praktisch erweisen, wenn die Isolationsschicht aus einem thermoplastischen Elastomer, vorzugsweise einem Elastomer-modifizierten Polypropylen (EMPP) oder Santoprene, gefertigt ist. Ein Elastomer-modifiziertes Polypropylen (EMPP) ist ein modifi- ziertes Polypropylen (PP) mit vernetzten Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)-An- teilen. EMPP gehört zur Gruppe thermoplastischer Elastomere, die die Eigenschaften von vulkanisierbarem Kautschuk, wie Wärmebeständigkeit, günstiger Druckverformungsrest, gute elektrische Eigenschaften und niedrige Dichte erreichen.

Die Verarbeitung ist ähnlich wie bei den herkömmlichen Thermoplasten. EMPP zeigt eine hervorragende Witterungs- und Alterungsbeständigkeit und ist verschweißbar mit sich selbst und mit Polypropylen (PP).

Zudem weist EMPP günstige elektrische Isolierungseigenschaften auf. Diese ändern sich auch nach einer Wasserlagerung nur unwesentlich. Aus diesem Grund eignet sich EMPP besonders für die Isolierung von elektrischen Leitern. Santoprene bezeichnet ein vemetztes thermoplastisches Elastomer auf Olefinbasis, vorwiegend PP/EPDM.

Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn die Isolationsschicht gegenüber der Tragschicht bewegbar ist, vorzugsweise entlang einer Leitungsachse (L) verschieblich und/oder um die Leitungsachse (L) verdrehbar ist.

Vorzugsweise ist die Heizeinrichtung auch gegenüber der Isolationsschicht bewegbar, zumindest entlang einer Leitungsachse (L) verschieblich. Dadurch können die Tragschicht, die Heizeinrichtung und die Isolationsschicht auch bei starker Biegebeanspruchung der Fluidleitung möglichst wenig belastet werden, um nicht zu knicken.

Beispielsweise kann bei einer Verlegung der Fluidleitung über eine oder mehrere starke Biegungen die Isolationsschicht derart gegenüber der Tragschicht positioniert werden, dass der oder die eingebetteten Leiter auf möglichst neutralen Biegelinien liegen und demnach möglichst wenig beansprucht sind. Dazu kann es sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, wenn sich der Verlauf des Heizleiters in der Isolationsschicht an einem Außenumfang der Fluidleitung abzeichnet oder eine Markierung am Außenumfang der Fluidleitung angebracht ist, die den Verlauf des Heizleiters in der Isolationsschicht anzeigt.

Es kann sich als hilfreich erweisen, wenn die Isolationsschicht vollumfänglich geschlossen ist. Dadurch verfügt die Isolationsschicht über keinerlei potentielle Schwachstellen oder Wärmebrücken, welche die Funktionen der Isolationsschicht beeinträchtigen könnten.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die Isolationsschicht eine Dichte von 0,1 bis 0,8 g/cm ³ , vorzugsweise von 0,2 bis 0,5 g/cm ³ , bevorzugt 0,4 g/cm ³ aufweist. Bei derartigen Dichteverhältnissen liegt ein idealer Kompromiss zwischen Isolationswirkung und Materialfestigkeit vor.

Es kann hilfreich sein, wenn der Innendurchmesser (Di) der Fluidleitung zwischen 1 ,5 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 3 und 6 mm beträgt. Vorzugsweise beträgt der Außendurchmesser (D _A ) der Fluidleitung zwischen 9 und 56 mm, vorzugsweise zwischen 12 und 42 mm, bevorzugt 15 mm. Eine Wandstärke der Tragschicht beträgt vorzugsweise zwi- sehen 0,5 und 8 mm, vorzugsweise zwischen 1 und 2,5 mm, bevorzugt 1 mm. Bei derartigen Werten weist die Fluidleitung hervorragende Isolations- und Flexibilitätseigenschaften auf. Es kann nützlich sein, wenn die Heizeinrichtung wenigstens einen Heizleiter aufweist, der in die Isolationsschicht eingebettet ist. Dadurch kann die Heizeinrichtung dauerhaft in der Nähe der Tragschicht gehalten werden. Die Heizeinrichtung verläuft beispielsweise axial gerade oder wendel- bzw. schraubenförmig oder in Schleifen um die Tragschicht und befin- det sich vorzugsweise unmittelbar in Anlage an der Tragschicht, oder so, dass die einzelnen Heizleiter vollumfänglich vom Material der Isolationsschicht umgeben sind. Dabei ist das Material der Isolationsschicht zwischen der Heizeinrichtung und der Tragschicht vorzugsweise gegenüber dem übrigen Material der Isolationsschicht verdichtet, so dass ein spezifischer Wärmeübergang radial nach innen besser ist als ein spezifischer Wärmeübergang radial nach außen, ausgehend von der radialen Position der Heizeinrichtung. Die Verdichtung des Materials der Isolationsschicht zwischen der Heizeinrichtung und der Tragschicht kann bewerkstelligt werden, indem die Heizeinrichtung beim Aufschäumen des Materials der Isolationsschicht eng an der Tragschicht gehalten wird. Dadurch wird das Aufschäumen des Materials der Isolationsschicht zwischen der Heizeinrichtung und der Tragschicht gehemmt.

Zur möglichst gleichmäßigen Beheizung des in der Fluidleitung geführten Fluides kann es praktisch sein, wenn die Heizeinrichtung mehrere Heizleiter aufweist, die in Winkelabständen regelmäßig und/oder unregelmäßig um eine Leitungsachse der Fluidleitung angeordnet sind.

Es kann von Vorteil sein, wenn ein oder auch mehrere elektrischer Leiter zur Leistungs- und/oder Signalübertragung in die Isolationsschicht eingebettet ist. Dadurch kann neben dem Fluid auch eine Leistungs- und/oder Signalübertragung über die erfindungsgemäße Fluidleitung bewerkstelligt werden. Es kann sich als nützlich erweisen, wenn die Fluidleitung als Hockdruckleitung ausgebildet ist, wobei eine Wandstärke der Tragschicht derart bemessen ist, um eine gesonderte

Druckarmierung zu ersetzen. Eine gesonderte Druckarmierung würde die Herstellung der Fluidleitung deutlich komplexer gestalten, als dies ohne gesonderte Druckarmierung der Fall ist. Die erforderlichen Festigkeitswerte der Fluidleitung werden vorzugsweise auch ohne die gesonderte Druckarmierung erfüllt. Die Schaumstruktur der Isolationsschicht setzt der radialen Aufweitung der Tragschicht im Falle eines Anstiegs des Innendrucks eine erheblich Rückstellkraft entgegen, da das in den Zellen der Schaumstruktur komprimierte Gas einen Gegendruck erzeugt. Es kann praktisch sein, wenn die Fluidleitung derart flexibel ausgelegt ist, dass ein minimaler Biegeradius kleiner als der dreifache Außendurchmesser der Fluidleitung ist. Dadurch kann die erfindungsgemäße Fluidleitung bei voller Funktionsfähigkeit auch in extrem beengten Bauräumen, insbesondere bei automobilen Anwendungen, verlegt werden, ohne Schaden zu erleiden. Ermöglich wird diese Flexibilität durch die Schaumstruktur der Isolationsschicht, da das poröse Material der Schaumstruktur wesentlich leichter gestaucht (z.B. in der Biegekehle) oder gestreckt werden kann (z.B. im Biegerücken) als massives Vollmaterial.

Ein weiterer bevorzugter Aspekt dieser Erfindung betrifft die Verwendung der Fluidleitung nach einer der vorangegangenen Ausführungen als Transportleitung für eine Harnstofflösung zur Abgasreinigung in automobilen Anwendungen. Bei einer derartigen Verwendung der Fluidleitung kommen die Vorteile der Erfindung besonders vorteilhaft zur Geltung. Die bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen Fluidleitung

Figur 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Fluidleitung in einer

Biegesituation, wobei ein Abschnitt der Fluidleitung eine Biegung um 90° beschreibt

Detaillierte Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels Figur 1 zeigt eine Querschnittsansicht der erfindungsgemäßen thermisch isolierten, beheizbaren und flexiblen Fluidleitung 1. Die erfindungsgemäße Fluidleitung 1 umfasst eine Tragschicht 2, eine Heizeinrichtung 3 und eine vollumfänglich geschlossene Isolationsschicht 4 mit geschlossenzelliger Schaumstruktur, welche die Außenschicht der Fluidleitung 1 bildet. Die Isolationsschicht 4 ist nicht fest mit der Tragschicht 1 verbunden, sondern ist gegenüber der Tragschicht 1 bewegbar, insbesondere entlang einer Leitungsachse L verschieblich und um die Leitungsachse L verdrehbar. Die Heizeinrichtung 3 umfasst zwei Heizleiter, die in regelmäßigen Winkelabstanden von 180° um eine Leitungsachse L angeordnet sind und in die Isolationsschicht 4 eingebettet sind

Daneben sind zwei elektrische Leiter 5 zur Leistungs- und/oder Signalubertragung in re- gelmaßigen Winkelabstanden von 180° um die Leitungsachse L angeordnet und in die Iso- lationsschicht 4 eingebettet. Die Heizleiter sind gegenüber den elektrischen Leitern um 90° um die Leitungsachse L versetzt angeordnet.

Markierungen 41 , 42 am Außenumfang U _A der Fluidleitung 1 zeigen den Verlauf der Heizleiter 3 und der elektrischen Leiter 5 in der Isolationsschicht 4 an Die Markierungen 41, 42 sind ausgehend von der Leitungsachse L genau radial außerhalb der jeweiligen Heizleiter 3 und der elektrischen Leiter 5 am Außenumfang U _A der Fluidleitung 1 angebracht. Die Markierungen 41 sind als nnnenformige Vertiefungen ausgebildet, wahrend die Markierungen 42 als wulstformige Erhebungen ausgebildet sind. Die Markierungen 41 , 42 können aber auch lediglich aufgedruckt und durch farbliche oder dekorative Gestaltung unter- scheidbar ausgeführt sein

Die bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben

Die Fluidleitung 1 ist vorzugsweise als Hockdruckleitung ausgebildet, um als Transportleitung für eine Hamstofflosung bspw zur Dieselabgasreinigung in automobilen Anwendun- gen zum Einsatz zu kommen Dabei wird die Fluidleitung 1 in einem Außenanbaubereich an einem Fahrzeug in einem räumlich gekrümmten Zustand montiert Die Wandstarke der Tragschicht 2 ist derart bemessen, dass die Fluidleitung 1 auch bei den dort vorherrschenden Drucken ohne eine gesonderte Druckarmierung auskommt Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemaßen Fluidleitung 1 in einer Biegesituation, wobei ein Abschnitt der Fluidleitung 1 eine Biegung um etwa 90° beschreibt Die Fluidleitung 1 ist derart flexibel ausgelegt, dass ein minimaler Biegeradius R kleiner als der dreifache Außendurchmesser D _A der Fluidleitung 1 ist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Innendurchmesser Di der Fluidleitung 1 ca 2 mm, die Wandstärke der Tragschicht etwa 2 mm und der Außendurchmesser D _A der Fluidleitung 1 ist ca 13 mm. Demnach ist ein minimaler Biegeradius R der Fluidleitung 1 kleiner als 39 mm Die erfindungsgemäße Fluidleitung 1 ist derart flexibel und reversibel biegbar, dass sie bei einer Biegung mit einem Biegeradius R kleiner als 39 mm voll funktionsfähig bleibt und bei Ausbleiben der Biegekraft aufgrund der inhärenten Rückstellkraft automatisch in die ursprüngliche, gestreckte Konfiguration zurückkehrt (die Leitungsachse L ist in der gestreck- ten Konfiguration gerade).

Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Fluidleitung wird nachstehend mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die Fluidleitung 1 wird im Koextrusionsverfahren gefertigt. Die Tragschicht 2 wird aus einem thermoplastischen Kunststoff im Extrusionsverfahren gefertigt. Die Isolationsschicht 4 besteht im Wesentlichen aus einem Elastomer-modifiziertem Polypropylen (EMPP) und wird im Koextrusionsverfahren auf die Tragschicht 2 aufgebracht, wobei die Heizleiter der Heizeinrichtung 3 und die elektrischen Leiter 5 in der zuvor beschriebenen Anordnung in die Isolationsschicht 4 eingebettet werden. Die Isolationsschicht 4 wird chemisch oder physikalisch geschäumt, wobei die Aufschäu- mung im Extruder initiiert ist, so dass die Isolationsschicht 4 im aufgeschäumten Zustand eine Dichte von ca. 0,8 g/cm ³ aufweist. Die Isolationsschicht 4 bildet im aufgeschäumten Zustand eine um den Umfang der Tragschicht 2 angeordnete, geschlossenzellige Polymerschicht, mit vorzugsweise einem kreisrunden und zur Tragschicht 2 konzentrischen Querschnitt (am Außen- und/oder Innenumfang), um möglichst geringe Einflüsse auf das Biege- verhalten der Fluidleitung zu erzielen. Die Isolationsschicht 4 kann (am Außen- und/oder Inπenumfang) jedoch auch eine ovale Querschnittsform oder eine andere Querschnittsform aufweisen. Bei der Herstellung der Isolationsschicht 4 werden die Markierungen 41 , 42 am Außenumfang U _A der Fluidleitung 1 angebracht, um den Verlauf der Heizleiter 3 und der elektrischen Leiter 5 in der Isolationsschicht 4 anzuzeigen.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Fluidleitung 1 werden nachstehend am Beispiel der bevorzugten Ausführungsform erläutert:

Durch die Möglichkeit, die gesamte Leitungslänge bereits während der Extrusion mit zu isolieren, fallen keine zusätzlichen Arbeitsgänge an, wie das bei herkömmlichen Lösungen oder auch beim nachträglichen Aufkleben von Schaummaterial der Fall ist.

Die Isolationsschicht 4 geht keine Verbindung mit der Tragschicht 2 ein, so dass sich die Isolationsschicht 4 leicht abisolieren lässt. Die Isolationsschicht 4 besitzt thermisch isolierende Eigenschaften, die sowohl im Hochtemperaturbereich als auch im Tieftemperaturbereich der gesamten Fluidleitung 1 als auch dem Fluid zugute kommen.

Die Isolationsschicht 4 dient zugleich dem mechanischen Schutz der Fluidleitung 1 , der Heizeinrichtung 3 sowie der elektrischen Leiter 5 z.B. vor Rollsplitt und anderen Elementen, die an die am Fahrzeug angeordnete Fluidleitung geschleudert werden können, wie auch dem Schutz vor Hochdruckreinigem oder Dampfstrahlern.

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