DE112008003310T5

DE112008003310T5 - Heizrohrleitung für den Transport von Fluid

Info

Publication number: DE112008003310T5
Application number: DE112008003310T
Authority: DE
Inventors: Didier Comtat; Rodolphe Emaille; Marc Novellani
Original assignee: MGI Coutier SA
Current assignee: Akwel SA
Priority date: 2007-12-11
Filing date: 2008-12-08
Publication date: 2010-11-04
Also published as: WO2009103869A3; FR2924786A1; WO2009103869A2

Abstract

Heizrohrleitung für den Transport von Fluid, wobei die Rohrleitung (1) aus einem Rohr (2) und zumindest einem Anschlussstück (3) besteht, das an einem Ende des Rohrs (2) platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einerseits Mittel zur elektrischen Widerstandsbeheizung (8), die sich über die Länge des Rohrs (2) erstrecken, und andererseits, von den selben Verbindungsmitteln (4) mit Energie versorgt wie die vorhergehenden Mittel zur Beheizung (8), Mittel zur Übertragung (9; 10) einer Heizleistung durch Wärmeleitung in Richtung des Bereiches des Anschlussstücks oder der Anschlussstücke (3) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich von Rohrleitungen für den Transport von Fluid, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, in denen es angebracht ist, verschiedene gasförmige oder flüssige Fluide durch Rohre zu leiten, wie: Luft, Kraftstoff, Öl, Scheibenwischwasser usw. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine derartige Rohrleitung, die derart ausgestattet ist, dass sie das transportierte Fluid beheizen oder erwärmen kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung bezeichnet der Begriff ”Rohrleitung” eine Gesamtheit, die von einem starren oder biegsamen Rohr beliebiger Länge und Form und von zumindest einem Anschlussstück gebildet ist, das an einem Ende des Rohrs platziert ist und das den Anschluss dieses Rohrs an einem anderen Teil des betroffenen Fluidkreislaufs oder an einer Vorrichtung oder einem Gerät ermöglicht, die bzw. das in diesen Fluidkreislauf eingesetzt ist.
Rohrleitungen für den Transport von Fluid, wie diejenigen, die in Kraftfahrzeugen montiert sind, weisen die Gefahr auf, dass ihr Querschnitt verstopft oder sich zumindest verringert, was mit dem Phänomen der Eisbildung im Falle von Kälte zusammenhängt. Die Verstopfung oder Verringerung des Querschnitts einer Rohrleitung stellt natürlich ein Hindernis für die normale Zirkulation des transportieren Fluids mit ausreichender Durchflussmenge dar und kann einen Ausfall oder zu mindest eine Beeinträchtigung der von dem Fluid wahrgenommenen Funktion zur Folge haben.
Um diese Art von Schwierigkeiten zu vermeiden, wurden bereits elektrische Heizsysteme vorgeschlagen, die den röhrenförmigen Teil einer Rohrleitung für den Transport von Fluid erwärmen oder die das Fluid, das eine derartige Rohrleitung durchströmt, direkt erwärmen. Beispielsweise wird hier auf die Patente US 4063790 und US 4394057 Bezug genommen, die elektrische Heizleiter vorsehen, die über die laufende Länge der Rohrleitung angeordnet sind, und auf die Patentschriften WO 02/38426 und GB 2261160 , die eine direktere Beheizung des Fluids vorsehen, das die Rohrleitung durchströmt.
Im Falle von Vorrichtungen, welche die Beheizung des Rohrs, beispielsweise mit Hilfe von elektrischen Heizleitern, die in oder an der Wandung des Rohrs spiralförmig gewunden sind (siehe die oben zitierten Patente US 4063790 und US 4394057 ), bewirken, erhält man effektiv eine Beheizung der Rohrleitung und des Fluids, das sie enthält, über ihre laufende Länge, allerdings werden die Enden der Rohrleitung und insbesondere die an diesen Enden platzierten Anschlussstücke nicht beheizt. Auf diese Weise sind weiterhin kalte Stellen oder kalte Bereiche vorhanden, die Gefahr laufen, durch Eis verstopft zu werden oder sich nur auf sehr langsame Weise zu befreien, selbst wenn das Rohr der Rohrleitung beheizt wird.
Zur Lösung dieses Problems besteht ein Lösungsansatz darin, die Rohrleitungen für den Transport von Fluid in ihrer Gesamtheit direkt zu beheizen, d. h. sowohl ihren ”Rohr”-Teil als auch ihr ”Anschlussstück”-Endteil bzw. ihre ”Anschlussstück”-Endteile. Dieser Ansatz wurde bereits umgesetzt, allerdings in Ausführungen, die separate Vorrichtungen für die Beheizung des Bereichs der Anschlussstücke oder andere analoge Zubehörteile enthalten. Derartige Vorrichtungen wurden insbesondere für Scheibenwischanlagen von Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, insbesondere für die Beheizung der Waschdüsen – siehe beispielsweise die Patentschriften FR 2804395 A1 und DE 19902431 A1 . Für eine weitere Anwendung auf Kraftfahrzeuge (Rohrleitung für Zusatzstoff auf der Basis von Harnstoff) wird hier ferner auf die Schrift WO 2007/073286 A1 verwiesen.
Wie sich leicht verstehen lässt, macht die Hinzufügung von speziellen Heizvorrichtungen an oder in den Anschlussstücken einer Rohrleitung die Herstellung allerdings sowohl komplizierter als auch teurer, insbesondere vom Gesichtspunkt der Realisierung von elektrischen Verbindungen und auch bei den Montagevorgängen.
Die vorliegende Erfindung dient dazu, diesen letzten Nachteilen abzuhelfen, und hat daher die Aufgabe, eine einfachere und wirtschaftlichere Lösung für den Erhalt von Rohrleitungen bereitzustellen, die vollständig heizend gemacht werden, d. h. über ihre laufende Länge und auch im Bereich ihres Anschlussstücks bzw. ihrer Anschlussstücke.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung im Wesentlichen eine Heizrohrleitung für den Transport von Fluid zum Gegenstand, wobei die Rohrleitung aus einem Rohr und zumindest einem Anschlussstück besteht, das an einem Ende des Rohrs platziert ist, wobei diese Heizrohrleitung einerseits Mittel zur elektrischen Widerstandsbeheizung, die sich über die Länge des Rohrs erstrecken, und andererseits, von den selben Verbindungsmitteln mit Energie versorgt wie die vorhergehenden Mittel zur Beheizung, Mittel für die Übertragung einer Heizleistung durch Wärmeleitung in Richtung des Bereiches des Anschlussstücks oder der Anschlussstücke aufweist.
Auf diese Weise ermöglicht es die erfindungsgegenständliche Lösung, jedwede separate Beheizung für das oder jedes Anschlussstück der Rohrleitung entfallen zu lassen, indem ausgehend von ein und derselben einzigen Versorgungsverbindung Heizenergie dem Rohr und dem Anschlussstück bzw. den Anschlussstücken gleichzeitig zuführt wird.
Was die Mittel zur elektrischen Widerstandsbeheizung anbelangt, die sich über die Länge des Rohrs erstrecken, so sind diese vorteilhafterweise von zumindest einem elektrischen Widerstandsdraht gebildet, der von den Verbindungsmitteln versorgt wird und zwischen einer inneren Grundschicht des Rohrs und einer äußeren Grundschicht des Rohrs platziert ist.
Die (im Verhältnis zu dem Widerstandsdraht) äußere Grundschicht ist, vorzugsweise, aus einem Material mit guten Wärmedämmungseigenschaften realisiert, um die Wärmeverluste nach außen zu begrenzen und auf diese Weise die notwendige Heizzeit und die verbrauchte elektrische Energie zu begrenzen. Diese äußere Grundschicht des Rohrs ist beispielsweise von einem thermoplastischen Elastomer (TPE) gebildet, das vulkanisiert oder nicht vulkanisiert ist, beispielsweise einer Propylen-Terpolymer-Legierung (PP/EPDM) oder einem thermoplastischen Polyurethan (TPU). Diese Materialart besitzt außer ihren Wärmdämmungseigenschaften weitere Eigenschaften wie Abriebfestigkeit, Schlagfestigkeit, Feuerbeständigkeit (in bestimmten Fällen) usw.
Die innere Grundschicht des Rohrs muss aus einem Material gewählt sein, das mit der Beschaffenheit und der Temperatur des transportierten Fluids kompatibel ist, und ferner ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ist. Es handelt sich beispielsweise um ein Polymer wie Polyamid, das mit dem Transport von heißem Kraftstoff kompatibel ist, und zwar für den Fall, dass die Erfindung auf eine Rohrleitung für Kraftstoff angewendet wird. Eine Ausführung der inneren Grundschicht aus Metall ist auch denkbar, vorzugsweise mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung.
Vorzugsweise enthalten die Mittel für die Übertragung einer Heizleistung auf den Bereich des Anschlussstücks oder der Anschlussstücke eine Muffe aus einem Material mit guten Wärmeleitungseigenschaften, die einen Endbereich des Rohrs mit dem Innern des entsprechenden Anschlussstücks verbindet. Diese Muffe ist insbesondere ein röhrenförmiges Teil aus Metall, das in das Anschlussstück eingearbeitet und in das entsprechende Ende des Rohrs eingesetzt ist.
Vorteilhafterweise bildet der oben genannte elektrische Widerstandsdraht, der sich über die Länge des Rohrs erstreckt, in dem Endbereich dieses Rohrs mehrere Windungen, die um einen Abschnitt in Länge der Muffe mit guten Wärmeleitungseigenschaften gewunden sind. Diese wenigen Heizwindungen, die zur selben Zeit wie der übrige Widerstandsdraht elektrisch versorgt werden, erhöhen die Heizleistung in dem Endbereich des Rohrs und ermöglichen es, die Heizung des Anschlussstücks zu optimieren.
Die Einzigartigkeit der elektrischen Verbindung für die Gesamtheit der Rohrleitung (Rohr und Anschlussstück) erleichtert die Isolierung dieser Verbindung und ihren Schutz gegenüber äußeren Einwirkungen, insbesondere durch eine Aufformung der Verbindung.
Die Erfindung lässt sich besser mit Hilfe der nachfolgenden Beschreibung verstehen, die auf die beigefügte schematische Zeichnung Bezug nimmt, in der beispielhaft einige Ausführungsformen dieser Heizrohrleitung für den Transport von Fluid dargestellt sind:
1 ist eine Seitenansicht mit Teilschnitten einer Heizrohrleitung gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine der 1 ähnliche Ansicht, die eine Variante dieser Heizrohrleitung darstellt;
3 ist eine den vorhergehenden Figuren ähnliche Ansicht, die eine weitere Variante veranschaulicht.
1 zeigt eine Rohrleitung, die in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet ist, die aus einem Rohr 2 mit einer bestimmten Länge und einem Anschlussstück 3, das an einem Ende 2a des Rohrs 2 platziert ist, besteht. Da es sich um eine Heizrohrleitung handelt, weist diese ferner in der Nähe des Anschlussstücks 3 einen elektrischen Verbinder 4 auf, der für eine Versorgung mit elektrischer Energie vorgesehen ist. Der elektrische Verbinder 4 ist mit der restlichen Rohrleitung 1 durch eine Aufformung 5 verbunden, die den Endbereich 2a des Rohrs 2, der mit dem Anschlussstück 3 versehen ist, umhüllt.
Das Rohr 2 besitzt eine mehrlagige Struktur mit zumindest einer inneren Grundschicht 6, beispielsweise aus Polyamid, die mit dem transportierten Fluid kompatibel ist, und einer äußeren Grundschicht 7 beispielsweise aus thermoplastischem Elas tomer (TPE) oder aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) mit guten Wärmedämmungseigenschaften.
Zwischen den Grundschichten 6 und 7 des Rohrs 2 befindet sich zumindest ein elektrischer Widerstandsdraht 8 eingesetzt, der sich über die Länge des Rohrs 2 erstreckt, in dem er beispielsweise eine ”Hin- und Rücklauf”-Strecke ausgehend von dem Endbereich 2a dieses Rohrs 2, das mit dem Anschlussstück 3 versehen ist, beschreibt. Die Enden des elektrischen Widerstandsdrahts 8 treten aus dem Rohr 2 in diesem Bereich 2a heraus und sind mit dem elektrischen Verbinder 4 verbunden.
Das Anschlussstück 3 besitzt ein Teil 9 aus Metall in Form einer Muffe, der in das entsprechende Ende des Rohrs 2 eingesetzt ist.
Im laufenden Betrieb führt der elektrische Verbinder 4 der Rohrleitung 1 elektrische Energie zu, die von einer externen Quelle stammt, und in dem elektrischen Heizdraht 8 zirkuliert ein elektrischer Strom, der durch den Joule-Effekt die Freisetzung von Wärme über die gesamte Länge des Rohrs 2 bewirkt. Da die äußere Grundschicht 7 des Rohrs 2 thermisch isoliert ist, wird die freigesetzte Wärme im Wesentlichen in Richtung des Innern dieses Rohrs 2 geleitet, somit in Richtung des Fluids, das die Rohrleitung 1 durchströmt.
In dem Endbereich 2a des Rohrs 2 stellt die metallische Muffe 9 außerdem eine Wärmeleitung sicher und somit eine Übertragung von Wärme in einer axialen Richtung in Richtung des Innern des Anschlussstücks 3. Die Wärmeleitung der Muffe 9 verhindert in Kombination mit der isolierenden Wirkung der Aufformung 5 jedwede ”kalte Stelle” im Bereich des Anschlussstücks 3. Die Rohrleitung 1, und damit auch das transportier te Fluid, wird sowohl über die Länge des Rohrs 2 als auch in dem besonderen Bereich des Anschlussstücks 3 beheizt.
2, in der diejenigen Elemente, die den oben beschriebenen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sind, veranschaulicht eine Variante dieser Rohrleitung 1, in der die Übertragung von Wärme in Richtung des Anschlussstücks 3, von dem Endbereich 2a des Rohrs 2 aus, noch verstärkt wird. Zu diesem Zweck bildet der elektrische Widerstandsdraht 8 in dem Endbereich 2a des Rohrs 2 einige dicht aneinander liegende Windungen 10, die um einen Abschnitt in Länge der metallischen Muffe 9 gewunden sind. Diese Heizwindungen 10 erhöhen die elektrische Heizleistung in dem Endbereich 2a des Rohrs 2, somit auch den Wärmestrom, der durch die Muffe 9 bis in das Innere des Anschlussstücks 3 übertragen wird.
Die Wärmeströme, insbesondere diejenigen, die von dem Widerstandsdraht 8 und seinen eventuellen Windungen 10 aus in Richtung des Innern des Rohrs 2 und in Richtung des Anschlussstücks 3 geleitet werden, sind in der Zeichnung durch Pfeile dargestellt.
3 veranschaulicht eine weitere Variante der Rohrleitung 1 gemäß der Erfindung, in welcher der (nicht dargestellte) elektrische Verbinder zur Versorgung des Widerstandsdrahts 8 sich an dem Ende des Rohrs 2 befindet, das von dem zu beheizenden Anschlussstück 3 entfernt ist. In diesem Fall können in Richtung des Endes 2a, das mit dem Anschlussstück 3 versehen ist, zwei ”Hinlauf”- bzw. ”Rücklauf”-Adern des elektrischen Widerstandsdrahts 8 aus dem Rohr 2 austreten und mit Hilfe eines kurzen Bandes 11, das bewirkt, dass sie miteinander in Kontakt gebracht werden, elektrisch verbunden werden. Hier wiederum stellt die metallische Muffe 9, die durch den Widerstandsdraht 8 beheizt wird, die Übertragung von Wärme in Richtung des Anschlussstücks 3 sicher. Eine Aufformung 12 mit angepasster Form bedeckt den Endbereich 2a des Rohrs 2, indem sie das Verbindungsband 11 sowie einen Teil der Muffe 9 umhüllt.
Die Erfindung verhindert die Gefahren der Verstopfung oder Verringerung des nutzbaren Querschnitts der Rohrleitung 1, die mit der Eisbildung zusammenhängen, in der Gesamtheit dieser Rohrleitung 1, d. h. über die Länge des Rohrs 2 und auch in dem Bereich des Anschlussstücks 3. Wenn die elektrische Versorgung des Widerstandsdrahts 8 durch den Verbinder 4 geregelt wird, insbesondere mit einem Temperaturfühler, ermöglicht die Vorrichtung auch die Regulierung der Temperatur des durch die betrachtete Rohrleitung 1 transportierten Fluids.
Die Erfindung ist insbesondere auf den Automobilbereich anwendbar, wobei die Mittel zur Steuerung des Motors des betroffenen Fahrzeugs unterhalb einer bestimmten Temperatur die Versorgung der elektrischen Verbindung auslösen, die ihrerseits den Widerstandsdraht 8 versorgt.
Man würde sich nicht vom Rahmen der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, entfernen:

• indem man den Widerstandsdraht entlang einer beliebigen Strecke über die Länge des Rohrs anordnete,
• indem man diesen Widerstandsdraht mit einem elektrischen Isoliermaterial verkleidete,
• indem man die Grundschichten des Rohrs aus jeglichen geeigneten Materialien realisierte, die in Abhängigkeit von dem transportierten Fluid (Luft, Kraftstoff, Öl, Wasser, Waschflüssigkeit...) und den äußeren Zwängen, wie die chemischen und/oder physikalischen Einwirkungen, denen die Rohrleitung ausgesetzt ist, gewählt sind,
• indem man die innere Grundschicht des Rohrs wie ein Balgelement ausbildete, mit durchgehender spiralförmiger Windung zur Aufnahme des Widerstandsdrahts, was es ermöglicht, über eine viel größere Heizlänge und über eine gleichförmigere Verteilung der Beheizung zu verfügen und dabei die Biegsamheit des Rohrs zu erhöhen,
• indem man so oft wie notwendig die der Erfindung eigenen Vorrichtungen für deren Anwendung auf Rohrleitungen, die mit zwei, drei oder mehreren Anschlussstücken versehen sind, multiplizierte, wobei die Rohrleitungen jede beliebige Ausgestaltung aufweisen können: geradlinig, abgewinkelt, gegabelt usw.,
• indem man an der Rohrleitungen jegliche zusätzliche Elemente vorsähe, beispielsweise, indem man in die elektrische Schaltung ein Regulierungselement vom Typ ”Widerstand mit positivem Temperaturkoeffizienten” (PTC) einsetzte, wobei sich dieses Element entweder an dem Rohr oder an dem Anschlussstück befinden kann.

Zusammenfassung
Die Rohrleitung (1) besteht aus einem Rohr (2) und zumindest einem Anschlussstück (3), das an einem Ende des Rohrs (2) platziert ist. Sie weist Mittel zur elektrischen Widerstandsbeheizung (8) auf, die sich über die Länge des Rohrs (2) erstrecken, wobei diese Mittel durch einen Widerstandsdraht gebildet werden können, der in der Wandung des Rohrs versenkt ist. Die Rohrleitung (1) weist auch Mittel für die Übertragung (9) einer Heizleistung durch Wärmeleitung in Richtung des Bereiches des Anschlussstücks (3) auf, die von den selben Verbindungsmitteln (4) mit Energie versorgt werden, wie die vorhergehenden Mittel zur Beheizung (8). Diese Mittel zur Übertragung weisen bevorzugt eine Muffe (9) mit guten Wärmeleiteigenschaften auf, die einen Endbereich (2a) des Rohrs (2) mit den Inneren des Anschlussstücks (3) verbindet. Die Erfindung betrifft Rohrleitungen für den Transport verschiedener Fluide, wie Luft, Kraftstoff, Öl, oder Waschflüssigkeit in Kraftfahrzeugen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 4063790 [0004, 0005]
- US 4394057 [0004, 0005]
- WO 02/38426 [0004]
- GB 2261160 [0004]
- FR 2804395 A1 [0006]
- DE 19902431 A1 [0006]
- WO 2007/073286 A1 [0006]

Claims

Heizrohrleitung für den Transport von Fluid, wobei die Rohrleitung (1) aus einem Rohr (2) und zumindest einem Anschlussstück (3) besteht, das an einem Ende des Rohrs (2) platziert ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie einerseits Mittel zur elektrischen Widerstandsbeheizung (8), die sich über die Länge des Rohrs (2) erstrecken, und andererseits, von den selben Verbindungsmitteln (4) mit Energie versorgt wie die vorhergehenden Mittel zur Beheizung (8), Mittel zur Übertragung (9; 10) einer Heizleistung durch Wärmeleitung in Richtung des Bereiches des Anschlussstücks oder der Anschlussstücke (3) aufweist.
Heizrohrleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur elektrischen Widerstandsbeheizung, die sich über die Länge des Rohrs (2) erstrecken, von zumindest einem elektrischen Widerstandsdraht (8) gebildet sind, der durch die Verbindungsmittel (4) versorgt wird und zwischen einer inneren Grundschicht (6) des Rohrs (2) und einer äußeren Grundschicht (7) des Rohrs (2) platziert ist.
Heizrohrleitung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Grundschicht (7) des Rohrs (2) aus einem Material mit guten Wärmedämmungseigenschaften realisiert ist.
Heizrohrleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Grundschicht (7) des Rohrs (2) von einem thermoplastischen Elastomer (TPE) oder einem thermoplastischen Polyurethan (TPU) gebildet ist.
Heizrohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Übertragung einer Heizleistung an den Bereich des Anschlussstücks oder der Anschlussstücke (3) eine Muffe (9) mit guten Wärmeleiteigenschaften aufweisen, die einen Endbereich (2a) des Rohrs (2) mit dem Innern des entsprechenden Anschlussstücks (3) verbindet.
Heizrohrleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Muffe ein röhrenförmiges Teil (9) aus Metall ist, das in das Anschlussstück (3) eingebaut und in das entsprechende Ende (2a) des Rohrs (2) eingesetzt ist.
Heizrohrleitung nach einem der Ansprüche 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass der oben genannte elektrische Widerstandsdraht (8), der sich über die Länge des Rohrs (2) erstreckt, in dem Endbereich (2a) dieses Rohrs (2) mehrere Windungen (10) bildet, die um einen Abschnitt in Länge der Muffe (9) mit guten Wärmeleitfähigkeiten gewunden sind.
Heizrohrleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen elektrischen Verbinder (4) aufweist, der mit der restlichen Heizrohrleitung (1) durch eine Aufformung (5) verbunden ist, die den Endbereich (2a) des Rohrs (2), der mit dem Anschlussstück (3) versehen ist, umhüllt.