WO2007041974A1 - Beheizbarer schlauch - Google Patents

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Hans-Werner Friederich
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Phoenix Fluid Handling Industry Gmbh
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    • 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
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    • F16L53/35—Ohmic-resistance heating
    • F16L53/38—Ohmic-resistance heating using elongate electric heating elements, e.g. wires or ribbons

Definitions

  • the invention relates to a hose that can be heated, comprising:
  • a polymer matrix formed from an inner layer and outer layer and optionally additionally from one or more intermediate layer (s); such as
  • a heating clip for a fluid line is known.
  • This heating clip comprises a housing arranged in a heating element with integrated heat sink.
  • a heating conductor is wound helically around the hose.
  • the object of the invention is to provide a heatable hose with at least one reinforcement layer which ensures effective heating of the medium to be transported, without relying on an external, the hose comprehensive heater.
  • This object is achieved according to the characterizing part of claim 1, characterized in that
  • the polymer matrix is electrically non-conductive and
  • At least one reinforcing layer of a wire insert is formed, which is materially sized so that it heats when a power supply.
  • Fig. 2 shows a hose according to FIG. 1 with nozzle and compression sleeve.
  • the hose according to Fig. 1 consists of an inner layer 1, which is in communication with the medium to be transported, and an outer layer 5 and two strength support layers 2 and 4, wherein between these two reinforcement layers, an insulating intermediate layer 3 is present.
  • This intermediate layer is preferably a polymer film.
  • Both reinforcing layers 2 and 4 are each formed from a wire insert, which is materially sized so that it heats up when a power supply.
  • the wire material must therefore have a positive temperature characteristic of the electrical resistance, as in the case of the conductive polymer according to DE 20 2005 004602 U1.
  • These two reinforcing layers have a dual function, namely a reinforcing function on the one hand and an electrically conductive function on the other hand.
  • the wire insert the following constructive as well as material-specific parameters preferably apply:
  • the wire insert is made of intersecting wires. - Alternatively, the wire insert may be a helically encircling structure.
  • the wire is made of metal, in particular of steel (St) or copper (Cu) including their alloys (for example St / Cu alloy).
  • the wire can be present as a single wire (Drahtfilament).
  • two or more individual wires may be formed into a strand.
  • the current, voltage and resistance of the wire are to be such that they ensure heating of the medium to be transported, without the surrounding polymer matrix, in the embodiment according to FIG. 1 relating to the layers 1, 3 and 5, aging prematurely or even destroyed becomes.
  • orientation data relating to this, reference is made to the test series.
  • the polymer matrix consists exclusively of an elastomeric material, for example based on an ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), chloroprene (CR) or nitrile rubber (NBR).
  • EPDM ethylene-propylene-diene copolymer
  • CR chloroprene
  • NBR nitrile rubber
  • layers 1, 3 and 5 would all consist of an elastomeric material, namely in the context of a uniform elastomer base (eg EPDM) or a mixed design (eg NBR for layer 1 and 3, CR for layer 5).
  • EPDM uniform elastomer base
  • mixed design eg NBR for layer 1 and 3, CR for layer 5
  • the polymer matrix consists solely of a thermoplastic elastomer (TPE), for example from the group of TPE-S, TPE-O, TPE-V, with respect to the nomenclature in the published patent application
  • the TPE material may moreover be a blend of a thermoplastic material and an at least partially crosslinked rubber, in particular based on EPDM. - A -
  • the layers 1, 3 and 5 would all consist of a TPE material. TPE mixing concepts with regard to the individual layers can also be used.
  • the polymer matrix consists of an elastomer-TPE composite.
  • the layers 1 and 5 may be made of an elastomer while the insulating intermediate layer 3 is formed of a TPE.
  • a textile reinforcement layer may be incorporated into the tube, which, in contrast to the reinforcement layers 2 and 4, has exclusively a reinforcing function.
  • This textile reinforcement layer can be arranged in the nearer region of the inner layer 1, intermediate layer 3 or outer layer 5.
  • the power is supplied at the end of the hose, which is the immediate end of the hose in a nozzle-free version.
  • FIG. 2 now shows an advantageous conception of a hose end with connecting piece 6.
  • This connecting piece is designed in such a way that the inner layer 1 is severed at one or more places and thus the electrical connection 8 to the wire (reinforcing layer 2) is produced.
  • the nozzle 6 is further provided with a compression sleeve 9, which cuts through the outer layer 5 at one or more locations, so that an electrical connection to the wire (reinforcing layer 4) is made. In this case, there is an electrical insulation 7 between the compression sleeve and the neck.
  • the nozzle 6 is isolated, for example, by a corresponding insulating layer, that no electrical contact is made to the transporting medium.
  • the diameter of the wire as wire filament was 0.3 mm in each case.
  • the polymer matrix formed from layers 1, 3 and 5 consisted exclusively of an elastomeric material, EPDM, NBR and CR being used to test various elastomer materials.
  • test series extended to the wire insert variants according to patent claims 4 and 5.

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Abstract

Ein Schlauch, der beheizbar ist, umfasst : - eine Polymermatrix, gebildet aus einer Innenschicht (1) und Außenschicht (5) sowie gegebenenfalls zusätzlich aus einer oder mehreren Zwischenschicht/en (3) ; sowie - wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4) , wobei die Polymermatrix elektrisch nicht leitfähig ist sowie - wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4) aus einer Drahteinlage gebildet ist, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt. Nach einer vorteilhaften Variante zeichnet sich der Schlauch dadurch aus, dass zwei Festigkeitsträgerschichten (2, 4) vorhanden sind, die jeweils aus einer Drahteinlage gebildet sind, die so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt, wobei zwischen diesen beiden Festigkeitsträgerschichten eine isolierende Zwischenschicht (3) vorhanden ist.

Description

Beheizbarer Schlauch
Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen Schlauch, der beheizbar ist, umfassend:
- eine Polymermatrix, gebildet aus einer Innenschicht und Außenschicht sowie gegebenenfalls zusätzlich aus einer oder mehreren Zwischenschicht/en; sowie
- wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht.
Aus der Offenlegungsschrift EP 1 557 601 A1 ist ein Heizclip für eine Fluidleitung bekannt. Dieser Heizclip umfasst ein in einem Gehäuse angeordnetes Heizelement mit integrierter Wärmesenke.
Nach einer weiteren Ausbildung nach dem Stand der Technik wird ein Heizleiter wendeiförmig um den Schlauch herumgewickelt.
Um auf derartige aufwendige und zudem störanfällige externe Heizvorrichtungen zu verzichten, ist in der Gebrauchsmusterschrift DE 20 2005 004 602 U1 vorgeschlagen worden, bei einem Kunststoffschlauch eine mittlere Schicht vorzusehen, die aus einem elektrisch leitfähigen Polymer mit positiver Temperaturcharakteristik des elektrischen Widerstandes und darin eingebetteten elektrischen Leitungen besteht. Die Außenschicht dieses Kunststoffschlauches ist aus einem Isoliermaterial gebildet. Derartige Kunststoffschläuche haben jedoch nur einen begrenzten Anwendungsbereich, da für Hochleistungsschläuche wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht zwingend vorgeschrieben ist (EP 0 567 115 B1 , EP 0 848 794 B1).
Ausgehend von dem hier zitierten Stand der Technik besteht die Aufgabe der Erfindung darin, einen beheizbaren Schlauch mit wenigstens einer Festigkeitsträgerschicht bereit zu stellen, der eine effektive Beheizung des zu transportierenden Mediums gewährleistet, ohne auf eine externe, den Schlauch umfassende Heizvorrichtung angewiesen zu sein. Gelöst wird diese Aufgabe gemäß Kennzeichen des Patentanspruches 1 dadurch, dass
- die Polymermatrix elektrisch nicht leitfähig ist sowie
- wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht aus einer Drahteinlage gebildet ist, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt.
Zweckmäßige Ausgestaltungen des beheizbaren Schlauches sind in den Patentansprüchen 2 bis 20 genannt.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen (jeweils in Längsschnitt) erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen vorteilhaften Schlauchaufbau;
Fig. 2 einen Schlauch gemäß Fig. 1 mit Stutzen und Presshülse.
Der Schlauch nach Fig. 1 besteht aus einer Innenschicht 1 , die mit dem zu transportierenden Medium in Verbindung steht, und einer Außenschicht 5 sowie zwei Festigkeitsträgerschichten 2 und 4, wobei zwischen diesen beiden Festigkeitsträgerschichten eine isolierende Zwischenschicht 3 vorhanden ist. Diese Zwischenschicht ist vorzugsweise eine Polymerfolie.
Beide Festigkeitsträgerschichten 2 und 4 sind jeweils aus einer Drahteinlage gebildet, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt. Das Drahtmaterial muss also wie bei dem leitfähigen Polymer gemäß DE 20 2005 004602 U1 eine positive Temperaturcharakteristik des elektrischen Widerstandes aufweisen. Diese beiden Festigkeitsträgerschichten haben eine Doppelfunktion, nämlich eine verstärkende Funktion einerseits und eine elektrisch leitende Funktion andererseits. Hinsichtlich der Drahteinlage gelten vorzugsweise die folgenden konstruktiven wie auch werkstoffspezifischen Parameter:
- Die Drahteinlage ist aus sich kreuzenden Drähten gebildet. - Alternativ hierzu kann die Drahteinlage ein wendeiförmig umlaufendes Gebilde sein.
- Der Draht besteht aus Metall, insbesondere aus Stahl (St) oder Kupfer (Cu) einschließlich deren Legierungen (z.B. St/Cu-Legierung).
- Der Draht kann als Einzeldraht (Drahtfilament) vorliegen. Darüber hinaus können zwei oder mehrere Einzeldrähte zu einer Litze geformt sein.
Die Stromstärke, Spannung und Widerstand des Drahtes sind so zu bemessen, dass diese eine Erwärmung des zu transportierenden Mediums gewährleisten, ohne dass die umgebende Polymermatrix, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 betreffend die Schichten 1, 3 und 5, vorzeitig altert oder gar zerstört wird. Hinsichtlich diesbezüglicher Orientierungsdaten wird auf die Versuchsreihe verwiesen.
Hinsichtlich der Polymermatrix, die elektrisch nicht leitend ist, kommen insbesondere die folgenden werkstoffspezifischen Varianten zum Einsatz:
- Die Polymermatrix besteht ausschließlich aus einem elastomeren Werkstoff, beispielsweise auf der Basis eines Ethylen-Propylen-Dien-Mischpolymerisates (EPDM), Chloropren (CR) oder Nitrilkautschuk (NBR).
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 würden demnach die Schichten 1, 3 und 5 sämtlich aus einem elastomeren Werkstoff bestehen, und zwar im Rahmen einer einheitlichen Elastomerbasis (z.B. EPDM) oder einer Mischkonzeption (z.B. NBR für Schicht 1 und 3; CR für Schicht 5).
- Die Polymermatrix besteht ausschließlich aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE), beispielsweise aus der Gruppe der TPE-S, TPE-O, TPE-V, wobei hinsichtlich der Nomenklatur auf die Offenlegungsschrift
DE 10 2004058 632 A1 verwiesen wird. Der TPE-Werkstoff kann darüber hinaus ein Verschnitt aus einem thermoplastischen Kunststoff und einem mindestens teilvernetzten Kautschuk, insbesondere auf Basis EPDM, sein. - A -
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 würden demnach die Schichten 1, 3 und 5 sämtlich aus einem TPE-Werkstoff bestehen. Auch TPE-Mischkonzeptionen hinsichtlich der einzelnen Schichten können zur Anwendung gelangen.
- Die Polymermatrix besteht aus einem Elastomer-TPE-Verbund. So können beispielsweise die Schichten 1 und 5 aus einem Elastomer bestehen, während die isolierende Zwischenschicht 3 aus einem TPE gebildet ist.
In den Schlauch kann zusätzlich eine textile Festigkeitsträgerschicht eingebaut sein, die im Gegensatz zu den Festigkeitsträgerschichten 2 und 4 ausschließlich eine Verstärkungsfunktion aufweist. Diese textile Festigkeitsträgerschicht kann im näheren Bereich der Innenschicht 1, Zwischenschicht 3 oder Außenschicht 5 angeordnet sein.
Die Stromzufuhr erfolgt am Schlauchende, wobei diese bei einer stutzenfreien Version die unmittelbare Stirnseite des Schlauches ist.
Fig. 2 zeigt nun eine vorteilhafte Konzeption eines Schlauchendes mit Stutzen 6. Dieser Stutzen ist dabei so ausgebildet, dass die Innenschicht 1 an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt ist und somit die elektrische Verbindung 8 zum Draht (Verstärkungsschicht 2) hergestellt ist.
Der Stutzen 6 ist ferner mit einer Presshülse 9 versehen, die die Außenschicht 5 an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt, so dass eine elektrische Verbindung zum Draht (Verstärkungsschicht 4) hergestellt ist. Dabei befindet sich zwischen der Presshülse und dem Stutzen eine elektrische Isolierung 7.
Der Stutzen 6 ist so isoliert, beispielsweise durch eine entsprechende Isolierschicht, dass kein elektrischer Kontakt zum transportierenden Medium hergestellt ist.
Für den Fall, dass der Schlauch nur eine Festigkeitsträgerschicht in Form einer Drahteinlage aufweist, kann der elektrische Kontakt über den Stutzen 6 mittels des Kontaktes 8 und/oder über die Presshülse 9 mittels des Kontaktes 10 vonstatten gehen. Im Rahmen einer Versuchsreihe wurden für die Verstärkungsschichten 2 bzw. 4, jeweils gebildet aus einer Drahteinlage, folgende Daten zugrunde gelegt, die in der Tabelle zusammengefasst sind:
Figure imgf000007_0001
Der Durchmesser des Drahtes als Drahtfilament betrug jeweils 0,3 mm.
Die Polymermatrix, gebildet aus den Schichten 1 , 3 und 5, bestand ausschließlich aus einem elastomeren Werkstoff, wobei mit EPDM, NBR und CR verschiedene Elastomerwerkstoffe getestet wurden.
Die Versuchsreihe erstreckte sich dabei auf die Drahteinlagevarianten gemäß Patentansprüchen 4 und 5.
Dabei stellte sich heraus, dass keine lokale Überhitzung auftrat, die zu einer vorzeitigen lokalen Alterung des Schlauches geführt hätte.
Mit dieser neuen Konzeption eines beheizbaren Schlauches sind erhebliche Kosteneinsparungen bei der Fertigung verbunden. Außerdem können auf diese Weise Schläuche mit einer geringen Wandstärke hergestellt werden. Bezugszeichenliste
Innenschicht Festigkeitsträgerschicht (Drahteinlage) isolierende Zwischenschicht Festigkeitsträgerschicht (Drahteinlage) Außenschicht Stutzen elektrische Isolierung elektrische Verbindung Presshülse elektrische Verbindung

Claims

Patentansprüche
1. Schlauch, der beheizbar ist, umfassend:
- eine Polymermatrix, gebildet aus einer Innenschicht (1 ) und Außenschicht (5) sowie gegebenenfalls zusätzlich aus einer oder mehreren Zwischenschicht/en (3); sowie
- wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4);
dadurch gekennzeichnet, dass
- die Polymermatrix elektrisch nicht leitfähig ist sowie
- wenigstens eine Festigkeitsträgerschicht (2, 4) aus einer Drahteinlage gebildet ist, die materialmäßig so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt.
2. Schlauch nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwei Festigkeitsträgerschichten (2, 4) vorhanden sind, die jeweils aus einer Drahteinlage gebildet sind, die so bemessen ist, dass diese sich bei einer Stromzufuhr erwärmt, wobei zwischen diesen beiden Festigkeitsträgerschichten eine isolierende Zwischenschicht (3) vorhanden ist.
3. Schlauch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die isolierende Zwischenschicht (3) eine Polymerfolie ist.
4. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahteinlage aus sich kreuzenden Drähten gebildet ist.
5. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahteinlage ein wendeiförmig umlaufendes Gebilde ist.
6. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus Metall besteht.
7. Schlauch nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus Stahl oder Kupfer einschließlich deren Legierungen besteht.
8. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht als Einzeldraht vorliegt.
9. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Draht aus zwei oder mehreren Einzeldrähten besteht, die zu einer Litze geformt sind.
10. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine textile Festigkeitsträgerschicht eingebaut ist.
11. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ausschließlich aus einem elastomeren Werkstoff besteht.
12. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ausschließlich aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) besteht.
13. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Polymermatrix ein Elastomer-TPE-Verbund ist.
14. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromzufuhr am Schlauchende erfolgt.
15. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchende stutzenfrei ist.
16. Schlauch nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlauchende mit einem Stutzen (6) versehen ist.
17. Schlauch nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (6) so ausgebildet ist, dass die Innenschicht (1) an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt ist und somit die elektrische Verbindung (8) zum Draht hergestellt ist.
18. Schlauch nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (6) mit einer Presshülse (9) versehen ist, die die Außenschicht (5) an einer oder mehreren Stelle/n durchtrennt, so dass eine elektrische Verbindung (10) zum Draht hergestellt ist.
19. Schlauch nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Presshülse (9) und dem Stutzen (6) eine elektrische Isolierung (7) befindet.
20. Schlauch nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Stutzen (6) so isoliert ist, dass kein elektrischer Kontakt zum transportierenden Medium hergestellt ist.
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