Beheizbare Fluidleitung mit induktiver Schnittstelle

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrisch beheizbare Fluidleitung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Leitungsstück, z.B. in Form eines Rohres oder eines Schlauches, und einem mit einem der Enden des Leitungsstücks verbundenen Verbindungsstück zum Anschluss der Fluidleitung an ein Aggregat oder eine weitere Fluidleitung.

Derartige Fluidleitungen sind insbesondere aus dem Bereich der SCR-Schläuche bekannt (SCR: selektive katalytische Reduktion). So lassen sich Fluidleitungen durch elektrische Heizleiter beheizen, die beispielsweise um die Fluidleitung herum angeordnet, insbesondere umwickelt, oder in diese eingebettet sein können. Bei einer Stromzufuhr erwärmen sich die Heizleiter, wobei Wärme an die Fluidleitung und das durch die Fluidleitung fließende Fluid übertragen wird. Die Heizleiter sind in der Regel durch eine schützende Deckschicht vor äußeren Einflüssen geschützt. Die Deckschicht kann dabei z.B. in Form eines Gehäuses, eines umwickelten Gewebebands oder einer Umspritzung vorliegen.

Üblicherweise werden die Heizleiter zur Kontaktierung mit einer Stromquelle aus dieser schützenden Deckschicht herausgeführt. Der Bereich, an dem die Heizleiter aus der Deckschicht heraustreten, bildet eine Schwachstelle, an der die Fluidleitung anfällig für Delamination, Leckage oder andere vorzeitige Ausfälle ist. Die gleichen Probleme treten auf, wenn entlang der Fluidleitung separate Heizleiter miteinander kontaktiert werden müssen. Denn häufig werden aus Fertigungsgründen z.B. das Leitungsstück und das Verbindungsstück jeweils einzeln mit einem Heizleiter versehen und im Zuge des Zusammensetzens der Fluidleitung miteinander kontaktiert. In allen Fällen ist das Herausführen der Heizleiter sowie das anschließende Kontaktieren mit einem hohen Grad an manueller Arbeit verbunden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Fluidleitung bereitzustellen, bei der die vorbeschriebenen Nachteile zumindest teilweise überwunden werden. Zumindest soll eine Alternative zu bestehenden Fluidleitungen bereitgestellt werden.

Diese Aufgabe wird durch eine beheizbare Fluidleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Merkmale sind Gegenstand der anhängigen Ansprüche. Weitere Vorteile und Merkmale sind der allgemeinen Beschreibung sowie den Ausführungsbeispielen zu entnehmen.

Die erfindungsgemäße beheizbare Fluidleitung weist ein insbesondere als Rohr und/oder als Schlauch ausgebildetes Leitungsstück mit einem ersten elektrischen Heizleiter zum Beheizen des Leitungsstücks auf. Die Fluidleitung weist ferner ein Verbindungsstück zum Anschluss der Fluidleitung an ein Aggregat oder eine weitere Fluidleitung auf, wobei das Verbindungsstück einen zweiten elektrischen Heizleiter zum Beheizen des Verbindungsstücks aufweist. Das Verbindungsstück ist mit einem Ende des Leitungsstücks verbunden und bildet mit diesem einen gemeinsamen Fluidkanal aus. Die Fluidleitung umfasst ferner zumindest eine induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie, insbesondere aus einer Stromquelle, auf den ersten Heizleiter und/oder auf den zweiten Heizleiter.

Die induktive Schnittstelle ermöglicht es, zumindest einen Teil der zum Beheizen zumindest eines Teils der Fluidleitung benötigten Energie induktiv und somit berührungslos zu übertragen. Auf diese Weise kann an dieser Stelle auf ein Herausführen von Leitern aus der Deckschicht verzichtet werden. Da sich die Leiter nicht mehr berühren müssen, ist es möglich, Heizleiter auf dem jeweiligen Bauteil besser zu kapseln und so die Anfälligkeit für Delamination, Leckage oder andere vorzeitige Ausfälle zu verringern oder im Wesentlichen zu vermeiden. Auch kann das Herstellungsverfahren derartiger Fluidleitungen erheblich vereinfacht werden, da auf eine manuelle Kontaktierung der über die induktive Schnittstelle verbundenen Leiter verzichtet werden kann. Die Fluidleitung kann beispielsweise ein Teilstück in einem Abgasstrang sein, z.B. ein SCR-Schlauch. Das Verbindungsstück kann beispielsweise einen Steckverbinder und/oder einen Schraubverbinder umfassen.

Der erste und/oder der zweite Heizleiter umfassen vorzugsweise ein Metall, bevorzugt Kupfer. Insbesondere sind der erste und/oder der zweite Heizleiter drahtförmig ausgebildet. Vorzugsweise sind die Heizleiter in das Leitungsstück und/oder in das Verbindungsstück eingebettet und/oder umgeben das Leitungsstück und/oder das Verbindungsstück.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Heizleiter von dem zweiten Heizleiter elektrisch isoliert, wobei zwischen dem Leitungsstück und dem Verbindungsstück eine induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von dem ersten Heizleiter auf den zweiten Heizleiter oder umgekehrt ausgebildet ist. Die sonst besonders störanfällige und zu ihrer Herstellung einen hohen Grad an manueller Arbeit benötigende Verbindung zwischen Leitungsstück und Verbindungsstück wird auf diese Weise vereinfacht und verbessert. Dadurch wird eine einfach herzustellende Fluidleitung mit hoher Lebensdauer bereitgestellt.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Leitungsstück und/oder das Verbindungsstück Mittel zur elektrischen Kontaktierung mit einer elektrischen Stromquelle auf. Auf diese Weise kann ein besonders kompakter Aufbau der Fluidleitung realisiert werden, bei dem z.B. entweder das Verbindungsstück oder das Leitungsstück mit einer Stromquelle verbunden wird und elektrische Energie auf das jeweils andere Bauteil über die induktive Schnittstelle übertragen wird. Alternativ können sowohl das Verbindungsstück als auch das Leitungsstück mit einer Stromquelle verbunden werden, wobei z.B. eines der Bauteile an eine Zuleitung und das jeweils andere Bauteil an eine Abgangsleitung angeschlossen ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Fluidleitung eine von den Heizleitern elektrisch isolierte Induktionsspule auf, die Mittel zur elektrischen Kontaktierung mit einer elektrischen Stromquelle aufweist, wobei zwischen der Induktionsspule und dem Leitungsstück eine induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule auf den ersten Heizleiter und/oder zwischen der Induktionsspule und dem Verbindungsstück eine induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule auf den zweiten Heizleiter ausgebildet ist. Auf diese Weise kann die elektrische Energie zum Beheizen der Fluidleitung berührungslos auf die den Fluidkanal ausbildenden Teile der Fluidleitung übertragen werden. Somit kann auf ein Herausführen von Leitungen aus dem Leitungsstück und/oder dem Verbindungstück verzichtet werden, was einen vereinfachten und vor äußeren Einflüssen besser geschützten Einbau der Heizleiter in das Leitungsstück und/oder das Verbindungstück ermöglicht. Die Induktionsspule kann einen leitfähigen Spulenkörper umfassen. Die Induktionsspule kann nicht leitfähiges Gehäuse zum Schutz des Spulenkörpers vor äußeren Einflüssen umfassen. Bevorzugt weist die Induktionsspule eine den Spulenkörper gegenüber äußeren Einflüssen abschirmende Abschirmung zur Kanalisierung des Magnetfeldes auf. Die Abschirmung kann aus einem Material sein, das einen weichmagnetischen Werkstoff mit möglichst hoher magnetischer Sättigungsflussdichte und hoher magnetischer Permeabilität, wie z.B. Ferrit, umfasst.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von dem ersten Heizleiter auf den zweiten Heizleiter (oder umgekehrt) einerseits sowie die induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule auf den ersten Heizleiter und/oder die induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule auf den zweiten Heizleiter andererseits parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Fluidkanals zumindest teilweise überlappend angeordnet sind. Durch die sich überlappenden induktiven Schnittstellen treten insgesamt weniger Energieverluste auf, wodurch das Beheizen der Fluidleitung mit einer höheren Effizienz möglich ist. Zudem ermöglicht eine derartige konstruktive Ausgestaltung eine bezüglich der Haupterstreckungsrichtung des Fluidkanals schmalere und somit kompaktere Bauweise. In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Heizleiter auf dem Leitungsstück aufgewickelt ist und/oder ist der zweite Heizleiter auf dem Verbindungsstück aufgewickelt. Auf diese Weise kann der Heizleiter in besonders einfacher Weise automatisiert auf die Fluidleitung appliziert werden, z.B. mittels einer Wicklungsmaschine. Zudem kann durch die Wicklung eine Wicklungsrichtung der Heizleiter definiert und somit zumindest ein Teil einer induktiven Schnittstelle von dem Heizleiter selbst ausgebildet werden.

Insbesondere sind die Wicklungen der Heizleiter und/oder die Induktionsspule zur Ausbildung zumindest einer der induktiven Schnittstellen einander parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Fluidkanals zumindest teilweise überlappend angeordnet. Vorzugsweise haben der oder die aufgewickelten Heizleiter im Bereich der induktiven Schnittstelle(n) eine höhere Wicklungsdichte als in einem Bereich abseits der induktiven Schnittstelle(n). Auf diese Weise lässt sich eine beheizbare Fluidleitung mit induktiven Schnittstellen besonders einfach und automatisiert, z.B. mittels einer Wicklungsmaschine, herstellen. Als Wicklungsdichte wird die Anzahl von Wicklungen bezogen auf einen Längsabschnitt der Fluidleitung verstanden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere nicht elektrisch leitfähige Teile der Fluidleitung im Bereich der induktiven Schnittstelle(n) mit ferromagnetischen Partikeln versetzt. Auf diese Weise wird die induktive Kopplung verbessert, wodurch das Beheizen der Fluidleitung mit einer höheren Effizienz möglich ist. Beispielsweise können nicht elektrisch leitfähige Teile des Leitungsstücks, des Verbindungsstücks und/oder der Induktionsspule, an jenen Stellen, die eine induktive Schnittstelle ausbilden, mit ferromagnetischen Partikeln versetzt sein. Wenn das Leitungsstück ein Schlauch ist, können diese Partikel beispielsweise in den Mischprozess des elastomeren Grundmaterials eingebracht werden.

In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind ein oder mehrere nicht elektrisch leitfähige Teile der Fluidleitung mit leitfähigen Partikeln versetzt. Die leitfähigen Partikeln können eine Aufheizwirkung der Fluidleitung verstärken, indem sie erhöhte Wirbelstromverluste und/oder erhöhte dielektrische Verluste hervorrufen, was insbesondere für das Leitungsstück und/oder das Verbindungsstück von Vorteil ist. Ferner hilft eine bereits geringe Leitfähigkeit der der Grundkörper der Fluidleitung auch dabei, Ladungsansammlungen von der jeweiligen Oberfläche abzuleiten, die sonst zu ungewollter Funkenbildung führen könnten, was auch für die Induktionsspule vorteilhaft ist. Wenn das Leitungsstück ein Schlauch ist, können diese Partikel beispielsweise in den Mischprozess des elastomeren Grundmaterials eingebracht werden.

In sämtlichen vorbeschriebenen Ausgestaltungen der Erfindung können auch beide Enden der Fluidleitung mit einem vorbeschriebenen Verbindungsstück versehen sein.

Die Heizleiter können auch als Datenleitung verwendet werden und so beispielsweise zur Kommunikation mit bzw. zum Auslesen von in oder an der Fluidleitung angeordneten Sensoren (wie z.B. Temperatursensoren, Durchflusssensoren, Drucksensoren, Dehnungssensoren, etc.) verwendet werden.

Die erfindungsmäße beheizbare Fluidleitung kann in einer Vielzahl von technischen Lösungen insbesondere im Automobilbereich eingesetzt werden, wie z.B. als Kühlungsmittelleitung in Automobilen oder als Leitung bei der Reinigung von exponierten Sensoren in Automobilen.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die vorstehend erläuterten Ausgestaltungen der Erfindung jeweils für sich oder in einer beliebigen technisch sinnvollen Kombination auch untereinander jeweils mit dem Gegenstand des Anspruchs 1 kombinierbar sind.

Abwandlungen und Ausgestaltungen der Erfindung sowie weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung lassen sich der nachfolgenden gegenständlichen Beschreibung und den Zeichnungen entnehmen. In den schematischen Figuren zeigen: Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung in einer

Schnittdarstellung;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung in einer

Schnittdarstellung;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung in einer

Schnittdarstellung;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung in einer

Schnittdarstellung;

Fig. 5 ein Leitungsstück der Erfindung in einer Schnittdarstellung.

Gleich oder ähnlich wirkende Teile sind - sofern dienlich - mit identischen Bezugsziffern versehen.

Einzelne technische Merkmale der nachbeschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und etwaiger weiterer Ansprüche zu erfindungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden.

Fig. 1 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen einer beheizbaren Fluidleitung 2 mit einem Leitungsstück 4, das einen ersten elektrischen Heizleiter 6 zum Beheizen des Leitungsstücks 4 aufweist, einem Verbindungsstück 8 zum Anschluss der Fluidleitung 2 an ein Aggregat oder eine weitere Fluidleitung (jeweils nicht gezeigt), wobei das Verbindungsstück 8 einen zweiten elektrischen Heizleiter 10 zum Beheizen des Verbindungsstücks 8 aufweist, wobei das Verbindungsstück 8 mit einem Ende 12 des Leitungsstücks 4 verbunden ist und mit diesem einen gemeinsamen Fluidkanal 14 ausbildet, und zumindest einer induktiven Schnittstelle 16, 26, 28 zur Übertragung elektrischer Energie auf den ersten Heizleiter 6 und/oder auf den zweiten Heizleiter 10. In allen in den Figuren gezeigten Ausführungsformen ist der erste Heizleiter 6 auf dem Leitungsstück 4 aufgewickelt und gekapselt und ist der zweite Heizleiter 10 auf dem Verbindungsstück 8 aufgewickelt und gekapselt, wobei der erste Heizleiter 6 von dem zweiten Heizleiter 10 elektrisch isoliert ist. Hierbei die aufgewickelten Heizleiter 6, 10 im Bereich der induktiven Schnittstelle(n) 16, 26, 28 stets eine höhere Wicklungsdichte als in den Bereichen abseits der induktiven Schnittstelle(n) 16, 26, 28.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung 2, bei der zwischen dem Leitungsstück 4 und dem Verbindungsstück 8 eine induktive Schnittstelle 16 zur Übertragung elektrischer Energie von dem ersten Heizleiter 6 auf den zweiten Heizleiter 10 oder umgekehrt ausgebildet ist. Die induktive Schnittstelle 16 wird durch eine Überlappung der Wicklungen der Heizleiter 6, 10 parallel zur Haupterstreckungsrichtung R des Fluidkanals 14 bereitgestellt. Das Verbindungsstück 8 weist Mittel 18 zur elektrischen Kontaktierung mit einer Stromquelle (nicht gezeigt) auf. Elektrische Heizenergie kann somit von der Stromquelle auf das Verbindungsstück 8 und anschließend berührungslos über die induktive Schnittstelle auf das Leitungsstück 4 übertragen werden. Alternativ kann auch das Leitungsstück 4 über entsprechende Mittel mit einer Stromquelle verbunden sein und elektrische Energie berührungslos auf das Verbindungsstück 8 übertragen werden.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung 2, die sich von der ersten Ausführungsform lediglich dadurch unterscheidet, dass weder das Leitungsstück 4 noch das Verbindungsstück 8 mit der (nicht gezeigten) Stromquelle verbunden sind, sondern die elektrische Energie über Mittel 24 zur elektrischen Kontaktierung mit der Stromquelle zunächst auf eine Induktionsspule 20 übertragen wird. Zwischen der Induktionsspule 20 und dem Leitungsstück 4 ist eine induktive Schnittstelle 26 zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule 20 auf den ersten Heizleiter 6 ausgebildet. Der erste Heizleiter 6 weist im Bereich beider induktiver Schnittstellen 16, 26 jeweils eine höhere Wicklungsdichte auf als in den Bereichen abseits der induktiven Schnittstellen 16, 26. Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung 2, bei der das Ende 12 des Leitungsstücks 4 und das Ende 13 des Verbindungsstücks 8 stirnseitig aneinander liegen. Zwischen der Induktionsspule 20 einerseits und dem Leitungsstück 4 und dem Verbindungsstück 8 andererseits ist eine induktive Schnittstelle 28 zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule 20 auf den ersten Heizleiter 6 und den zweiten Heizleiter 10 ausgebildet. Diese Anordnung ermöglicht eine besonders schmale Bauweise in radialer Richtung des Fluidkanals 14. Die Stromversorgung erfolgt über die über Mittel 24 zur elektrischen Kontaktierung mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle verbindbare Induktionsspule 20.

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Fluidleitung 2, bei die induktive Schnittstelle 16 zur Übertragung elektrischer Energie von dem ersten Heizleiter 6 auf den zweiten Heizleiter 10 (oder umgekehrt) einerseits sowie die induktive Schnittstelle 28 zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule 20 auf den ersten Heizleiter 6 und den zweiten Heizleiter 10 andererseits parallel zur Haupterstreckungsrichtung R des Fluidkanals 14 zumindest teilweise überlappend angeordnet sind. Durch die sich überlappenden induktiven Schnittstellen 16, 28 wechselwirkt das von der Induktionsspule 20 erzeugte Magnetfeld (siehe magnetische Feldlinien H) auf die Verbindungsstelle zwischen Leitungsstück 4 und Verbindungsstück 8. Somit treten insgesamt weniger Energieverluste auf, wodurch das Beheizen der Fluidleitung 2 mit einer höheren Effizienz möglich ist. Zudem ermöglicht eine derartige konstruktive Ausgestaltung eine bezüglich der Haupterstreckungsrichtung R des Fluidkanals 14 schmalere und somit kompaktere Bauweise. Die Stromversorgung erfolgt über die über Mittel 24 zur elektrischen Kontaktierung mit einer (nicht gezeigten) Stromquelle verbindbare Induktionsspule 20. Die Induktionsspule 20 weist eine den Spulenkörper 21 gegenüber äußeren Einflüssen abschirmende Abschirmung 22 zur Kanalisierung des Magnetfeldes auf. Die Abschirmung 22 ist aus einem Material, das einen weichmagnetischen Werkstoff mit möglichst hoher magnetischer Sättigungsflussdichte und hoher magnetischer Permeabilität, wie z.B. Ferrit, umfasst.

In sämtlichen Ausführungsformen können ein oder mehrere nicht elektrisch leitfähige Teile der Fluidleitung 2 im Bereich der induktiven Schnittstelle(n) 16, 26, 28 mit ferromagnetischen Partikeln versetzt sein. Fig. 5 zeigt beispielhaft ein erfindungsgemäßes Leitungsstück 4, das in einem Längsabschnitt 29, der einen Teil einer induktiven Schnittstelle 16, 26, 28 mit ausbilden soll, den Heizleiter 6 umgebende nicht leitfähige Teile des Leitungsstücks, mit ferromagnetischen Partikeln versetzt ist (angedeutet durch Schraffur). Auf diese Weise wird die induktive Kopplung verbessert, wodurch das Beheizen der Fluidleitung 2 mit einer höheren Effizienz möglich ist. Die ferromagnetischen Partikel können entsprechend auch in dem Verbindungsstück 8 und/oder der Induktionsspule 20 eingesetzt werden, um die induktive Kopplung zu erhöhen.

Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

2 Fluidleitung

4 Leitungsstück

6 erster elektrischer Heizleiter

8 Verbindungsstück

10 zweiter elektrischer Heizleiter

12 Ende des Leitungsstücks 4

13 Ende des Verbindungsstücks 8

14 Fluidkanal

16 induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von dem ersten Heizleiter 6 auf den zweiten Heizleiter 10

18 Mittel zur elektrischen Kontaktierung des Verbindungsstücks 8

20 Induktionsspule

21 Spulenkörper

22 Abschirmung der Induktionsspule 20

24 Mittel zur elektrischen Kontaktierung der Induktionsspule 20

26 Induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule 20 auf den ersten Heizleiter 6

28 Induktive Schnittstelle zur Übertragung elektrischer Energie von der Induktionsspule 20 auf den ersten Heizleiter 6 und den zweiten Heizleiter 10

29 Längsabschnitt des Leitungsstücks 4

R Haupterstreckungsrichtung des Fluidkanals 14

H Magnetische Feldlinien