DE10360839B3

DE10360839B3 - Rohrkrümmer zum Verbinden von Fluidleitungen

Info

Publication number: DE10360839B3
Application number: DE2003160839
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Naber; Wolf-Christoph Prof.Dr.-Ing. Friebel
Original assignee: Naber Holding GmbH and Co KG
Current assignee: Naber Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2003-12-23
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-12-24

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrkrümmer zum Verbinden von in einem Winkel zueinander angeordneten Fluidleitungen. Zur Reduzierung des Strömungswiderstandes, des dadurch bedingten Druckverlustes und zur Verringerung des Strömungsgeräusches werden innerhalb des Rohrkrümmers (10) Strömungsleitelemente in Form von Leitplatten (16, 18) vorgesehen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rohrkrümmer zum Verbinden von in einem Winkel zueinander angeordneten Fluidleitungen mit wenigstens einem zusätzlichen Strömungsleitelement gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Rohrleitungen dienen zum Transportieren von mehr oder weniger viskosen Fluiden in Form von flüssigen oder gasförmigen Medien auch zusammen mit anderen Materialien, beispielsweise von Getreide mit Luft. Bei der Bewegung eines Fluides durch eine Rohrleitung entstehen aufgrund von Reibungsverlusten an Rohrwänden und aufgrund der Viskosität des Fluides Druckverluste, die zum Teil durch Pumpen, Ventilatoren oder dergleichen ausgeglichen werden müssen. Die größten Druckverluste von Fluiden in Rohrleitungen entstehen nicht in geraden Rohrstücken einschließlich geraden Innenwänden, sondern beim Auftreffen des Fluides auf Wände, Platten und dergleichen, wie auf die Seitenwände von Rohrkrümmern, auf Rückschlagklappen, Ventile, Gitter, Filter und ähnlichen innerhalb von Rohrleitungen angeordneten Bauteilen.
Um den Energiebedarf von Pumpen, Ventilatoren oder dergleichen zum Ausgleich entsprechender Druckverluste möglichst gering zu halten, werden insbesondere zwei Maßnahmen ergriffen: Zum einen wird versucht, möglichst kleine Strömungsgeschwindigkeiten zu erreichen. Dies kann bei einem bestimmten erforderlichen Stromvolumen aufgrund der Kontinuitätsgleichung der Strömungslehre nur durch relativ große Rohrquerschnitte realisiert werden. Eine andere Möglichkeit, die Druckverluste in Fluidleitungen möglichst gering zu halten, besteht darin, die eingebauten Bauelemente innerhalb von Rohrleitungen möglichst strömungsgünstig zu gestalten. Bei Rohrkrümmern geschieht dies beispielsweise dadurch, dass der Krümmungsradius, insbesondere der innere Krümmungsradius, möglichst groß ausgeführt wird.
Bei bestimmten Anwendungen lässt sich jedoch keine dieser beiden Möglichkeiten zur Verringerung von Druckverlusten voll anwenden. Ein Beispiel hierfür sind Abluftkanäle innerhalb von Küchen, die an eine Dunstabzugshaube angeschlossen werden. Hier gibt es räumlich begrenzte Einbauverhältnisse, insbesondere bei dem üblichen Verlegen der Abluftkanäle auf den Küchen-Oberschränken. Die Rohrleitungen und insbesondere die Rohrkrümmer müssen hier sehr kompakt ausgelegt werden. Beliebt ist hierbei auch eine Flachbauweise der Rohrleitungen und zugehöriger Rohrkrümmer. In aller Regel muss aus Raumgründen auch ein 90°-Winkel eingehalten werden.

Rohrkrümmer, wie vorstehend erläutert, sind beispielsweise im DE-Buch Dubbel „Taschenbuch für den Maschinenbau", 13. Auflage, Teil 1, 1970 oder in der DE-PS 220019 oder der DE-PS 588113 beschrieben. Zwei Strömungsleitelemente in Form von Leitplatten sind in der DE-AS 1261715 beschrieben, ebene Leitplatten mit senkrecht im Krümmer angeordneten Rippen sind der CH-PS 598496 entnehmbar.

Alle vorbekannten Leitplatten sind starr angeordnet und für das strömende Medium undurchlässig außer den in der DE-PS 588113 beschriebenen, welche aufgrund regelmäßig angeordneter länglicher, schlitzartiger Öffnungen in bestimmten Teilbereichen durchlässig sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rohrkrümmer gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 so auszugestalten, dass auch bei begrenzten Querschnitten und entsprechender hoher Strömungsgeschwindigkeit die Druckverluste in Rohrkrümmern deutlich reduziert werden. Gleichzeitig soll die Geräuschentwicklung reduziert werden.

Hierbei sollen die Strömungsleitelemente in Form von Leitplatten um eine Querlagerung frei beweglich angeordnet werden, so dass sie sich abhängig von der Strömungsrichtung, der Strömungsgeschwindigkeit automatisch in die optimale Lage zum strömenden Fluid einstellen können.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Beim Erfindungsgegenstand werden als zusätzliche Strömungsleitelemente gegeneinander verschiebbare Einzelleitplatten eingesetzt, die derart an den

Seitenwänden frei beweglich befestigt sind, dass sie durch die Strömung in die strömungsgünstigste Lage gebracht werden.

Diese Strömungsleitelemente werden in Form, Anzahl und Anordnung innerhalb des Rohrkrümmers durch Berechnungen und praktische Versuche so ausgelegt, dass der Rohrwiderstand und damit der Druckverlust und gleichzeitig hiermit verbunden die Geräuschentwicklung minimiert werden.

Durch die automatische Anpassung der gegeneinander verschiebbaren Einzelleitplatten kann bei stark schwankenden Strömungsgeschwindigkeiten oder ohne größere Anpassungsarbeiten bei unterschiedlichen Rohrquerschnitten und Rohrwinkeln eine Optimierung des Strömungsverlaufes mit reduzierter Geräuschentwicklung und reduziertem Energieaufwand für den Ventilator erzielt werden.

Hierbei können verschiedene Materialien wie Blech oder Kunststoff eingesetzt werden. Zweckmäßigerweise verwendet man das gleiche Material wie bei den geraden angrenzenden Rohrleitungen.

Die Strömungsleitelemente werden mit der Innenwand und/oder der Außenwand des Rohrkrümmers in möglichst strömungsgünstiger Form verbunden, wie durch möglichst dünne Verbindungsstege, die unter Umständen auch ihrerseits strömungsgünstig gestaltet sind. Auch eine einstückige Herstellung mit dem Rohrkrümmer ist möglich.

Überraschenderweise stellte es sich heraus, dass durch derartige gegeneinander verschiebbare Einzelleitplatten, die an den Seitenwänden frei beweglich befestigt sind, trotz des zusätzlichen Reibungswiderstandes an zusätzlichen Flächen der Druckverlust des durchfließenden Fluides insgesamt deutlich verringert und dass auch die Geräuschentwicklung verringert wurde. Eine zusätzliche Geräuschreduzierung ergibt sich außerdem dadurch, dass ein Ventilator mit geringerer Leistung ausreicht.

Im einfachsten Falle können ebene Leitplatten etwa symmetrisch innerhalb des Rohrkrümmers, und zwar in einem Abstand von zwei Dritteln zur inneren Rohrwand beziehungsweise inneren Rohrkante und einem Drittel zur äußeren Rohrwand, oder vorzugsweise etwa in gleichen Abständen zu beiden Rohrwänden, vorgesehen werden.

Leitplatten können gelenkig an einer entsprechenden Querplatte angeordnet werden, so dass sie in Abhängigkeit von der Strömungsrichtung des Fluides in optimaler Weise ausgerichtet werden können. Es ist eine freie Beweglichkeit der Platte um diese Querlagerung möglich, so dass sich, abhängig von der Strömungsrichtung und der Strömungsgeschwindigkeit, die Platte automatisch in die optimale Lage zum strömenden Fluid einstellen kann. Auch eine Anpassung der Form des Strömungsleitelementes an den Fluidfluss durch Wahl eines flexiblen Materiales, etwa einer Kunststofffolie, ist möglich.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel, das vorzugsweise auf übliche Abmessungen von kreisrunden oder vorzugsweise flachen Ableitrohren von Küchen-Dunstabzugshauben abgestimmt ist, sind zwei Leitplatten mit in etwa gleichen Abständen zueinander sowie zur Innenwand und Außenwand des Rohrkrümmers vorgesehen.

Statt der einfachen ebenen Leitplatten können gemäß entsprechenden Versuchen eine Vielzahl unterschiedlicher Formen und Anordnungen gewählt werden. So sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Leitplatten parallel zu den Rohrwänden ausgebildet, das heißt bei Rohren mit rundem Querschnitt in zwei Ebenen entsprechend gekrümmt, bei den bevorzugten Rechteckrohren nur einfach gekrümmt.

Weiterhin können die beiden Enden der Leitplatten speziell geformt sein, beispielsweise durch entsprechend abgewinkelte zusätzliche Leitflächen. Die Kanten der Platten selbst können leicht abgerundet oder spitz verlaufen, wodurch der Strömungswiderstand ebenfalls zusätzlich verringert wird.

Auch die Dicke der Leitplatten kann eine Rolle spielen, diese kann in Strömungsrichtung konstant oder auch variabel sein.

Die Strömungsleitelemente in Form von Ebenen oder vorzugsweise speziell gekrümmten Leitplatten können strömungsundurchlässig oder über regelmäßig verteilte kleine kreisförmige oder längliche schlitzförmige Öffnungen teilweise strömungsdurchlässig ausgebildet sein, vorzugsweise zu 10 bis 30 %. Die Strömungsleitelemente können sich über die gesamte Länge des Rohrkrümmers und den gesamten Krümmungswinkel oder vorzugsweise nur über Teilbereiche des Rohrkrümmers erstrecken, gemäß experimenteller Strömungsoptimierung und in bekannter Weise durchzuführenden Berechnungen, vorzugsweise nur im mittleren Drittel des Rohrkrümmers.

Der Rohrkrümmer selbst kann einen Krümmungswinkel von 1 bis 180° aufweisen, vorzugsweise jedoch etwa 90°.

Der Strömungsquerschnitt des Rohrkrümmers kann vorzugsweise demjenigen der anschließenden geraden Rohrstücke angepasst sein oder davon verschieden sein. Er kann rechteckig, rechteckig mit abgerundeten Ecken, verhältnismäßig flach rechteckig, oder kreisförmig sein. Der Rohrkrümmer kann eine horizontale oder eine vertikale Krümmung aufweisen, entsprechend dem Einsatzzweck.

Der Querschnitt des Krümmers kann in Strömungsrichtung unterschiedlich ausgebildet sein.

Wie weiter vorne bereits erwähnt, können die Strömungsleitelemente in Form von Platten parallel zu den Rohrwänden ausgebildet sein, so dass sie einen kreissegmentartigen Querschnitt aufweisen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt:
1 die Seitenansicht eines Rohrkrümmers mit an beiden Seiten angrenzenden geraden Rohrleitungen bei weggelassenen Seitenwänden, mit zwei Strömungs-Leitplatten,
2 einen Querschnitt auf den Rohrkrümmer entlang der Linie II-II von 1,
3 einen Querschnitt eines Rohrkrümmers in Strömungsrichtung entsprechend 2, aber bei kreisförmigem Rohrquerschnitt,
4 eine strömungsgünstig gestaltete Strömungs-Leitplatte in perspektivischer Darstellung.
In 1 der Zeichnung ist der Rohrkrümmer allgemein mit 10 bezeichnet, daran schließen sich gerade Rohrleitungen 12, 14 an. Die Strömungsrichtung ist mit S angegeben. Die äußere Wandung des Rohrkrümmers 10 ist mit 11 bezeichnet, die innere Rohrkrümmung ist zu einer einzigen Kante 13 zusammegeschrumpft. In 1 sind in gleichen Abständen zur Innenkante 13 und zur Außenwand 11 sowie zueinander eine innere Strömungsplatte 18 und eine äußere Strömungsplatte 16 vorgesehen, die parallel zur Außenwand 11 verlaufen. In der Darstellung von 1 sind die Strömungsleitelemente in Form von Leitplatten 16, 18 nur in einer Richtung, nämlich entsprechend der Linie der Außenwand 11, gekrümmt. Diese Formgebung wird bei rechteckigen Querschnitten bevorzugt, einschließlich flach-rechteckigen, wenn beispielsweise ein vertikales gerades Rohrstück 14 über einen auf einem Küchenoberschrank aufliegenden Rohrkrümmer 10 mit einem horizontalen Rohrstück 12 verbunden ist.
2 zeigt den Querschnitt des in 1 dargestellten Rohrkrümmers 10 in Strömungsrichtung S in horizontaler Lage unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen. Hierbei reichen die zwei parallel zueinander und zur Außenwand 11 angeordneten, nach links hinten gekrümmten Strömungs-Leitplatten oben und unten bis zu den Wänden.
Aus dem Querschnitt für einen Rohrkrümmer mit kreisförmigem Querschnitt von 3, gesehen wie in Richtung II-II von 1, ist ersichtlich, dass die Leitplatten 16', 18' noch eine weitere Krümmung entlang dem Querschnitt des Rohrkrümmers 10' aufweisen, so dass sich in etwa kreissegmentartige Leitplatten 16', 18' etwa parallel zur Außenwand 11' ergeben.
4 zeigt eine gemäß Berechnungen und Windkanal besonders strömungsgünstig gestaltete Strömungsleitplatte 20 für einen Rohrkrümmer mit einem stumpfen Winkel von etwa 140 Grad. Die der Strömung zugewandte Vorderkante 22 ist verbreitert und abgerundet. Bis zur spitzen Hinterkante nimmt die Plattendicke kontinuierlich ab.

Claims

Rohrkrümmer zum Verbinden von in einem Winkel zueinander angeordneten Fluidleitungen mit wenigstens einem zusätzlichen Strömungsleitelement, dadurch gekennzeichnet dass als Strömungsleitelemente gegeneinander verschiebbare Einzelleitplatten (16, 18) eingesetzt werden, die derart an den Seitenwänden frei beweglich befestigt sind, dass sie durch die Strömung in die strömungsgünstigste Lage gebracht werden.
Rohrkrümmer nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Strömungsleitelemente in Form von Leitplatten (16, 18).
Rohrkrümmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitplatten eben sind.
Rohrkrümmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitplatten in Richtung auf die Außenlinie der äußeren Rohrwandung (11) des Rohrkrümmers (10) gekrümmt und bei rundem Rohrquerschnitt vorzugsweise gleichzeitig in Querrichtung zur Strömungsrichtung entsprechend dem Rohrquerschnitt gekrümmt sind, so dass sich ein kreissegmentartiges Querprofil ergibt.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Leitelemente in Strömungsrichtung konstant ist.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Leitelemente in Strömungsrichtung und vorzugsweise auch in Querrichtung gemäß praktischen Versuchen zur Strömungsoptimierung unterschiedlich verläuft.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6; dadurch gekennzeichnet, dass die Leitplatten (16, 18) eine in Strömungsrichtung (S) konstante Dicke aufweisen.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Dicke der einzelnen oder der zusammen gesetzten Leitplatten über den Gesamtverlauf ändert, wobei gegebenenfalls an den Endkanten zusätzliche abgeschrägte Leitelemente vorgesehen sind.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanten der Leitplatten oder wenigstens die der Strömung zugewandten Kanten der Leitplatten abgerundet oder spitz, vorzugsweise in Strömungsrichtung vorne rund und hinten spitz ausgebildet sind.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitplatten (16, 18) für das strömende Medium undurchlässig oder aufgrund regelmäßig angeordneter runder, länglicher oder schlitzartiger kleiner Öffnungen teilweise beziehungsweise in bestimmten Teilbereichen durchlässig sind, vorzugsweise zu 10 und 30 %.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Leitplatten (16, 18) über die gesamte Länge des Krümmers (10, 10') und den gesamten Krümmungswinkel erstrecken oder vorzugsweise nur über Teilbereiche gemäß experimentell ermittelter Strömungsoptimierung und entsprechender Berechnungen, vorzugsweise lediglich im zentralen Krümmungsbereich des Rohrkrümmers.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohrkrümmer einen Krümmungswinkel von 1° bis 180° aufweist, vorzugsweise etwa 90°.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt rechteckig, rechteckig mit abgerundeten Ecken, vorzugsweise flachrechteckig ist, vorzugsweise dem Querschnitt der angrenzenden geraden Rohrleitungen entspricht und dass die Leitplatten (16, 18) parallel zur Außenwand (11) gekrümmt und in gleichen Abständen angeordnet sind.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine horizontale oder eine vertikale Krümmung, entsprechend dem vorgesehenen Einsatzzweck, aufweist.
Rohrkrümmer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt der Strömungs-Leitplatte (20) in Strömungsrichtung (S) eine unterschiedlich verlaufende Geometrie entsprechend einer experimentell oder durch Rechnung ermittelten optimalen Reduzierung des Strömungswiderstandes aufweist, wobei die Vorderkante (22) verbreitert und abgerundet ist und wobei die Dicke bis zur spitzen Hinterkante (24) kontinuierlich abnimmt.