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Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufsatz für Feuerungs- und Lüftungskamine mit polygonalem, vorzugsweise quadratischem Querschnitt, der mit einem von Abstandsstegen getragenen Leitkörper die
Austrittsöffnung des Kamins fallwindsicher überwacht und an dessen Seitenflächen zur Bildung von in den
Rauchgaskanal mündenden Kanälen sich nach innen verjüngende, vertikale Stege mit Abstand voneinander vorgesehen sind.
Aufsätze dieser Art sind bekannt, wobei die in den Seitenflächen vorgesehenen und in den Rauchgaskanal mündenden Öffnungen als geschlossene, sich nach innen verjüngende Windkanäle ausgebildet sind, die gleichsinnig und schräg nach den benachbarten Seitenflächen gerichtet sind und in einen zylindrischen Austrittsquerschnitt münden. Dabei sind in den Stirnseiten des Aufsatzes je zwei rechteckige, waagrecht und übereinanderliegende Öffnungen vorgesehen, wogegen im Bereich der gebrochenen Ecken eine einzige rechteckige vertikale Öffnung vorgesehen ist und der dieser öffnung zugeordnete Kanal nach der Mitte der gegenüberliegenden Seitenfläche gerichtet ist.
Moderne Feuerstätten nutzen die Temperaturen der Rauchgase in hohem Ausmasse aus, da die Feuerstätten einen günstigen Wirkungsgrad besitzen, so dass für den natürlichen Auftrieb der Rauchgase im Kamin oder Schornstein nur wenig Energie zur Verfügung steht. Der Kaminaufsatz muss daher den an sich sehr schwachen Auftrieb der Rauchgase aufrechterhalten und durch Windeinflüsse entstehende Unterdruckbereiche zum Abführen der Rauchgase ausnutzen.
Ist der Kamin- oder Schornsteinaufsatz oben offen, so kühlen sich die im Kamin aufsteigenden Rauchgase rasch ab und verlieren dadurch den Auftrieb, abgesehen davon, dass bei offenem Kamin- oder Schornsteinaufsatz Niederschläge in Form von Regen oder Schnee eindringen können, und in Verbindung mit den in der Regelschwefelhaltigen Abgasen zur Versottung und damit zur Zerstörung des Kamins führen.
Aus diesen Gründen ist es daher zweckmässig, den Kamin oder dessen Aufsatz zu überdachen, jedoch dabei zu beachten, dass solche Überdachungen in der Regel zur Schwierigkeit wegen der dadurch verursachten Verschlechterung der Zugwirkung führen. Tatsache ist jedoch, dass durch die Überdachung des Schornsteines oder seines Aufsatzes eine weniger schnelle Abkühlung der aufsteigenden Abgase erzielbar ist und dadurch die Auftriebskräfte länger erhalten bleiben.
Wird z. B. ein rechteckiger oder quadratischer Schornsteinaufsatz frontal von atmosphärischen Luftströmungen angeblasen, so bildet sich an der Anblasseite eine überdruckzone aus, wogegen stärkere Unterdruckbereiche an allen nicht angeblasenen Seitenflächen entstehen. Wird jedoch ein derartiger Schornsteinaufsatz über die Ecken angeblasen, so entsteht das Maximum des Unterdruckbereiches nicht hinter der diagonal dazu liegenden Ecke sondern etwa in der Mitte der an diese Ecke angrenzenden Seitenfläche.
Von Bedeutung ist auch, dass in den Innenraum des Aufsatzes weder durch den Ringspalt zwischen Überdachung und oberem Aufsatzrand noch durch die in den Seitenflächen des Aufsatzes vorgesehenen Kanäle eine Windströmung unmittelbar in den Rauchgaskanal eintritt. Dadurch würden die schwachen Auftriebskräfte des Abgases gänzlich zerstört, was der Funktionsfähigkeit des Schornsteines abträglich ist. Bildet man den Spalt zwischen Überdachung und oberem Aufsatzrand vollkommen fallwindsicher aus, so reicht sein Querschnitt nicht zum Abführen der Abgase aus, da er sehr schmal ausgebildet sein müsste ; dies bedeutet, dass die in den Seitenflächen vorgesehenen Kanäle auch für den Abgasaustritt mit herangezogen werden müssen.
Es ist ferner ein Kaminhut bekannt, welcher vertikal verlaufende, sich nach aussen hin verjüngende Austrittsöffnungen für das Abgas aufweist. Bei diesem Kamin sind öffnungen vorgesehen, welche einen horizontal herströmenden Luftstrom von aussen her in einen vertikalen Luftstrom innerhalb des Kaminaufsatzes umlenken, so dass hier eine Zugbeeinflussung eintritt. Über diesen Öffnungen sind nebeneinander Kachelelemente aufgestellt, welche über einen grossen Teil ihrer Länge einen keilförmigen Querschnitt besitzen. Die Spitze der keilförmigen Elemente weist dabei gegen das Innere des Kamins hin. Die einzelnen, nebeneinander angeordneten Kacheln sind an ihrer äusseren Begrenzung über einen Teil ihrer Höhe zur Formverbesserung konkav gewölbt.
Die konkaven Wölbungen sind an den äusseren Begrenzungsflächen derart gering und so schmal, dass diese keine besondere Wirkung ausüben können. Die an sich wünschenswerte Sogwirkung an der windabgewandten Seite wird bei der Ausbildung der Eckpfosten gemäss dieser bekannten Ausführung und bei der geringen Durchlässigkeit der Kanäle (sehr schmale Schlitze) zwischen den Stegen weitgehend verhindert, während an der Luvseite der Wind nur geschwächt in den Rauchgaskanal eintreten kann.
Es ist ferner ein Kaminaufsatz bekannt, welcher ebenfalls vertikal verlaufend durch sich zum Ausgangsaustritt hin verjüngende Stege und dadurch getrennte, als Längsschlitze od. dgl. ausgebildete Kanäle aufweist, wobei der Kaminaufsatz auch hier überdacht ist. Dieser Kaminaufsatz weist eine Grundplatte, Eck- und Mittelpfosten und eine Abdeckplatte auf. Die einzelnen Stege der Mittelpfosten verjüngen sich ebenfalls zum Abgasaustritt hin. Die einzelnen Stege weisen einen ebenen äusseren Abschluss auf, wobei ausserdem die Eckstege die Ecken ausfüllend ausgeführt sind. Bei diesem Kaminaufsatz sind also die Ecken nicht gebrochen.
Bei einer solchen Ausführung kann es vorkommen, wenn beispielsweise die Windrichtung frontal auf der einen Seite des Aufsatzes anströmt, dass infolge der sehr weit vorne liegenden Abschlusskanten der benachbarte Luftstrom derart umgelenkt wird, dass ein Teil in den einer Ecke des Aufsatzes folgenden ersten Kanal einströmt und somit eine Gegenwirkung zum erwünschten Erfolg darstellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufsatz der eingangs erwähnten Art in seiner
Wirkungsweise zu verbessern und die auf den Aufsatz einwirkenden atmosphärischen Winde in möglichst umfangreichem Mass zum Abführen der Abgase heranzuziehen, wobei ausserdem die Nachteile der geschilderten bekannten Ausführung vermieden werden sollen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die kanalbildenden Stege eine über deren ganze
Höhe konkav gewölbte äussere Begrenzungsfläche aufweisen und dass die an den Seitenflächen angeordneten
Stege gegenüber den benachbarten Eckstegen zurückversetzt sind.
Damit lässt sich in hinreichendem Masse die in der Physik als Staugitterwirkung bekannte
Strömungserscheinung zur Verbesserung der Saugwirkung von Aufsätzen der gegenständlichen Art unter den verschiedensten Windrichtungen bzw. Anströmrichtungen ausnutzen. Diese Staugitterwirkung tritt ein, wenn
Wind auf eine von Schlitzen durchbrochene Wand strömt, wobei diese Wirkung umso ausgeprägter in
Erscheinung tritt, je enger die Schlitze auf der angeströmten Seite im Vergleich zu den dazwischen liegenden
Stegen sind.
Die Zurückversetzung der Stege und die konkave Wölbung der Stege korrespondieren in der Weise, dass der jeweils eine beliebige Seite anblasende Wind durch die konkave Wölbung so weit abgelenkt wird, dass er keinen
Eintritt in die Ausgangskanäle des Aufsatzes erhalten kann. Versuche im Windkanal zeigen, dass erst durch die ausgewogene und zweckentsprechende Kombination von konkaver Wölbung einerseits und Zurückversetzung der
Stege anderseits das gesteckte Ziel erreicht wird, so dass der aus beliebigen Richtungen anströmende Wind durch diese Kombination so umgelenkt wird, dass ihm der Eintritt in die Kanäle nicht nur verwehrt, sondern dass er darüberhinaus den angestrebten Absaugungseffekt bewirkt.
An Hand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemässen Aufsatzes, Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II in Fig. l, Fig. 3 einen
Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt nach Linie IV-IV in Fig. 3.
Der Aufsatz besteht im wesentlichen aus einem prismatischen Grundkörper --1--, dessen Schnittkontur (Fig. 2) ein Quadrat mit gebrochenen Ecken darstellt. Im Inneren des prismatischen Körpers--l--ist eine Öffnung --2-- vorgesehen, die eine unmittelbare Fortsetzung des ebenfalls quadratischen Rauchgaskanals des Schornsteines oder des Kamins darstellt. Je zwei umfangsgeschlossene Rahmen--3 und 4--begrenzen den prismatischen Körper-l-nach oben und nach unten.
Zwischen diesen beiden Rahmen sind mit Abstand voneinander Stege--5 und 5'--vorgesehen, wobei die Stege-5--, die an den Front- oder Stirnseiten bzw. den breiten Seitenflächen des Aufsatzes liegen, im Querschnitt einen stumpfen Keil zeigen, wogegen die Stege - -5'-- an den gebrochenen Ecken bzw. schmalen Seitenflächen im Querschnitt ein gleichschenkeliges rechtwinkeliges Dreieck bilden.
Die Stege-5 und 5'-begrenzen vertikale Schlitze--6--mit parallelen Seitenrändern, welche die Mündungsöffnungen von Kanälen-7-darstellen, die nach innen führen. Die Stege-5 und 5'-sind jeweils an den Aussenflächen von einer nach innen gewölbten konkaven Fläche--8 bzw. 8'--begrenzt. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, dass die Breite--b--einer äusseren Mündungsöffnung--6--kleiner ist als die Breite-B bzw. b'-der äusseren Begrenzungsfläche des Steges-5 bzw. 5'--.
Wie Fig. 2 veranschaulicht, sind auch die in den gebrochenen Ecken vorgesehenen Stege --5'-- nach
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Wie bereits oben erwähnt, verhindert die Ausbildung der Schlitze und Stege weitgehend den Windeintritt in die Austrittsöffnung. Sollte dennoch aus irgendwelchen Gründen ein geringer Windeinlass in die Kanäle--7-- erfolgen, so gewährleistet die stetige Verbreiterung der Kanäle --7-- eine so starke Geschwindigkeitsminderung dieser Winde, dass praktisch kein Einfluss mehr auf den Auftrieb der Abgase in der Austrittsöffnung erfolgt.
Der Aufsatz selbst ist symmetrisch aufgebaut, so dass jeweils zwei diametral einander gegenüberliegende Stege dieselbe Mittelebene besitzen. Aus Fig. 2 ist ferner ersichtlich, dass die Wölbung der äusseren Begrenzungsflächen der Eckstege-5'-stärker ausgeprägt ist als bei den Stegen-5-an den Stirn- oder Frontseiten des Aufsatzes.
Die äusseren Begrenzungsflächen der Stege--5--sind gegenüber den Aussenflächen der Rahmen-3 und 4--etwas zurückversetzt ; die besondere Bedeutung dieser Massnahme wird weiter unten näher erläutert.
Die vom unteren Rahmen --4-- begrenzte Bodenfläche --10-- der Kanäle --7-- verläuft schräg ansteigend, die Deckenfläche-11-derselben am oberen Rahmen --3-- ist hingegen waagrecht ausgebildet.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist der Austrittsquerschnitt des Abgases von der Ebene des inneren unteren Randes der Kanäle-7-an aufwärts gleich gross, jedoch abwärts gleichförmig etwas verengt. Dies führt zwar zu einer geringfügigen Geschwmdigkeitsminderung der aufsteigenden Abgase, ist jedoch aus konstruktiven Gründen erwünscht.
Eine flache, leicht nach oben gewölbte Abdeckung --12-- ruht auf Abstandsstegen--13-, deren
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Querschnitt die Gestalt eines flachen Rechteckes hat (Fig. 4), wobei diese auf dem oberen Rahmen--3--so angeordnet bzw. befestigt sind, dass ihre Breitseite parallel zur äusseren Begrenzungslinie des Aufsatzes verläuft.
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ist schwach nach oben geneigt bzw. dachförmig ausgebildet (Fig. 3).
Durch den überdachenden Leitkörper --12-- wird u. a. das Eindringen von Niederschlägen verhindert, so dass keine Versottung des Kamins und des Aufsatzes stattfinden kann. Zugleich bewirkt die Überdachung eine langsamere Abkühlung der im Schornstein aufsteigenden Rauchgassäule, so dass deren bei modernen Feuerstätten verhältnismässig schwache Auftriebskraft länger erhalten bleibt. Durch die Überdachung wird auch ein Fallwindeinfall vermieden. Einfallender Fallwind wird durch die schräge Randfläche --13-- nach oben umgelenkt.
Wird der Aufsatz frontal vom Wind angeblasen, so dienen die vertikalen Stege mit ihren konkaven äusseren Begrenzungsflächen als Staugitter und leiten darüberhinaus den Wind seitlich ab, so dass die erwähnten und erwünschten Unterdruckzonen aufgebaut werden, die den Abzug bzw. das Absaugen des Rauchgases besonders fördern. Der trotz der Ablenkwirkung der konkaven Begrenzungsflächen an den Stegen in die
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behindernde Wirkung verringert.
Wird der Aufsatz übers Eck angeblasen, so bewirken die tiefgewölbten und breiten Flächen der Einzelbzw. Eckstege in Verbindung mit den breiten Flächen der Abstandsstege--13--die gewünschte Abprallwirkung im angeblasenen Bereich und die Unterdruckwirkung im Leerbereich.
Selbstverständlich ist es durchaus möglich und denkbar, auch die Eckstreben mit konkav nach innen gewölbten Flächen nach aussen hin zu begrenzen. Die Ausbildung der Unterdruckbereiche wird durch die flache nach oben gerichtete Wölbung der Abdeckung --12-- unterstützt, da an dieser die Windströmung nicht abreissen kann, widrigenfalls Wirbelstörungen auftreten würden, die die Ausbildung der Unterdruckbereiche verhindert oder zumindest abschwächen würde.
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--5-- wirkt"nähern" kann, wenn die nächste gebrochene Ecke erreicht ist ; hiedurch wird wirksam verhindert, dass der übers Eck anblasende Wind in die Abgasöffnung eintreten kann und in dieser Verwirbelungen herbeiführt. Zum selben Zweck sind auch die Einzel- bzw.
Eckstege --5'-- mit kleinen Windabweisflächen ausserhalb der gewölbten Flächen --8'-- versehen; diese Windabweisflächen stellen beim dargestellten Ausführungsbeispiel den Übergang von der gwölbten Fläche-8'-zu den die Kanäle --7-- begrenzenden Seitenflächen dar ; sie verlaufen in etwa in einem Winkel von zirka 450 zu den jeweiligen Seitenflächen.
Der freie Querschnitt der Austrittsöffnungen für das Rauchgas ist in der Summe z. B. mehr als 20% grösser gewählt als der freie Schomsteinquerschnitt. Dadurch ist gewährleistet, dass ein mindestens dem Schornsteinquerschnitt entsprechender Rauchgasaustrittquerschnitt am Aufsatz zur Verfügung steht, wenn bei Windeinfall ein Teil der Austrittsöffnungen im Bereich der Überdruckzone liegt.
Zu bemerken ist noch, dass für die erfindungsgemässe Wirkung auch das Verhältnis von Winddurchlassfläche zu Windstaufläche wesentlich ist. Diese Werte variieren natürlich, je nachdem eine Anblasung frontal auf die Seitenfläche oder eine Anblasung übers Eck in Betracht gezogen wird. Während bei frontal anblasendem Wind sich im Unterteil zwischen dem Rahmen--4--und der Unterseite des Rahmens--3--die Durchlassfläche zur Staufläche etwa wie 1 : 3, 9 verhalten kann, sollte der entsprechende Wert am Oberteil des Aufsatzes etwa 1 : 0, 9 betragen ; dies ergibt einen Gesamtwert von zirka 1 : 2, 45. Bei einer Anströmung übers Eck sind die entsprechenden Werte etwa 1 : 3, 25, 1 : 5, 75 und insgesamt etwa 1 : 1, 73.
Wenn diese Werte auf den gesamten Umfang umgerechnet werden, ergibt sich folgendes Bild : Unterteil 1 : 4, Oberteil 1 : 0, 825 ; insgesamt 1 : 1, 9.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Aufsatz für Feuerungs- und Lüftungskamine mit polygonalem, vorzugsweise quadratischem Querschnitt, der mit einem von Abstandsstegen getragenen Leitkörper die Austrittsöffnung des Kamins fallwindsicher überdacht und an dessen Seitenflächen zur Bildung von in den Rauchgaskanal mündenden Kanälen sich nach innen verjüngende, vertikale Stege mit Abstand voneinander vorgesehen sind, d a d u r c h g e k e n n zeichnet, dass die kanalbildenden Stege (5, 5') eine über deren ganze Höhe konkav gewölbte äussere Begrenzungsfläche aufweisen und dass die an den Seitenflächen angeordneten Stege (5) gegenüber den benachbarten Eckstegen (5') zurückversetzt sind.
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