DE3509080C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Rahmenschenkel gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Solche Rahmenschenkel werden aus Coilmaterial auf Profiliermaschinen profiliert. Das verwendete Blech ist beidseitig verzinkt. Ein Hauptproblem bei diesen Flanschen ist, daß sie genügend dicht sind, und zwar meistens gegenüber einem in ihrem Innern herrschenden Überdruck. Sie müssen sich aber auch für Unterdruckfälle eignen, die allerdings wesentlich seltener sind. Ferner müssen sich die Flansche ihrer Konfiguration nach möglichst sowohl für Niederdruckkanäle als auch Mitteldruck­ kanäle als auch Hochdruckkanäle eignen. Es ist erstrebenswert, die gleiche Konfiguration für unterschiedliche Drücke verwenden zu können, weil man dann unabhängig vom Druck im gleichen System bleiben kann und nicht etwa für jeden Fall oder zumindest für die Extremfälle Spezialrahmenschenkel benötigt. Dabei sollte der Rahmenschenkel nicht so gestaltet sein, daß er zwar bei dem höchsten auftretenden Druck ordentlich dicht ist, diese Dichtigkeit aber mit zu­ sätzlichen, verteuernden, komplizierenden und das System verändernden Maßnahmen erkauft wird. Dies würde bedeuten, daß zwar dann für die höheren Drücke der richtige Aufwand getrieben wird, im Bereich mittlerer und niederer Drücke aber zuviel verschenkt wird, was sich auf den Preis niederschlagen würde. Außerdem muß der Rahmenschenkel möglichst in die Norm passen, damit nicht wieder neue Normen entstehen müssen, und je unauffälliger die Änderungen gegen­ über der Norm sind, desto besser ist dies. Solche Normen sind z. B. die "Specification for sheet metal ductwork" D. W. 142 der Heating and Ventilating Contractors' Association 1982. Aus der Seite 13 ist z. B. zu entnehmen, was man unter einem Niederdruck-, Mitteldruck- und Hochdruckkanal versteht, wo die Leckgrenzen liegen, welche Berechnungsgrundlagen angewendet werden usw. Flansche, auf die die Erfindung angewendet werden könnten, sind dort in den Fig. 40 und 42 dargestellt. Man könnte die Erfindung aber auch auf rein L-förmige Rahmenschenkel anwenden, die keinen Stützsteg aufweisen.

Wie z. B. aus der Fig. 42 ersichtlich ist, werden höhere Drücke aufgefangen durch höhere Flansche als auch durch die Verwendung von dickerem Blech, das von 0,8 mm Dicke bis 1,25 mm Dicke reicht. Zu Einsparungszwecken verwendet man jetzt auch schon Blechdicken von 0,7 mm.

Natürlich muß der Rahmenschenkel weiterhin seine Hauptaufgabe erfüllen können, nämlich zwei Kanalschüsse miteinander zu verbinden. Dies bedeutet, daß er mechanisch sehr steif sein muß. Die Belastungen können hier sehr groß sein. Manche Firmen lassen innerhalb der Kanäle Personenwagen laufen, wenn diese inspiziert werden. Es ist aber auch völlig normal, daß die Kanäle von mehreren Männern eines Reparaturtrupps begangen werden oder daß diese in den Kanälen laufen. An Belastung kommt noch hinzu, daß nicht nur die statischen Drücke auszuhalten sind. Vielmehr befindet sich die Luftsäule in den Luftkanälen immer in Oszillation, die der Frequenz nach vom Unterschall bis zum Überschall reicht. Auch das Amplitudenspektrum dieser Frequenzen ist sehr unterschiedlich.

Man kann nun zur Erhöhung der Dichtigkeit z. B. Taschen schaffen, wie dies die Fig. 41 der obenerwähnten Norm zeigt. Die Herstellung dieser Taschen, in die dann der Endbereich eines Kanalschusses einfährt, verteuern die Herstellung der Rahmenschenkel, auf welchem Gebiet ein sehr hoher Preiskampf um Zehntel­ pfennige herrscht. Zum andern sind solche Taschen nur herzustellen, indem man das Material dort einmal um 180° und zweimal um 90° umbiegt. Dies ist eine Überbeanspruchung des Blechs, und es ist aus Grundlagenforschungen her bekannt, daß bei diesem Biegevorgang die neutrale Zone weit auswandert, im Stauchbereich Material weggequetscht wird und im Zugbereich das Material einreißt. Man kann dies sehr leicht zeigen, indem man einen so gebogenen Flansch in eine Salzlösung taucht. Nach wenigen Tagen sieht man Roststellen in diesen überbeanspruchten Bereichen.

Es kann auch sein, daß bei diesen Verbiegungen die an sich duktile Zinkschicht eingerissen wird und von den Rollen, die dieses starke Hin- und Herbiegen bewirken, weggequetscht wird.

Wird das Material der ohnehin immer dünner werdenden Bleche so malträtiert, dann bestimmt natürlich die schwächste Stelle die Gesamtqualität, so wie das schwächste Glied einer Kette deren Gesamtqualität bestimmt. An anderer Stelle getriebener Aufwand ist dann verloren.

Der Oberbegriff des Hauptanspruchs geht aus von der deutschen Patentschrift 32 07 990. Dort sind am inneren Längssteg zwei Längssicken vorgesehen, die der Dichtung dienen sollen. Dabei wird aber die Dichtung nicht im Sinne der vorliegenden Erfindung durch die Längssicke erreicht. Vielmehr dienen diese Längssicken der Versteifung des inneren Längsstegs und man hofft, hierdurch diejenigen Verwerfungen des Blechmaterials zu vermeiden, die durch die Hitze des Punktschweißens auftreten. Dies ist aber ein ganz anderer Lösungsansatzpunkt. Außerdem begünstigen die nach innen geformten Sicken die Leckverluste: man kann diese Sicken als über die gesamte Länge der Rahmen­ schenkel laufende Luftverbindungskanälchen anschauen, die alle auf dieser Höhe liegenden Luft-Leckpfade knotenpunktartig miteinander verbinden. Statistisch gesehen verbindet daher eine solche Längssicke solche Leckpfade, die von der einen Seite her zu ihr führen aber nicht vollständig durchlaufen würden mit Leckpfaden, die von der anderen Seite her zu ihr führen, aber an sich auch nicht durchlaufen würden zu einem kommunizierenden System.

Bei dem bekannten Flansch übernimmt diejenige Dichtungsaufgabe, die die Erfindung anvisiert, eine Tasche, deren Schenkel hochexakt gebogen sein müssen, damit die Kante des Endbereichs des eingeschobenen Kanalschusses in der Art einer Messerdichtung an der Oberseite der Tasche anliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg anzugeben, bei dem man ohne die Verwendung solcher Taschen gegenüber den herkömmlichen Flanschen auf ein­ fache Weise, ohne den Flansch zu schwächen und ohne sich auf den Preis zu sehr niederschlagende Maßnahmen zu wesentlich niedrigeren Leckverlusten kommt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs ersichtlichen Merkmale gelöst. Dabei muß man die auf diesem Gebiet der Blechverarbeitung üblichen Toleranzen bei der Herstellung nicht erhöhen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 2 wird die durch die Stirnfläche gebildete Dichtfläche vergrößert.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 werden bei eingeschobenem Endbereich des Kanalschusses die Längsstege um ein definiertes Maß voneinander entfernt, näm­ lich gleich der Dicke des Blechs des Kanalschusses.

Durch die Merkmale des Anspruchs 4 erreicht man, daß auch der übrige Bereich der Längsstege sich im wesentlichen um das gleiche Maß voneinander entfernt, wenn der Endbereich des Kanalschusses eingeschoben wird.

Durch die Merkmale des Anspruchs 5 braucht man nur minimale Verformungs­ arbeit bei der Herstellung der zweiten Längssicke aufzuwenden und zerstört das Stahlgefüge nicht.

Durch die Merkmale des Anspruchs 6 wird dieser stärker beanspruchte Bereich mit noch besseren Materialeigenschaften versehen, ohne daß man das Material dort in einer Weise verformt, die das Gefüge zerstören würde.

Durch die Merkmale des Anspruchs 7 erhält man beim Ausführungsbeispiel der Erfindung Dichtigkeitsverbesserungen um die aus der Tabelle ersichtlichen Werte, die in der Beschreibung erwähnt wird.

Das gleiche gilt für die Merkmale des Anspruchs 8.

Durch die Merkmale des Anspruchs 9 können breite Bereiche der zweiten Sicke als Dichtfläche dienen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 10 wird diese Fläche in Richtung einer Messerdichtung verkleinert, ohne die Nachteile einer Messerdichtung mit sich zu bringen.

Durch die Merkmale des Anspruchs 11 erhält die zweite Sicke durch den Übergang - der ja eine Zone besonderer Steifigkeit darstellt - einen sehr guten Gegenhalt.

Durch die Merkmale des Anspruchs 12 erreicht man, daß die durch die Durch­ verbindung (meistens ein Schweißpunkt) erzeugte Zugkraft gleichmäßig sowohl der Stirnfläche als auch der Kuppe zugute kommt.

Die Erfindung wird nun an Hand von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, die maßstäblich in der Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Rahmenschenkel mit eingeschobenem, geschnittenem Eckwinkel-Arm,

Fig. 2 den Querschnitt einer zweiten Sickenform,

Fig. 3 einen Querschnitt gemäß Fig. 1, jedoch mit eingeschobenem End­ bereich des Kanalschusses und Punktschweißpunkt.

Ein Rahmenschenkel 11 hat einen Einsteckhohlraum 12 für einen Arm 13 eines sonst nicht näher bezeichneten Eckwinkels. Unter anderem hat er einen äußeren Längssteg 14, einen inneren Längssteg 16 und einen stumpfwinklig mit einem Knick 17 in den äußeren Längssteg 14 übergehenden Stützsteg 18, der unter etwa 45° zur Waagerechten verläuft. Der äußere Längssteg 14 ist durchgehend eben und hat an seinem linken Endbereich eine kurze Fanglippe 19. Insoweit hat er die Form eines Rahmenschenkels, wie er schon seit längerer Zeit unter der Artikel­ nummer 117 von der Firma Georg Mez GmbH & Co. KG aus 7410 Reutlingen-2 geliefert wird. Auch die sonstigen Abmessungen entsprechen diesem offenkundigen Stand der Technik.

Eine strichpunktierte Linie 21 verläuft senkrecht und zeigt die Lage des Knicks 17 an.

An seinem linken Endbereich hat der innere Längssteg 16 eine erste, rinnenförmige Längssicke 22, die in der Natur 4,5 mm breit ist. Ihr Querschnitt ist etwa kreis­ förmig. Sie hat eine freie Stirnfläche 23, die um 0,5 mm höher als die Innenfläche 24 des inneren Längsstegs 16 liegt. Links von der strichpunktierten Linie 21 be­ ginnend, d. h. nahe dem Knick 17, ist eine zweite Längssicke 26 vorgesehen, die in den Einschiebespalt 27 hineingewalzt ist, die insgesamt etwa 2,5 mm lang ist und die bogenförmig mit sanften Übergangsradien verläuft. Im Ausführungsbeispiel ist sie 2,5 mm lang und ragt 0,5 mm höher als die Innenfläche 24. Ihr Kuppenbereich 28 berührt die Innenfläche 29 des äußeren Längsstegs 14. Die freie Stirnfläche 23 liegt also genauso hoch über der Innen­ fläche 24 wie der Kuppenbereich 28.

Die Pfeile 31 zeigen die Lage der später anzubringenden Durchverbindung an. Dies können Punktschweißpunkte bei Kanälen aus Stahlblech sein oder können Nieten bei Kanälen aus Aluminium sein. Die Erfindung eignet sich selbstverständ­ lich auch für Aluminium-Rahmenschenkel und Aluminium-Kanalschüsse.

Die Längssicke 22 kann leer sein, oder es kann sich in ihr auch dauerplastische Dichtung befinden, deren oberer Spiegel dann höher als die freie Stirnfläche 23 liegt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die zweite Längssicke 32 mehr V-förmig, verglichen mit der Längssicke 26. Man hat hier so gewalzt, daß sich im Mitten­ bereich 33 durch die einander gegenüberliegenden Rollen ein höherer Druck ergibt, so daß das Material im Mittenbereich 33 verdichtet ist. Die Längssicke 32 ist in ihrem Kuppenbereich aber nicht scharfkantig, sondern ebenfalls verrundet.

Die Fig. 3 zeigt den Rahmenschenkel im schweißgepunkteten Zustand. Bei der Erfin­ dung kann der seither übliche Schweißpunktabstand eingehalten werden. Man braucht also die Anzahl der Schweißpunkte nicht zu vergrößern. Wie man aus Fig. 3 sieht, liegt die freie Stirnfläche 23 an der Innenfläche 34 des Kanal­ schusses 36 an. Ferner liegt dort der Kuppenbereich 28 an. Der äußere Längs­ steg 14 liegt im wesentlichen eben auf der Außenseite 37 des Kanalschusses 36. Durch den Schweißpunkt 38 wird der zwischen der ersten und zweiten Längs­ sicke 22, 26 liegende Teilbereich 39 an die Innenfläche 34 herangezogen. Dadurch verbiegt sich der Teilbereich 39 in einem zulässigen Maß, und die freie Stirnfläche 23 und der Kuppenbereich 28 werden mit Dichtkraft an die Innenfläche 34 angepreßt.

Hat man die Längssicke 22 mit dauerplastischer Dichtung mit einem gewissen Übermaß versehen, dann findet sich ein Teil des Übermaßvolumens im Keilspalt 41, weil es auf der linken Flankenseite der Längssicke 26 (bzw. 32) abgestreift wurde, und ein Innendruck im Kanalschuß 36 schiebt das dauerplastische Material noch mehr in den Keilspalt 41. Der Knick 17 hilft mit, daß der äußere Längs­ steg 14 einen Gegenspalt gegen den Druck des Kuppenbereichs 28 hat.

Normalerweise hat das Blech des Kanalschusses eine Dicke von 0,7 mm.

Welche Wirkung bei den Drücken von 500 bis 2500 Pascal die Erfindung im Ver­ hältnis zu den auf dem Markt befindlichen Flanschen 117, 120 und 120 S hat, geht aus der nachfolgenden Tabelle hervor.

Leckverlust (ltr/sec)

Es kommt also im wesentlichen auf die Höhe der Längssicke 26 an. Optimal ist demnach eine Höhe von 0,5 mm bei einem Druck von 500 Pascal. Es ergibt sich hier eine Verbesserung von 60%, was als sprungartig und auf dem vorliegenden Gebiet trotz seinen geringen Toleranzen als unerwartet angesehen werden kann. Immerhin ist bei 500 Pascal bei einer Dichtsickenhöhe von 0,3 bzw. 0,7 mm immer noch mit einer Verbesserung von 34% zu rechnen, was ebenfalls ganz wesentlich über dem liegt, was man im Durchschnitt erwarten kann.

Auch bei einem Druck von 2500 Pascal beträgt bei einer Dichtsickenhöhe von 0,5 mm die Verbesserung immerhin noch 47%, was absolut gesehen als hervor­ ragend angesehen werden kann und was auch zeigt, daß die gleiche Maßnahme über Druckunterschiede von 1 : 5 ausgezeichnet wirkt.

Gegenüber dem Flansch 120 sind die Verbesserungen noch höher. Während der Flansch 117 eine Blechdicke von 0,7 mm hat, besitzt der Flansch 120 eine Blech­ dicke von 0,8 mm.

Der Flansch 120 ist ein Flansch mit Tasche, und wie man sieht, kommt man auch ohne Tasche recht nahe an die dort erzielten Werte.

Die Messung der Leckverluste des Flansches 117 mit Längssicke 26 wurde ohne die Zugabe von thermoplastischer Masse gemacht.

Claims (12)

1. Rahmenschenkel für vorgefertigte, die Leckverluste herabsetzende Flansche für Überdruck und Unterdruck für Luftkanäle, welche Rahmenschenkel metallische Hohlprofile sind,
mit einem Einschiebespalt für den Endbereich eines Kanalschusses, welcher Einschiebespalt durch einen äußeren Längssteg und einen inneren Längssteg in deren überdeckendem Bereich gebildet ist,
mit einem Stützsteg, der stumpfwinklig und einstückig in den äußeren Längssteg übergeht, sowie
mit zwei der Dichtung dienenden, parallelen Längssicken am inneren Längssteg, von denen die mehr außen gelegene, erste vom Einschiebespalt weg gerichtet ist und parallel zum Rahmenschenkel verläuft,
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• a) die erste Längssicke (22) bildet den freien Endbereich des inneren Längsstegs (16);
• b) die außen liegende Stirnfläche (23) der ersten Längssicke (22) liegt um ein Maß höher als die Innenfläche (24) des inneren Längsstegs, das einen Teil der Blechdicke des Rahmenschenkels (11) beträgt, jedoch mindestens ein Drittel der Blechdicke;
• c) der innere Längssteg (16) weist die zweite in den Einschiebespalt (27) hinein geprägte Längssicke (26) auf, die kurz vor dem Übergang von äußerem Längssteg (14)/Stützsteg (18) liegt, die einen bogenförmigen Querschnitt aufweist und größenordnungsmäßig mit einer Höhe heraus­ geprägt ist, die rund der viertel bis rund der ganzen Blechdicke entspricht;
• d) der Bereich für die Druckverbindung von äußerem Längssteg (14), einem eingeschobenen Blech (36) einer Kanalwand und innerem Längssteg (16) liegt im Bereich zwischen Stirnfläche (23) und zweiter Längssicke (26).

2. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (23) der ersten Längssicke (22) parallel zur Innenfläche (29) des äußeren Längs­ stegs (14) liegt.

3. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kuppen­ bereich (28) der zweiten Längssicke (26) im nicht eingeschobenen Zustand des Blechs (36) an der Innenfläche (29) des äußeren Längsstegs (14) anliegt.

4. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und äußere Längssteg (14, 16) bei nicht eingeschobenem Blech (36) etwa parallel zueinander verlaufen.

5. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bogenförmige Querschnitt der zweiten Längssicke (26) sanfte Übergangsradien aufweist.

6. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Längssicke (26) im Bogenbereich stärker verdichtetes Material aufweist.

7. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der zweiten Sicke 0,7 (-60% +140%) der Blechdicke des Rahmenschenkels (11) ist.

8. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der zweiten Sicke 0,7 (-20% +80%) der Blechdicke des Rahmenschenkels (11) ist.

9. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Längssicke (26) etwa halbrund ist.

10. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Längssicke (26) den Querschnitt eines flachen V hat.

11. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Längs­ sicke (26) dort beginnt, wo der Stützsteg (18) in den äußeren Längssteg (14) übergeht.

12. Rahmenschenkel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich für die Durchverbindung (38) im Bereich der halben Entfernung zwischen der Stirn­ fläche (23) und der Kuppe (28) der zweiten Längssicke (26) liegt.