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Einrichtung zur Verminderung des Luftdrucks gegen ortsfeste Anlagen
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verminderung des Luftwiderstandes (Winddrucks)
gemäß Patent 597 oii.
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Im Hauptpatent ist eine Einrichtung zur Verminderung des Luftwiderstandes
bei Fahrzeugen beschrieben, bei der .das Fahrzeug mit einer stromlinienförmigen
Gashülle umgeben wird. Bei einer Ausführungsform der Haupterfindung wird die Gashülle
durch aus mindestens einer Düse quer zur Fahrrichtung ausströmende Druckluft gebildet.
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Anwendung derselben
Maßnahme auf ortsfeste Anlagen (Gebäude-, Kraft- und TelegrapUenleitungen, Anlagen
für drahtlose Telegraphie u. dgl.), die auf diese Weise gegen Gefährdung durch Stürme
geschützt werden sollen. Das Neue besteht darin, daß mindestens eine an einer zu
schützenden Fläche oder Kante der Anlage angeordnete Leitung vorgesehen ist, durch
die Gas unter Druck quer zur Windrichtung ausströmt. Hierdurch wird zwischen der
Fläche und dem Wind eine Gaswand gebildet, die durch den Wind selbsttätig zu einer
stromlinienförmigen Hülle umgebogen wird. Auf diese Art erhält nicht nur der vom
Wind getroffene Teil der Anlage eine Hülle, die selbsttätig die für den Luftwiderstand
günstigste Form annimmt. Bei vorhandenen Gebäuden bietet die Einrichtung einen wirksamen
Schutz, während sie bei neuen Gebäuden ermöglicht, die Anlage von Anfang an für
den durch die Schutzeinrichtung verringerten Winddruck und Luftwiderstand zu berechnen,
also erheblich leichter auszuführen.
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Die Einrichtung wird so ausgebildet, daß sie sich der jeweiligen Windrichtung
anpaßt. In Gegenden, bei denen Stürme nur in einer bestimmten Richturig eintreffen,
braucht nur die Wetterseite geschützt zu werden. Bei Anlagen mit schmalen Stirnkanten,
beispielsweise bei Brücken, genügt der Schutz für die Breitseite.
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Zur -Anpassung der Einrichtung an die Windrichtung kann man
die Einrichtung selbst beweglich machen, beispielsweise bei Leitungsmasten ein gelochtes
Rohr anbringen, das parallel zur Achse des Mastes verläuft und zweckmäßig durch
eine Windfahne so gesteuert wird, daß es sich in der Windrichtung vor die getroffene
Fläche stellt. Wenn wegen der Höhe oder Breite des zu schützenden Gebäudes eine
solche Einrichtung_nicht ausführbar ist, wird ein Netz von feststehenden Rohren
vorgesehen, die über die zu schützenden Flächen verteilt sind. Der Zutritt von Druckluft
zu diesen Leitungen wird so geregelt, daß die Druckluft nur an
der
Windseite ausströmt. Auch eine solche Einrichtung kann von einer Windfahne selbsttätig
gesteuert werden.
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Zweckmäßig wird eine weitere selbsttätige Vorrichtung, beispielsweise
ein Windstärkenmesser, vorgesehen, der die Druckluft nur dann zuleitet, wenn der
Winddruck eine gefährliche Stärke erreicht. Hierdurch wird verhindert, daß die selbsttätige
Steuerung bei jeder Windstärke Druckluft ausströmen läBt, und der Verbrauch von
Druckluft wird auf das Notwendige beschränkt. Die Betriebskosten der Anlage werden
dadurch erheblich herabgesetzt. Sie sind schon an sich nicht hoch, da gefährliche
Stürme im allgemeinen nicht von langer Dauer sind.
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Die Einrichtung bietet den weiteren Vorteil, daß sie die Anlagen gegen
das Ansetzen von Schnee und Rauhreif schützt, eine Erscheinung, die bekanntlich
dazu -nötigt, Leitungsmasten und ähnliche Anlagen in Gegenden mit schneereichem
Winter erheblich stärker auszuführen, als es mit Rücksicht auf die Belastung und
den Winddruck allein nötig wäre. Wenn der auftreffende Wind Schnee oder Nebel mitführt,
so werden die Schneeflocken oder Nebeltropfen durch die Einrichtung in genau derselben
Weise abgelenkt wie die Luft und können nicht an dem Gebäude haften.
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Auf der Zeichnung sind einige Anwendungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt.
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Abb. i zeigt im Aufriß den oberen und unteren Teil eines Mastes, wie
er beispielsweise bei Funkstationen Anwendung findet. Abb.2 zeigt im Grundriß den
Verlauf der Stromlinien bei einem Mast nach Abb. i. Abb.3 zeigt eine Verteilungsfläche
für die ausströmende Druckluft. Abb. ¢ ist ein Halbschnitt, der die Teile am Fuß
des Mastes in größerem Maßstab zeigt. Abb. 5 ? ist cm. Schnitt nach der Linie V-V
der Abb. q.. Abb. 6 ist ein -schematischer Grundriß einer Anlage mit feststehendem
Rohrnetz für einen dreikantigen Mast. Abb.7 zeigt im Schnitt nach der Linie VII-VII
der Abb. 6 die Steuerung des Netzes durch eine Windfahne. Abb:_ 8 zeigt einen. von
der Windfahne gesteuerten Schalter zum Antrieb der Steuerventile- für das Rohrnetz.
Abb. 9 zeigt die Anordnung der Einrichtung an einem Gebäude, und Abb. io
zeigt im Schnitt durch eine Fensterbrüstung die Anordnung einer Luftaustrittsöffnung
in solcher Weise, daß sie das Aussehen des- Gebäudes nicht- beeinträchtigt.
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Der Mast oder Turm i nach Abb. i ist ein Gittermast der üblichen Ausführung,
und zwar im vorliegenden Beispiel von viereckigem Querschnitt mit Kanten und Versteifungen
aus Winkeleisen. Der Fuß des Mastes ist durch ein Kugelgelenk 2 (Abb. 4 und 5.)
in bekannter Weise auf eine Grundplatte 3 abgestützt, sein Kopf als vierseitige
Pyramide 4 ausgebildet. Am Fuß befindet sich ein zylindrischer Druckluftbehälter
5, der gleichachsig zur Mittelachse des Mastes angeordnet ist und durch eine Leitung
6 mit Druckluft gespeist wird. An die Leitung 6 wird zweckmäßig, wie erwähnt, eine
selbsttätige Vorrichtung - angeschlossen, die ihre Verbindung mit einem Vorratsbehälter
nur dann herstellt, wenn die Windstärke gefährlich wird.
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Auf dem Druckluftbehälter 5 ist außen ein Drehschieber 7 gelagert,
der eine Öffnung 8 hat. Der Behälter 5 hat einen entsprechenden Schlitz 9, der um
den ganzen Behälter herumläuft und nur durch schmale Rippen unterbrochen ist, derart,
daß die Öffnung 8 in jeder Stellung des Zylinders 7 mit dem Schlitz 9 in Verbindung
bleibt. . An einer Seite des Drehschiebers 7 ist eine Stange io befestigt, die eine
Windfahne ii trägt, und an der anderen Seite ist im Anschluß an die Öffnung 8 eine
rohrförmige Stange 12 befestigt. Um eine Behinderung durch die Rippen im Schlitz
9 zu vermeiden, wird die Öffnung 8 mindestens so groß gemacht, daß ihre Fläche,
vermindert um die Fläche einer Rippe,_ gleich dem lichten Querschnitt der
Stange i? .ist: Eine ähnliche Windfahne 13 befindet sich am Kopf des Mastes. Sie
ist durch eine Stange 14 - mit- einer Lagerbuchse 15 verbunden, die auf einem senkrechten
Zapfen 16 in der Achse des Mastes läuft-und eine volle Tragstange 17 der Stange
14 gegenüber trägt. Die obere volle Tragstange i7 trägt- eine "Buchse i8, die untere
rohrförirüge Stange i2 eine - Büehse`ig; und in 'die beiden Buchsen ist ein mit
seitlichen Reihen von Löchern 2o versehenes Rohr 2i eingesetzt. Das @ Gewicht des'
Rohrs wird durch die Windfahnen i i und 13 ausgeglichen, so daß durch die - einseitige
Anordnung des Rohrs keine Biegungskräfte auf dem Mast 'erzeugt werden. Das Gewicht
der ganzen Einrichtung ruht auf dem Drehschieber 8 und dem Boden des Behälters 5
; der Boden des Behälters ist demnach durch kräftige kippen 22 auf die Grundplatte
abgestützt, während an dem Flansch 23, der den Drehschieber 7 trägt, Kugel-'öder
Rollenlager zur Verminderung der Reibung vorgesehen sein können.
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Das Rohr 2i steht durch den Schlitz 9 in ständiger Verbindung mit
dem Behälter 5=; der Behälter aber wird, wie erwähnt,. nur. dann mit Druckluft gefüllt,
wenn die Windstärke es erfordert. Die Windfahnen -i i und 13 stellen dann das Rohr
2i dem Wind entgegen,
wie Fig. z schematisch zeigt. Da der Wind
auf - die beiden Fahnen gleich, -stark einkirkt (der Umstand; @daß der Bodnwind
schwächer ist als der' Wind in der Höhe, läßt sich durch eine etwas größere Fläche
der unteren Fahne -i i _ ausgleichen), so bewegen sich das obere und das untere
Ende des Rohrs 2i übereinstimmend, so daß keine Biegungskräfte auf das Rohr ausgeübt
werden. Gegen den Winddruck kann man das Rohr nötigenfalls durch Rippen versteifen,
auch mehrere Rohre nebeneinander zu einem steifen Rahmen vereinigen. Die aus den
Löchern 2o des Rohrs 21 ausströmende Luft bildet vor dem in der Pfeilrichtung, links
_ in Abb: 2, -eintreffenden Wind eine Art Staudamm oder Puffer, durch den der auftreffende
Wind stromlinienförmig abgeleitet und außerdem eines Teils seiner Geschwindigkeit
beraubt wird.
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Im Hauptpatent ist eine Düse zur Verteilung der Druckluft beschrieben.
In ähnlicher Weise kann man auch das Rohrei ausbilden, indem man beispielsweise,
wie in Abb. 3 dargestellt, die Löcher 20 in der Vorderseite- des Rohrs 21 anbringt
und ihnen eine Prallfläche 24 gegenüberstellt. Man kann natürlich auch in anderer
Weise den Luftaustritt nach Art einer Düse- erfolgen lassen, um die Luft günstiger
zu erteilen,. als es durch - einfache Löcher möglich ist, auch die Löcher selbst
versetzt zueinander anordnen, derart, daß ihre Radien verschiedene Winkel zu dem
in die Windrichtung fallenden Rohrdurchmesser bilden.
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Eine Einrichtung der in Abb. i und 2 dargestellten Art ist in ihrer
Ausführungsmöglichkeit natürlich durch bauliche Rücksichten beschränkt und dürfte
sich im. allgemeinen nur für Masten vun verhältnismäßig geringer Höhe, nicht aber
für die Masten von Funkstationen eignen, deren Höhe Hunderte von Metern beträgt.
Für derartige Anlagen wird das feststehende Rohrnetz nach Abb. 6 bis 8 verwendet,
das hier als Beispiel an einem dreikantigen Mast dargestellt ist, aber auch an Masten
jeder anderen Form angebracht werden kann. .
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Die Anordnung ist in Abb.6 bis 8 nur schematisch dargestellt. Der
Mast 25- hat am Fuß einen Sammelbehälter 26, der- durch die Leitung 6 gespeist
wird. Auch hier -wird zweckmäßigeDruckluft nur eingelässen,wenn die Windstärke es
erfordert. Von dem Sammelbehälter 26 gehen drei Rohre 27, 28 und 29, die mit Löchern
wie das Rohr 2i versehen sind, nach der Mitte der ihnen gegenüberliegenden Seiten
des dreikantigen Mastes, wo sie an senkrecht vor dem Mast hochgeführte und an seiner
Gitterkonstruktion befestigte Rohre 30, 3 i und 32 angeschlossen sind: Ferner
geht von dem Sammelbehälte-r 26 je- ein Rohr 33, 34> und 35 -zu einem gelochten
senkrechten Rohr 36, 3-7 und 38 an jeder Kante des Mastes. Jedes der waagerechten
Rohre trägt ein Ventil 39, das die Verbindung-des zugehörigen senkrechten
Rohrs mit dem Sammelbehälter 26 regelt: Die Ventile werden von der Windfahne rt,
die in der Achse des Mastes um einen Zäpfen 4o schwenkbar gelagert ist, in solcher-
Weise gesteuert, daß jeweils das Ventil für dasjenige senkrechte gelochte Rohr geöffnet.wird;
in dessen Windschatten die Windfahne steht. In dem dargestellten Falle öffnet die
Windfahne das Ventil 39a im Rohr 27, so daß das senkrechte Rohr 3o die -Druckluft
erhält. Es ist angenommen, daß die =Steuerung der sechs Ventile 39a bis 39t von
der Windfahne i i aus elektrisch erfolgt. - Jedes Ventil 39 hat eine Elektromagnet-
oder Solenoidspule 41, die mit einem von sechs Kontakten 42a bis 42t auf einer Kontaktscheibe
43 verbunden ist. In der gezeichneten Stellung der Windfahne i i schließt die Fahne
den Kontakt 42a und erregt die Spule 41a des Ventils 39a des waagerechten Rohrs
27. Die Spule zieht ihren Kern an; öffnet das Ventil 39a und läßt die Druckluft
aus der Leitung 6 durch das senkrechte Rohr 30 ausströmen. Die senk= rechten- Rohre
können selbstverständlich mit düsenartigen Prallflächen, -wie die Fläche 24 in Abb.
3, ausgerüstet sein.
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Bekanntlich bildet sich hinter einer Fläche, die auf der Vorderseite
vom Wind getroffen wird, die sogenannte Kavitation, in der ein gefährlicher Unterdruck
entstehen kann. .Um die Kavitation aufzufüllen, sind die Seitenrohre 3o bis 32 -und
Kantenrohre 36 bis 38 mit Anschlußrohren versehen, die einen Teil der Druckluft
in das Kavitationsgebiet ableiten und die Unterdruckzone auffüllen. Die Auffülleinrichtung
ist der Einfachheit wegen nur für das Seitenrohr 30 und das Kantenrohr 38
dargestellt, muß aber natürlich überall vorgesehen werden. - Von -dem Seitenrohr
30 gehen Rohre 44 zu -entgegengesetzten Kanten der von dem Röhr 30 geschützten
Fläche. Während die Druckluft aus dem Rohr 3o in der Pfeilrichtung gegen- den Wind
ausströmt, führen die Enden der Auffüllrohre 44 die Druckluft zu den beiden im Windschatten
gelegenen Flächen. Um die Kavitätion auch aufzufüllen, wenn der Wind eine Kante
des -Mastes tri#ft, wird die zu -dem Kantenrohr an der betreffenden Kante führende
Leitung mit (lern Seitenrohr verbunden; das im Windschatten der getroffenen Kante
liegt. Abb. 6 zeigt das Hilfsrohr 45. für das Kantenrohr 38 an einer-Kante und das
Seitenrohr 3 i, das im Windschatten des Rohrs 38 liegt. Wenn die Windfahne ii in
die Verbindungslinie
38-8r schwenkt, so wird der Kontakt 42f geschlossen
und die Spule 4i' erregt. Das Ventil 39f in der Leitung 35 öffnet und läßt Druckluft
nicht nur aus dem Kantenrohr 38, sondern über die Leitung 45 . auch aus .dem Seitenrohr
31 im Windschatten des Kantenrohrs 38 ausströmen. Steht die Windfahne
I I umgekehrt, d. h. befindet sich , das Seitenrohr 31 im Wind und
das Kantenrohr 38 im Windschatten, so schließt die Windfahne den Kontakt 42@ und
erregt die Spule 41c des Ventils 39c im waagerechten Rohr 28. Das Seitenrohr 31
hat, wie das Seitenrohr 3o, die Hilfsrohre 44, die aber für dieses Rohr nicht dargestellt
sind. Ein Teil der Luft aus dem Seitenrohr 31 fließt zu beiden Seiten der von ihm
geschützten Fläche durch die Mündungen der Aiiffüllrohre 44 ab,. und ein weiterer
Teil wird durch das Rohr 45 der Leitung 35 und damit dem Kantenrohr 38 zugeführt,
so daß für jedes der Seitenrohre 30,31 und 32 die Kavitation nicht nur aus den Hilfsrohren
44, sondern auch aus dem im Windschatten des Seitenrohrs liegenden Kantenrohr aufgefüllt
wird.
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Die Steuerung der Ventile 39 kann von der Windfahne i i aus natürlich
auch durch andere als elektrische, etwa durch mechanische oder pneumatische Mittel
erfolgen.
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Abb. 9 zeigt die Feinrichtung an einem Gebäude 46. Die Rohre, die
das Gebäude schützen, sind feststehend angeordnet, wie die Rohre nach Abb. fi bis
8, und werden durch eine von der Windfahne i i angetriebene Steuerung entsprechend
der Windrichtung mit Druckluft versorgt. Die Steuerung kann in ähnlicher Weise ausgebildet
werden wie die Schaltung nach Abb.4 bis 6. Das Gebäude hat an je zwei benachbarten
Kanten seiner Seiten- und Stirnflächen senkrechte Rohre 47, 48 und 49, 5o, deren
Öffnungen zueinander in rechtem Winkel stehen. Waagerechte Rohre 51 verlaufen an
den seitlichen Dachkanten, zwei waagerechte Rohre 52 am Dachfirst; geneigte Rohre
53 und 54 an den Stirnkanten des Dachs. Die ausströmende Luft ist durch Pfeile angedeutet.
Kommt der Wind beispielsweise von rechts, so blasen ihm die Rohre 50, 53 und 54
an der rechten Stirnkante des Gebäudes entgegen, während die entsprechenden Rohre
an der linken Stirnkante die Kavitation auffüllen.
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Um das Aussehen des Gebäudes nicht zu stören, empfiehlt es sich, die
Rohre in den Wänden oder im Verputz anzuordnen, wie für die Rohre 55 und 56 in Abb.
9 angedeutet. Die Mündungen der Rohre werden zweckmäßig so angeordnet, daß sie von
Gebäudeteilen verdeckt werden. So zeigt Abb. i o@ die Anordnung des Rohrs 55 unter
einem Fenstersims 57. Von den Löchern des Rohrs 55 gehen Düsen oder in der Mauer
ausgesparte Kanäle 58 unter der Fensterbrüstung ins Freie.