DE9003816U1 - Component with elements for reducing flow resistance - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein kastenförmiges Bauteil mit vieleckigem Kastenprofil sowie mit zumindest einzelnen Kanten des Bauteils zugeordneten Elementen zur Strömungswiderstandsverminderung.The invention relates to a box-shaped component with a polygonal box profile and with elements assigned to at least individual edges of the component for reducing flow resistance.
Es ist bekannt, daß derartige kastenförmige Bauteile wegen Ihrer strömungsungünstigen Form einen großen Widerstandsbeiwert und deshalb einen verhältnismäßig hohen Strömungswiderstand aufweisen.It is known that such box-shaped components have a large drag coefficient and therefore a relatively high flow resistance due to their aerodynamically unfavorable shape.
Es ist bereits ganz allgemein bekannt, Bauteile mit aerodynamisch günstigen Verkleidungen zu versehen. Derartige Verkleidungen sind jedoch herstellungstechnischIt is already common knowledge to provide components with aerodynamically favourable coverings. However, such coverings are difficult to manufacture
und montagetechnisch sehr aufwendig und deshalb teuer. Außerdem ist es in vielen Fällen aus funktionalen Gründen nicht möglich, derartige Bauteile vollkommen zu verkleiden. Als Beispiele seien Vollwandträger genannt, die im Kranbau, im Brückenbau oder ganz allgemein im Stahlbau verwendet werden und wobei z.B. bestimmte Flächen des Trägers als Laufflächen für Laufkatzen oder dergleichen frei bleiben müssen. Ein weiteres Beispiel ist ein in großer Höhe an einem Kran angeordnetes Fahrerhaus oder Maschinenhaus, welche erheblichen Windlasten ausgesetzt sind und deshalb in beachtlichem Maße an den auf den Kran wirkenden Windkräften beteiligt sind.and very complex to assemble and therefore expensive. In addition, in many cases it is not possible for functional reasons to completely cover such components. Examples include solid wall beams, which are used in crane construction, bridge construction or in steel construction in general, and where, for example, certain areas of the beam must remain free as running surfaces for trolleys or the like. Another example is a driver's cab or machine house located at a great height on a crane, which are exposed to considerable wind loads and therefore contribute to a considerable extent to the wind forces acting on the crane.
Durch die DE-OS 19 26 248 ist es bereits bekannt, Kanten von Vollwandträgern für Kranbrücken oder Förderbänder mit Abrundungselementen auszustatten, die die Umströmung verbessern sollen. Diese Abrundungselemente haben im wesentlichen die Aufgabe, den Kanten eines Vollwandträgers eine günstigere Form zu geben, um so die Wirbelbildung an diesen Kanten zu vermindern. Für die bekannten Träger wurden deshalb verhältnismäßig komplizierte Querschnittsprofile entwickelt, die jedoch einerseits derartige Träger herstellungstechnisch aufwendig und deshalb teuer machen und die andererseits die Verwendungsmöglichkeiten derartiger Träger verringern. So kann es beispielsweise sein, daß die bekannten Abrundungselemente zwar für eine bestimmte Anströmrichtung eine Verringerung des Windwiderstandes des Trägers bringen, wobei dies jedoch dadurch erkauft wird, daß der Windwiderstand bei anderen als den idealen Anströmrichtungen größer als bei einfachen Kastenprofilen ist.It is already known from DE-OS 19 26 248 to equip the edges of solid wall beams for crane bridges or conveyor belts with rounding elements that are intended to improve the airflow. These rounding elements essentially have the task of giving the edges of a solid wall beam a more favorable shape in order to reduce the formation of vortices at these edges. Relatively complicated cross-sectional profiles were therefore developed for the known beams, which on the one hand make such beams complex to manufacture and therefore expensive, and on the other hand reduce the possible uses of such beams. For example, it may be that the known rounding elements reduce the wind resistance of the beam for a certain flow direction, but this is achieved at the cost of the wind resistance being greater for flow directions other than the ideal ones than with simple box profiles.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten ArtIt is the object of the present invention to provide a component of the type mentioned in the preamble of claim 1
zu schaffen, welches herstellungstechnisch einfach und damit billig ist, welches vielseitig verwendbar ist und welches unabhängig von der jeweiligen Anströmrichtung eine deutliche Verbesserung des Strömungswiderstandsbeiwertes bringt.to create a system that is simple to manufacture and therefore inexpensive, that is versatile and that brings a significant improvement in the flow resistance coefficient, regardless of the respective flow direction.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features contained in claim 1.
Das Bauteil wird selbst in seiner Form nicht verändert, sondern es behält seine ihm beispielsweise aus herstellungstechnischen oder aus funktionalen Gründen gegebene Form bei. Einzelne Kanten des Bauteils werden jeweils mit längs diesen Kanten verlaufenden Leitflächen versehen, welche ein die Kanten umgreifendes Profil haben und mit Abstand zu den Bauteilwänden angeordnet sind. Diese Leitflächen bewirken, daß die Strömung im kritischen Bereich der Kanten weitgehend turbulenzarm gehalten wird, so daß die Totwasser- und Wirbelzone im Abströmbereich schmal und der Widerstand deshalb verhältnismäßig gering bleibt.The shape of the component itself is not changed, but it retains the shape it was given for manufacturing or functional reasons, for example. Individual edges of the component are each provided with guide surfaces running along these edges, which have a profile that encompasses the edges and are arranged at a distance from the component walls. These guide surfaces ensure that the flow in the critical area of the edges is kept largely turbulence-free, so that the dead water and vortex zone in the outflow area remains narrow and the resistance therefore remains relatively low.
Das Profil der Leitflächen ist gemäß einer vorgesehenen Ausgestaltung im wesentlichen gleichmäßig gekrümmt und läuft zu den die jeweilige Kante des Bauteils bildenden Wandflächen etwa parallel aus. Dadurch kann das das Bauteil umströmende Medium weitgehend stoßfrei in den Raum zwischen der Bauteilwand und der Leitfläche einströmen; es wird durch die gleichmäßig gekrümmte Leitfläche stetig umgelenkt und strömt wiederum weitgehend parallel zur Wandfläche des Bauteils aus dem Raum zwischen dieser Wand und der Leitfläche ab.According to a proposed design, the profile of the guide surfaces is essentially evenly curved and runs approximately parallel to the wall surfaces forming the respective edge of the component. This allows the medium flowing around the component to flow into the space between the component wall and the guide surface largely without impact; it is continuously deflected by the evenly curved guide surface and in turn flows largely parallel to the wall surface of the component out of the space between this wall and the guide surface.
Die erfindungsgemäßen Leitflächen können jeweils einzelnen, kritischen Kanten zugeordnet werden, wobei sieThe guide surfaces according to the invention can be assigned to individual, critical edges, whereby they
die Umströmung um diese Kante in der beschriebenen Weise verbessern. Es kann jedoch auch sinnvoll sein, mehrere oder alle Kanten eines Bauteils mit entsprechenden Leitflächen zu verkleiden, wobei die einzelnen Leitflächen zusammenwirken können, so daß die Gesamtwirkung besser sein kann als die Summe der Einzelwirkungen der einzelnen Leitflächen.improve the flow around this edge in the manner described. However, it can also be useful to cover several or all edges of a component with corresponding guide surfaces, whereby the individual guide surfaces can work together so that the overall effect can be better than the sum of the individual effects of the individual guide surfaces.
Für einen herkömmlichen Vollwandträger mit rechteckigem Kastenprofil ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zumindest die Längskanten dieses Bauteils mit Leitflächen versehen sind. Ein derartiger Vollwandträger hat im wesentlichen für alle quer zur Trägerachse gerichteten Strömungen einen gleich guten, gegenüber einem Träger ohne Leitflächen verringerten Widerstand, da sowohl die Strömung im Anströmbereich als auch im Abströmbereich jeweils durch Leitbleche geführt und eine Wirbelbildung verringert oder verhindert wird. Bei einem Bauteil mit etwa quaderförmigem Aufbau, beispielsweise dem Fahrerhaus eines Hochkrans, sind im wesentlichen alle der Strömung ausgesetzten Kanten des Bauteils mit Leitflächen versehen.For a conventional solid wall beam with a rectangular box profile, the invention provides that at least the longitudinal edges of this component are provided with guide surfaces. Such a solid wall beam has essentially the same good resistance for all flows directed transversely to the beam axis, and is reduced compared to a beam without guide surfaces, since both the flow in the inflow area and in the outflow area are guided by guide plates and the formation of turbulence is reduced or prevented. In a component with an approximately cuboid structure, for example the driver's cab of a high-rise crane, essentially all edges of the component exposed to the flow are provided with guide surfaces.
Die Profile der Leitflächen können erfindungsgemäß Viertelkreisprofile sein; diese sind damit insbesondere für die Verkleidung von Kanten geeignet, die durch rechtwinklig aufeinanderstehende Wände gebildet werden. Derartige Viertelkreisprofile lassen sich in besonders günstiger Weise aus Abschnitten längsgeteilter Rohre herstellen. Derartige Rohre sind Standardbauelemente, die in vielen Größenabmessungen marktüblich sind; das Längsteilen ist in einfacher und billiger Weise mit verhältnismäßig einfachen technischen Einrichtungen möglich.According to the invention, the profiles of the guide surfaces can be quarter-circle profiles; these are therefore particularly suitable for cladding edges that are formed by walls standing at right angles to one another. Such quarter-circle profiles can be manufactured in a particularly favorable manner from sections of longitudinally split pipes. Such pipes are standard construction elements that are commercially available in many sizes; longitudinal splitting is possible in a simple and inexpensive manner using relatively simple technical equipment.
Insbesondere wenn stumpfwinklige oder spitzwinklige Kanten verkleidet werden sollen, kann es jedoch günstiger sein, die Leitflächen als diesen Kantenprofilen angepaßte Strangziehprofile aus Metall oder Kunststoff herzustellen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Leitflächen als Blechbiegeteile herzustellen.However, particularly when obtuse-angled or acute-angled edges are to be covered, it can be more cost-effective to produce the guide surfaces as extruded profiles made of metal or plastic that are adapted to these edge profiles. Another option is to produce the guide surfaces as bent sheet metal parts.
Die Leitflächen werden gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung über lösbar mit den Leitflächen einerseits und/oder den Bauteilen andererseits verbundene Verbindungsstreben an den jeweiligen Bauteilen befestigt.According to one embodiment of the invention, the guide surfaces are attached to the respective components via connecting struts that are detachably connected to the guide surfaces on the one hand and/or the components on the other.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Several embodiments of the invention are shown in the drawing and described in more detail below. They show:
Fig. 1 schematisch ein VollwandkastenprofilFig. 1 schematically a solid wall box profile
mit an den vier Längskanten angeordneten, viertelkreisförmigen Leitblechen und symmetrischer Anströmung;with quarter-circle-shaped baffles arranged on the four longitudinal edges and symmetrical flow;
Fig. 2 eine Anordnung gemäß Fig. 1 mit einerFig. 2 an arrangement according to Fig. 1 with a
demgegenüber geänderten Strömungsrichtung; in contrast, the flow direction has changed;
Fig. 3 schematisch ein Kastenprofil mitFig. 3 schematically a box profile with
Leitblechen etwa gemäß den Fig. 1 und 2 in einer perspektivischen Darstellung, wobei Verbindungsstreben zum Befestigen der Leitflächen am Vollwandträger zu erkennen sind;Guide plates approximately as shown in Fig. 1 and 2 in a perspective view, where connecting struts for attaching the guide surfaces to the solid wall support can be seen;
Fig. 4 einen Vollwandträger mit dreieckigemFig. 4 a solid wall beam with triangular
Kastenprofil und mit zwei an bevorzugten Kanten angeordneten Leitble-Box profile and with two guide plates arranged at preferred edges
Fig. 5 ein Fahrerhaus für einen Hochkran mitFig. 5 a driver’s cab for a high crane with
an den Längskanten und einzelnen Querkanten angeordneten Leitflächen.Guide surfaces arranged on the longitudinal edges and individual transverse edges.
Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils einen Träger 2 mit einem rechteckigen Kastenprofil. Den Längskanten 3a bis 3d des Profilträgers 2a bis 4d sind jeweils Leitflächen 4 zugeordnet. Die Leitflächen 4a bis 4d haben jeweils ein Viertelkreisprofil, welches die zugeordneten Längskanten des Profilträgers 2 umfaßt, wobei die Endkanten des Viertelkreisprofils jeweils parallel zu den die zugeordneten Längskanten bildenden Wandflächen des Profilträgers 2 auslaufen.Fig. 1 and 2 each show a support 2 with a rectangular box profile. Guide surfaces 4 are assigned to the longitudinal edges 3a to 3d of the profile support 2a to 4d. The guide surfaces 4a to 4d each have a quarter-circle profile which encompasses the assigned longitudinal edges of the profile support 2, with the end edges of the quarter-circle profile each running parallel to the wall surfaces of the profile support 2 which form the assigned longitudinal edges.
Bei der in Fig. 1 dargestellten symmetrischen Anströmung des Profilträgers 2 verläuft ein Teil 6 der Stromlinien außerhalb der Leitflächen , die für diese Stromlinien 6 die Wirkung von abgerundeten Kanten haben und deshalb einen verhältnismäßig geringen Widerstand bilden. Ein anderer Teil 8 der Stromlinien tritt zwischen die beiden anströmungsseitigen Leitflächen 4a, 4b ein und teilt sich in zwei Ströme 10, 12, die zwischen den anströmungsseitigen Leitflächen 4a, 4b und den zugeordneten Wandabschnitten des Profilträgers 2 hindurch strömen und sodann von den abstromungsseitigen Leitflächen 4c, 4der aufgenommen und um die in Strömungsrichtung hinteren Kanten 3c, 3d des Profilträgers 2 herumgeleitet werden. In der Abströmungszone vereinigen sich die Ströme 10, 12 wieder mit den durch die Stromlinien 6 gekennzeichneten Strömen.In the symmetrical flow of the profile carrier 2 shown in Fig. 1, a part 6 of the streamlines runs outside the guide surfaces, which have the effect of rounded edges for these streamlines 6 and therefore form a relatively low resistance. Another part 8 of the streamlines enters between the two upstream guide surfaces 4a, 4b and divides into two streams 10, 12, which flow between the upstream guide surfaces 4a, 4b and the associated wall sections of the profile carrier 2 and are then taken up by the downstream guide surfaces 4c, 4d and guided around the rear edges 3c, 3d of the profile carrier 2 in the flow direction. In the downstream zone, the streams 10, 12 reunite with the streams marked by the streamlines 6.
Fig. 2 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 1 bei geänderter,Fig. 2 shows the arrangement according to Fig. 1 with modified,
auf eine Kante 3b des Profilträgers 2 gerichteter Strömung. Auch hier wirkt die der angeströmten Kante 3b des Profilträgers 2 zugeordnete Leitfläche 4b wie eine abgerundete Kante, die die Strömung widerstandsarm in zwei innere Ströme 14, 16 teilt, die durch die beiden äußeren Leitflächen 4a, 4c widerstandsarm um die zugeordneten Kanten 3a, 3c herum zur Abströmungszone geleitet werden, wo sie sich mit den durch die Stromlinien 18 gekennzeichneten äußeren Strömen wieder vereinigen.flow directed towards an edge 3b of the profile carrier 2. Here too, the guide surface 4b assigned to the edge 3b of the profile carrier 2 against which the flow is directed acts like a rounded edge, which divides the flow with little resistance into two inner streams 14, 16, which are guided by the two outer guide surfaces 4a, 4c with little resistance around the associated edges 3a, 3c to the outflow zone, where they reunite with the outer streams marked by the streamlines 18.
Fig. 3 zeigt perspektivisch einen Profilträger 2 mit rechteckigem Kastenprofil, wobei den vier Längskanten 3 des Profilträgers 2 jeweils Leitflächen 4 mit einem Viertelkreisprofil zugeordnet sind. Die Leitflächen 4 sind jeweils über Verbindungsstreben 20 mit den Wänden des Profilträgers 2 verbunden. Die Verbindungsstreben 20 sind in an sich bekannter und deshalb nicht näher dargestellter Weise mit den Leitflächen 4 und/oder dem Profilträger 2 lösbar verbunden, beispielsweise durch Schrauben, so daß die Leitflächen z.B. auch nach Montage der aus den Trägern gebildeten Konstruktion angebaut oder abgebaut werden können.Fig. 3 shows a perspective view of a profile beam 2 with a rectangular box profile, with guide surfaces 4 with a quarter-circle profile being assigned to the four longitudinal edges 3 of the profile beam 2. The guide surfaces 4 are each connected to the walls of the profile beam 2 via connecting struts 20. The connecting struts 20 are detachably connected to the guide surfaces 4 and/or the profile beam 2 in a manner known per se and therefore not shown in detail, for example by screws, so that the guide surfaces can be attached or removed, for example, even after assembly of the structure formed from the beams.
Fig. 4 zeigt einen Profilträger 22 mit einem dreieckigen Kastenprofil. Den beiden in Strömungsrichtung 24 vorderen Kanten 26, 28 sind jeweils Leitflächen 30, 32 zugeordnet, die die zugeordneten Kanten ebenfalls wieder so umfassen, daß ihre Einlauf- und Auslaufkanten parallel zu den die Kanten 26, 28 des Profilträgers 22 bildenden Wänden auslaufen. Die in Strömungsrichtung 24 hintere Kante 34 hat in diesem Ausführungsbeispiel keine Leitflächen, da sie selbst eine für die Abströmung günstige Form darstellt. Eine Anordnung gemäß der Fig. 4 ist beispielsweise für Träger geeignet, die vorzugsweise einer stets gleichbleibenden AnströmrichtungFig. 4 shows a profile carrier 22 with a triangular box profile. The two front edges 26, 28 in the flow direction 24 are each assigned guide surfaces 30, 32, which also again enclose the assigned edges in such a way that their inlet and outlet edges run parallel to the walls forming the edges 26, 28 of the profile carrier 22. The rear edge 34 in the flow direction 24 has no guide surfaces in this embodiment, since it itself represents a shape that is favorable for the outflow. An arrangement according to Fig. 4 is suitable, for example, for carriers that preferably have a constant flow direction.
24 ausgesetzt sind. Ein Anwendungsbeispiel ist eine in einem Fluß stehende Brückenstütze oder dergleichen.24. An example of an application is a bridge support standing in a river or the like.
Fig. 5 zeigt ein Fahrerhaus 3 6 für einen Hochkran, welches hohen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt ist. An den vier senkrechten Längskanten des Fahrerhauses 36 sind Leitflächen 38 angeordnet, die bei horizontalen Windrichtungen wie anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben wirken. Den die Deckenwand des Fahrerhauses 3 6 begrenzenden Kanten sind in entsprechender Weise Leitflächen 40, den die Bodenwand begrenzenden Kanten Leitflächen 42 zugeordnet.Fig. 5 shows a driver's cab 36 for a high-altitude crane, which is exposed to high wind speeds. Guide surfaces 38 are arranged on the four vertical longitudinal edges of the driver's cab 36, which act in horizontal wind directions as described in Figs. 1 and 2. Guide surfaces 40 are assigned in a corresponding manner to the edges that delimit the ceiling wall of the driver's cab 36, and guide surfaces 42 are assigned to the edges that delimit the floor wall.
Wie bereits beschrieben, können insbesondere die rechtwinkligen Kanten zugeordneten Leitflächen aus in Längsrichtung geviertelten Rohrprofilen hergestellt werden.As already described, the guide surfaces associated with right-angled edges in particular can be made from tubular profiles quartered in the longitudinal direction.
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