EP0450543A1

EP0450543A1 - Bauteil mit Elementen zur Strömungswiderstandsverminderung

Info

Publication number: EP0450543A1
Application number: EP91105144A
Authority: EP
Inventors: Dieter Bauer; Christoph Eiwan
Original assignee: TAX ImbH
Current assignee: TAX ImbH
Priority date: 1990-04-02
Filing date: 1991-04-02
Publication date: 1991-10-09
Anticipated expiration: 2011-04-02
Also published as: DE9003816U1; JPH0650312A; EP0450543B1; DE59106790D1

Abstract

Ein kastenförmiges Bauteil (2) mit vieleckigem Kastenprofil sowie mit zumindest einzelnen Kanten des Bauteils zugeordneten Elementen zur Widerstandsverminderung ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelnen Kanten des Bauteils (2) jeweils längs diesen Kanten verlaufende Leitflächen (4) zugeordnet sind, welche ein die Kanten umgreifendes Profil haben und mit Abstand zu den Bauteilwänden angeordnet sind. Bei einem Bauteil mit einem im wesentlichen quaderförmigen Aufbau sind im wesentlichen alle der Strömung ausgesetzten Kanten des Bauteils (36) mit Leitflächen (38, 40, 42) versehen und die Profile der Leitflächen (4) Viertelkreisprofile. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein kastenförmiges Bauteil mit vieleckigem Kastenprofil sowie mit zumindest einzelnen Kanten des Bauteils zugeordneten Elementen zur Strömungswiderstandsverminderung.
Es ist bekannt, daß derartige kastenförmige Bauteile wegen Ihrer strömungsungünstigen Form einen großen Widerstandsbeiwert und deshalb einen verhältnismäßig hohen Strömungswiderstand aufweisen.
Es ist bereits ganz allgemein bekannt, Bauteile mit aerodynamisch günstigen Verkleidungen zu versehen. Derartige Verkleidungen sind jedoch herstellungstechnisch und montagetechnisch sehr aufwendig und deshalb teuer. Außerdem ist es in vielen Fällen aus funktionalen Grün-den 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.
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.
Es ist auch schon bei Körpern, die stets eine bestimmte Ausrichtung zu einer Strömung haben, bekannt, durch vorflügelartige Leitflächen in bestimmten Bereichen einer in der Strömung liegenden Fläche ein besseres Anliegen der Strömung zu bewirken (DE 82 02 119.8 U1). Eine solche Einrichtung ist jedoch nur für einen engen Bereich der Anströmungsrichtung wirksam, so daß die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe nicht lösen kann.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Bauteil der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art 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.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 enthaltenen Merkmale gelöst.
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.
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.
Die erfindungsgemäßen Leitflächen können jeweils einzelnen, kritischen Kanten zugeordnet werden, wobei sie 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.
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.
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.
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.
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.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1: schematisch ein Vollwandkastenprofil mit an den vier Längskanten angeordneten, viertelkreisförmigen Leitblechen und symmetrischer Anströmung;
Fig. 2: eine Anordnung gemäß Fig. 1 mit einer demgegenüber geänderten Strömungsrichtung;
Fig. 3: schematisch ein Kastenprofil mit Leitblechen etwa gemäß den Fig. 1 und 2 in einer perspektivischen Darstellung, wobei Verbindungsstreben zum Befestigen der Leitflächen am Vollwandträger zu erkennen sind;
Fig. 4: einen Vollwandträger mit dreieckigem Kastenprofil und mit zwei an bevorzugten Kanten angeordneten Leitblechen;
Fig. 5: ein Fahrerhaus für einen Hochkran mit an den Längskanten und einzelnen Querkanten angeordneten Leitflächen.

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.
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 abströmungsseitigen 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.
Fig. 2 zeigt die Anordnung gemäß Fig. 1 bei geänderter, 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.
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. 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 Anströmrichtung 24 ausgesetzt sind. Ein Anwendungsbeispiel ist eine in einem Fluß stehende Brückenstütze oder dergleichen.
Fig. 5 zeigt ein Fahrerhaus 36 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 36 begrenzenden Kanten sind in entsprechender Weise Leitflächen 40, den die Bodenwand begrenzenden Kanten Leitflächen 42 zugeordnet.
Wie bereits beschrieben, können insbesondere die rechtwinkligen Kanten zugeordneten Leitflächen aus in Längsrichtung geviertelten Rohrprofilen hergestellt werden.

Claims

Kastenförmiges Bauteil mit vieleckigem Kastenprofil sowie mit zumindest einzelnen Kanten des Bauteils zugeordneten Elementen zur Widerstandsverminderung, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelnen Kanten des Bauteils (2) jeweils längs diesen Kanten verlaufende Leitflächen (4) zugeordnet sind, welche ein die Kanten umgreifendes Profil haben und mit Abstand zu den Bauteilwänden angeordnet sind.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Leitflächen (4) im wesentlichen gleichmäßig gekrümmt ist und zu dem die jeweilige Kante des Bauteils bildenden Wandflächen im wesentlichen parallel ausläuft.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere Vollwandträger mit rechteckigem Kastenprofil, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die Längskanten des Bauteils (2) mit Leitflächen (4) versehen sind.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2 mit einem im wesentlichen quaderförmigen Aufbau, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen alle der Strömung ausgesetzten Kanten des Bauteils (36) mit Leitflächen (38, 40,42) versehen sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Profile der Leitflächen (4) Viertelkreisprofile sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (4) aus Abschnitten längsgeteilter Rohre bestehen.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (4; 30, 32; 38, 40, 42) als Strangziehprofile aus Metall oder Kunststoff hergestellt sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (4; 30, 32; 38, 40, 42) als Blechbiegeteile hergestellt sind.
Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitflächen (4) über lösbar mit den Leitflächen (4) und/oder den Bauteilen (2) verbundene Verbindungsstreben (20) an dem Bauteil (2) befestigt sind.