WO2012062249A1

WO2012062249A1 - Verfahren zur beeinflussung des strömungsverhaltens von ungsmaschinen, insbesondere gebläse- oder absaugvorrichtungen sowie zugehörige gebläse- oder absaugvorrichtung

Info

Publication number: WO2012062249A1
Application number: PCT/DE2011/001599
Authority: WO
Inventors: Georg E. Koppenwallner
Original assignee: Koppenwallner Georg E
Priority date: 2010-06-08
Filing date: 2011-06-08
Publication date: 2012-05-18
Also published as: EP2580481A1; DE102010023017A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens von Strömungsmaschinen, insbesondere Gebläse- oder Absaugvorrichtungen, wobei die Strömungsmaschine eine die Strömung führende Oberfläche mit zumindest einem strukturierten Oberflächenabschnitt (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515) aufweist. Vorteilhaft werden zumindest in den Oberflächenbereichen der Strömungsmaschine, in denen die Strömung von der Oberfläche abgelöst wird oder turbulente Strömungen auftreten, mittels eines strukturierten Oberflächenabschnittes (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515) Längswirbel erzeugt, über welche die Strömung strukturiert wird.

Description

Verfahren zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens von ungsmaschinen, insbesondere Gebläse- oder Absaugvorrichtungen sowie zugehörige Gebläse- oder Absaugvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens von Strömungsmaschinen, insbesondere Gebläse- oder Absaugvorrichtungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie eine Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 8.

Aus dem Stand der Technik bekannte Strömungsmaschinen, insbesondere Gebläseoder Absaugvorrichtungen weisen einzelne Strömungsbereiche auf, die zu

Wirbelbildung, Strömungsverlusten und Geräuschentwicklung führen. Genannte Effekte treten insbesondere in den Strömungsbereichen auf, in denen sich die Strömung von einer Oberfläche ablöst und/oder turbulente Strömungen entstehen. Im Folgenden werden derartige Strömungsbereiche als„gestörte'' Strömungsbereiche bezeichnet.

Eine Gebläsevorrichtung kann beispielsweise als Zentrifugalgebläsevorrichtung ausgebildet sein, welche einen Trommelläufer mit mehreren Schaufeln umfasst, wobei die Schaufeln konzentrisch zur Drehachse des Trommel läufers angeordnet sind und dadurch beispielsweise eine kreiszylinderförmige Einhüllung bilden. Der Aufbau und die Funktionsweise eines derartigen Trommel läufers sind hinreichend bekannt, beispielsweise aus der Druckschrift DE1 16231 .

Bei einem derartigen Trommelläufer wird insbesondere die Luft axial angesaugt und über Schaufeln tangential abgeführt, und zwar über eine so genannte Abgriffslippe vom Trommelläufer abgegriffen. Ein Trommelläufer weist insbesondere ein großes

Ablösegebiet im axialen Einströmungsbereich auf, so dass ca. 30% der Schaufeltiefe des Trommel läufers nicht vollständig durchströmt werden. Auch im Bereich der

Abgriffslippe kommt es zu Ablösungserscheinungen und aufgrund der durch die Abgriffslippe bedingten Umlenkung der Strömung zu einer Geräuschbildung.

BERICHTIGTE FASSUNG Bereits in der Druckschrift DE1 081 181 sowie der Druckschrift US 5,169, 290 sind Ansätze beschrieben, in einem Teilbereich der Schaufeloberfläche eine gezielte Rauhigkeiten vorzusehen, um damit kleine Strömungswirbel zur Verbesserung des Ablöseverhalten des Trommel läufers zu erzeugen.

Ein derartiges gezieltes„Turbulentmachen" der Strömung wird bei Segelflugzeugen mittels eines Zackenbandes im Bereich des möglichen Ablöseblasens und vor Rudern angewandt. Strömungen mit großen Anstellwinkeländerungen finden sich insbesondere auch bei Buckelwalen, die bei der Jagd enge Kurven schwimmen. Aber auch Eulen, die ais Nachtjäger langsam und leise fliegen, weisen eine der Buckelwalflosse

entsprechende, strukturierte, in diesem Fall eine gezähnte Flügelvorderkante auf.

Die Polare eines Profils sind mit und ohne Buckel vergleichbar. Die Buckel bewirken höhere Gleitzahlen bei höheren Anstellwinkeln, bzw. ermöglichen höhere

Anstellwinkel als das gleiche Profil mit glatter Oberfläche. Bezahlt wird dieser Vorteil unter Umständen mit etwas schlechteren Gleitzahlen in anderen Bereichen der Polare. Beispielsweise in den Druckschriften US 6,431 ,498 und US 2006/0060721 wird der Einsatz derartiger Profile für Flugzeugflügel beschrieben. Auch hat Bruno Kerschgens im Rahmen seiner Studienarbeit„Ähnlichkettstheoretische Adaption eines Buckelwal- Flossenprofils für den Einsatz in kompressiblen Medien und anschließende

Untersuchung der resultierenden Geometrie mittels CFD" an der RWTH Aachen im Jahre 2007 bereits ein Buckelwalprofil numerisch untersucht und darin eine generelle Anwendung bei Turbomaschinen beschrieben. D. Custodio hat in seiner Masterarbeit "The Effect of Humpback Whale-like leading Edge Protuberances on Hydrofoil

Performance" an dem Worcester Polytechnic Institute im Jahre 2007 ein

Buckel walprofil experimentell untersucht.

Ein Profil wie beim Gleitschirm, mit ähnlichen Eigenschaften wie das Buckewal profil, beschreiben Zverkow, I.D. und Zanin, B.Yu, im Jahre 2003 in der Veröffentlichung „Wing form effects on flow Separation", S. 197 - 204, Bd. 10, Heft 2, Thermophysics and Aeromechanics, Novorsibirsk sowie in der Druckschrift RU 2 294 300. Zverkov und Zanin kommen zum Ergebnis, dass wellige Profile besonders bei schräger, turbulenter und instationärer Anströmung Vorteile bringen können. Außerdem weisen derartige Profile ein besseres Hystereseverhalten auf. Das bedeutet, dass eine abgelöste Strömung schneller wieder zum Anliegen kommt.

Die Wirkungsweise einer strukturierten Oberflächen beruht auf der Strukturierung der Strömung in Längswirbel, dadurch dass die Geschwindigkeit in der Grenzschicht durch die Ungleichmäßigkeiten der Oberflächen ebenfalls ungleichmäßig gemacht wird.

Diese Wirbel wirken als eine Art linienförmige Grenzschichtabsaugung. In den Tälern treten schwache voneinander getrennte Ablöseblasen auf, die durch die Längswirbel kontrolliert und stabilisiert werden (siehe beispielsweise Fig. 5, Zverkov et. al. 2003).

Verbesserungen an den Spitzen eines transsonischen Axialverdichters eines

Flugzeugtriebwerkes mittels Auskerbungen wird beispielsweise auch in der Druckschrift EP 2 050 929 beschrieben. Für die Entwicklung eines Antriebes für ein Segelflugzeug ist insbesondere der Druckschrift DE 10 2007 055 507 ein so genanntes

Schräglippen verfahren zu entnehmen. Ein spezielles Schubgebläse wird in der

Druckschrift DE 103 00 621 beschrieben. Die Schräglippe, also die schräggestellte Abgriffslippe, eines Trommelläufers wird gemäß der Druckschrift DE 10 2007 055 507 als eine halbe Zacke (siehe hierzu Abb. 2a, b) oder als eine ganze Zacke (siehe hierzu Abb. 14) ausgeführt. Dies ist sozusagen der Grenzfall einer gezackten oder welligen Abgriffslippe, wobei es lediglich eine Zacke gibt.

Auch sind aus den Druckschriften DE 199 1 1 850, PCT/DE00/04439 und DE

102007039635 bereits Absaugeinrichtungen bekannt, die mittels Ausblasung über Flächen arbeiten.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, das Strömungsverhalten von

Strömungsmaschinen, insbesondere Gebläse- oder Absaugvorrichtungen zu verbessern. Die Aufgabe wird ausgehend von den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 und 8 jeweils durch deren kennzeichnende Merkmale gelöst.

Ein wesentlicher, die Erfindung tragende Gedanke besteht darin, dass zumindest in denjenigen Oberfiächenbereichen der Strömungsmaschine, in denen die Strömung von der Oberfläche abgelöst wird und/oder turbulente Strömungen auftreten, mittels eines strukturierten Oberflächenabschnittes Längswirbel erzeugt werden, über welche die Strömung strukturiert wird. Mittels der mit Längswirbeln strukturierten Strömung kann die Strömung an turbulent durch- oder überströmten Oberflächenbereichen von

Strömungsmaschinen wesentlich verbessert werden, insbesondere eine merkliche Verbesserung der Strömung am Abgriff und/oder den Schaufeln einer Gebläse- oder Absaugvorrichtung, an der Ausblaskante einer Absaugvorrichtung oder eines Tragflügels erreicht werden. Durch die erfindungsgemäße Richtungsanpassung und/oder

Richtungsvorgabe der Strukturierung können die„gestörten" über-, um- bzw.

durchströmten Bereiche einer Gebläse- oder Absaugvorrichtung derart ausgestaltet werden, dass eine Verbesserung der Strömung für die beabsichtigten Zwecke erfolgt, so dass sich eine Verbesserung des Wirkungsgrades einstellt. Der Erfinder hat ferner erkannt, dass vorzugsweise in strömungstechnisch gestörten Bereichen eine

Strukturierung der Oberfläche Strömungstechnische Vorteile bringt, wohingegen Bereiche mit stationärer Strömung weiterhin mit einer glatten oder nur wenig

strukturierten Oberfläche versehen werden sollten. Die Dimensionierung des strukturierten Oberflächenbereiches ist unter anderen von dem jeweiligen

strömungstechnischen Anforderungen abhängig.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden durch einen strukturierten Oberflächenabschnitt zumindest zwei Strömungen mit unterschiedlichen

Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt, und zwar eine Über- und/oder Unterströmung.

Die Abgriffslippe einer Gebläse- und Absaugvorrichtung mit einem Trommelläufer ist weiterhin vorteilhaft mit einem strukturierten Oberflächenabschnitt versehen, welcher beispielsweise als eine Art Zackenreihe, Wellenlinie oder Buckelanordnung ausgeführt ist. Dadurch wird vorteilhaft eine Verminderung des Geräusches und eine Erzeugung von Längswirbeln erreicht, über welche die Strömung im Bereich der Abgriffslippe stabilisiert werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Schaufeln des Trommel läufers zumindest abschnittsweise zackig, wellig oder buckelig oder vergleichbar strukturiert mittels Rauhigkeiten, Unebenheiten oder Umbördelungen ausgebildet. Hierdurch wird das Strömungsverhalten insbesondere in den gestörten, instationären

Strömungsbereichen der Gebläse- oder Absaugvorrichtung und bei hohen

Anströmwinkeln deutlich verbessert. Beispielsweise an der Schaufelkante im Bereich des Einlasses, insbesondere bei hohen Schaufeln wie bei einem Trommelläufer. In ungestörten, stationären Strömungsbereichen wird dagegen vorteilhaft eine glatte, also un strukturierte oder nur sehr gering strukturierte Oberfläche verwendet. Die

Strukturierung am Eintritt kann anstelle oder in Kombination mit den üblichen

Maßnahmen zur Verbesserung der Strömung im Eintrittsbereich, also mit einer

Verwindung, Schrägstellung, V-Stellung oder Pfeilung der Schaufeln angewandt werden.

Vorteilhaft ist die Strukturierung in Richtung der Strömungsrichtung orientiert und/oder zur Führung der Strömung in eine vorgegebene Strömungsrichtung ausgebildet. Die konkrete Ausführung der Strukturierung kann mittels Sinusfunktionen, Fourier- und anderer Reihenentwicklungen, Splines etc. ermittelt und realisiert werden. Es kann auch eine Strukturierung mittels Freihandlinien erfolgen.

Bei Gebläse- oder Absaugvorrichtung ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Erhöhung der Erfassungswirkung möglich. Bei Gebläse- oder

Absaugvorrichtung mittels Ausblasung ist es erforderlich, die eingrenzende Strömung stabil zu gestalten und auf die Absaugflächen hin zu lenken. Bei Gebläse- oder

Absaugvorrichtung in„Coanda-Technik" erfolgt das Ausblasen beispielsweise über ein Coandarohr, wobei hierzu eine Strukturierung des Rohres vorgenommen wird. Auch hierdurch werden der Strömung gezielt Längswirbel aufgeprägt, welche das „Entrainment" der Schadstoffströmung erhöhen. Im Extremfall verläuft die Strukturierung der Oberfläche von der Ausblasöffnung hin zur Absaugöffnung.

Die Besaugung an der Hinterkante eines gewellten Tragflügels kann eine verbesserte Methode der Grenzschichtabsaugung darstellen. Dabei wird bevorzugt in Tälern, also in Bereichen, in denen die Längswirbel von der Oberfläche wegdrehen, abgesaugt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel im

Zusammenhang mit Figuren näher erläutert werden. Zudem ergeben sich

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung auch aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer

Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.

Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung keinesfalls auf das angegebene Beispiel beschränkt sein soll. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 beispielhaft eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß strukturierte

Oberflächenabschn itt;

Fig. 2 beispielhaft einen Schnitt durch den strukturierten Oberflächenabschnitt gemäß Figur 1 ;

Fig. 3 beispielhaft mehrere seitliche Ansichten der Schaufeln einer Turbomaschine;

Fig. 4 beispielhaft einen Schnitt durch die Drehachse des Laufrades eines

Trommel läufers;

Fig. 5 beispielhaft einen Querschnitt durch das Spiralgehäuse eines

Trommelläufers;

Fig. 6 beispielhaft eine Seitenansicht des Spiralgehäuses gemäß Figur 5; Fig. 7 beispielhaft den Querschnittsverlauf einer Abgriffslippe mit strukturiertem Oberflächenabschnitt;

Fig. 8 beispielhaft einen Ausschnitt des Spiralgehäuses im Schnittdarstellung;

Fig. 9 beispielhaft eine räumliche Darstellung eines strukturierten Spiralabgriffes;

Fig. 10 beispielhaft perspektivische Ansichten unterschiedlich strukturierter

Oberflächenabschnitte;

Fig. 1 1 beispielhaft eine Kombination unterschiedlich strukturierter

Oberflächenabschnitte;

Fig. 12 beispielhaft eine perspektivische Ansicht einer Tragfläche mit strukturierter

Oberfläche;

Fig. 13 beispielhaft ein gewelltes Tragflächenprofil

Fig. 14 beispielhaft einen Trommelläufer mit Schaufeln mit zumindest teilweise str u ktur ierter Oberf lächenabsch n i tte;

Fig. 15 beispielhaft eine Seitenansicht des Spiralgehäuses ohne Trommel läufer;

Fig. 1 6 beispielhaft eine Seitenansicht des mittig aufgeschnittenen Spiralgehäuses ohne Trommel läufer;

Fig. 1 7 beispielhaft eine perspektivische Ansicht des aufgeschnittenen

Spiralgehäuses ohne Trommel läufer von der Ausblasseite;

Fig. 18 beispiel aft eine Schrägansicht des Spiralgehäuses;

Fig. 19 beispielhaft eine perspektivische Ansicht der Zacken;

Fig. 20 beispielhaft einen Schnitt durch eine Absaugvorrichtung und

Fig. 21 beispielhaft eine perspektivische Ansicht der Absaugvorrichtung gemäß F ig

20.

In Figur 1 ist beispielhaft ein erfindungsgemäß strukturierter Oberflächenabschnitt 10 einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der strukturierte Oberflächenabschnitt 10 bildet mehrere Buckel 20 an einer Anströmkante 30 aus. Das Profil des strukturierten δ

Oberflächenabschnittes 10 ist vorzugsweise wellig ausgeführt und ist in Täler 50

(gestrichelte Linien) und Grate 40 (durchgezogene Linien) unterteilt. Die Anströmkante 30 verläuft beispielsweise senkrecht zur mittleren Strömungsrichtung der Anströmung 60 oder schließt mit dieser einen stumpfen Winkel ein.

Bei einer näherungsweise gleichmäßigen Anströmung 60 des strukturierter

Oberflächenabschnitt 10 wird in den Tälern 50 eine schnellere Strömung 70 und im Bereich der Grate 40 eine langsamere Strömung 80 hervorgerufen, d.h. es werden zumindest zwei Strömungen 70, 80 mit unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt. Hierbei verlaufen die Tälern 50 bzw. Grate 40 des strukturierten

Oberflächenabschnittes 10 näherungsweise parallel zueinander und vorzugsweise näherungsweise entlang der mittleren Strömungsrichtung der Anströmung 60.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel eilt die Strömung 70 in den Tälern 50 voraus, wohingegen die Strömung 80 auf den Graten 40 zurück bleibt. Damit reißt die schnellere Strömung 70 die umgebende langsamere Strömung 80 mit sich, wodurch Längswirbel 90 entstehen. Die entstehenden Längswirbel 90 sind insbesondere der Schnittdarstellung entlang der Linie A-A zu entnehmen.

Figur 2 zeigt die Schnittfläche 120 durch den strukturierten Oberflächenabschnitt 10. Die Schnittfläche 120 verläuft näherungsweise senkrecht zur Anströmung 60. Mit dem Kurzzeichen 1 10 wird die bei einem Schnitt der strukturierten Oberflächenabschnitt 10 mit der Schnittfläche 120 entstehende Wellenlinie bezeichnet.

Figur 3 zeigt die Schaufeln einer beispielsweise einflutigen Turbomaschine, und zwar beispielsweise die Schaufeln eines Trommel läufers. Die Anströmung erfolgt

beispielsweise von links. Das zur Ansaugöffnung hin orientierte Ende 190 der Schaufel befindet sich oben. Diese Schaufeln können als Profil 210, Halbkreisprofil aus

Kunststoff 220 oder aus Blech 230 ausgeführt sein, Aufsicht. Mit 240 ist ein Schnitt durch den unstrukturierten Teil der Blechschaufel bezeichnet. Die Täler der

Strukturierung sind als gestrichelte Linien 40 und die Grate als durchgezogene Linien 50 dargestellt. Bei den Schaufeln 270 und 280 sind die Verläufe der Strukturierung 100, 105, 205 ebenfalls gebogen. Die Verläufe 105, 205 ändern sich ferner entlang der Schaufeitiefe. Bei den Schaufeln 260, 290, 300 verläuft die Strukturierung 200 geradlinig. Bei den Schaufeln 260, 290 sind die Abstände zwischen den

Strukturierungen wechseln. Schaufel 300 soll konstante bzw. fast konstante Abstände zwischen den Strukturierungen, also periodische oder fast periodische Strukturierung, darstellen.

Häufig werden derartige Schaufeln von Trommel läufern aus einem Blechmaterial hergestellt, insbesondere gestanzt. Eine solche, aus Blech hergestellte Schaufel mit relativ eng verlaufenden Tälern 40 ist mit dem Kurzzeichen 300 bezeichnet. Die Vorder- und/oder Hinterkante ist beispielsweise zackig 310 und/oder gerade 320 ausgebildet. Dies gilt sowohl für den unstruktunerten Oberflächenabschnitt als auch für den strukturierten Oberflächenabschnitt der Schaufeln des Trommel läufers.

In Figur 4 sind beispielhaft die Strömungsverhältnisse bei der Durchströmung des Laufrades 180 eines Trommel läufers in einer Schnittdarstetlung aufgezeigt. Dargestellt ist ein achsparalleler Schnitt durch die Mittellinie 160 des Trommel läufers. Über den Einströmring 1 70 strömt die Strömung 150 durch die Schaufeln 1 30, 140. Die eine Schaufel 130 weist beispielsweise gerade Kanten und eine geradlinige Strukturierung 200 auf, wohingegen eine andere Schaufel 140 eine wellige Einströmkante und eine schräge, gekrümmte, d.h. nicht geradlinig vertaufende Strukturierung 205 besitzt. Ferner ist die Schaufel 1 30 vollständig strukturiert. Der Figur 4 ist insbesondere auch zu entnehmen, dass in einem Laufrad eines Trommel läufers mehrere Schaufeln 130, 140 mit unterschiedlicher Strukturierung eingesetzt werden können.

Figur 5 zeigt das Spiralgehäuses eines Trommel läufers 330 von der Ansaugöffnung des Laufrades 340 her. Das Spiralgehäuse ist mittig aufgeschnitten, und zwar entlang der Linie B-B. Beispielhaft sind lediglich drei Schaufeln 350 des Laufrades 340 dargestellt, welche sich gegenüber der Abgriffslippe 360 befinden. Hinter der Abgriffslippe 360 erweitert sich der Gehäusekanal als Sprungdiffusor 370 hin zur Austrittsöffnung 380. Mittels der gestrichelten Linie 440 ist der Wandverlauf bei einem ausgehöhlten Buckel 450, angedeutet. Dies wird in der die Figur 8 betreffenden Beschreibungspassage näher erläutert.

In der Figur 6 ist eine Aufsicht auf den Austrittsquerschnitt 380 dargestellt Hier ist die Abgriffslippe in Form einer Spirallippe 410 realisiert. Der Verlauf der Spirallippe 410 ist wellig oder gezähnt ausgebildet. Mit dem Kurzzeichen 390 ist die Mittellinie des Spiralgehäuses 330 bezeichnet. Beim Stand der Technik verläuft die Spirallippe 410 als leicht durchgebogene Linie 405. Wegen der Übersichtlichkeit ist die Linie 405 oberhalb der Linie 410 gezeichnet. Die Strukturierung ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine wellige Ausführung 410 mit Tälern 50 und Graten 40.

Einen unregelmäßigen Verlauf 420 einer Abgriffslippe zeigt Figur 7, welcher

insbesondere auch unsymmetrisch zur Mittellinie 390 ausgebildet ist. Zum Vergleich ist unterhalb des Verlaufes 420 der durchgebogene Verlauf 405 bekannter Spirallippen 410 dargestellt.

Figur 8 zeigt einen Ausschnitt 480 des Spiralgehäuses 330 im Bereich des Abgriffes, und zwar in zwei Varianten. Zum einen bei Realisierung des Abgriffes in Form einer herkömmlichen Abgriffslippe 360 und bei Verwendung einer Spirallippe 360. Zunächst ist ein Schnitt durch einen zahnförmigen Buckel 450 der Spirallippe 360 dargestellt, etwa ein Schnitt den entlang der Linie B-B gemäß Figur 6. Beim Normalfall ist der Wandverlauf 435 nicht zum Wandverlauf im Sprungdiffusor 500 hin ausgehöhlt. Beim Schräglippenfall ist der Wandverlauf 440 zum Wandverlauf im Sprungdiffusor 500 hin ausgehöhlt. Die Profilierung 460 schafft einen runden Übergang zwischen

Einströmraum 520 und Abströmraum 530 aus dem Spiralgehäuse 330. In anderen Worten: Der Wandverlauf 440, 445 ist auch im Wandbereich hinter der Spirallippe 360 zum Einströmraum 520 aus dem Laufrad hin strukturiert. In diesem Fall ergibt sich der ausgehöhlte mit dem Kurzzeichen 450 versehene Buckel. Figur 9 zeigt noch einmal in räumlicher Darstellung einen strukturierten Spiralabgriff mit einem massiven Buckel 510 und einem hohlen, etwa mittig aufgeschnittenen Buckel 51 5. Der Abgriff teilt den Einströmraum 520 von dem Abströmraum 530. Die gestrichtelte Linie 540 ist eine achsparallele Gerade. An dieser Gerade sind zwei Strömungsvektoren 550, 560 an verschiedenen axialen Positionen dargestellt. Die Strömung 550 strömt in den Ausströmraum 530, die Strömung 560 in den

Einströmraum 520.

Eine Aufsicht auf zwei achssenkrechte Schnitte ist mit dem Kurzzeichen 570,580 versehen. Einen massiven Abgriff zeigt der Schnitt 580. Dies ist der zuvor beschriebene Normalfall. Es kann sich um eine massive Spiralzunge oder um einen massiven Buckel handeln. Der Schräglippenfall, also ein hohler Abgriff, wird durch den Schnitt 570 durch einen ausgehöhlten Buckel dargestellt.

Figur 10 zeigt verschiedene Strukturierungsmöglichkeiten an Flächen, mitteis

Umbördelungen 590, Rauhigkeiten 600 und Zacken 610.

Figur 1 1 zeigt, dass diese Strukturierungsmöglichkeiten sowohl an den Kanten 620 als auch auf den Oberfläche 630 vorgesehen sein können. Die Strukturierung auf der Oberfläche ist vorzugsweise in Richtung der Anströmung 640 ausgerichtet

Figur 12 zeigt beispielhaft eine Tragfläche 650 mit Strukturierung, welche im

Wurzelbereich 660 Rauhigkeitsänderungen 670 der Oberfläche in der Nähe des Ablösepunktes aufweist. Dies sind im mittleren Bereich des Flügels 680 in der Nähe der Hinterkante 690 in Form von Wellen 700 gebildet und im Bereich der Flügelspitze 710 eine durchgehende Strukturierung 720 realisiert. Eine Beeinflussung der Grenzschicht innerhalb der strukturierten Bereiche kann über eine Absaugung an der Hinterkante 690, durch Absaugung über Lochlinien 730, einzelne Löcher 735, über Schlitze 740, 745 oder über ein poröses Feld 750 erfolgen. Desgleichen können auch andere Formen der Grenzschichtbeeinflussung anstelle der Absaugung eingesetzt werden.

Grenzschichtbeeinflussung allgemein, hier als Ellipse 470 symbolisiert, findet am bevorzugt im Bereich der Täler 50 bzw. in den Bereichen zwischen den Rauhigkeiten 55 statt. Diese glatten Bereiche 55 zwischen den Rauhigkeiten könnte man auch als Rauhigkeitstäler bezeichnen. Schlitze 745 für Grenzschichtbeeinflussung mittels Absaugung können in Flügellängsrichtung bzw. senkrecht zur Anströmung 640 nahe oder an der Hinterkante 690 verlaufen. Die Schlitze 740 können auch parallel zu den Konvergenzlinien bzw. zu den Tallinien 50, 55 verlaufen. Die Verwendung der

Strukturierung macht im Wurzelbereich 660 und im mittleren Bereich 680 eines Tragflügels besonders im Zusammenwirken mit Grenzschichtbeeinflussung Sinn.

Figur 1 3 zeigt ein welliges Profil, bei dem sowohl die Oberfläche 770 als auch die Kanten 780 gewellt sind. Die Grenzschichtabsaugung kann über ein Lochfeld 790 oder Schlitze 745, 740 erfolgen. Wesentlich ist, dass die Absaugung sich an der Richtung der Grate 40 und Täler 50 orientiert, die ja die Orientierung der Längswirbel 760 in

Richtung der Strömung 640 anregen. In der Regel sollte sich die Absaugung bzw.

Grenzschichtbeeinflussung in den Tälern befinden. Es kann aber auch Fälle geben, wo eine Anordnung der Mittel zur Grenzschichtbeeinflussung, z.B. der Schlitze 745, 740, im Bereich der Grate sinnvoll erscheint.

Figur 14 zeigt als Konstruktionsbeispiel das Laufrad eines Trommel läufers 810 mit abschnittsweise gewellten Schaufeln 820. Insbesondere sind die Schaufeln 820 in dem zur Austrittsöffnung eines Spiralgehäuses hin gewellt und die Wellung erstreckt sich näherungsweise über zumindest ein Drittel der Breite der Schaufeln 820.

Figur 1 5 zeigt eine seitliche Aufsicht auf das Spiralgehäuse 840 eines Trommelläufers. Die Ausblasseite ist mit dem Kurzzeichen 870 versehen. Der Bereich des Abgriffes ist mit dem Kurzzeichen 830 bezeichnet.

Figur 16 zeigt eine Aufsicht auf das mittig aufgeschnittene Gehäuse gemäß Figur 1 5. Lediglich der gezackte Bereich der Abgriffslippe, d.h. die Zackenreihe 850, sind zur Verdeutlichung auf voller Breite dargestellt. Figur 1 7 zeigt das Spiralgehäuse 840 als Ansicht von der Ausblasseite 870. Mit dem Kurzzeichen 850 ist wiederum die Zackenreihe bezeichnet. Figur 18 zeigt eine Schrägansicht des Spiralgehäuses 840 und der Zackenreihe 850.

In Figur19 sind in einer perspektivischen Darstellung die Zacken vom Cehäuseinneren getrennt dargestellt. Es wird deutlich, dass die Zacken 860 ausgehöhlt sind, d.h. sich zwischen den Zackenwänden 880 sich der Hohlraum 890 befindet.

Figur 20 zeigt eine Absaugeinrichtung im Schnitt, die mittels Ausblasung 900 über einer Oberfläche 910 unterstützt wird. Der Ausström schlitz 920 ist mit einem Druckraum 930 verbunden. Dabei bezeichnet 940 die Absaug- bzw. Filterfläche und 950 die

Absaugströmung.

In Figur 21 ist diese Absaugeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht dargestellt, wobei in der linken Zeichnungshälfte die Ausführung gemäß dem Stand der Technik dargestellt ist. Der rechte Zeichnungshälfte zeigt eine strukturierte, wellige

Ausströmoberfläche 915. Dabei kann der Ausströmschlitz 920, ebenfalls eine wellige Strukturierung 925 aufweisen oder durch Ausström löcher 960 ersetzt werden.

Die Erfindung wurde voranstehend an einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es versteht sich, dass zahlreiche Modifikationen und Änderungen der Erfindung möglich sind, ohne dass hierdurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.

Bezugszeichenliste strukturierte Oberfläche

Buckel

An ström kante

Grate

Täler

Bereiche zwischen den Rauhigkeiten

gleichmäßige Anströmung

schnellere Strömung

langsamere Strömung

Längswirbel

gebogener Strukturierungsverlauf

veränderlicher gebogener Strukturierungsverlauf

Wellenlinie

Schnittebene

Schaufel

Strömung durch Schaufeln

Mittellinie

Einströmring

Laufrad

Ende der Schaufei zur Ansaugöffnung hin

Strukturierungsverläufe gerade

Strukturierungsverläufe nicht geradlinig

Profil

Halbkreisprofil aus Kunststoff

Halbkreisprofil aus Blech

Blechschaufei

Aufsicht von Anströmrichtung

Schaufel Schaufel

Schaufel

Schaufel mit periodischer oder fast periodischer Strukturierung zackige Kante

gerade Kante

Spiralgehäuse

Ansaugöffnung Laufrad

Schaufeln

Abgriffslippe

Sprungdiffusor

Austrittsöffnung

Mittellinie

Wand strahl

Verlauf der Spirallippe als durchgebogene Linie

welliger Verlauf der Spirailippe

unregelmäßiger, unsymmetrischer Verlauf der Spirallippe Wandverlauf, Buckel nicht ausgehöhlt

Wandverlauf, Buckel ausgehöhlt

Buckel

Profilierung

Grenzschichtbeeinflussung

Ausschnitt

Wandlverlauf im Sprungdiffusor

strukturierter Abgriff, massiver Buckel

strukturierter Abgriff, hohler Buckel

Einströmraum

Ausströmraum

Linie achsparallel

Strömungsvektor in Ausströmraum Strömungsvektor in Einströmraum

Schnitt Normalspirale oder massiver Buckel

Schnitt ausgehöhlter Buckel

Fläche mit Umbördelungen

Fläche mit Rauhigkeitsänderung

Fläche mit Zähnen

Strukturierung an Kanten

Strukturierung auf Oberfläche

Anströmung

Tragfläche mit Strukturierung

Wurzelbereich

Rauhigkeitsänderungen

mittlerer Bereich des Flügels

Hinterkante

Wellen

Fläche mit Zähnen

Strukturierung an Kanten

Lochlinien

einzelne Löcher

Schlitze

poröses Feld

Längswirbel

Oberfläche

Kanten

Lochfeld

Wellen

Laufrad Konstruktionsbeispiel

gewellte Schaufeln

Bereich des Abgriffes

Spiralgehäuse Zackenreihe

Zacken

Ausblasseite

Zackenwände

Hohlraum

Ausblasung

Oberfläche

wellige Oberfläche

Ausströmschlitz welliger Ausström schlitz

Druckraum

Absaug- bzw. Filterfläche

Absaugströmung

Ausströmlöcher

Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens von Strömungsmaschinen, insbesondere Gebläse- oder Absaugvorrichtungen, wobei die Strömungsmaschine eine die Strömung führende Oberfläche mit zumindest einem strukturierten Oberflächenabschnitt (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in den

Oberflächenbereichen der Strömungsmaschine, in denen die Strömung von der Oberfläche abgelöst wird und/oder turbulente Strömungen auftreten, mittels eines strukturierten Oberflächenabschnittes (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515) Längswirbel erzeugt werden, über welche die Strömung strukturiert wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (100, 105, 205) des strukturierten Oberflächenabschnittes (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 51 5) entlang der Richtung der Strömung (60) orientiert wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen strukturierten Oberflächenabschnitt (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 51 5) zumindest zwei Strömungen mit unterschiedlichen

Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt werden.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des strukturierten Oberflächenabschnittes (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 51 5) ein zumindest teilweises Ausblasen und/oder Absaugen der Strömung durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine wellenartiger, mehrere parallel zueinander verlaufende Buckel bzw. Grate (40) und Täler (50) aufweisender Oberflächenabschnitt erzeugt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein strukturierter Oberflächenabschnitt mit periodischer oder unregelmäßiger

Strukturierung erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

mittels der strukturierten Oberflächenabschnittes eine Über- und/oder

Unterströmung erzeugt wird.

8. Gebläse- oder Absaugvorrichtung umfassend zumindest ein Gehäuse,

insbesondere Spiralgehäuse (330), mit zumindest einer Ansaugöffnung (340) und zumindest einer Austrittsöffnung (380), einen im Gehäuse (330) drehbar um eine Drehachse aufgenommenen Trommelläufer (180) mit einer Vielzahl von Schaufeln (350) sowie einer Abgrifflippe (360), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest im Bereich der Ansaugöffnung (340) und/oder im Bereich der Abgrifflippe (360) zumindest ein strukturierter Oberflächenbereich (410, 460) zur Erzeugung von Längswirbeln vorgesehen ist.

9. Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die der Ansaugöffnung (340) zugewandten Oberflächenabschnitte der Schaufeln (350) des Trommel läufers (180) strukturiert sind.

10. Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch

gekennzeichnet, dass zumindest der den Schaufeln (350) des Trommel läufers (1 80) zugewandte Oberflächenabschnitt der Abgrifflippe (360) strukturiert ist.

1 1 . Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierten Oberflächenabschnitte (410, 460) durch Wellen (40, 50), Buckel (20), Zacken (610), Umbördelungen (590), wechselnde Rauhigkeitsänderungen (600), veränderliche Grate und/oder Kanten gebildet werden.

12. Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung einen periodischen Verlauf (300) oder unregelmäßigen Verlauf (420) aufweist.

13. Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Strukturierung sich aus einer Überlagerung von periodischer und unregelmäßigen Verläufen ergibt.

14. Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung (100, 105, 205), in Richtung der Strömungsrichtung orientiert ist und/oder dass zur Führung der Strömung in eine vorgegebene Strömungsrichtung {91 5, 770) ausgebildet ist.

1 5. Dunstabzugsvorrichtung mit einer Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14.