Strömungsführendes Bauteil

Die Erfindung betrifft ein strömungsführendes Bauteil, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines strömungsführenden Bauteils. Strömungsführende Bauteile sind in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Je nach Einsatzbedingungen, also Arbeitsdruck, Fördermedium, Medientemperatur oder ähnlichem, ist das Bauteil aus speziellen Materialien gefertigt. Der statische Aufbau des Gehäuses ist ebenfalls stark vom Einsatzgebiet abhängig. Die vorliegende Erfindung betrifft die geometrische Ausgestaltung eines strömungsführenden Bauteils, insbesondere die geometrische Ausgestaltung eines Bereichs, in dem eine Richtungsänderung der Strömung bewirkt wird.

Eine einfache Art eines strömungsführenden Bauteils durch das eine Richtungsände- rung bei der Strömung hervorgerufen wird ist ein sogenannter Rohrkrümmer, Rohrknie oder Rohrbogen. Ein solcher Bogen kann die Richtung einer Strömung in einem Rohr gezielt verändern, wobei der Bogen meist als Kreisbogenausschnitt aus einem Rohrstück hergestellt ist, das bei einem Kreisradius r eine Ablenkung der Strömung um den Mittelpunktswinkel α erwirkt.

Abweichend vom Kreisbogenausschnitt wird beispielsweise durch die WO 2013 017 308 A2 oder die GB 486 991 A vorgeschlagen, dass der Krümmer einen expliziten Einläse und einen Auslass erhält, die Symmetrie des Rohrstücks bezüglich der Durchflussrichtung also aufgehoben wird. Die WO 2013 017 308 A2 lehrt einen Krümmer mit stetigem Radiusverlauf zur Richtungsänderung bei einer Strömung zu verwenden, um die angreifenden Kräfte ebenfalls stetig zu ändern und keine abrupten Richtungsänderungen vorzusehen. Die Herstellung dieses Strömungsführenden Bauteils ist jedoch sehr aufwändig.

Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren zur Gestaltung der geometrischen Ausgestaltung eines strömungsführenden Bauteils zu schaffen, das eine energiesparende Richtungsänderung um einen Winkel in einer Strömung bewirkt und einfach herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mit Hilfe von Dreiecken eine Kontur konstruiert wird, wobei in einem ersten Schritt die Fließrichtung der Strömung in dem Bauteil festgelegt wird, in einem zweiten Schritt die Winkelhalbierende des Winkels ermittelt wird, wobei entlang dieser Winkelhalbierenden ein Punkt bestimmt wird, wobei jeweils ein Lot von einem der Bereiche, die den Winkel bilden, durch den Punkt gefällt wird, wobei in einem dritten Schritt durch den Punkt an das jeweilige Lot eine Gerade mit einem zweiten Winkel von 45° angelegt wird, wobei durch den Schnitt dieser Geraden mit den jeweiligen Bereichen jeweils eine Strecke festgelegt wird, deren jeweilige Mitten zweite Punkte festlegen, wobei in einem vierten Schritt an den in der festgelegten Fließ- richtung befindlichen zweiten Punkt eine Gerade mit einem dritten Winkel von 22,5° an die Strecke angelegt wird, die den Bereich in einem dritten Punkt schneidet, wobei in einem fünften Schritt an den dritten Punkt eine Gerade mit einem vierten Winkel von 12,25° an die Strecke angelegt wird, die den Bereiche in Fließrichtung in einem Punkt schneidet, wobei die einhüllende dieser Konstruktion die geometrische Ausgestaltung der geometrischen Kontur vorgibt.

Von Vorteil ist dabei, dass die Konstruktion mit einfachen Mitteln ermittelt werden kann. Ebenso lassen sich die einfachen Formen mit geringem Aufwand in ein konkretes Produkt umsetzen. Die Bearbeitung eines nach diesem Verfahren hergestellten Bauteils ist durch die einfache Kontur sehr unkompliziert, da die Krümmung aus wenigen geraden Abschnitten zusammengesetzt ist.

Die Kontur bietet den Vorteil, dass sie überall dort, wo sich in einem klassischen Rohrkrümmer der als Bogen oder Knie ausgeführt ist, durch die Unterschiede der Fließge- schwindigkeit im Bereich der Richtungsänderung Ablösungsgebiete ausbilden, die Geometrie so verändert ist, dass die Strömungsverluste reduziert werden. in einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kontur symmetrisch konstruiert. Die oben dargestellte Konstruktion sieht eine Hinterein- anderreihung der Dreiecke in Strömungsrichtung vor. Dies kann auch symmetrisch, also zusätzlich entgegen der Strömungsrichtung ausgeweitet werden. Das Bauteil kann dann in beide Richtungen mit den gleichen Vorteilen durchströmt werden.

Die Erfindung beschreibt weiter ein strömungsführendes Bauteil, dessen Geometrie nach dem beschriebenen Verfahren konstruiert ist. Dieses Bauteil ermöglicht auf einfache vorteilhafte Weise die Richtungsänderung der Fließgeschwindigkeit, beispielsweise als Rohrkrümmer, also als 90° Bogen in einem Rohr, bereitzustellen, wobei dieser einfach zu konstruieren und herzusteifen ist.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der Strömung zusätzlich Flügel angeordnet sind. Diese Flügel, auch Einbauten genannt, sind beispielsweise einfache Leitbleche, die in Strömungsrichtung ausgerichtet sind und dabei wenig Widerstand bieten. Sie verbessern die Strömung in einem Krümmer deutlich. Die Flügel stören die aufgrund der Geschwindigkeitsdifferenzen im Rohr entstehenden Querströmungen und verringern somit die Verluste. Die Geometrie des Flügels ist an die erfindungsgemäße Methode zur Konstruktion des Krümmers angelehnt.

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Die Fig. 1 zeigt die Konstruktionsmethode an einem beliebigen Krümmer und

die Fig. 2 eine Gegenüberstellung eines herkömmlichen und eines erfindungsgemäßen Krümmers.

Die Figur 1 zeigt eine beliebige Stelle an der die Kontur eines Bauteils von einem ersten Bereich 1 unstetig in einen zweiten Bereich 2 übergeht, wobei die beiden Bereiche einen Winkel 3 einschließen. An dieser Unstetigkeitsstelle entwickeln sich erhebliche Störungen Strömungsverlauf, die durch einen geeignet konstruierten geometrischen Verlauf stark beeinflusst werden können. Traditionell wird hier ein sogenannter Rohrbogen oder ein Rohrknie vorgesehen, die entweder eine Rundung mit ausgewähltem Radius oder einen scharfen Winkel vorsehen.

Anhand verschiedener Beobachtungen in der Natur kann man eine Methode zur Gestal- tung des Bogens entwickeln, die einfach zu konstruieren ist und dennoch die Strömungsverhältnisse an der Unstetigkeitsstelle so beeinflusst, dass die Verluste im Bogen bei minimalem Konstruktions- und Fertigungsaufwand sehr stark reduziert werden können. Hierzu wird zu dem Winkel 3 die Winkelhalbierende 4 konstruiert. Ein Punkt 5 wird auf dieser Winkelhalbierenden 4 ausgewählt. Durch diesen Punkt 5 werden senkrecht zu den Bereichen 1 und 2 die Geraden 6 und 7 gelegt. Zu diesen Geraden 6 und 7 werden im Punkt 5 unter dem Winkel 8 zu 45° Geraden angelegt, die die Bereiche 1 und 2 schneiden, wobei im Bereich 2 der Schnittpunkt 11 festgelegt wird. Die Strecke zwischen dem Punkt 5 und dem Punkt 11 wird halbiert, wodurch man den Punkt 9 erhält, an den unter dem Winkel 10 zu 22,5° eine Gerade angelegt wird, die den Bereich 2 in Punkt 13 schneidet. Die Strecke zwischen dem Punkt 9 und dem Punkt 13 wird wieder halbiert, wodurch man den Punkt 2 erhält, an den unter dem Winkel 14 zu 12,2° eine Gerade angefegt wird, die den Bereich 2 im Punkt 15 schneidet. Die Einhüllende dieser Konstruktion ergibt eine Kontur.

Die vorgestellte Konstruktion geht von einer nicht symmetrischen Belastung eines Bauteils aus. Würde das Bauteil symmetrisch belastet, beispielsweise durch eine wechsel- weise vor/zurück Strömung, dann ließe sich die Konstruktion symmetrisch in Richtung des ersten Bereichs 1 auf analoge Weise ergänzen.

Die Fig. 2 zeigt den direkten Vergleich eines Krümmers mit herkömmlichem Radius ( rechts) und einem Krümmer mit erfindungsgemäßem Verlauf ( links). Der erfindungs- gemäße Verlauf ist aufgrund seiner Asymmetrie fest in einer Richtung einzubauen und zwar so, dass die Fließrichtung von einem ersten Bereich 1 zu einem zweiten Bereich 2 zeigt. Im direkten Vergleich sind die deutlich geringeren Abmessungen des erfindungsgemäßen Krümmers erkennbar. Die einfache erfindungsgemäße Konstruktion spart nicht nur Energie beim Umlenken der Strömung, sondern auch Bauraum und Material beim Fertigen des Krümmers.

Bezugszeichenliste

1 Erster Bereich 8 Winkel zu 45°

2 Zweiter Bereich 9 Punkt

3 Winke! der Richtungsände10 Winkel zu 22,5° rung 11 Schnittpunkt

4 Winkelhalbierende 12 Punkt

5 Punkt 13 Schnittpunkt

6 Rechter Winkel 14 Winkel zu 12,25°

7 Rechter Winkel 15 Schnittpunkt