Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schornsteinköpfe, insbesondere auf Konstruktionen zum Einbau am distalen Ende eines Schornsteinaufsatzes oder eines Abzugsrohrs für Abgase, die üblicherweise von Haushalt-Feuerungsanlagen, -Boilern oder -Brennern stammen. Derartige Konstruktionen sind im Allgemeinen so gestaltet, dass sie die Auswirkungen von Wind, Regen oder anderen strengen atmosphärischen Bedingungen zumindest abmildern.

In der Industrie sind zahlreiche Konstruktionen für Schornsteinköpfe bekannt. Doch nur wenige dieser Konstruktionen werden in großer Stückzahl und über einen großen Zeitraum produziert. Die große Mehrzahl der Konstruktionen ist zu kompliziert für die Massenfertigung und damit zu teuer.

Selbst in Fällen, in denen sich Konstruktionen für Schornsteinköpfe über einen nennenswerten Zeitraum in der Produktion behauptet haben, wurde die Konstruktion des Schornsteinkopfs zumeist ohne ernsthafte Berücksichtigung der aerodynamischen Strömungseigenschaften erzielt, die sich aus der gewählten Geometrie ergeben. Dass diese Schornsteinköpfe dann überhaupt funktionierten, war häufig eher eine Frage des Zufalls als eine Frage ihrer guten Konstruktion. Bei näherer Betrachtung erzielen viele der erfolgreicheren Konstruktionen für Schornsteinköpfe einen gewissen Teil ihres Erfolgs durch Erzeugung eines Venturi-Effekts an der Oberseite des Schornsteins bzw. des Abzugsrohrs, der beim Wehen von Wind dazu führt, dass Rauch und Abgase abgesaugt werden. Mit anderen Worten: Die Auswirkung der Windströmung bestand darin, die Effizienz des Schornsteinkopfs und damit des Schornsteins bzw. des Abzugsrohrs zu verbessern, und nicht darin, einen Abwind zu verursachen, der den genau gegenteiligen Effekt hat.

Eine derartige Gruppe von Schornsteinköpfen, bei denen ein Venturi-Effekt erzielt wird, besteht aus einem Grundkörper aus Edelstahl, der als stufenförmiger Kegel ausgeführt ist, wobei jede der rundum verlaufenden Stufen des Kegels in Richtung des distalen Endes des Schornsteinkopfes enger ist als die jeweils vorhergehende Stufe. Oberhalb des Kegels und über der Öffnung, allerdings mit einem deutlichen Abstand, ist ein flaches Oberteil angeordnet, unter dem üblicherweise eine Scheibe aufgehängt ist. Ob die Konstrukteure mit diesem Aufbau einen Venturi-Effekt erzielen wollten, sei dahingestellt, in der Praxis kommt es jedenfalls einigermaßen zu diesem Effekt, wenn dieser auch nicht sehr effektiv ist.

Eine wertere Konstruktion, die speziell zur Erzeugung eines Venturi-Effekts hergestellt wird, ist in 1 der beiliegenden Abbildungen in Schnittdarstellung abgebildet. Dieses System enthält eine Anzahl von im Wesentlichen tellerförmigen Scheiben, die in ihrem Zentrum offen sind und durch eine Anzahl von vertikalen Stützen zusammengehalten werden. Über dem Zentrum des Schomsteinkopfs zwischen den oberen beiden Scheiben ist ein Element angeordnet, das in der Literatur als „Tragfläche" bezeichnet wird. Zwar sorgt laut Angaben in der Literatur der Raum zwischen den unteren beiden Scheiben für einen Venturi-Effekt, dieser wird jedoch in großem Maße durch den Raum zwischen der unteren Scheibe und dem Schornstein abgeschwächt, der einen gegenteiligen Effekt zu haben scheint, sowie durch den Raum zwischen den oberen beiden Scheiben, der ebenfalls einen gegenteiligen Effekt zu haben scheint. Daher ist dieses System, das in seinem vollständigen Aufbau innerhalb des zentralen Raums außerdem einen rundum verlaufenden Vogelschutz aufweist, kompliziert herstellbar und hinsichtlich seines aerodynamischen Effekts zweifelhaft.

Im Zusammenhang mit der Entwicklung einer verbesserten Konstruktion einer Schornsteinabdeckung zum effektiven Abdecken oder Abschließen einer ansonsten außer Betrieb gesetzten Schornsteinöffnung habe ich eine neuartige Konstruktion erfunden, die jetzt in Großbritannien unter der Nummer 2 035 434 als Gebrauchsmuster eingetragen ist und sich als leicht herstellbar und erfolgreich anwendbar erweisen hat. Wie aus der untenstehenden Beschreibung zu entnehmen ist, beruhen die bevorzugten Ausführungsformen meiner neuartigen Konstruktion für Schornsteinköpfe auf der Technologie und nutzen diese, die ich im Zusammenhang mit der Schornsteinabdeckung entwickelt habe.

Zusätzlich zu den oben erwähnten anderen Unzulänglichkeiten ist die oben beschriebene Konstruktion auch noch aus einem anderen Grund alles andere als ideal, nämlich weil dieser Schomsteinkopf eine beträchtliche vertikale Ausdehnung hat, die zumindest dem Durchmesser des Schornsteinkanals entspricht, für den die Konstruktion verwendet werden soll. Bei modernen Schomsteinkopf-Konstruktionen wird jedoch eine relativ flache Konstruktion bevorzugt, bei der die vertikale Höhe des Schomsteinkopfs deutlich geringer ist als der Durchmesser der Schornsteinöffnung, für den die Konstruktion verwendet werden soll.

Ein Beispiel für einen Schornsteinkopf mit zwei scheibenförmigen Elementen mit einem Zwischenraum, der einen Venturi-Effekt erzeugt, ist aus EP-A-214 087 bekannt.

Die vorliegende Erfindung entstand bei meiner Arbeit zur allgemeinen Verbesserung der Konstruktion von Schornsteinköpfen und bei der Entwicklung einer echten Venturi-Konstruktion, die sowohl Regen und andere Niederschläge effizient und wirksam abhalten als auch Rauch und andere Abgase wirksam entfernen kann, während sie gleichzeitig relativ flach in ihrem Aufbau und leicht herstellbar ist.

Die Erfindung stellt einen Schornsteinkopf entsprechend Anspruch 1 bereit. Da der Abstand des ersten Elements oberhalb des distalen Endes des Schornsteins oder Abzugsrohrs relativ gering ist, hat der Schornsteinkopf ein allgemein flaches und kompaktes Erscheinungsbild. Aufgrund der Tatsache, dass der Abstand zwischen den beiden scheibenförmigen Elementen an der Peripherie der zentralen Öffnung des zweiten Elements am geringsten ist, wird trotzdem oberhalb der zentralen Öffnung im zweiten Element ein starker Venturi-Effekt erzeugt.

Da die Konstruktion außer dem Hindernis, das eventuell durch die erste Befestigungsvorrichtung gebildet wird, effektiv um 360° offen ist, wird ein Venturi-Effekt erzeugt, der sowohl stark als auch ungerichtet ist. Mit anderen Worten: Ganz gleich aus welcher Richtung der Wind weht und ob sich die Windrichtung ändert, bewirkt der Wind, dass Rauch und andere Abgase tendenziell im Schornstein vertikal nach oben gesogen und anschließend mit dem Wind mitgeführt werden, der über die Oberseite des Schornsteins weht. Der Venturi-Effekt verstärkt sich, je schneller der Wind weht.

Die erste Befestigungsvorrichtung kann günstigerweise vertikale Stützen aufweisen, die zwischen den beiden Scheiben befestigt sind und diese miteinander verbinden. Die erste Scheibe kann vollständig flach sein, sie ist jedoch in einer der im Folgenden beschriebenen Anordnungen durch die Ausbildung von flachen, im Wesentlichen radial in der Scheibe verlaufende Rinnen leicht konkav gewölbt, wobei diese Rinnen gleichzeitig eine Versteifungsfunktion haben und der Scheibe eine leichte konkave Wölbung geben. Das zweite Element ist in einem deutlich stärkeren Ausmaß konkav gewölbt als das erste Element. Wiederum wird das vorzugsweise durch die Ausbildung von Rinnen erzielt. Dasselbe Werkzeug kann zur Formung der Rinnen im ersten und im zweiten Element verwendet werden, wobei die Rinnen im zweiten Element deutlich größer sind als im ersten Element. Die Rinnen können durch Pressen geformt werden und können ein Gehäuse für die Hakenschrauben bilden, die als zweite Befestigungsvorrichtung zur Befestigung des zweiten Elements und damit des Schonsteinkopfs als Ganzes am Schonsteinaufsatz bzw. am Abzugsrohr dienen.

Zwischen dem ersten und dem zweiten Element ist vorzugsweise radial innerhalb der vertikalen Stützen ein rundum verlaufendes Vogelschutzgitter befestigt.

Obwohl ich das erste und das zweite Element als scheibenförmig und einen Durchmesser aufweisend beschrieben habe, wird es leicht zu verstehen sein, dass die Scheibe nicht notwendigerweise tatsächlich kreisförmig ausgeführt sein muss, obwohl dies die praktischste Anordnung ist. Die Scheibe kann auch eine quadratische oder eine andere Kontur mit geraden Seiten haben; und der Begriff „Durchmesser" ist entsprechend der jeweiligen Außenkontur der Scheibe zu interpretieren.

Während eine Anordnung, bei der das zweite Element selbst auf dem distalen Endabschnitt eines Schornsteins bzw. eines Abzugsrohrs aufliegt, zu einer bevorzugt flachen Konfiguration führt, die auch bei hohen Windgeschwindigkeiten gut funktioniert, da ein beachtlicher Venturi-Effekt erzielt wird, habe ich festgestellt, dass es in Situationen mit nur leichtem Wind oder bei Windstille aufgrund der Tatsache, dass sich das erste, vollständig geschlossene Element relativ nahe am distalen Ende des Schornsteins bzw. Abzugsrohrs befindet, zu einer stärkeren Behinderung des natürlichen Aufwinds des Rauchs bzw. der Abgase kommt, als das erwünscht ist. Bei einer geänderten und bevorzugten Ausführungsform wird dieses Problem gelöst, indem das zweite Element über einem dritten Element montiert wird, wobei das dritte Element direkt auf dem distalen Ende des Schornsteins bzw. des Abzugsrohrs aufliegt. Das zweite und das dritte Element weisen zueinander einen Abstand auf, der größer sein kann als der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Element, und sind in der am meisten bevorzugten Ausführungsform abgesehen von der Größe der zentralen Öffnung des zweiten und dritten Elements zwei identische, mit Rinnen versehene, flache, konkav gewölbte Scheiben, wobei das dritte Element eine Öffnung aufweist, die ungefähr gleich groß oder geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Schornsteins bzw. Abzugsrohrs ist. Die aus dem dritten Element zur Herausbildung der zentralen Öffnung herausgeschnittene Scheibe kann zur Fertigung des ersten Elements verwendet werden.

Während das zweite und dritte Element eine gleich große konkave Wölbung aufweisen können oder das zweite Element weniger konkav gewölbt sein kann als das dritte Element, und es auch dann zwischen dem zweiten und dem dritten Element zu einem Venturi-Effekt kommt, sollte das zweite Element keine größere konkave Wölbung als das dritte Element haben, weil das dem Venturi-Effekt zwischen dem ersten und dem zweiten Element entgegenwirken würde.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung anhand eines Beispiels für die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen, die folgende Bedeutung haben:

1 ist eine Schnittdarstellung der oben erwähnten Aerocowl-Konstruktion nach dem Stand der Technik nach der Montage auf einem Schornsteinaufsatz;

2 ist eine perspektivische Gesamtdarstellung der oben erwähnten Hodgson-Schornsteinabdeckung nach dem Stand der Technik;

3 ist eine perspektivische Gesamtdarstellung des platten- oder scheibenförmigen Elements der Schornsteinabdeckung aus 2;

4 ist eine Seitenansicht einer Ausführungsform eines Schomsteinkopfs, wobei zwei der Hakenschrauben der Klarheit halber weggelassen wurden und der Schornsteinaufsatz in Schnittdarstellung gezeigt wird;

5 ist eine perspektivische Darstellung des ersten und des zweiten scheibenförmigen Elements unter Weglassung der anderen Bestandteile des Schornsteinkopfs;

6 ist eine perspektivische Darstellung des zweiten bzw. unteren scheibenförmigen Elements;

7 ist eine vereinfachte schematische Schnittdarstellung zur Veranschaulichung der Funktionsweise eines Schomsteinkopfs entsprechend der Bauweise aus 4, 5 und 6; und

8 ist eine ähnliche Darstellung wie 4 einer Anordnung entsprechend der vorliegenden Erfindung.

In der Anordnung nach 1 ist am distalen Ende eines Schornsteinaufsatzes 1 ein allgemein mit der Kennziffer 10 bezeichneter Abzugsrohr-Stabilisator befestigt, der aus drei ringförmigen Elementen 11, 12 und 13 besteht, die an einer Anzahl von Stützen 14 montiert sind, und ein Hindernis ist über der zentralen Durchgangsöffnung im Schornsteinkopf zwischen der oberen Scheibe 11 und der mittleren Scheibe 12 montiert. Das Profil der Scheiben oder Flügel 12 und 13 führt zu einem Venturi-Effekt, der dort entsteht, wo sich diese beiden Flügel an der Stelle 16 in den Zentralbereich des Schornsteinkopfes öffnen, dieser Effekt wird jedoch durch die entgegengesetzte Geometrie der Passagen 17 und 18 zwischen dem untersten Flügel und dem Schornsteinaufsatz bzw. zwischen dem oberen Flügel 11 und dem mittleren Flügel 12 aufgehoben.

Die in 2 und 3 gezeigte Schornsteinabdeckung 20 ist nicht für den Einsatz als Schornsteinkopf vorgesehen. Ihr Zweck bestand einzig im Verschluss des oberen Endes einer außer Betrieb gesetzten Schornstein- bzw. Abzugsrohröffnung. Die Abdeckung 20 besteht aus einem scheibenförmigen Element 21, das am besten in 3 dargestellt ist und durch die Bildung von flachen Rinnen 22 eine konkave Wölbung erhält, wobei die Rinnen 22 am Umfang der Scheibe am breitesten und in Nähe des Zentrums am schmalsten sind. Diese Rinnen bilden die Gehäuse für Hakenschrauben 23, und kleine Platten, die über die Unterseite der Rinnen montiert sind, halten die Hakenschrauben in ihrer Position. Die Hakenschrauben sind im Bereich 24 mit Gewinden für Flügelschrauben 25 versehen. Die Rinnen können durch Pressen mit einfachen Werkzeugen geformt werden und sind deshalb leicht herstellbar. Die gesamte Anordnung kann einfach auf einem außer Betrieb gesetzten Schornsteinaufsatz oder Abzugsrohr befestigt werden.

Der Schornsteinkopf 30 aus 4 bis 7 nutzt die Technologie, die für die Abdeckung 20 entwickelt wurde. Der Schornsteinkopf 30 besteht aus zwei scheibenförmigen Elementen, von denen das obere 31 durch flache Rinnen 32 in derselben Weise wie bei der Abdeckung 20 eine konkave Wölbung erhält, während das untere 33 durch ebenfalls in derselben Weise wie bei der Abdeckung 20 gefertigte stärker ausgeprägte Rinnen 34 stärker konkav gewölbt ist. Die beiden Scheiben sind am besten in der Perspektivdarstellung von 5 erkennbar, und die untere Scheibe ist in 6 dargestellt.

Damit ist die obere Scheibe 31 fast flach aber gerade ausreichend konkav gewölbt, um ein Ablaufen von Niederschlägen zu ermöglichen. Die leicht ausgeprägten Rinnen 32 bewirken auch eine Stabilisierung der Scheibe, so dass diese aus einem dünneren Material hergestellt werden kann, als das ansonsten ohne die verstärkenden Rinnen erforderlich wäre. Die untere Scheibe 33 hat eine zentrale Öffnung 35, und die beiden Scheiben sind miteinander durch eine Anzahl von Stützen 36 verbunden, die in Löcher 37 eingesetzt sind, welche in die beiden Scheiben bebohrt oder gestanzt sind. Ein an den Innenseiten der Stützen rundum verlaufendes Drahtgitter 38 dient dazu, das Eindringen von Vögeln in das Innere des Schomsteinkopfs und nach unten in den Schornsteinaufsatz zu verhindern. In den Rinnen 34 entstehen Gehäuse für die Hakenschrauben 39, indem kleine Platten 40 über der Unterseite der jeweiligen Rinnen an der unteren Scheibe 33 befestigt werden. Damit wird deutlich, dass die untere Scheibe 33 abgesehen von ihrer zentralen Öffnung im Wesentlichen so wie die Abdeckung 20 aus 2 und 3 aufgebaut ist.

Wie aus 4 und 7 leicht zu ersehen ist, ist der vertikale Abstand zwischen der ersten Scheibe 31 und der zweiten Scheibe 33 am Umfang der zentralen Öffnung 35 am geringsten und nimmt in Richtung der Außenkanten der Scheibe immer werter zu. Wenn Wind weht – ganz gleich aus welcher Richtung –, so wird entsprechend der schematischen Schnittdarstellung in 7 im Zentrum des Schornsteinkopfes ein klassischer Venturi-Effekt erzeugt. Wie bei jedem Venturi-Effekt führt der sich verengende Querschnitt zu einer erhöhten Geschwindigkeit des Luftstroms und damit zu einem verringerten Druck. Dieser verringerte Druck in der zentralen Öffnung 35 bewirkt, dass Rauch und Gase durch den natürlichen Luftstrom im Schornstein nach oben gesogen und vom Schornsteinkopf weg transportiert werden. Sollte sich die Windrichtung ändern, bleibt der Effekt trotzdem bestehen, da der Schornsteinkopf (bis auf die Befestigungsvorrichtungen) im Wesentlichen auf dem vollen Umfang von 360° symmetrisch ist.

Spezialisten in der Fertigung von Schornsteinköpfen werden problemlos erkennen, dass ein Schornsteinkopf in der dargestellten einfachen Konstruktionsweise, die sich insbesondere durch die beiden Scheibenelemente und den im Zentrum erzeugten Venturi-Effekt infolge des geringsten Abstands zwischen den beiden Scheiben am Umfang der zentralen Öffnung und des nach außen gleichmäßig größer werdenden Abstands auszeichnet, auf verschiedene Weise gefertigt werden kann. Ich habe herausgefunden, dass die Fertigungstechnologien, die im Zusammenhang mit der Hodgson-Abdeckung entwickelt wurden, besonders praktikabel für die einfache Fertigung von Ausführungsformen meines Schomsteinkopfs ist; konkav gewölbte Scheiben können aber auch mit vielen anderen alternativen Methoden hergestellt werden.

Die in 8 dargestellte modifizierte Anordnung weist ein zweites Element 33 auf, das im Wesentlichen dem zweiten Element aus der in 4, 5 und 6 dargestellten Ausführungsform gleicht. Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform ist ein erstes Element 42 durch Stützen 43 über der zentralen Öffnung montiert, die durch den inneren umlaufenden Rand 41 des Elements 33 definiert wird. Allerdings ist der Abstand zwischen dem ersten Element 42 und dem zweiten Element 33 in der Anordnung gemäß 8 geringer als bei der oben beschriebenen Ausführungsform. Bei der als erstes Element verwendeten flachen Scheibe 42 mit einem Nenndurchmesser von 200 mm beträgt der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Element vorzugsweise 16 mm oder weniger. Wie zu sehen ist, liegt das zweite Element nicht wie bei der Anordnung gemäß 4, 5 und 6 direkt auf dem Schornsteinaufsatz auf, sondern wird selbst von werteren Stützen 44 über einem dritten Element 45 gehalten. Vorzugsweise gleicht das dritte Element 45 wie in 8 dargestellt im Wesentlichen dem zweiten Element 33, indem es als flache, mit Rinnen versehene, konkav gewölbte Scheibe ausgeführt ist, welche die Hakenschrauben 39 wie in der zuvor beschriebenen Ausführungsform zur Befestigung des Schornsteinkopfs an der Schornsteinoberkante trägt. Der Unterschied zwischen den beiden flachen konkav gewölbten Scheiben 33 und 45 besteht darin, dass die Öffnung, die durch den inneren peripheren Rand 46 des dritten Elements 45 definiert wird, im Wesentlichen größer ist als die Öffnung, die im zweiten Element definiert ist. Vorzugsweise wird das Material, das aus dem Zentrum des Elements 45 herausgeschnitten wird, bevor das Element 45 mit demselben Werkzeug wie das Element 33 konkav verformt wird, zur Herstellung des ersten Elements 42 verwendet. Mit anderen Worten: Bei dieser Ausführungsform ist der Durchmesser der Öffnung im dritten Element identisch mit dem Durchmesser des ersten Elements 42. Ein Vogelschutz 47 ist zwischen dem zweiten und dem dritten Element montiert.

Wir haben festgestellt, dass mit dieser Anordnung ein beachtlicher Venturi-Effekt zwischen dem ersten und dem zweiten Element erzeugt wird, wenn ein signifikanter Wind weht, und dass ohne signifikanten Wind der Abstand zwischen dem zweiten und dem dritten Element, der deutlich größer ist als der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Element, so ausgelegt ist, dass der natürliche Aufwind des Rauchs bzw. der Abgase noch immer problemlos entweichen kann, ohne dass dabei signifikante Hindernisse auftreten. Obwohl die Gesamthöhe des Schomsteinkopfs größer ist als bei der Anordnung gemäß 4, 5 und 6, wird deutlich, dass die Gesamthöhe des Schornsteinkopfs immer noch geringer als der Durchmesser der Schornsteinöffnung und deutlich geringer als der Gesamtdurchmesser des Schornsteinkopfs ist. Mit anderen Worten: Selbst bei Einsatz von drei Elementen anstatt von zwei Elementen weist der Schornsteinkopf gemäß 8 ein relativ flaches Profil auf.

Obwohl ich festgestellt habe, dass die Verwendung eines ersten Elements gemäß 8 und eines dritten Elements ohne ein zwischengeschaltetes zweites Element jedoch mit demselben Abstand zwischen dem ersten und dem dritten Element wie in 8 gezeigt hervorragend und zufrieden stellend funktioniert, um bei signifikantem Wind einen Venturi-Effekt zu erzielen, ohne dass es bei wenig Wind oder Windstille zu einer Behinderung des natürlichen Aufwinds des Rauchs bzw. der Abgase kommt, halte ich diese Anordnung nicht für vollständig zufrieden stellend, da sie die Gefahr eines Abwinds birgt, wenn der Wind beispielsweise nach unten mit einem Winkel von 30° einfällt, und außerdem können Niederschläge leicht in den Schornstein eindringen. Das zwischengeschaltete zweite Element gemäß der Darstellung in 8 beseitigt diese beiden Probleme, und ich habe in Praxistests festgestellt, dass es damit keinen signifikanten Abwind gibt, dass keine Niederschläge in die Schornsteinöffnung eindringen, dass bei signifkanten Windgeschwindigkeiten ein beachtlicher und wirkungsvoller Venturi-Effekt erzielt wird und dass der Schornsteinkopf zu keiner übermäßigen Behinderung des natürlichen Aufwinds des Rauchs bzw. der Abgase führt, wenn es so gut wie keinen Wind gibt. Es muss nicht erwähnt werden, dass zur Gewährleistung eines angemessenen Venturi-Effekts zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element die Geometrie des zweiten und dritten Elements so gestaltet sein sollte, dass es keinen gegenteiligen Effekt zwischen diesen beiden Elementen gibt. Mit anderen Worten: Während die Elemente im Wesentlichen die gleiche Neigung haben können oder die Neigung des zweiten Elements geringer sein kann als die des dritten Elements, sollte die umgekehrte Situation vermieden werden, in der die Neigung des dritten Elements geringer ist als die des zweiten Elements.