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Dokumentenidentifikation DE10337903A1 24.03.2005
Titel Strömungskörper
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Westermaier, Markus, 85057 Ingolstadt, DE;
Jedro, Jan, 09439 Amtsberg, DE
DE-Anmeldedatum 18.08.2003
DE-Aktenzeichen 10337903
Offenlegungstag 24.03.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.03.2005
IPC-Hauptklasse F15D 1/10
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Strömungskörper (1) in einem von einem Medium (2) durchströmten Kanal (3), wobei der Strömungskörper (1) im wesentlichen eine tropfenförmig in Strömungsrichtung (4) nach hinten spitz zulaufende Kontur aufweist.
Gegenüber der exakten Tropenform (7) wird der Strömungswiderstand erfindungsgemäß weiter verringert, indem der Strömungskörper (1) an seiner Vorderseite (5) einen Strömungsteiler (6) aufweist, der im wesentlichen die Form eines an der Spitze (6') abgerundeten Kegels (6'') hat, dessen Mantelfläche (6''') im unteren Bereich des Kegels (6'') radial nach außen gebogen ist, bis sie in etwa in einer tangentialen Richtung zur vorderen Rundung (8) der Tropfenform (7) verläuft.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Strömungskörper in einem von einem Medium durchströmten Kanal, wobei der Strömungskörper im wesentlichen eine tropfenförmig in Strömungsrichtung nach hinten spitz zulaufende Kontur aufweist.

Bisher ging man davon aus, daß die Tropfenform den geringsten Strömungswiderstand hat. Ein Strömungskörper der eingangs genannten Art mit einer exakten Tropfenform ist beispielsweise aus der DE 27 22 226 C2 bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Tropfenform eines Strömungskörpers der eingangs genannten Art derart zu variieren, daß der Strömungswiderstand weiter verringert wird.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Strömungskörper an seiner Vorderseite einen Strömungsteiler aufweist, der im wesentlichen die Form eines an der Spitze abgerundeten Kegels hat, dessen Mantelfläche im unteren Bereich des Kegels radial nach außen gebogen ist, bis sie in etwa in einer tangentialen Richtung zur vorderen Rundung der Tropfenform verläuft.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Strömungskörpers hat sich gezeigt, daß diese Variation der Tropfenform gegenüber der exakten Tropfenform einen noch geringeren Strömungswiderstand aufweist, da sich im Gegensatz zur exakten Tropfenform an der Vorderseite des Strömungskörpers kein Staudruck mehr aufbaut, dessen Strömungsgeschwindigkeit sehr gering ist. Außerdem wird durch den Strömungsteiler eine weichere Umlenkung der Strömung erreicht, was wiederum zu geringeren Strömungsverlusten führt.

Ein derartiger Strömungskörper ist für verschiedene Zwecke einsetzbar. Als feststehendes Teil kann er in einem Raum eines Kanals angeordnet einer gezielten Strömungsführung dienen, auch zur besseren Vermischung. Es ist jedoch auch möglich, den Strömungskörper beweglich in einem Raum eines Kanals anzuordnen oder einen Teil des Strömungskörpers fest und den anderen Teil beweglich auszugestalten, um ihn zur Strömungssteuerung, beziehungsweise als Düsenelement einzusetzen. Eine vorteilhafte Einsatzmöglichkeit wäre beispielsweise als Vergaser für einen Verbrennungsmotor. Er kann selbstverständlich gleichzeitig oder alternativ auch als Verschlußelement dienen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Strömungskörpers sieht vor, daß er geteilt ist und mindestens ein Teil fest und der andere bewegbar im Raum des Kanals angeordnet sind. Ist der ganze Strömungskörper oder ein Teil von ihm bewegbar, so ist es möglich, daß der Strömungskörper und der Raum derart ausgebildet sind, daß mittels der Bewegbarkeit der Fluß des Mediums einstellbar ist. Einstellbar heißt in diesem Fall, daß die Durchflußmenge vom Maximaldurchfluß bis zum Verschließen einstellbar ist, oder es kann auch das Strömungsverhalten beeinflußt werden.

Ist der Strömungskörper geteilt, so läßt sich dies auf verschiedene Weise realisieren. Ein Vorschlag besteht darin, daß der vordere Teil der Tropfenform mit dem Strömungsteiler bewegbar ist. Der Strömungskörper kann auch im Bereich des Strömungsteilers geteilt, der vordere Bereich des Strömungsteilers fest und die Tropfenform mit dem hinteren Bereich des Strömungsteilers beweglich angeordnet sein. Oder es ist der vordere und der hintere Bereich des Strömungskörpers fest und durch die Bewegbarkeit eines dazwischen liegenden Bereichs läßt sich der Fluß des Mediums einstellen.

Für den Einsatz als Verschlußelement können die bewegbaren Teile des Strömungskörpers mit einem Ventilsitz zusammenwirken, der in dem Raum angeordnet ist.

Eine zweckmäßige Bemessung des Strömungskörpers sieht vor, daß sich die abgerundete Spitze des Strömungsteilers vom Mittelpunkt der vorderen Rundung der Tropfenform um das 1,5 bis 2,5-fache des Radiuses der Rundung der Tropfenform entfernt befindet. Weiterhin ist eine zweckmäßige Bemessung, daß der Winkel &agr; zwischen der Mantelfläche des Kegels und der Achse des Kegels zwischen 5 und 15° beträgt. Eine weitere zweckmäßige Bemessung sieht vor, daß der Radius der Rundung das 2,5 bis 10-fache des Radiuses der abgerundeten Spitze des Kegels beträgt.

Bei einem geteilten Strömungskörper, bei dem ein Teil fest und der andere bewegbar ist, kann ein Stellelement auch in den Strömungskörper integriert sein.

Der Strömungskörper kann durch mehrere Haltestege getragen werden. Zwei sind wegen des geringeren Strömungswiderstandes vorzuziehen. Diese sind an der Wandung des Kanals oder Raums angelenkt. Über diese Haltestege kann natürlich auch die Stellbewegung vermittelt werden. Dann benötigt ein Strömungskörper mit einem festen und einem beweglichen Teil mindestens jeweils zwei Haltestege.

Entsprechend des Einsatzzweckes des Strömungskörpers sind natürlich noch viele weitere, verschiedene Varianten denkbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

1 ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem einstückigen fest angeordneten Strömungskörper,

2a ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem geteilten Strömungskörper zur Einstellung des Flusses des Mediums,

2b das zweite Ausführungsbeispiel in geschlossener Stellung und

3 ein drittes Ausführungsbeispiel mit einem geteilten Strömungskörper mit Stellelement.

1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strömungskörpers 1 der einteilig ausgebildet ist und in einem Raum 3' eines Kanals 3 mittels Haltestegen 15 fest angeordnet ist. Dabei ist zu sehen, daß er von der üblichen Tropfenform 7, die im vorderen Bereich des Strömungsteilers 6 strichpunktiert angedeutet ist, dahingehend abweicht, daß der Strömungskörper 1 an seiner Vorderseite 5 einen Strömungsteiler 6 aufweist, der im wesentlichen die Form eines an der Spitze 6' abgerundeten Kegels 6'' hat, dessen Mantelfläche 6''' im unteren Bereich des Kegels 6'' radial nach außen gebogen ist, bis sie in etwa in einer tangentialen Richtung zur vorderen Rundung 8 der Tropfenform 7 verläuft. Auf diese Weise wird der Strömungswiderstand des Strömungskörpers 1 aus den oben genannten Gründen noch weiter herabgesetzt als bei einer exakten Tropfenform 7.

Eingezeichnet ist mit r der Radius der abgerundeten Spitze 6' des Kegels 6'' des Strömungsteilers 6. Weiterhin ist der Radius R der Rundung 8 der Tropfenform 7 eingetragen und der Winkel &agr; zwischen der Mantelfläche 6''' und der Achse 6'''' des Kegels 6''. Diese Achse 6'''' ist eine Fortsetzung der Achse 20 der Tropfenform 7. Bezüglich der bevorzugten Bemessung der Radien R und r sowie des Winkels &agr; wird auf die obigen Angaben verwiesen.

Eine derartige feste Anordnung eines Strömungskörpers 1 kann dazu dienen, eine Strömung eines Mediums 2, die hier mittels der Pfeile 4, die die Strömungsrichtung angeben, eingezeichnet ist, gezielt zu führen. Als Variante könnte der Strömungskörper 1 natürlich auch verschiebbar sein, so daß die Strömung 4 reguliert und gegebenenfalls auch der Durchfluß des Mediums 2 ganz abgestellt werden kann.

2a zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel mit einem geteilten Strömungskörper 1. Dabei ist der vordere Bereich 11 des Strömungsteilers 6 als fester Teil 9 des Strömungskörpers 1 ausgebildet und beispielsweise mittels zweier oder dreier, nicht dargestellter Stege am Kanal 3 befestigt. Der hintere Bereich 12 des Strömungsteilers 6 ist mit der Tropfenform 7 fest verbunden und bildet den bewegbaren Teil 10 des Strömungskörpers 1. Dieser bewegbare Teil 10 wirkt mit einem Ventilsitz 13 zusammen, so daß die nicht eingezeichnete Strömung eines Mediums 2, die der 1 entspricht, reguliert, beziehungsweise unterbrochen werden kann. Dabei kann der bewegbare Teil 10 beispielsweise mit Hilfe der Haltestege 15 an der Außenseite des Raums 3' gehalten und bewegt werden.

Die übrigen Ausgestaltungen entsprechen der 1, wobei in den 2a und 2b nicht alle Einzelheiten eingezeichnet wurden. Die 2b zeigt dasselbe Ausführungsbeispiel wie die 2a, jedoch im geschlossenen Zustand, in dem die Rundung 4 der Tropfenform 7 am Ventilsitz 13 anliegt und dabei der bewegbare Teil 10 in Richtung des festen Teils 9 des Strömungskörpers 1 bewegt wurde, so daß diese aneinanderliegen oder fast aneinanderliegen.

3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel, das sich von den obigen Ausführungsbeispielen dadurch unterscheidet, daß eine Vorderseite 5 des Strömungskörpers 1 bewegbar ist, die sich aus dem Strömungsteiler 6 und dem vorderen Teil der Tropfenform 7 zusammensetzt. Dieser Teil bildet den bewegbaren Teil 10' des Strömungskörpers 1 und der hintere Teil des Strömungskörpers 1 bildet den festen Teil 9', der mittels Haltestegen 15 in dem Raum 3' befestigt ist. In diesem festen hinteren Teil 9' des Strömungskörpers 1 befindet sich ein Stellelement 17, das als Kolben-Zylinder-Stellantrieb ausgebildet ist und dessen Kolbenstange in Richtung des Doppelpfeils 16 bewegbar den bewegbaren Teil 10' trägt und dadurch die Strömung 4 des Mediums 2 regulieren oder abstellen kann. Gezeichnet ist eine mittlere Stellung, also weder die völlige Öffnung, noch der Verschluß, bei dem die Rundung 8 an den Ventilsitz 13 anliegt.

Selbstverständlich sind die Ausführungsbeispiele lediglich beispielhaft. Es wären auch andere Ausgestaltungen denkbar, wie beispielsweise die Ausgestaltung der Vorderseite 5 des Strömungskörpers 1 als Kappe, welche verstellbar ist und dadurch mit dem Ventilsitz 13 zur Regulierung der Strömung 4 des Mediums 2 zusammenwirkt. Es kann auch eine Ausgestaltung vorgesehen sein, bei der der Strömungskörper 1 ein festes Teil 9' – wie in 3 – und ein festes Teil 9 – wie in den 2a und 2b – aufweist, so daß nur ein dazwischen liegender Bereich bewegbar ist, der dem bewegbaren Teil 10' der 3 ohne den in den 2a und 2b gezeichneten vorderen Bereich 11 entspricht, da letzterer ebenfalls feststeht.

1Strömungskörper 2Medium 3Kanal 3'Raum des Kanals 4Pfeile: Strömungsrichtung (Strömung) 5Vorderseite des Strömungskörpers 6Strömungsteiler 6'abgerundete Spitze der Kegelform 6''Kegel 6'''Mantelfläche der Kegelform 6''''Achse des Kegels 7Tropfenform 8Rundung der Tropfenform 9, 9'fester Teil des Strömungskörpers 10, 10'bewegbarer Teil des Strömungskörpers 11vorderer Bereich des Strömungsteilers 12hinterer Bereich des Strömungsteilers 13Ventilsitz 14Mittelpunkt der vorderen Rundung der Tropfenform 15Haltesteg 16Doppelpfeil: Stellbewegung des bewegbaren Teils des Strömungskörpers 17Stellelement, z. B. Kolben-Zylinder-Stellantrieb 18Zu- und Abführung en für Antriebsmedium 19Antriebsmedium 20Achse der Tropfenform RRadius der Rundung der Tropfenform rRadius der abgerundeten Spitze der Kegelform &agr;Winkel zwischen der Mantelfläche und der Achse des Kegels

Anspruch[de]
  1. Strömungskörper (1) in einem von einem Medium (2) durchströmten Kanal (3), wobei der Strömungskörper (1) im wesentlichen eine tropfenförmig in Strömungsrichtung (4) nach hinten spitz zulaufende Kontur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (1) an seiner Vorderseite (5) einen Strömungsteiler (6) aufweist, der im wesentlichen die Form eines an der Spitze (6') abgerundeten Kegels (6'') hat, dessen Mantelfläche (6''') im unteren Bereich des Kegels (6'') radial nach außen gebogen ist, bis sie in etwa in einer tangentialen Richtung zur vorderen Rundung (8) der Tropfenform (7) verläuft.
  2. Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er fest in einem Raum (3') des Kanals (3) angeordnet ist.
  3. Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er bewegbar in einem Raum (3') des Kanals (3) angeordnet ist.
  4. Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er geteilt ist und mindestens ein Teil (9, 9') fest und der andere Teil (10, 10') bewegbar im Raum (3') des Kanals (3) angeordnet sind.
  5. Strömungskörper nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß er und der Raum (3') derart ausgebildet sind, daß mittels der Bewegbarkeit der Fluß des Mediums (2) einstellbar ist.
  6. Strömungskörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Teil (10') der Tropfenform (7) mit dem Strömungsteiler (6) bewegbar ist.
  7. Strömungskörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungskörper (1) im Bereich des Strömungsteilers (6) geteilt, der vordere Bereich (11) des Strömungsteilers (6) fest und mindestens der vordere Bereich der Tropfenform (7) mit dem hinteren Bereich (12) des Strömungsteilers (6) beweglich ist.
  8. Strömungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Teile (10, 10') des Strömungskörpers (1) mit einem Ventilsitz (13) zusammenwirken, der in dem Raum (3') angeordnet ist.
  9. Strömungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die abgerundete Spitze (6') des Strömungsteilers (6) vom Mittelpunkt (14) der vorderen Rundung (8) der Tropfenform (7) um das 1,5 bis 2,5-fache des Radiuses (R) der Rundung (8) entfernt befindet.
  10. Strömungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (&agr;) zwischen der Mantelfläche (6''') des Kegels (6'') und der Achse (6'''') des Kegels (6") zwischen 5 und 15° beträgt.
  11. Strömungskörper nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Radius (R) der Rundung (8) das 2,5 bis 10-fache des Radiuses (r) der abgerundeten Spitze (6') des Kegels (6'') beträgt.
  12. Strömungskörper nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellelement (17) in den Strömungskörper (1) integriert ist.
  13. Strömungskörper nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß er von zwei Haltestegen (15) getragen wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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