| 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
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| 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.
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| Beschreibung[de] |
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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.
1- Strömungskörper
2- Medium
3- Kanal
3'- Raum des Kanals
4- Pfeile: Strömungsrichtung (Strömung)
5- Vorderseite des Strömungskörpers
6- Strömungsteiler
6'- abgerundete Spitze der Kegelform
6''- Kegel
6'''- Mantelfläche der Kegelform
6''''- Achse des Kegels
7- Tropfenform
8- Rundung der Tropfenform
9, 9'- fester Teil des Strömungskörpers
10, 10'- bewegbarer Teil des Strömungskörpers
11- vorderer Bereich des Strömungsteilers
12- hinterer Bereich des Strömungsteilers
13- Ventilsitz
14- Mittelpunkt der vorderen Rundung der Tropfenform
15- Haltesteg
16- Doppelpfeil: Stellbewegung des bewegbaren Teils des Strömungskörpers
17- Stellelement, z. B. Kolben-Zylinder-Stellantrieb
18- Zu- und Abführung en für Antriebsmedium
19- Antriebsmedium
20- Achse der Tropfenform
R- Radius der Rundung der Tropfenform
r- Radius der abgerundeten Spitze der Kegelform
&agr;- Winkel zwischen der Mantelfläche und der Achse des Kegels
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| Anspruch[de] |
- 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.
- Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er fest
in einem Raum (3') des Kanals (3) angeordnet ist.
- Strömungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er bewegbar
in einem Raum (3') des Kanals (3) angeordnet ist.
- 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.
- 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.
- Strömungskörper nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der vordere Teil (10') der Tropfenform (7) mit dem Strömungsteiler
(6) bewegbar ist.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- Strömungskörper nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Stellelement (17) in den Strömungskörper (1) integriert
ist.
- 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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