WO2012062249A1 - Method for influencing the flow behavior of turbomachines, in particular blower devices or suction devices and associated blower device or suction device - Google Patents

Method for influencing the flow behavior of turbomachines, in particular blower devices or suction devices and associated blower device or suction device Download PDF

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WO2012062249A1
WO2012062249A1 PCT/DE2011/001599 DE2011001599W WO2012062249A1 WO 2012062249 A1 WO2012062249 A1 WO 2012062249A1 DE 2011001599 W DE2011001599 W DE 2011001599W WO 2012062249 A1 WO2012062249 A1 WO 2012062249A1
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suction
structuring
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Georg E. Koppenwallner
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Koppenwallner Georg E
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    • F05D2250/18Two-dimensional patterned
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Definitions

  • blower or suction devices for influencing the flow behavior of machines, in particular blower or suction devices and associated blower or suction device
  • the invention relates to a method for influencing the flow behavior of turbomachines, in particular fan or suction devices according to the preamble of claim 1 and a fan or suction device according to the preamble of claim 8.
  • a blower device may for example be formed as a centrifugal fan device, which comprises a drum rotor with a plurality of blades, wherein the blades are arranged concentrically to the axis of rotation of the drum rotor and thereby form, for example, a circular cylindrical envelope.
  • a centrifugal fan device which comprises a drum rotor with a plurality of blades, wherein the blades are arranged concentrically to the axis of rotation of the drum rotor and thereby form, for example, a circular cylindrical envelope.
  • the structure and operation of such a drum rotor are well known, for example, from the document DE1 16231.
  • the polar of a profile are comparable with and without hump.
  • the humps cause higher glide numbers at higher angles of attack, or allow higher
  • Humpback whale profile investigated experimentally.
  • the operation of a structured surface is based on the structuring of the flow in longitudinal vortices, in that the velocity in the boundary layer is also made uneven by the irregularities of the surfaces.
  • Aircraft engine by means of notches is described for example in the document EP 2 050 929.
  • the document DE 10 2007 055 507 is a so-called
  • the oblique lip, ie the inclined tapping lip, of a drum rotor is, according to the document DE 10 2007 055 507, executed as a half tine (see Fig. 2a, b) or as a whole tine (see Fig. 14). This is, so to speak, the limiting case of a serrated or wavy tapping lip, where there is only one point.
  • Turbomachines in particular blower or suction to improve.
  • the object is achieved on the basis of the features of the preamble of claim 1 and 8 respectively by their characterizing features.
  • An essential idea which is the basis of the invention is that, at least in those surface regions of the turbomachine in which the flow is detached from the surface and / or turbulent flows occur, longitudinal swirls are generated by means of a structured surface section, via which the flow is structured.
  • longitudinal swirls are generated by means of a structured surface section, via which the flow is structured.
  • Turbomachines are significantly improved, in particular a significant improvement in the flow at the tap and / or the blades of a fan or suction, are achieved at the Ausblaskante a suction device or an airfoil.
  • the dimensioning of the structured surface area is among others of the respective
  • At least two flows having different ones are formed by a structured surface section
  • the tapping lip of a blower and suction device with a drum rotor is further advantageously provided with a structured surface portion, which, for example, designed as a kind of serrations, wavy line or hump arrangement is. This advantageously achieves a reduction of the noise and generation of longitudinal vortices, by way of which the flow in the region of the tapping lip can be stabilized.
  • the blades of the drum rotor at least partially jagged, wavy or bumpy or structured comparable formed by means of roughness, bumps or beadings.
  • Angle of attack significantly improved.
  • a smooth, ie unstructured or only very slightly structured surface is advantageously used.
  • Structuring at the entrance may be used instead of or in combination with the usual
  • Torsion, inclination, V-position or sweep of the blades are applied.
  • the structuring is oriented in the direction of the flow direction and / or designed to guide the flow in a predetermined flow direction.
  • the concrete execution of the structuring can be determined and implemented by means of sine functions, Fourier and other series developments, splines, etc. It can also be a structuring using freehand lines.
  • blower or suction device an increase in the detection effect is possible when using the method according to the invention.
  • Extracting device in "Coanda technique” the blowing takes place, for example via a Coanda tube, whereby a structuring of the tube is carried out for this purpose Increase the entrainment of the pollutant flow In extreme cases, the structuring of the surface runs from the exhaust opening to the exhaust opening.
  • the suction at the trailing edge of a corrugated wing can be an improved method of boundary layer extraction. In this case, preferably in valleys, so in areas where the longitudinal vortices rotate away from the surface, sucked.
  • Fig. 1 by way of example a plan view of an inventively structured
  • FIG. 2 shows by way of example a section through the structured surface section according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows an example of several side views of the blades of a turbomachine
  • FIG. 4 shows a section through the axis of rotation of the impeller of FIG. 4
  • FIG. 5 shows an example of a cross section through the spiral housing of a
  • FIG. 6 shows by way of example a side view of the spiral housing according to FIG. 5; 7 shows, by way of example, the cross-sectional profile of a tapping lip with a structured surface section;
  • Fig. 1 1 by way of example a combination of differently structured
  • Fig. 12 by way of example a perspective view of a wing with structured
  • Fig. 13 by way of example a corrugated airfoil
  • FIG. 14 shows, by way of example, a drum rotor with blades with at least partially curved surface slants
  • Fig. 15 shows an example of a side view of the spiral housing without drum rotor
  • Fig. 1 6 shows an example of a side view of the centrally cut spiral housing without drum rotor
  • Fig. 1 by way of example a perspective view of the cut
  • Fig. 18 example aft an oblique view of the spiral housing
  • FIG. 21 shows by way of example a perspective view of the suction device according to FIG.
  • FIG. 1 shows, by way of example, a surface section 10 of a perspective view structured according to the invention.
  • the structured surface portion 10 forms a plurality of projections 20 on a leading edge 30.
  • Surface portion 10 is preferably carried out wavy and is in valleys 50th
  • leading edge 30 extends, for example, perpendicular to the mean flow direction of the flow 60 or closes with this an obtuse angle.
  • Surface section 10 causes a faster flow 70 in the valleys 50 and a slower flow 80 in the region of the ridges 40, i. At least two flows 70, 80 are generated at different flow rates.
  • the flow 70 is leading in the valleys 50, whereas the flow 80 remains on the ridges 40.
  • the faster flow 70 tears the surrounding slower flow 80 with it, creating longitudinal vortices 90.
  • the resulting longitudinal vortices 90 can be taken in particular from the sectional view along the line A-A.
  • FIG. 2 shows the cut surface 120 through the structured surface section 10.
  • the cut surface 120 runs approximately perpendicular to the flow 60.
  • the designation 1 10 designates the wavy line that arises when the structured surface section 10 intersects the cut surface 120.
  • FIG. 3 shows the blades of an example single-flow turbomachine, for example the blades of a drum rotor. The flow takes place
  • Denoted by 240 is a section through the unstructured part of the sheet metal blade. The valleys of
  • Structuring are shown as dashed lines 40 and the ridges as solid lines 50.
  • the gradients of the structuring 100, 105, 205 also bent.
  • the curves 105, 205 also change along the blade depth.
  • the structuring 200 is rectilinear. In the blades 260, 290, the distances between the
  • Blade 300 is intended to represent constant or almost constant distances between the structuring, ie periodic or almost periodic structuring.
  • Such blades are made by drum runners from a sheet material, in particular stamped.
  • a blade made of sheet metal with relatively narrow valleys 40 is designated by the symbol 300.
  • the front and / or rear edge is, for example, jagged 310 and / or straight 320 formed. This applies to both the unstructured surface portion and the structured surface portion of the blades of the drum rotor.
  • FIG. 4 the flow conditions in the flow through the impeller 180 of a drum rotor are shown in a Thomasdarstetlung example. Shown is an axis-parallel section through the center line 160 of the drum rotor.
  • the flow 150 flows through the blades 1 30, 140.
  • the one blade 130 has, for example straight edges and a straight structuring 200, whereas another blade 140 has a wavy inflow edge and an oblique, curved, i. does not have rectilinear structuring 205.
  • the blade 1 30 is completely structured. It can also be seen in particular from FIG. 4 that a plurality of blades 130, 140 with different structuring can be used in an impeller of a drum rotor.
  • Figure 5 shows the spiral housing of a drum rotor 330 from the suction port of the impeller 340 ago.
  • the spiral housing is cut centrally, along the line BB.
  • three blades 350 of the impeller 340 are shown, which are located opposite the tapping lip 360.
  • the housing channel widens as a jump diffuser 370 toward the outlet opening 380.
  • dashed line 440 of the wall profile at a hollowed hump 450 indicated. This is explained in more detail in the description passage relating to FIG.
  • FIG. 6 shows a plan view of the outlet cross section 380.
  • the tapping lip is realized in the form of a spiral lip 410.
  • the course of the spiral lip 410 is wavy or serrated.
  • the symbol 390 designates the center line of the spiral housing 330.
  • the spiral lip 410 extends as a slightly bent line 405.
  • the line 405 is drawn above the line 410.
  • the structuring is in the present embodiment, a wavy version 410 with valleys 50 and ridges 40th
  • FIG. 7 An irregular profile 420 of a tapping lip is shown in FIG. 7, which shows
  • Figure 8 shows a section 480 of the spiral housing 330 in the region of the tap, in two variants.
  • a section through a tooth-shaped projection 450 of the spiral lip 360 is shown, such as a section along the line BB of Figure 6.
  • the wall course 435 not hollowed out to the wall in the jump diffuser 500 out.
  • the wall course 440 is hollowed out to the course of the wall in the jump diffuser 500.
  • the profiling 460 creates a round transition between
  • FIG. 9 again shows in a spatial representation a structured spiral tapping with a massive projection 510 and a hollow, approximately centrally cut-back projection 5.
  • the tapping divides the inflow space 520 from the outflow space 530.
  • the dotted line 540 is an axis-parallel straight line. At this line, two flow vectors 550, 560 are shown at different axial positions. The flow 550 flows into the outflow 530, the flow 560 in the
  • a plan on two axial sections is marked 570,580.
  • a massive tap shows the cut 580. This is the normal case described above. It can be a massive spiral tongue or a massive hump.
  • the oblique lip fall, ie a hollow tap, is represented by the cut 570 through a hollowed out hump.
  • FIG. 10 shows various structuring possibilities on surfaces, middle part
  • Beading 590, roughness 600 and serrated 610 Beading 590, roughness 600 and serrated 610.
  • FIG. 11 shows that these structuring possibilities can be provided both on the edges 620 and on the surface 630.
  • the structuring on the surface is preferably aligned in the direction of the flow 640
  • FIG. 12 shows, by way of example, an aerofoil 650 with structuring which is shown in FIG. 12
  • Root area 660 has roughness changes 670 of the surface near the separation point. These are formed in the middle region of the wing 680 in the vicinity of the trailing edge 690 in the form of waves 700 and in the region of the wing tip 710 a continuous structuring 720 is realized. An influence on the boundary layer within the structured regions can take place via a suction at the trailing edge 690, by suction via hole lines 730, individual holes 735, via slots 740, 745 or via a porous field 750. Likewise, other forms of boundary layer control can be used instead of suction.
  • Boundary layer control in general, symbolized here as ellipse 470, takes place on preferably in the area of the valleys 50 or in the areas between the roughnesses 55 instead. These smooth regions 55 between the roughnesses could also be referred to as roughness valleys.
  • Slits 745 for boundary layer control by means of suction can run in wing longitudinal direction or perpendicular to the flow 640 near or at the trailing edge 690.
  • the slots 740 can also run parallel to the convergence lines or to the talllines 50, 55.
  • Structuring makes sense in the root area 660 and in the middle area 680 of a wing, especially in conjunction with boundary layer control.
  • Figure 1 3 shows a wavy profile in which both the surface 770 and the edges 780 are corrugated.
  • the Grenz Mrsabsaugung can be done via a perforated box 790 or 745 740 slots. It is essential that the suction is based on the direction of the ridges 40 and valleys 50, which is the orientation of the longitudinal vortices 760 in FIG.
  • Boundary layer influence are located in the valleys. However, there may also be cases where an arrangement of boundary layer control agents, e.g. the slots 745, 740, makes sense in the burrs.
  • Figure 14 shows as an example of construction the impeller of a drum rotor 810 with sections of corrugated blades 820.
  • the blades 820 are corrugated in the outlet opening of a spiral housing and the corrugation extends approximately over at least one third of the width of the blades 820.
  • Figure 1 5 shows a side view of the volute casing 840 of a drum rotor.
  • the outlet side is marked 870.
  • the region of the tap is denoted by the symbol 830.
  • FIG. 16 shows a plan view of the centrally cut-open housing according to FIG. 1. Only the serrated region of the tapping lip, ie the row of serrations 850, are shown in full width for clarity.
  • Figure 1 7 shows the volute casing 840 as a view of the Ausblasseite 870.
  • the abbreviation 850 is turn the Serrated series.
  • FIG. 18 shows an oblique view of the spiral housing 840 and the row of teeth 850.
  • FIG. 20 shows a section of a suction device, which is supported by means of blow-out 900 above a surface 910.
  • the outflow slot 920 is connected to a pressure chamber 930.
  • 940 designates the suction or filter surface and 950 the
  • this suction device is shown in a perspective view, wherein in the left half of the drawing, the embodiment according to the prior art is shown.
  • the right half of the drawing shows a structured, wavy one
  • outflow slot 920 also have a wavy structuring 925 or holes 960 by Ausström be replaced.

Abstract

The invention relates to a method for influencing the flow behavior of turbomachines, in particular blower devices or suction devices, wherein the turbomachine has a surface that guides the flow and that has at least one structured surface section (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515). Longitudinal vortices, by means of which the flow is structured, are advantageously created by means of a structured surface section (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515) at least in the surface areas of the turbomachine in which the flow separates from the surface or turbulent flows occur.

Description

Verfahren zur Beeinflussung des Strömungsverhaltens von ungsmaschinen, insbesondere Gebläse- oder Absaugvorrichtungen sowie zugehörige Gebläse- oder Absaugvorrichtung  Method for influencing the flow behavior of machines, in particular blower or suction devices and associated blower or suction device
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. The invention relates to a method for influencing the flow behavior of turbomachines, in particular fan or suction devices according to the preamble of claim 1 and a fan or suction device according to the preamble of claim 8.
Aus dem Stand der Technik bekannte Strömungsmaschinen, insbesondere Gebläseoder Absaugvorrichtungen weisen einzelne Strömungsbereiche auf, die zu Turbomachines known from the prior art, in particular blowers or suction devices, have individual flow regions which are too
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. Vortex formation, flow losses and noise lead. These effects occur in particular in the flow areas in which the flow separates from a surface and / or turbulent flows arise. In the following, such flow areas are referred to as "faulty" flow areas.
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 . A blower device may for example be formed as a centrifugal fan device, which comprises a drum rotor with a plurality of blades, wherein the blades are arranged concentrically to the axis of rotation of the drum rotor and thereby form, for example, a circular cylindrical envelope. The structure and operation of such a drum rotor are well known, for example, from the document 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 In such a drum rotor, in particular, the air is sucked in axially and tangentially removed via blades, and tapped over a so-called Abgriffslippe from the drum rotor. A drum runner has a big one in particular
Ablösegebiet im axialen Einströmungsbereich auf, so dass ca. 30% der Schaufeltiefe des Trommel läufers nicht vollständig durchströmt werden. Auch im Bereich der Ablösegebiet in the axial inflow, so that about 30% of the blade depth of the drum rotor are not completely flowed through. Also in the field of
Abgriffslippe kommt es zu Ablösungserscheinungen und aufgrund der durch die Abgriffslippe bedingten Umlenkung der Strömung zu einer Geräuschbildung. Abgriffslippe it comes to separation phenomena and due to the tapping lip due to the deflection of the flow to a noise.
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. CORRECTIVE VERSION Already in the document DE1 081 181 and the document US 5,169,290 approaches are described to provide in a portion of the blade surface targeted roughness, so as to produce small flow vortices to improve the detachment behavior of the drum rotor.
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 Such directed turbulence of the flow is applied to gliders by means of a serrated band in the area of possible detachment blowing and before rowing.Figures with large pitch changes can be found especially in humpback whales, which swim tight curves in the hunt, as well as owls, the night hunters fly slowly and quietly, have one of the humpback whale fin
entsprechende, strukturierte, in diesem Fall eine gezähnte Flügelvorderkante auf. corresponding, structured, in this case, a toothed wing leading edge.
Die Polare eines Profils sind mit und ohne Buckel vergleichbar. Die Buckel bewirken höhere Gleitzahlen bei höheren Anstellwinkeln, bzw. ermöglichen höhere The polar of a profile are comparable with and without hump. The humps cause higher glide numbers at higher angles of attack, or allow higher
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 Angle of attack as the same profile with smooth surface. This advantage may be paid with slightly worse glide numbers in other areas of the polar. For example, in the documents US 6,431, 498 and US 2006/0060721 the use of such profiles for aircraft wings is described. Bruno Kerschgens also has "similar-chain-theoretical adaptation of a humpback whale profile for use in compressible media and subsequent studies
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 Computational Analysis of the Resulting Geometry Using CFD "at RWTH Aachen University in 2007 numerically examines a humpback whale profile and describes a general application in turbomachinery D. Custodio has in his master thesis" The Effect of Humpback Whale-like Leading Edge Protuberances on Hydrofoil
Performance" an dem Worcester Polytechnic Institute im Jahre 2007 ein Performance "at the Worcester Polytechnic Institute in 2007
Buckel walprofil experimentell untersucht. Humpback whale profile investigated experimentally.
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. A profile like the paraglider, with similar characteristics as the Buckewal profile, describe Zverkow, ID and Zanin, B.Yu, in 2003 in the publication "Wing Form Effects on Flow Separation", pp. 197-204, Vol. Issue 2, Thermophysics Zverkov and Zanin have come to the conclusion that undulating profiles can be advantageous especially in oblique, turbulent and transient directions. In addition, such profiles have a better hysteresis behavior. This means that a detached flow comes back to concern faster.
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. The operation of a structured surface is based on the structuring of the flow in longitudinal vortices, in that the velocity in the boundary layer is also made uneven by the irregularities of the surfaces.
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). These vortices act as a kind of linear boundary layer suction. In the valleys, weak separate separation bubbles occur which are controlled and stabilized by the longitudinal vortices (see, for example, Fig. 5, Zverkov et al., 2003).
Verbesserungen an den Spitzen eines transsonischen Axialverdichters eines Improvements to the tips of a transonic axial compressor of a
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 Aircraft engine by means of notches is described for example in the document EP 2 050 929. For the development of a drive for a glider, in particular the document DE 10 2007 055 507 is a so-called
Schräglippen verfahren zu entnehmen. Ein spezielles Schubgebläse wird in der To remove tilted lips procedure. A special push fan is used in the
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. Publication DE 103 00 621 described. The oblique lip, ie the inclined tapping lip, of a drum rotor is, according to the document DE 10 2007 055 507, executed as a half tine (see Fig. 2a, b) or as a whole tine (see Fig. 14). This is, so to speak, the limiting case of a serrated or wavy tapping lip, where there is only one point.
Auch sind aus den Druckschriften DE 199 1 1 850, PCT/DE00/04439 und DE Also, from the publications DE 199 1 1 850, PCT / DE00 / 04439 and DE
102007039635 bereits Absaugeinrichtungen bekannt, die mittels Ausblasung über Flächen arbeiten. 102007039635 already known suction devices that work by blowing over surfaces.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, das Strömungsverhalten von Based on this, it is an object of the invention, the flow behavior of
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. Turbomachines, in particular blower or suction to improve. The object is achieved on the basis of the features of the preamble of claim 1 and 8 respectively by their characterizing features.
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 An essential idea which is the basis of the invention is that, at least in those surface regions of the turbomachine in which the flow is detached from the surface and / or turbulent flows occur, longitudinal swirls are generated by means of a structured surface section, via which the flow is structured. By means of the structured with longitudinal vortex flow, the flow of turbulent flows through or over surface areas of
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 Turbomachines are significantly improved, in particular a significant improvement in the flow at the tap and / or the blades of a fan or suction, are achieved at the Ausblaskante a suction device or an airfoil. By the directional adaptation according to the invention and / or
Richtungsvorgabe der Strukturierung können die„gestörten" über-, um- bzw. Direction specification of structuring, the "disturbed" over-, um- or
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 flowed through areas of a fan or suction device are designed such that an improvement in the flow for the intended purposes, so that adjusts an improvement in efficiency. The inventor has also recognized that preferably in fluidically disturbed areas a
Strukturierung der Oberfläche Strömungstechnische Vorteile bringt, wohingegen Bereiche mit stationärer Strömung weiterhin mit einer glatten oder nur wenig Structuring of the surface Fluidic advantages, whereas areas with steady flow continue with a smooth or only a little
strukturierten Oberfläche versehen werden sollten. Die Dimensionierung des strukturierten Oberflächenbereiches ist unter anderen von dem jeweiligen structured surface should be provided. The dimensioning of the structured surface area is among others of the respective
strömungstechnischen Anforderungen abhängig. fluidic requirements dependent.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden durch einen strukturierten Oberflächenabschnitt zumindest zwei Strömungen mit unterschiedlichen In an advantageous development of the invention, at least two flows having different ones are formed by a structured surface section
Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt, und zwar eine Über- und/oder Unterströmung. Flow rates generated, namely an overflow and / or underflow.
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. The tapping lip of a blower and suction device with a drum rotor is further advantageously provided with a structured surface portion, which, for example, designed as a kind of serrations, wavy line or hump arrangement is. This advantageously achieves a reduction of the noise and generation of longitudinal vortices, by way of which the flow in the region of the tapping lip can be stabilized.
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 In a further advantageous embodiment, the blades of the drum rotor at least partially jagged, wavy or bumpy or structured comparable formed by means of roughness, bumps or beadings. As a result, the flow behavior is particularly in the disturbed, unsteady
Strömungsbereichen der Gebläse- oder Absaugvorrichtung und bei hohen Flow areas of the blower or suction device and at high
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 Angle of attack significantly improved. For example, at the blade edge in the region of the inlet, in particular at high blades as a drum rotor. In undisturbed, stationary flow areas, on the other hand, a smooth, ie unstructured or only very slightly structured surface is advantageously used. The
Strukturierung am Eintritt kann anstelle oder in Kombination mit den üblichen Structuring at the entrance may be used instead of or in combination with the usual
Maßnahmen zur Verbesserung der Strömung im Eintrittsbereich, also mit einer Measures to improve the flow in the inlet area, ie with a
Verwindung, Schrägstellung, V-Stellung oder Pfeilung der Schaufeln angewandt werden. Torsion, inclination, V-position or sweep of the blades are applied.
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. Advantageously, the structuring is oriented in the direction of the flow direction and / or designed to guide the flow in a predetermined flow direction. The concrete execution of the structuring can be determined and implemented by means of sine functions, Fourier and other series developments, splines, etc. It can also be a structuring using freehand lines.
Bei Gebläse- oder Absaugvorrichtung ist bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Erhöhung der Erfassungswirkung möglich. Bei Gebläse- oder In blower or suction device, an increase in the detection effect is possible when using the method according to the invention. With blower or
Absaugvorrichtung mittels Ausblasung ist es erforderlich, die eingrenzende Strömung stabil zu gestalten und auf die Absaugflächen hin zu lenken. Bei Gebläse- oder Suction device by means of blow-out, it is necessary to make the confining flow stable and to steer towards the suction surfaces. With blower or
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. Extracting device in "Coanda technique", the blowing takes place, for example via a Coanda tube, whereby a structuring of the tube is carried out for this purpose Increase the entrainment of the pollutant flow In extreme cases, the structuring of the surface runs from the exhaust opening to the exhaust opening.
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. The suction at the trailing edge of a corrugated wing can be an improved method of boundary layer extraction. In this case, preferably in valleys, so in areas where the longitudinal vortices rotate away from the surface, sucked.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel im The invention will be described below with reference to an embodiment in
Zusammenhang mit Figuren näher erläutert werden. Zudem ergeben sich Connection with figures will be explained in more detail. In addition, arise
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 Further developments, advantages and applications of the invention also from the following description of the embodiment and from the figures. In this case, all described and / or illustrated features alone or in any combination in principle subject of the invention, regardless of their
Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht. Summary in the claims or their dependency. Also, the content of the claims is made an integral part of the description.
Es wird aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Erfindung keinesfalls auf das angegebene Beispiel beschränkt sein soll. Die Figuren zeigen: It is expressly understood, however, that the invention should by no means be restricted to the example given. The figures show:
Fig. 1 beispielhaft eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß strukturierte Fig. 1 by way of example a plan view of an inventively structured
Oberflächenabschn itt;  Surface section;
Fig. 2 beispielhaft einen Schnitt durch den strukturierten Oberflächenabschnitt gemäß Figur 1 ;  2 shows by way of example a section through the structured surface section according to FIG. 1;
Fig. 3 beispielhaft mehrere seitliche Ansichten der Schaufeln einer Turbomaschine; 3 shows an example of several side views of the blades of a turbomachine;
Fig. 4 beispielhaft einen Schnitt durch die Drehachse des Laufrades eines By way of example, FIG. 4 shows a section through the axis of rotation of the impeller of FIG
Trommel läufers;  Drum runner;
Fig. 5 beispielhaft einen Querschnitt durch das Spiralgehäuse eines  5 shows an example of a cross section through the spiral housing of a
Trommelläufers;  Drum rotor;
Fig. 6 beispielhaft eine Seitenansicht des Spiralgehäuses gemäß Figur 5; Fig. 7 beispielhaft den Querschnittsverlauf einer Abgriffslippe mit strukturiertem Oberflächenabschnitt; 6 shows by way of example a side view of the spiral housing according to FIG. 5; 7 shows, by way of example, the cross-sectional profile of a tapping lip with a structured surface section;
Fig. 8 beispielhaft einen Ausschnitt des Spiralgehäuses im Schnittdarstellung; 8 shows an example of a detail of the spiral housing in a sectional view;
Fig. 9 beispielhaft eine räumliche Darstellung eines strukturierten Spiralabgriffes;9 shows by way of example a spatial representation of a structured spiral tap;
Fig. 10 beispielhaft perspektivische Ansichten unterschiedlich strukturierter Fig. 10 by way of example perspective views differently structured
Oberflächenabschnitte;  Surface portions;
Fig. 1 1 beispielhaft eine Kombination unterschiedlich strukturierter  Fig. 1 1 by way of example a combination of differently structured
Oberflächenabschnitte;  Surface portions;
Fig. 12 beispielhaft eine perspektivische Ansicht einer Tragfläche mit strukturierter Fig. 12 by way of example a perspective view of a wing with structured
Oberfläche;  Surface;
Fig. 13 beispielhaft ein gewelltes Tragflächenprofil Fig. 13 by way of example a corrugated airfoil
Fig. 14 beispielhaft einen Trommelläufer mit Schaufeln mit zumindest teilweise str u ktur ierter Oberf lächenabsch n i tte; FIG. 14 shows, by way of example, a drum rotor with blades with at least partially curved surface slants; FIG.
Fig. 15 beispielhaft eine Seitenansicht des Spiralgehäuses ohne Trommel läufer;  Fig. 15 shows an example of a side view of the spiral housing without drum rotor;
Fig. 1 6 beispielhaft eine Seitenansicht des mittig aufgeschnittenen Spiralgehäuses ohne Trommel läufer; Fig. 1 6 shows an example of a side view of the centrally cut spiral housing without drum rotor;
Fig. 1 7 beispielhaft eine perspektivische Ansicht des aufgeschnittenen  Fig. 1 by way of example a perspective view of the cut
Spiralgehäuses ohne Trommel läufer von der Ausblasseite;  Spiral housing without drum runner from the outlet side;
Fig. 18 beispiel aft eine Schrägansicht des Spiralgehäuses;  Fig. 18 example aft an oblique view of the spiral housing;
Fig. 19 beispielhaft eine perspektivische Ansicht der Zacken; 19 shows by way of example a perspective view of the teeth;
Fig. 20 beispielhaft einen Schnitt durch eine Absaugvorrichtung und 20 shows an example of a section through a suction device and
Fig. 21 beispielhaft eine perspektivische Ansicht der Absaugvorrichtung gemäß F ig 21 shows by way of example a perspective view of the suction device according to FIG
20.  20th
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 FIG. 1 shows, by way of example, a surface section 10 of a perspective view structured according to the invention. The structured surface portion 10 forms a plurality of projections 20 on a leading edge 30. The profile of the structured δ
Oberflächenabschnittes 10 ist vorzugsweise wellig ausgeführt und ist in Täler 50 Surface portion 10 is preferably carried out wavy and is in valleys 50th
(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. (dashed lines) and ridges 40 (solid lines) divided. The leading edge 30 extends, for example, perpendicular to the mean flow direction of the flow 60 or closes with this an obtuse angle.
Bei einer näherungsweise gleichmäßigen Anströmung 60 des strukturierter At an approximately uniform flow 60 of the structured
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 Surface section 10 causes a faster flow 70 in the valleys 50 and a slower flow 80 in the region of the ridges 40, i. At least two flows 70, 80 are generated at different flow rates. Here, the valleys 50 and burrs 40 of the structured run
Oberflächenabschnittes 10 näherungsweise parallel zueinander und vorzugsweise näherungsweise entlang der mittleren Strömungsrichtung der Anströmung 60. Surface portion 10 approximately parallel to each other and preferably approximately along the mean flow direction of the flow 60th
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. In the present embodiment, the flow 70 is leading in the valleys 50, whereas the flow 80 remains on the ridges 40. Thus, the faster flow 70 tears the surrounding slower flow 80 with it, creating longitudinal vortices 90. The resulting longitudinal vortices 90 can be taken in particular from the sectional view along the line A-A.
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. FIG. 2 shows the cut surface 120 through the structured surface section 10. The cut surface 120 runs approximately perpendicular to the flow 60. The designation 1 10 designates the wavy line that arises when the structured surface section 10 intersects the cut surface 120.
Figur 3 zeigt die Schaufeln einer beispielsweise einflutigen Turbomaschine, und zwar beispielsweise die Schaufeln eines Trommel läufers. Die Anströmung erfolgt FIG. 3 shows the blades of an example single-flow turbomachine, for example the blades of a drum rotor. The flow takes place
beispielsweise von links. Das zur Ansaugöffnung hin orientierte Ende 190 der Schaufel befindet sich oben. Diese Schaufeln können als Profil 210, Halbkreisprofil aus for example, from the left. The end 190 of the blade oriented toward the suction opening is at the top. These blades can look like profile 210, semi-circular profile
Kunststoff 220 oder aus Blech 230 ausgeführt sein, Aufsicht. Mit 240 ist ein Schnitt durch den unstrukturierten Teil der Blechschaufel bezeichnet. Die Täler der Plastic 220 or 230 made of sheet metal, supervision. Denoted by 240 is a section through the unstructured part of the sheet metal blade. The valleys of
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 Structuring are shown as dashed lines 40 and the ridges as solid lines 50. In the blades 270 and 280, the gradients of the structuring 100, 105, 205 also bent. The curves 105, 205 also change along the blade depth. For the blades 260, 290, 300, the structuring 200 is rectilinear. In the blades 260, 290, the distances between the
Strukturierungen wechseln. Schaufel 300 soll konstante bzw. fast konstante Abstände zwischen den Strukturierungen, also periodische oder fast periodische Strukturierung, darstellen. Change structuring. Blade 300 is intended to represent constant or almost constant distances between the structuring, ie periodic or almost periodic structuring.
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. Frequently, such blades are made by drum runners from a sheet material, in particular stamped. Such a blade made of sheet metal with relatively narrow valleys 40 is designated by the symbol 300. The front and / or rear edge is, for example, jagged 310 and / or straight 320 formed. This applies to both the unstructured surface portion and the structured surface portion of the blades of the drum rotor.
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. In Figure 4, the flow conditions in the flow through the impeller 180 of a drum rotor are shown in a Schnittdarstetlung example. Shown is an axis-parallel section through the center line 160 of the drum rotor. Through the inflow ring 1 70, the flow 150 flows through the blades 1 30, 140. The one blade 130 has, for example straight edges and a straight structuring 200, whereas another blade 140 has a wavy inflow edge and an oblique, curved, i. does not have rectilinear structuring 205. Furthermore, the blade 1 30 is completely structured. It can also be seen in particular from FIG. 4 that a plurality of blades 130, 140 with different structuring can be used in an impeller of a drum rotor.
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. Figure 5 shows the spiral housing of a drum rotor 330 from the suction port of the impeller 340 ago. The spiral housing is cut centrally, along the line BB. By way of example, only three blades 350 of the impeller 340 are shown, which are located opposite the tapping lip 360. Behind the tap lip 360, the housing channel widens as a jump diffuser 370 toward the outlet opening 380. By means of the dashed line 440 of the wall profile at a hollowed hump 450, indicated. This is explained in more detail in the description passage relating to FIG.
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. FIG. 6 shows a plan view of the outlet cross section 380. Here, the tapping lip is realized in the form of a spiral lip 410. The course of the spiral lip 410 is wavy or serrated. The symbol 390 designates the center line of the spiral housing 330. In the prior art, the spiral lip 410 extends as a slightly bent line 405. For clarity, the line 405 is drawn above the line 410. The structuring is in the present embodiment, a wavy version 410 with valleys 50 and ridges 40th
Einen unregelmäßigen Verlauf 420 einer Abgriffslippe zeigt Figur 7, welcher An irregular profile 420 of a tapping lip is shown in FIG. 7, which shows
insbesondere auch unsymmetrisch zur Mittellinie 390 ausgebildet ist. Zum Vergleich ist unterhalb des Verlaufes 420 der durchgebogene Verlauf 405 bekannter Spirallippen 410 dargestellt. in particular also asymmetrical to the center line 390 is formed. For comparison, the bend-shaped course 405 of known spiral lips 410 is shown below the course 420.
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 Figure 8 shows a section 480 of the spiral housing 330 in the region of the tap, in two variants. On the one hand in the realization of the tap in the form of a conventional tap lip 360 and when using a spiral lip 360. First, a section through a tooth-shaped projection 450 of the spiral lip 360 is shown, such as a section along the line BB of Figure 6. In the normal case, the wall course 435 not hollowed out to the wall in the jump diffuser 500 out. In oblique lip case, the wall course 440 is hollowed out to the course of the wall in the jump diffuser 500. The profiling 460 creates a round transition between
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 In other words, the wall course 440, 445 is also structured in the wall area behind the spiral lip 360 to the inlet 520 from the impeller back. In this case, the hollowed-out hump provided with the code 450 results. FIG. 9 again shows in a spatial representation a structured spiral tapping with a massive projection 510 and a hollow, approximately centrally cut-back projection 5. The tapping divides the inflow space 520 from the outflow space 530. The dotted line 540 is an axis-parallel straight line. At this line, two flow vectors 550, 560 are shown at different axial positions. The flow 550 flows into the outflow 530, the flow 560 in the
Einströmraum 520. Inflow space 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. A plan on two axial sections is marked 570,580. A massive tap shows the cut 580. This is the normal case described above. It can be a massive spiral tongue or a massive hump. The oblique lip fall, ie a hollow tap, is represented by the cut 570 through a hollowed out hump.
Figur 10 zeigt verschiedene Strukturierungsmöglichkeiten an Flächen, mitteis FIG. 10 shows various structuring possibilities on surfaces, middle part
Umbördelungen 590, Rauhigkeiten 600 und Zacken 610. Beading 590, roughness 600 and serrated 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 FIG. 11 shows that these structuring possibilities can be provided both on the edges 620 and on the surface 630. The structuring on the surface is preferably aligned in the direction of the flow 640
Figur 12 zeigt beispielhaft eine Tragfläche 650 mit Strukturierung, welche im FIG. 12 shows, by way of example, an aerofoil 650 with structuring which is shown in FIG
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. Root area 660 has roughness changes 670 of the surface near the separation point. These are formed in the middle region of the wing 680 in the vicinity of the trailing edge 690 in the form of waves 700 and in the region of the wing tip 710 a continuous structuring 720 is realized. An influence on the boundary layer within the structured regions can take place via a suction at the trailing edge 690, by suction via hole lines 730, individual holes 735, via slots 740, 745 or via a porous field 750. Likewise, other forms of boundary layer control can be used instead of suction.
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 Boundary layer control in general, symbolized here as ellipse 470, takes place on preferably in the area of the valleys 50 or in the areas between the roughnesses 55 instead. These smooth regions 55 between the roughnesses could also be referred to as roughness valleys. Slits 745 for boundary layer control by means of suction can run in wing longitudinal direction or perpendicular to the flow 640 near or at the trailing edge 690. The slots 740 can also run parallel to the convergence lines or to the talllines 50, 55. The use of
Strukturierung macht im Wurzelbereich 660 und im mittleren Bereich 680 eines Tragflügels besonders im Zusammenwirken mit Grenzschichtbeeinflussung Sinn. Structuring makes sense in the root area 660 and in the middle area 680 of a wing, especially in conjunction with boundary layer control.
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 Figure 1 3 shows a wavy profile in which both the surface 770 and the edges 780 are corrugated. The Grenzschichtabsaugung can be done via a perforated box 790 or 745 740 slots. It is essential that the suction is based on the direction of the ridges 40 and valleys 50, which is the orientation of the longitudinal vortices 760 in FIG
Richtung der Strömung 640 anregen. In der Regel sollte sich die Absaugung bzw. Stimulate direction of flow 640. As a rule, the suction or
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. Boundary layer influence are located in the valleys. However, there may also be cases where an arrangement of boundary layer control agents, e.g. the slots 745, 740, makes sense in the burrs.
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. Figure 14 shows as an example of construction the impeller of a drum rotor 810 with sections of corrugated blades 820. In particular, the blades 820 are corrugated in the outlet opening of a spiral housing and the corrugation extends approximately over at least one third of the width of the blades 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. Figure 1 5 shows a side view of the volute casing 840 of a drum rotor. The outlet side is marked 870. The region of the tap is denoted by the symbol 830.
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. FIG. 16 shows a plan view of the centrally cut-open housing according to FIG. 1. Only the serrated region of the tapping lip, ie the row of serrations 850, are shown in full width for clarity. Figure 1 7 shows the volute casing 840 as a view of the Ausblasseite 870. The abbreviation 850 is turn the Serrated series. FIG. 18 shows an oblique view of the spiral housing 840 and the row of teeth 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. In Figure 19, the prongs are shown separated from the Cehäuseinneren in a perspective view. It will be appreciated that the serrations 860 are hollowed out, i. between the teeth walls 880, the cavity 890 is located.
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 FIG. 20 shows a section of a suction device, which is supported by means of blow-out 900 above a surface 910. The outflow slot 920 is connected to a pressure chamber 930. 940 designates the suction or filter surface and 950 the
Absaugströmung. Aspiration.
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 In Figure 21, this suction device is shown in a perspective view, wherein in the left half of the drawing, the embodiment according to the prior art is shown. The right half of the drawing shows a structured, wavy one
Ausströmoberfläche 915. Dabei kann der Ausströmschlitz 920, ebenfalls eine wellige Strukturierung 925 aufweisen oder durch Ausström löcher 960 ersetzt werden. Outflow surface 915. In this case, the outflow slot 920, also have a wavy structuring 925 or holes 960 by Ausström be replaced.
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. The invention has been described above by means of an embodiment. It is understood that numerous modifications and variations of the invention are possible without departing from the inventive concept.
Bezugszeichenliste strukturierte Oberfläche List of reference structured surface
Buckel  humpback
An ström kante  At flow edge
Grate  Bone
Täler  Valleys
Bereiche zwischen den Rauhigkeiten  Areas between the roughnesses
gleichmäßige Anströmung uniform flow
schnellere Strömung faster flow
langsamere Strömung slower flow
Längswirbel  longitudinal vortices
gebogener Strukturierungsverlauf curved structuring course
veränderlicher gebogener Strukturierungsverlaufvariable curved structuring course
Wellenlinie wavy line
Schnittebene  cutting plane
Schaufel  shovel
Schaufel  shovel
Strömung durch Schaufeln  Flow through blades
Mittellinie  center line
Einströmring  Einströmring
Laufrad  Wheel
Ende der Schaufei zur Ansaugöffnung hin End of the Schaufei to the intake port
Strukturierungsverläufe gerade Structuring gradients straight
Strukturierungsverläufe nicht geradlinig  Structuring patterns not straightforward
Profil  profile
Halbkreisprofil aus Kunststoff  Semicircular profile made of plastic
Halbkreisprofil aus Blech  Semicircular profile made of sheet metal
Blechschaufei  Blechschaufei
Aufsicht von Anströmrichtung  Supervision of the direction of flow
Schaufel Schaufel shovel shovel
Schaufel shovel
Schaufel shovel
Schaufel mit periodischer oder fast periodischer Strukturierung zackige Kante Shovel with periodic or almost periodic structuring ragged edge
gerade Kante Straight edge
Spiralgehäuse volute
Ansaugöffnung Laufrad Intake opening Impeller
Schaufeln shovel
Abgriffslippe Abgriffslippe
Sprungdiffusor jump diffuser
Austrittsöffnung outlet opening
Mittellinie center line
Wand strahl Wall beam
Verlauf der Spirallippe als durchgebogene Linie Course of the spiral lip as a bent line
welliger Verlauf der Spirailippe wavy course of Spirailippe
unregelmäßiger, unsymmetrischer Verlauf der Spirallippe Wandverlauf, Buckel nicht ausgehöhlt irregular, asymmetrical course of the spiral lip wall course, hump not hollowed out
Wandverlauf, Buckel ausgehöhlt Wall path, hump hollowed out
Wandverlauf, Buckel ausgehöhlt Wall path, hump hollowed out
Buckel humpback
Profilierung profiling
Grenzschichtbeeinflussung Boundary layer control
Ausschnitt neckline
Wandlverlauf im Sprungdiffusor Wandlverlauf in jump diffuser
strukturierter Abgriff, massiver Buckel structured tap, massive hump
strukturierter Abgriff, hohler Buckel structured tap, hollow hump
Einströmraum inflow
Ausströmraum outflow
Linie achsparallel Line paraxial
Strömungsvektor in Ausströmraum Strömungsvektor in Einströmraum Flow vector in outflow space Flow vector in inflow space
Schnitt Normalspirale oder massiver Buckel Cut normal spiral or massive hump
Schnitt ausgehöhlter Buckel Cut hollowed out hump
Fläche mit Umbördelungen  Surface with beadings
Fläche mit Rauhigkeitsänderung  Surface with roughness change
Fläche mit Zähnen  Surface with teeth
Strukturierung an Kanten  Structuring on edges
Strukturierung auf Oberfläche  Structuring on surface
Anströmung  inflow
Tragfläche mit Strukturierung  Wing with structuring
Wurzelbereich  root area
Rauhigkeitsänderungen  Rauhigkeitsänderungen
mittlerer Bereich des Flügels middle area of the wing
Hinterkante  trailing edge
Wellen  waves
Fläche mit Zähnen  Surface with teeth
Strukturierung an Kanten  Structuring on edges
Lochlinien  hole lines
einzelne Löcher individual holes
Schlitze  slots
Schlitze  slots
poröses Feld porous field
Längswirbel  longitudinal vortices
Oberfläche  surface
Kanten  edge
Lochfeld  Lochfeld
Wellen  waves
Laufrad Konstruktionsbeispiel  Impeller design example
gewellte Schaufeln corrugated blades
Bereich des Abgriffes  Area of the tap
Spiralgehäuse Zackenreihe volute pink series
Zacken  Pink
Ausblasseite  air outlet
Zackenwände  pink walls
Hohlraum  cavity
Ausblasung  Blow out
Oberfläche  surface
wellige Oberflächewavy surface
Ausströmschlitz welliger Ausström schlitzOutflow slot wavy outflow slot
Druckraum pressure chamber
Absaug- bzw. Filterfläche Suction or filter surface
Absaugströmung aspiration
Ausströmlöcher  outflow holes

Claims

Patentansprüche claims
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 Method for influencing the flow behavior of turbomachines, in particular fan or suction devices, wherein the turbomachine has a flow-guiding surface with at least one structured surface section (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515), characterized in that at least in the
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. Surface areas of the turbomachine, in which the flow is detached from the surface and / or turbulent flows occur, by means of a structured surface portion (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 515) longitudinal vortex be generated over which the flow is structured.
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. A method according to claim 1, characterized in that the structuring (100, 105, 205) of the structured surface portion (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 51 5) along the direction the flow (60) is oriented.
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 A method according to claim 1 or 2, characterized in that by a structured surface portion (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 51 5) at least two flows with different
Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt werden. Flow rates are generated.
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. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the region of the structured surface portion (10, 200, 205, 250, 260, 270, 280, 290, 300, 360, 510, 51 5) at least partial blowing and / or or sucking off the flow is performed.
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. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a wave-like, a plurality of mutually parallel projection or ridges (40) and valleys (50) exhibiting surface portion is generated.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein strukturierter Oberflächenabschnitt mit periodischer oder unregelmäßiger 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a structured surface portion with periodic or irregular
Strukturierung erzeugt wird.  Structuring is generated.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass 7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that
mittels der strukturierten Oberflächenabschnittes eine Über- und/oder  by means of the structured surface section an over- and / or
Unterströmung erzeugt wird.  Undercurrent is generated.
8. Gebläse- oder Absaugvorrichtung umfassend zumindest ein Gehäuse, 8. blower or suction device comprising at least one housing,
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.  in particular spiral housing (330), with at least one suction opening (340) and at least one outlet opening (380), a drum rotor (180) accommodated rotatably about a rotation axis in the housing (330) and having a plurality of blades (350) and a tapping rib (360) , characterized in that at least in the region of the suction opening (340) and / or in the region of the tapping rib (360) at least one structured surface region (410, 460) is provided for generating longitudinal vortices.
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. 9. Blower or suction device according to claim 8, characterized in that at least the suction opening (340) facing surface portions of the blades (350) of the drum rotor (180) are structured.
10. Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch 10. Blower or suction device according to claim 8 or 9, characterized
gekennzeichnet, dass zumindest der den Schaufeln (350) des Trommel läufers (1 80) zugewandte Oberflächenabschnitt der Abgrifflippe (360) strukturiert ist.  in that at least one of the blades (350) of the drum rotor (1 80) facing surface portion of the Abgrifflippe (360) is structured.
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. 1 1. Blower or suction device according to one of claims 8 to 10, characterized in that the structured surface portions (410, 460) through Shafts (40, 50), bosses (20), serrations (610), flanges (590), changing roughness changes (600), variable burrs and / or edges are formed.
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. 12. Blower or suction device according to one of claims 8 to 1 1, characterized in that the structuring has a periodic course (300) or irregular course (420).
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. 13. Blower or suction device according to one of claims 8 to 12, characterized in that the course of structuring results from a superposition of periodic and irregular progressions.
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. 14. Blower or suction device according to one of claims 8 to 1 3, characterized in that the structuring (100, 105, 205) is oriented in the direction of flow and / or that for guiding the flow in a predetermined flow direction {91 5 , 770) is formed.
1 5. Dunstabzugsvorrichtung mit einer Gebläse- oder Absaugvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14. 1 5. extractor device with a blower or suction device according to one of claims 8 to 14.
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