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Dokumentenidentifikation DE102005053480A1 16.05.2007
Titel Brandschutzklappe mit Strömungsprofil
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 München, DE
Erfinder Rambausek, Norbert, 71263 Weil der Stadt, DE;
Krämer, Michael, 73441 Bopfingen, DE;
Brandstätt, Peter, Dr., 73650 Winterbach, DE
DE-Anmeldedatum 09.11.2005
DE-Aktenzeichen 102005053480
Offenlegungstag 16.05.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.05.2007
IPC-Hauptklasse A62C 2/12(2006.01)A, F, I, 20051109, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F24F 13/14(2006.01)A, L, I, 20051109, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft eine Brandschutzklappe für Strömungskanäle, mit mindestens einem Klappenblatt (2), welches in geöffnetem Zustand der Brandschutzklappe im Wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung im Strömungskanal angeordnet ist, welches sich dadurch auszeichnet, dass in Strömungsrichtung vor und/oder hinter dem mindestens einen Klappenblatt (2) ein Strömungsprofil (3) angeordnet ist, welches geeignet ist, den Strömungswiderstand und/oder die Schallentwicklung der geöffneten Brandschutzklappe zu senken.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Brandschutzklappe mit aerodynamisch geformtem Strömungsprofil zur Minimierung von Druckverlust und Strömungsgeräusch bei Luftströmung, das in geöffneter Position des Klappenblattes in Strömungsrichtung vor dem Klappenblatt oder vor und hinter dem Klappenblatt platziert ist. Dabei ist das Strömungsprofil so geformt und eingebaut, dass keine Beeinflussung der Funktion der Brandschutzklappe entsteht, indem das Strömungsprofil unabhängig vom Schließen des Klappenblattes in seiner Position verbleibt.

Stand der Technik

Brandschutzklappen in Lüftungssystemen von Gebäuden verhindern, dass sich Feuer und Rauch in andere Geschosse oder Brandabschnitte ausbreiten. Häufig wird dazu eine schwenkbare nichtbrennbare Klappe eingesetzt, die bei Auslösung das Lüftungssystem dicht verschließt. Um eine entsprechende ausreichende Dichtigkeit zu erhalten ist die Formgebung des Klappenblattes primär für den Lastfall konzipiert und nur sekundär für den sonstigen Betrieb in einem Lüftungssystem. Klappenblätter haben daher rechteckige Kanten, die mit dem umgebenden Kanal dicht schließen. Zusätzliche elastische Dichtungsebenen (z.B. Gummilippen) am Klappenblatt erhöhen die Dichtigkeit im Lastfall.

Bei typischen Strömungsgeschwindigkeiten von nur wenigen Metern pro Sekunde im Luftleitungssystem erzeugen solche Klappenblätter und deren Anbauten deutlich hörbare Strömungsgeräusche und einen mit dem Quadrat der Strömungsgeschwindigkeit, mit der Luftdichte und mit der Druckverlustzahl ansteigenden Druckverlust. Von diesen Parametern ist die Druckverlustzahl ein gestalterisch beeinflussbarer Proportionalitätsfaktor, der die Verluste durch das Umströmen der Klappe wiedergibt. Die größten Druckverluste entstehen bei der Anströmung auf das Klappenblatt. Die Verluste bei der Abströmung am Ende der Klappe sind von geringerer Bedeutung. Die Reibungsverluste durch die Wandrauhigkeit des Klappenblattes sind meist vernachlässigbar.

Der mit der Strömung verbundene Schall entsteht in Form von Turbulenzgeräuschen bei der Anströmung des Klappenblattes, sowie durch die Strahlzone am Ende des Klappenblattes. Die Strahlzone entspricht einer so genannten akustischen Dipolquelle, bei der die Schalleistung mit der sechsten Potenz der mittleren Strömungsgeschwindigkeit anwächst.

Typische Brandschutzklappen, wie in DE 299 18 127 und DE 197 05 950 beschrieben, werden hinsichtlich ihrer Bauform und insbesondere ihrer Auslösung im Lastfall betrachtet und sind nach dem Stand der Technik bekannt.

Eine strömungsangepasste Ausführung zur signifikanten Verbesserung der aerodynamischen und aero-akustischen Eigenschaften wurde bislang nicht realisiert.

Aufgabe der erfindungsgemäßen Brandschutzklappe mit Strömungsprofil ist es daher, die aerodynamischen und aero-akustischen Eigenschaften von Brandschutzklappen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 mit minimiertem technischen Aufwand zu verbessern.

Beschreibung der Erfindung

Die Aufgabe wird durch eine Brandschutzklappe gemäß dem unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Brandschutzklappe ist für Strömungskanäle geeignet. Sie weist mindestens ein Klappenblatt auf, welches in geöffnetem Zustand der Brandschutzklappe, dies ist der Normalzustand, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung angeordnet ist.

Unter einer parallelen Ausrichtung ist hierbei zu verstehen, dass die Plattenflächen, welche bei geschlossener Brandschutzklappe die Strömung unterbrechen sollen, parallel zur Strömungsrichtung angeordnet sind. Damit ergeben sich aber Seitenflächen, die aus der Dicke des Klappenblatts herrühren, die im geöffneten Zustand von der Strömung direkt angeströmt werden. Dies führt zu einem Strömungswiderstand und zu einer Schallentwicklung der geöffneten Brandschutzklappe. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen vor und/oder hinter dem mindestens einen Klappenblatt ein Strömungsprofil anzuordnen, womit der Strömungswiderstand und/oder die Schallentwicklung reduziert werden kann. Hierbei sind verschiedene, dem Fachmann geläufige Formen eines Strömungsprofils denkbar.

Hier wird der Begriff "Brandschutzklappe" verwendet, da derartige Schutzklappen üblicherweise als Brandschutzklappen eingesetzt werden. Darunter können aber grundsätzlich auch Ausführungsformen fallen, die nicht zum Brandschutz, sondern für andere Schutzzwecke, etwa zum Schutz vor giftigen Gasen bei Störfällen dienen.

Durch ein Strömungsprofil ist auch eine Reduktion der Staubablagerung erreichbar. Dies kann auch die Zuverlässigkeit des Schließens im Bedarfsfall verbessern.

Es versteht sich, dass auch Ausführungen denkbar sind, bei der in einem Kanal mehrere Klappenblätter neben- oder untereinander angeordnet sind. Es ergibt sich in diesen Fall eine Art Jalousie. Es kann dann vor und/oder hinter jedem Klappenblatt ein Strömungsprofil angeordnet sein.

Das Strömungsprofil kann so ausgebildet sein, dass eine Anströmung von am Klappenblatt befindlichen elastischen Anbauten, wie beispielsweise Dichtungen, verhindert wird. Dies führt zu einer weiteren Reduktion des Strömungswiderstands und der Geräuschentwicklung.

In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Strömungsprofil keine feste Verbindung zu dem mindestens einen Klappenblatt. Damit bleibt die Funktion des Klappenblatts unbeeinflusst. Ein sicheres Schließen der Brandschutzklappe im Bedarfsfall ist also unverändert gewährleistet.

Es bietet sich an, das Klappenblatt so anzuordnen, dass im geöffneten Zustand der Brandschutzklappe die Strömung an den beiden, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung liegenden Seiten des Klappenblatts vorbeiströmen kann. Damit ist beispielsweise eine mittige Anordnung des Klappenblatts möglich. Damit kann eine Lagerung und der Antrieb des Klappenblatts in der Nähe oder direkt auf einer der Hauptträgheitsachsen des Klappenblatts erfolgen.

Bevorzugt wird ein Strömungsprofil gewählt, dass optimiert ist, den Strömungswiderstand und/oder die Schallentwicklung der geöffneten Brandschutzklappe zu senken. Hierfür ist eine aerodynamisch und/oder aero-akustisch günstige Form zu wählen. Je nach genauen Strömungsverhältnissen bietet sich eine geschlossene, oder eine nicht geschlossene oder eine massive Gestalt des Strömungsprofils an.

Da die Strömungsverhältnisse in Strömungsrichtung vor und hinter dem mindestens einen Klappenblatt unterschiedlich sind, ist es häufig vorteilhaft unterschiedliche Strömungsprofile an den genannten Stellen vorzusehen.

Eine weitere Verbesserung des Schallschutzes wird erreicht, wenn das Strömungsprofil zumindest teilweise mit einer schalldämpfenden Oberfläche versehen ist. Unter einer schalldämpfenden Oberfläche ist hier, wie fachüblich, eine Oberfläche zu verstehen, welche eindringenden Schall zumindest teilweise absorbiert, d.h. in Wärme umwandelt. Es versteht sich, dass unter dem Begriff "Oberfläche" hier der oberflächennahe Bereich gemeint ist, d.h. die schalldämpfende Oberfläche hat selbstverständlich eine räumliche Ausdehnung.

Eine günstige Ausführungsform für eine schalldämpfende Oberfläche ist es, einen mikroperforierten Absorber vorzusehen. Die Funktionsweise mikroperforierter Absorber ist hinlänglich bekannt und wird daher im Rahmen dieser Anmeldung nicht beschrieben.

Es ist aber auch möglich einen konventionellen Absorber zu verwirklichen, bei dem gelochtes Material das Absorbermaterial umhüllt. Das gelochte Material muss so ausgeführt sein, dass der Schall aufgrund des Lochflächenanteils nahezu ungehindert in das Absorbermaterial eindringen kann und dort absorbiert werden kann.

Eine Quelle für den Strömungswiderstand, insbesondere aber von Geräuschen bei geöffneter Brandschutzklappe ist der Umstand, dass sich in der Klappenblattebene zwischen dem Klappenblatt und dem Brandschutzklappengehäuse Freiräume ausbilden, da das Klappenblatt nicht die gesamte Breite des Brandschutzklappengehäuses einnimmt. Um an den dort vorhandenen seitlichen Freiräumen entstehende Strömungsgeräusche zu minimieren ist es sinnvoll an den Strömungsprofilen in Strömungsrichtung vor und/oder hinter den genannten Freiräumen An- und Abströmvorrichtungen anzuordnen.

Nachfolgend werden anhand der Zeichnungen die Erfindung und Ihre Vorteile mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigen

1 Schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Brandschutzklappe mit Strömungsprofil 3 vor dem schwenkbaren Klappenblatt 2

2 Gemessene Schalleistungspegel einer Brandschutzklappe mit und ohne Strömungsprofil 3 in Abhängigkeit von der Anströmgeschwindigeit

3 Gemessene Druckverluste einer Brandschutzklappe mit und ohne Strömungsprofil 3 in Abhängigkeit von der Anströmgeschwindigeit

4 Schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Brandschutzklappe mit mikroperforiertem oder gelochtem und mit Absorbermaterial hinterlegtem Strömungsprofil 3 vor dem schwenkbaren Klappenblatt 2

Kern der erfindungsgemäßen Brandschutzklappe ist ein Strömungsprofil 3, das fest mit den Seitenwänden des Brandschutzklappengehäuses 1 verbunden, 1, und strömungsgünstig vor oder vor und hinter dem Klappenblatt 2 platziert ist. Es existiert jedoch keine feste Verbindung von Klappenblatt 2 und Strömungsprofil 3. Das Klappenblatt 2 der Brandschutzklappe bleibt in seiner Form und Funktion unbeeinflusst. Bei geöffneter Brandschutzklappe reduziert das Strömungsprofil 3 den Druckverlust und das Strömungsgeräusch, 2 und 3.

Die Geräuschminderung ist gerade bei niedrigen Anströmgeschwindigkeiten bereits erheblich und bleibt mit zunehmender Anströmgeschwindigkeit auf etwa gleichem Niveau. Je nach Anwendungsfall ist für eine solche Geräuschminderung sonst ein Schalldämpfer mit beachtlichem Bauvolumen erforderlich. Dieser Schalldämpfer verursacht wiederum einen unerwünschten Druckverlust. Im Gegensatz dazu verbessert das Strömungsprofil 3 noch die Druckverlustbilanz der Lüftungsanlage.

Die Form des Strömungsprofils 3 kann so gewählt werden, dass zusätzliche elastische Anbauten am Klappenblatt 2 nicht mehr angeströmt werden. Dies reduziert den Druckverlust und das Strömungsgeräusch weiter. Gleichzeitig wird durch diese Verbesserung auch die Staubablagerung und Verschmutzung in der Brandschutzklappe, durch geringere Wirbelablösungen am Klappenblatt 2 weiter minimiert. Um eine Geräuscherzeugung des Strömungsprofils 3 zu vermeiden müssen Freiräume zwischen Klappenblatt 2 und Gehäuse 1 strömungsgünstig abgedeckt bzw. An- und Abströmprofile angebracht werden. Aufgrund des modularen Charakters des Strömungsprofils 3 ist es möglich auch eine nachträgliche Installation in eine bereits existierende Brandschutzklappe vorzunehmen.

Aus akustischer Sicht ist ein Strömungsprofil 3 aus mikroperforiertem Blech vorteilhaft, da sich so eine Art zusätzlicher Schalldämpfereffekt erzielen lässt. In ähnlicher Weise ist ein normal gelochtes Blech mit hinterlegtem porösem Absorbermaterial zu verstehen.

Die oben beschriebene Anordnung bietet insbesondere folgende Vorteile gegenüber dem Stand der Technik:

  • – Verringerung des Druckverlustes und der Strömungsgeräusche im Vergleich zu konventionellen Brandschutzklappen,
  • – integrierter Schalldämpfereffekt bei z.B. mikroperforierter Ausbildung des Strömungsprofils 3,
  • – Verminderung der Schmutz und Staubablagerung in der Brandschutzklappe, aufgrund der verminderten Wirbelablösungen am Klappenblatt 3.

1
Brandschutzklappengehäuse
2
Klappenblatt
3
Strömungsprofil


Anspruch[de]
Brandschutzklappe für Strömungskanäle, mit mindestens einem Klappenblatt, welches in geöffnetem Zustand der Brandschutzklappe im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung im Strömungskanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor und/oder hinter dem mindestens einen Klappenblatt (2) ein Strömungsprofil (3) angeordnet ist, welches geeignet ist, den Strömungswiderstand und/oder die Schallentwicklung der geöffneten Brandschutzklappe zu senken. Brandschutzklappe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsprofil (3) keine feste Verbindung zu dem mindestens einen Klappenblatt (2) aufweist. Brandschutzklappe nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Klappenblatt (2) im geöffneten Zustand der Brandschutzklappe so angeordnet ist, dass die Strömung an den beiden, im wesentlichen parallel zur Strömungsrichtung liegenden Seiten, des Klappenblatts (2) vorbeiströmen kann. Brandschutzklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsprofil (3) optimiert ist, den Strömungswiderstand und/oder die Schallentwicklung der geöffneten Brandschutzklappe zu senken. Brandschutzklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung vor und hinter dem mindestens einen Klappenblatt (2) unterschiedliche Strömungsprofile (3) angeordnet sind. Brandschutzklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungsprofil (3) zumindest teilweise mit einer schalldämpfenden Oberfläche versehen ist. Brandschutzklappe nach einem Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass die Oberfläche des Strömungsprofils (3) einen mikroperforierten Absorber aufweist Brandschutzklappe nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Strömungsprofils (3) gelochtes Material aufweist, welches Absorbermaterial umhüllt. Brandschutzklappe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bereichen des Strömungsprofils (3), die sich bei geöffneter Brandschutzklappe in Strömungsrichtung vor und/oder hinter Freiräumen zwischen Brandschutzklappengehäuse (1) und Klappenblatt (2) und in der Klappenblattebene befinden, An-und Abströmvorrichtungen angeordnet sind. Strömungsprofil (3) für eine Brandschutzklappe nach einem der vorhergehenden Ansprüche.






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