EP1555440A2 - Förderorgan, insbesondere Rotor oder Stator, zur Förderung eines fliessfähigen, vorzugsweise gasförmigen, Mediums - Google Patents

Förderorgan, insbesondere Rotor oder Stator, zur Förderung eines fliessfähigen, vorzugsweise gasförmigen, Mediums Download PDF

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EP1555440A2
EP1555440A2 EP04029745A EP04029745A EP1555440A2 EP 1555440 A2 EP1555440 A2 EP 1555440A2 EP 04029745 A EP04029745 A EP 04029745A EP 04029745 A EP04029745 A EP 04029745A EP 1555440 A2 EP1555440 A2 EP 1555440A2
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EP
European Patent Office
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circumferential distance
blades
circumferential
distance
group
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EP04029745A
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EP1555440B1 (de
EP1555440A3 (de
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Jan Krüger
Frank Castor
Manfred Nicolai
Thomas Rose
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Eberspaecher Climate Control Systems GmbH and Co KG
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J Eberspaecher GmbH and Co KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
    • F04D29/661—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/666—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing especially adapted for elastic fluid pumps by means of rotor construction or layout, e.g. unequal distribution of blades or vanes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/541—Specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/542—Bladed diffusers
    • F04D29/544—Blade shapes

Definitions

  • the present invention relates to a conveying member, so for example a Rotor or a stator, through which a fluid medium, in general a gaseous medium, for example, but also a liquid medium, is promoted.
  • a half-shell-like ausgestaltetes Conveyor wheel with a plurality of circumferentially about an axis of rotation
  • This conveyor wheel is equipped with successive blades.
  • This Conveyor wheel rotates with its bearing the blades over a field Ring channel on a housing, facing at its the conveyor wheel Side is open. Due to the rotation of the feed wheel, the air to be conveyed aspirated through an inlet opening, compressed or preceded and discharged again in the region of an outlet opening.
  • a so-called breaker through which the otherwise annular continuous, provided in the housing Channel is interrupted.
  • Periodic excitations are generated.
  • the excitation frequency corresponds to the speed of the feed wheel multiplied by the number of provided on the feed wheel blades.
  • Schneidenton with a characteristic frequency For example, be generated in the range of about 1500 Hz, the other Sound spectrum is superimposed and clear about this spectrum protrudes. To the perceptibility of this sound or such sounds to reduce mufflers are often used to the Transporting the noise in the conveyed medium, ie the air, too difficult.
  • a conveying member in particular a rotor or a stator, for conveying a flowable medium provide, by which conveyor organ production more characteristic Noise can be further reduced.
  • a conveying member in particular Rotor or stator, to promote a flowable, preferably gaseous medium comprising a plurality of in a circumferential direction around a central axis with circumferential spacing on each other following arranged blades, wherein in at least a part of the Shovels comprehensive group of directly in a circumferential direction successive blades either a first circumferential distance or a second one different from the first circumferential distance Circumferential distance to a circumferentially following each blade is provided and wherein between at least two directly adjacent blades, the first circumferential distance is provided and between at least two immediately adjacent blades the second circumferential distance is provided.
  • the blades of the group of blades in the circumferential direction is the sequence of first circumferential distance and second Perimeter distance of a pseudorandom binary sequence or a partial sequence thereof, each of the two binary states being circumferentially spaced first circumferential distance and second circumferential distance equivalent.
  • first circumferential distance and second circumferential distance occurs in the group of blades at a frequency of 0.5 ⁇ 2 Z, and the other circumferential distance of first circumferential distance and second circumferential distance at a frequency of 0.5 ⁇ 2 Z - 1 occurs.
  • the group of blades includes all blades and is also closed ring-like, i.e. at the conveying member at all only the first circumferential distance and the second circumferential distance occur, corresponds to that of the group of Shovels, so all shovels, occupied the entire angular range Angular range of 360 °.
  • the first blade and the last blade is not the first circumferential distance or the second Circumferential clearance provided or does not include the group of blades all blades, so is the occupied by this group angle range of the first bucket to the last bucket of the group of buckets basically less than 360 °.
  • first circumferential distance and the second circumferential distance may not occur with the same frequency and insofar as it can be ensured by introducing the correction term ⁇ that all blades of the group in each case to the following in the circumferential direction Vane of the group either the first or the second circumferential distance can have.
  • the feed wheel 10 has on a hub 12, which likewise represents a shell or a housing of the feed wheel 10, a plurality of circumferentially about a rotational axis or a center A of this feed wheel 10 successively distributed blades S1-S7. It can be seen that the vanes immediately following one another in the circumferential direction U either have a circumferential spacing a from one another or a circumferential spacing b. This results in a sequence of circumferential distances a, b, which is represented by the binary sequence: aaabab b.
  • the term "circumferential distance” means which circumferential position or relative circumferential position occupy the individual blades S i on the conveying member.
  • the circumferential distance insofar as it is represented as an angular distance, can represent the circumferential angle between two reference points or reference areas on the blades under consideration, the reference points or reference areas to be selected on the different blades corresponding to each other.
  • the arrangement of the individual blades S i in the sequence specified ensures that the noises generated during movement past a stationary assembly, such as the breaker of a side channel blower, form a continuous spectrum essentially in the form of a white noise, without at certain frequencies outstanding peaks in the spectrum would be present.
  • a stationary assembly such as the breaker of a side channel blower
  • FIG. 2 shows a section which shows two blades S i and S i + 1 which follow one another immediately after one another. These have the angular distance b to each other.
  • This angular distance b is composed of a total of three angle components. This is on the one hand an angle ⁇ 0 , and on the other hand are two smaller angles ⁇ and ⁇ .
  • the angle ⁇ 0 corresponds to a basic angle, which can be determined, for example, by dividing the total available angular range of 360 ° by the number n of blades or circumferential distances a, b present in the conveying wheel 10. In the case of the feed wheel 10 of FIG. 1, the number n would be equal to 7, so that for the basic angle ⁇ 0, a value of about 51.4 ° results.
  • the angle ⁇ represents a change angle by which the immediately consecutive blades S i and S i + 1 are basically shifted with respect to each other starting from the basic angle ⁇ 0 to each other.
  • the change angle ⁇ is added to the basic angle ⁇ 0 .
  • the larger angular distance b occurs only three times, while the smaller angular distance a occurs four times. This is, among other things, a consequence of the fact that in each pseudorandom binary sequence, which basically has an odd number of terms, one of the binary states occurs once more than the other binary state.
  • the binary state a so the smaller angular distance a, once more often exists, as the angular distance b. If one were to reduce or increase the basic angle ⁇ 0 for determining the angular distances a and b by the magnification angle ⁇ , which may be 5 ° in an assumed example, this would result in an angle of approximately 46.4 ° for the angular distance a and for the angular distance b is an angle of about 56.4 °. In the conveyor wheel 10 shown in Fig. 1, this would give a total angle of about 355 °, since once more 5 ° are deducted, as to be counted.
  • a correction term ⁇ is introduced, which is defined by the Size of the enlargement angle ⁇ divided by the number of blades or the spaces between them, ie in the assumed case is about 0.7 °.
  • This correction term ⁇ is added to each angle ⁇ 0 + ⁇ or ⁇ 0 - ⁇ in order to come back to 360 ° in the sum. If the angular distance b were present with the frequency 4, while the angular distance a would then be present with the frequency 3, the same procedure could be used.
  • the correction term ⁇ would have a negative sign and thus would generally lead to a reduction of the mutual angular distances. For example, if one of the angular distances a, b were present at a frequency greater than 1 greater than the frequency of the other angular distance, this would be possible if the distribution deviated from a pseudorandom binary sequence and moved to any other binary sequence Thus, the correction term ⁇ would result from the angle of change ⁇ multiplied by the frequency difference (in the case described above this was 1) and divided by the number of blades or the spaces between them.
  • the basic angle ⁇ 0 basically corresponds to the angle covered by the group of blades in which the relative distance is selected according to a binary sequence.
  • this basic angle ⁇ 0 can be divided by dividing the total angle by the number of blades and thus also the number of spaces between the individual blades be determined.
  • the addressed correction term ⁇ is not introduced such that there is a different circumferential distance between the first blade and the last blade, the basic angle ⁇ is 0 between the individual blades of the group of blades by dividing the angle occupied by the group of blades by the number of blades reduced by the number 1 when the group of blades is terminated by the first blade leading to a subsequent blade does not have the first circumferential distance or the second circumferential distance, since then a blade more than circumferential distances is present.
  • the group of blades is defined by the blades each having the circumferential clearance thereon in the circumferential direction, then in the circumferential direction the group of blades does not end with a blade but a circumferential distance, so that there are as many circumferential clearances as blades in the group are and thus the sharing is done only by the number of blades and thus the number of circumferential distances.
  • the group of blades is not closed in an annular manner and in that there is an angular distance or distance between at least two blades of the impeller, which is different from the two distances occurring in the group of blades, the introduction of the addressed correction terms ⁇ be waived.
  • a conveying wheel 10 in which the conveying blades S1-S7 are arranged in accordance with the specification of a third-order pseudorandom binary sequence.
  • one of the 15 possible third-order pseudorandom binary sequences would be given by aaaababaabbabb b.

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Abstract

Ein Förderorgan, insbesondere Rotor oder Stator, zur Förderung eines fließfähigen, vorzugsweise gasförmigen, Mediums, umfasst eine Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung (U) um eine Zentralachse (A) mit Umfangsabstand aufeinander folgend angeordneten Schaufeln (S1-S7), wobei in einer wenigstens einen Teil der Schaufeln (S1-S7) umfassenden Gruppe von in einer Umfangsrichtung (U) unmittelbar aufeinander folgende Schaufeln entweder ein erster Umfangsabstand (a) oder ein von dem ersten Umfangsabstand (a) sich unterscheidender zweiter Umfangsabstand (b) zu einer in Umfangsrichtung (U) jeweils folgenden Schaufel vorgesehen ist und wobei zwischen wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Schaufeln (S1-S7) der erste Umfangsabstand (a) vorgesehen ist und zwischen wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Schaufeln (S1-S7) der zweite Umfangsabstand vorgesehen ist. <IMAGE>

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Förderorgan, also beispielsweise einen Rotor oder einen Stator, durch welches ein fließfähiges Medium, im Allgemeinen ein gasförmiges Medium, beispielsweise aber auch ein flüssiges Medium, vorangefördert wird.
Beispielsweise bei so genannten Seitenkanalgebläsen, wie sie in Standheizungen oder Zuheizern von Kraftfahrzeugen zum Fördern der Verbrennungsluft zum Einsatz kommen, ist ein halbschalenartig ausgestaltetes Förderrad mit einer Mehrzahl von in Umfangsrichtung um eine Drehachse dieses Förderrads aufeinander folgenden Schaufeln ausgestattet. Dieses Förderrad rotiert mit seinem die Schaufeln tragenden Bereich über einem Ringkanal an einem Gehäuse, der an seiner dem Förderrad zugewandten Seite offen ist. Durch die Rotation des Förderrads wird die zu fördernde Luft durch eine Einlassöffnung angesaugt, komprimiert bzw. vorangefördert und im Bereich einer Auslassöffnung wieder abgegeben. Zwischen der Einlassöffnung und der Auslassöffnung ist ein so genannter Unterbrecher, durch welchen der ansonsten ringförmig durchlaufende, im Gehäuse vorgesehene Kanal unterbrochen ist.
Durch die im Förderbetrieb periodisch auftretende Vorbeibewegung von Schaufeln an feststehenden Komponentenbereichen, wie z.B. dem Unterbrecher, werden periodische Anregungen erzeugt. Die Anregungsfrequenz entspricht dabei der Drehzahl des Förderrads multipliziert mit der Anzahl der am Förderrad vorgesehenen Schaufeln. Durch diese Anregung kann ein so genannter Schneidenton mit einer charakteristischen Frequenz beispielsweise im Bereich von etwa 1500 Hz erzeugt werden, der dem sonstigen Geräuschspektrum überlagert ist und über dieses Spektrum deutlich hinausragt. Um die Wahrnehmbarkeit dieses Tons bzw. derartiger Geräusche zu mindern, werden häufig Schalldämpfer eingesetzt, um das Transportieren der Geräusche in dem geförderten Medium, also der Luft, zu erschweren.
Aus der DE 39 39 957 A1 ist ein Seitenkanalgebläse bekannt, bei dem zum Vermeiden derartiger charakteristischer Geräusche die Schaufeln in unregelmäßigem Relativabstand zueinander angeordnet sind. Hier wird ein Abweichungsbereich des gegenseitigen Abstands im Bereich von +/- 20 % vorgeschlagen, wobei die Verteilung grundsätzlich statistisch sein soll, ggf. sogar lauter unterschiedliche Abstände vorgesehen sein sollen, gleichwohl jedoch das Auftreten einer Unwucht durch entsprechende Schaufelpositionierung verhindert werden soll.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Förderorgan, insbesondere einen Rotor oder einen Stator, zur Förderung eines fließfähigen Mediums vorzusehen, durch welches Förderorgan die Erzeugung betriebscharakteristischer Geräusche weiter vermindert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Förderorgan, insbesondere Rotor oder Stator, zur Förderung eines fließfähigen, vorzugsweise gasförmigen, Mediums, umfassend eine Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung um eine Zentralachse mit Umfangsabstand aufeinander folgend angeordneten Schaufeln, wobei in einer wenigstens einen Teil der Schaufeln umfassenden Gruppe von in einer Umfangsrichtung unmittelbar aufeinander folgenden Schaufeln entweder ein erster Umfangsabstand oder ein von dem ersten Umfangsabstand sich unterscheidender zweiter Umfangsabstand zu einer in Umfangsrichtung jeweils folgenden Schaufel vorgesehen ist und wobei zwischen wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Schaufeln der erste Umfangsabstand vorgesehen ist und zwischen wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Schaufeln der zweite Umfangsabstand vorgesehen ist.
Elementar ist bei der vorliegenden Erfindung, dass durch den Übergang von einer hinsichtlich des gegenseitigen Umfangsabstands statistischen Verteilung der Schaufeln, also im Prinzip des statistischen Auswählens des gegenseitigen Umfangsabstands aus einem beliebigen, gleichwohl begrenzten Umfangsabstandsbereich, zu lediglich zwei möglichen Umfangsabständen zumindest bei einer Gruppe der Schaufeln eine im Vergleich zur statistischen Umfangsverteilung mit einer Vielzahl beliebiger Umfangsabstände eine deutlich bessere Geräuschqualität erlangt werden kann.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn bei der Gruppe von Schaufeln der erste Umfangsabstand und der zweite Umfangsabstand wenigstens zweimal vorkommen, vorzugsweise wenn bei allen Schaufeln an dem Förderorgan der Umfangsabstand zu einer in der Umfangsrichtung unmittelbar folgenden Schaufel entweder der erste Umfangsabstand oder der zweite Umfangsabstand ist. Grundsätzlich können aber im Vergleich zur Positionierung der Schaufeln mit einer Vielzahl verschiedener Umfangsabstände zueinander auch dann bereits eine deutlich verbesserte Geräuschqualität erzielt werden, wenn die Gruppe von Schaufeln wenigstens die Hälfte der an dem Förderorgan vorgesehenen Schaufeln umfasst bzw. wenn nur bei einer Schaufel der Umfangsabstand zu einer in der Umfangsrichtung unmittelbar folgenden Schaufel nicht der erste und auch nicht der zweite Umfangsabstand ist.
Bei einer weiter optimierten Variante des erfindungsgemäßen Förderorgans kann vorgesehen sein, dass bei den Schaufeln der Gruppe von Schaufeln in der Umfangsrichtung die Abfolge von erstem Umfangsabstand und zweitem Umfangsabstand einer pseudostatistischen Binärfolge oder einer Teilsequenz davon entspricht, wobei jeder der beiden Binärzustände einem Umfangsabstand von erstem Umfangsabstand und zweitem Umfangsabstand entspricht. Durch die Auswahl der Verteilung der Umfangsabstände in der Gruppe von Schaufeln gemäß einer pseudostatistischen Binärfolge, im Allgemeinen auch Maximalfolge genannt, kann ein nahezu gleichförmiges Rauschen ohne charakteristische Frequenzerhöhungen erlangt werden.
Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Förderorgan vorgesehen sein, dass die Anzahl n der Schaufeln definiert ist durch n=2Z - 1, wobei:   Z=2,3,4,5,6,..., also eine positive ganze Zahl größer als 1, ist.
Weiter ist vorzugsweise vorgesehen, dass ein Umfangsabstand von erstem Umfangsabstand und zweitem Umfangsabstand bei der Gruppe von Schaufeln mit einer Häufigkeit von 0,5 × 2Z vorkommt und der andere Umfangsabstand von erstem Umfangsabstand und zweitem Umfangsabstand mit einer Häufigkeit von 0,5 × 2Z - 1 vorkommt.
Um insbesondere auch unter Berücksichtigung der Anzahl an Schaufeln in einfacher Art und Weise eine Vorgabe für den ersten Umfangsabstand bzw. den zweiten Umfangsabstand machen zu können, wird weiter vorgeschlagen, dass der erste Umfangsabstand und der zweite Umfangsabstand als Winkelabstand repräsentiert sind durch: erster Umfangsabstand (a)=α0 - β zweiter Umfangsabstand (b)=α0 + β wobei:
α0=
Winkelbereich, der durch die Gruppe von Schaufeln belegt ist, geteilt durch n
n=
Anzahl der Umfangsabstände
β=
Umfangsabstand-Veränderungsbetrag
wobei weiter gilt: β<180°/n.
Es sei hier darauf hingewiesen, dass in einem Fall, in dem die Gruppe von Schaufeln alle Schaufeln des Förderorgans umfasst, auch zwischen der ersten Schaufel der Gruppe und der letzten Schaufel der Gruppe der erste Umfangsabstand oder der zweite Umfangsabstand vorgesehen sein kann, so dass die Gruppe in sich ringartig geschlossen ist. Dies bedeutet, dass die Anzahl der Zwischenräume zwischen einzelnen Schaufeln der Gruppe von Schaufeln gleich der Anzahl an Schaufeln ist. Ist der Abstand zwischen der ersten Schaufel und der letzten Schaufel nicht der erste Umfangsabstand oder der zweite Umfangsabstand oder umfasst die Gruppe von Schaufeln nicht alle Schaufeln, so ist die Anzahl der Zwischenräume zwischen den einzelnen Schaufeln der Gruppe von Schaufeln um 1 kleiner als die Anzahl der Schaufeln, wenn die erste Schaufel, welche zu einer in Umfangsrichtung folgenden Schaufel dann nicht den ersten Umfangsabstand und auch nicht den zweiten Umfangsabstand aufweist, noch als die Gruppe beendende Schaufel interpretiert wird. Wird diese Schaufel nicht der Gruppe zugerechnet, so endet die Gruppe von Schaufeln hinsichtlich des durch diese belegten Winkelbereichs mit einem Umfangsabstand, so dass grundsätzlich der gleiche Belegungswinkel angenommen werden kann, wie in dem Fall, in dem die vorangehend angesprochene Schaufel noch der Gruppe zugerechnet wird, jedoch die Anzahl der Schaufeln der Anzahl an Umfangsabständen der Gruppe entspricht. In dem Fall, in dem die Gruppe von Schaufeln alle Schaufeln umfasst und überdies ringartig geschlossen ist, d.h. an dem Förderorgan überhaupt nur der erste Umfangsabstand und der zweite Umfangsabstand vorkommen, entspricht der von der Gruppe von Schaufeln, also allen Schaufeln, belegte Winkelbereich dem gesamten Winkelbereich von 360°. Ist beispielsweise zwischen der ersten Schaufel und der letzten Schaufel nicht der erste Umfangsabstand oder der zweite Umfangsabstand vorgesehen oder umfasst die Gruppe von Schaufeln nicht alle Schaufeln, so ist der von dieser Gruppe belegte Winkelbereich von der ersten Schaufel bis zur letzten Schaufel der Gruppe von Schaufeln grundsätzlich kleiner als 360°.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass der erste Umfangsabstand und der zweite Umfangsabstand als Winkelabstand repräsentiert sind durch: erster Umfangsabstand (a)=α0 - β + Δ zweiter Umfangsabstand (b)=α0 + β + Δ    wobei:
α0=
Winkelbereich, der durch die Gruppe von Schaufeln belegt ist, geteilt durch n
n=
Anzahl der Umfangsabstände
β=
Umfangsabstand-Veränderungsbetrag
wobei weiter gilt: β<180°/n und Δ = + x · β/n, wenn in der Gruppe von Schaufeln die Häufigkeit des ersten Umfangsabstands um die Anzahl x größer ist als die Häufigkeit des zweiten Umfangsabstands, Δ = - x · β/n, wenn in der Gruppe von Schaufeln die Häufigkeit des zweiten Umfangsabstands um x größer ist als die Häufigkeit des ersten Umfangsabstands.
Bei dieser Variante wird berücksichtigt, dass der erste Umfangsabstand und der zweite Umfangsabstand ggf. nicht mit gleicher Häufigkeit auftreten und insofern durch Einführen des Korrekturterms Δ sichergestellt werden kann, dass alle Schaufeln der Gruppe jeweils zur in Umfangsrichtung folgenden Schaufel der Gruppe entweder den ersten oder den zweiten Umfangsabstand aufweisen können.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegenden Figuren detailliert beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1
den prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäß ausgestalteten Förderrads;
Fig. 2
eine Detailansicht des in Fig. 1 dargestellten Förderrads.
Der Aufbau eines erfindungsgemäßen Förderorgans wird nachfolgend mit Bezug auf ein in Fig. 1 allgemein mit 10 bezeichnetes Förderrad beschrieben, wie es beispielsweise Einsatz finden kann bei einem so genannten Seitenkanalgebläse. Der weitere Aufbau eines derartigen an sich bekannten Seitenkanalgebläses wird hier nicht weiter erläutert. Es sei diesbezüglich aber beispielsweise auf die eingangs erwähnte DE 39 39 957 A1 verwiesen, die diesen grundsätzlichen Aufbau zeigt.
Das erfindungsgemäße Förderrad 10 weist an einer Nabe 12, die gleichermaßen eine Schale oder ein Gehäuse des Förderrads 10 repräsentiert, eine Mehrzahl von in Umfangsrichtung um eine Drehachse oder ein Zentrum A dieses Förderrads 10 aufeinander folgend verteilten Schaufeln S1-S7 auf. Man erkennt, dass die in der Umfangsrichtung U aufeinander unmittelbar folgenden Schaufeln zueinander entweder einen Umfangsabstand a aufweisen oder einen Umfangsabstand b aufweisen. Es ergibt sich somit eine Abfolge von Umfangsabständen a, b, die wiedergegeben ist durch die Binärfolge:
   a a a b a b b.
Diese Binärfolge, von welcher jeder der beiden Binärzustände a bzw. b einen der beiden hier möglichen Winkelabstände zwischen zwei unmittelbar benachbarten Schaufeln S; (i=1...7) repräsentiert, entspricht im dargestellten Beispiel einer so genannten pseudostatistischen Binärfolge bzw. Maximalfolge dritter Ordnung. Eine derartige pseudostatistische Binärfolge dritter Ordnung hat 23-1 (=7) Glieder, von welchen hier also jedes einen Umfangsabstand repräsentiert. Es sei hier darauf hingewiesen, dass im Sinne der vorliegenden Erfindung der Ausdruck "Umfangsabstand" bedeutet, welche Umfangslage bzw. Relativ-Umfangslage die einzelnen Schaufeln Si an dem Förderorgan einnehmen. Beispielsweise kann der Umfangsabstand, insofern er als Winkelabstand repräsentiert ist, den Umfangswinkel zwischen zwei Referenzpunkten oder Referenzbereichen an den in Betrachtung stehenden Schaufeln wiedergeben, wobei die an den verschiedenen Schaufeln auszuwählenden Referenzpunkte oder Referenzbereiche einander entsprechen.
Man erkennt also, dass bei dem in Fig. 1 gezeigten Schaufelrad einerseits die Anzahl der Schaufeln S1-S7 der Anzahl der Glieder einer pseudostatistischen Binärfolge dritter Ordnung entspricht, also gleich 7 ist, und dass darüber hinaus auch die Abfolge der Binärzustände, die in dieser Binärfolge vorhanden sind, der Abfolge einer pseudostatistischen Binärfolge dritter Ordnung entspricht. Dies ist selbstverständlich nicht die einzige pseudostatistische Binärfolge dritter Ordnung. Vielmehr kann durch zyklisches Vertauschen der Endglieder dieser Binärfolge insgesamt eine Gruppe von sieben derartigen pseudostatistischen Binärfolgen dritter Ordnung ermittelt werden.
Durch die Anordnung der einzelnen Schaufeln Si in der angegebenen Abfolge, also in dem Muster einer pseudostatistischen Binärfolge, wird erreicht, dass die bei Vorbeibewegung an einer feststehenden Baugruppe, wie z.B. dem Unterbrecher eines Seitenkanalgebläses, erzeugten Geräusche ein kontinuierliches Spektrum im Wesentlichen in Form eines weißen Rauschens ergeben, ohne dass bei bestimmten Frequenzen herausragende Überhöhungen des Spektrums vorhanden wären. Somit wird das Auftreten sogenannter Schneidentöne bei Seitenkanalgebläsen, die mit dem erfindungsgemäßen Förderrad 10 ausgestaltet sind, vermieden.
Im Folgenden wird auch unter Bezugnahme auf die Fig. 2 beschrieben, wie die einzelnen Winkelabstände a und b bei dem in Fig. 1 gezeigten Förderrad 10 ermittelt werden. Man erkennt in Fig. 2 einen Ausschnitt, der zwei unmittelbar aufeinander folgende Schaufeln Si und Si+1 zeigt. Diese weisen den Winkelabstand b zueinander auf. Dieser Winkelabstand b setzt sich aus insgesamt drei Winkelanteilen zusammen. Dies ist zum einen ein Winkel α0, und sind zum anderen zwei kleinere Winkel β und Δ. Der Winkel α0 entspricht einem Grundwinkel, der beispielsweise dadurch ermittelt werden kann, dass der gesamt zur Verfügung stehende Winkelbereich von 360° geteilt wird durch die Anzahl n der bei dem Förderrad 10 vorhandenen Schaufeln bzw. Umfangsabstände a, b. Im Falle des Förderrads 10 der Fig. 1 wäre die Anzahl n gleich 7, so dass sich für den Grundwinkel α0 ein Wert von etwa 51,4° ergibt.
Der Winkel β repräsentiert einen Veränderungswinkel, um welchen die unmittelbar aufeinander folgenden Schaufeln Si und Si+1 grundsätzlich bezüglich einander ausgehend vom Grundwinkel α0 zueinander verschoben sind. Im Falle des größeren der beiden möglichen Winkelabstände b wird also der Veränderungswinkel β zu dem Grundwinkel α0 hinzugezählt. In der Fig. 1 erkennt man weiter, dass der größere Winkelabstand b nur dreimal vorkommt, während der kleinere Winkelabstand a viermal vorkommt. Dies ist unter anderem eine Folge davon, dass in jeder pseudostatistischen Binärfolge, die grundsätzlich eine ungerade Anzahl an Gliedern aufweist, einer der Binärzustände einmal mehr vorkommt, als der andere Binärzustand. Im vorliegenden Falle ist der Binärzustand a, also der kleinere Winkelabstand a, einmal öfter vorhanden, als der Winkelabstand b. Würde man den Grundwinkel α0 zum Ermitteln der Winkelabstände a und b nunmehr jeweils um den Vergrößerungswinkel β verkleinern bzw. vergrößern, der in einem angenommenen Beispiel bei 5° liegen kann, so ergäbe dies für den Winkelabstand a einen Winkel von etwa 46,4° und für den Winkelabstand b einen Winkel von etwa 56,4°. Bei dem in Fig. 1 gezeigten Förderrad 10 ergäbe dies einen Gesamtwinkel von etwa 355°, da einmal mehr 5° abgezogen werden, als hinzugezählt werden. Um aber dafür zu sorgen, dass auch bei einer kreismäßig aufeinander folgenden Anordnung der Schaufeln S1-S7 zwischen allen in Umfangsrichtung unmittelbar aufeinander folgenden Schaufeln nur der Winkel a oder der Winkel b vorhanden sein kann, wird ein Korrekturterm Δ eingeführt, der definiert ist durch die Größe des Vergrößerungswinkels β geteilt durch die Anzahl der Schaufeln bzw. der Zwischenräume zwischen diesen, also im angenommenen Fall bei etwa 0,7° liegt. Dieser Korrekturterm Δ wird zu jedem Winkel α0 + β oder α0 - β hinzugezählt, um in der Summe wieder auf 360° zu kommen. Wäre der Winkelabstand b mit der Häufigkeit 4 vorhanden, während der Winkelabstand a dann mit der Häufigkeit 3 vorhanden wäre, so könnte gleichermaßen verfahren werden. In diesem Falle hätte jedoch der Korrekturterm Δ ein negatives Vorzeichen und würde somit grundsätzlich zur Verkleinerung der gegenseitigen Winkelabstände führen. Wäre beispielsweise einer der Winkelabstände a, b mit einer Häufigkeit vorhanden, die um mehr als 1 größer ist, als die Häufigkeit des anderen Winkelabstands, was dann möglich wäre, wenn von der Verteilung gemäß einer pseudostatistischen Binärfolge abgewichen wird und zu einer sonstigen beliebigen Binärfolge übergegangen wird, so ergäbe sich der Korrekturterm Δ aus dem Veränderungswinkel β multipliziert mit der Häufigkeitsdifferenz (im vorangehend beschriebenen Falle war dies 1) und geteilt durch die Anzahl der Schaufeln bzw. der Zwischenräume zwischen diesen.
Durch das Anordnen der Schaufeln Si mit einem gegenseitigen Umfangsabstand, der einer Binärfolge entspricht, kann, wie vorangehend bereits dargestellt, eine wesentliche Minderung der im Rotationsbetrieb entstehenden Geräusche erlangt werden. Eine Optimierung kann bei Anordnen gemäß einer pseudostatistischen Binärfolge erlangt werden. Grundsätzlich kann jedoch bereits eine Verbesserung bei der Geräuschqualität erlangt werden, wenn nur bei einer Gruppe der Schaufeln Si der gegenseitige Umfangsabstand gemäß einer solchen Binärfolge ausgewählt ist, während noch andere Schaufeln vorhanden sein können, die dann einen anderen Umfangsabstand aufweisen. Dies wäre dann beispielsweise der Fall, wenn auch bei Auswahl gemäß einer pseudostatistischen Binärfolge der Korrekturterm Δ nicht eingeführt wird, und somit ein Winkelabstand vorhanden ist, der dann um die Größe β bezüglich der anderen binären Zustände verschoben ist. In diesem Falle ist jedoch vorzugsweise die Gruppe in sich geschlossen, d.h. ist in Umfangsrichtung nicht unterbrochen. Es sollte jedoch gemäß einem vorteilhaften Aspekt vorgesehen sein, dass zumindest die Hälfte aller Schaufeln Si in dieser Gruppe enthalten ist.
Hinsichtlich der verschiedenen zur Ermitllung der Umfangsabstände angesprochenen Größen erkennt man bei dem vorangehenden Beispiel, dass der Grundwinkel α0 grundsätzlich demjenigen Winkel entspricht, der durch die Gruppe von Schaufeln, bei welchen der Relativabstand gemäß einer Binärfolge ausgewählt ist, überdeckt ist. Bei der insbesondere in Fig. 1 gezeigten in sich kreismäßig geschlossenen Gruppe von Schaufeln, welche also alle Schaufeln des Förderrads 10 umfasst, kann dieser Grundwinkel α0 durch Teilen des Gesamtwinkels durch die Anzahl der Schaufeln und somit auch die Anzahl der Zwischenräume zwischen den einzelnen Schaufeln ermittelt werden. Umfasst die Gruppe aber nicht alle Schaufeln oder soll beispielsweise bei einer Binärfolge, die alle Schaufeln umfassen soll, der angesprochene Korrekturterm Δ nicht eingeführt werden, so dass zwischen der ersten Schaufel und der letzten Schaufel ein anderer Umfangsabstand vorhanden ist, so ist der Grundwinkel α0 zwischen den einzelnen Schaufeln der Gruppe von Schaufeln zu ermitteln durch Teilen des von der Gruppe von Schaufeln belegten Winkels durch die Anzahl der Schaufeln, verringert um die Anzahl 1, wenn die Gruppe von Schaufeln durch die erste Schaufel beendet wird, die zu einer dann folgenden Schaufel nicht den ersten Umfangsabstand oder den zweiten Umfangsabstand aufweist, da dann eine Schaufel mehr als Umfangsabstände vorhanden ist. Ist die Gruppe von Schaufeln aber definiert jeweils durch die Schaufeln mit dem auf diese in der Umfangsrichtung jeweils folgenden Umfangsabstand, so endet in der Umfangsrichtung die Gruppe von Schaufeln nicht mit einer Schaufel sondern einem Umfangsabstand, so dass gleich viele Umfangsabstände wie Schaufeln in der Gruppe vorhanden sind und insofern das Teilen lediglich durch die Anzahl der Schaufeln und somit auch die Anzahl der Umfangsabstände erfolgt. Insbesondere in dem Fall, in dem die Gruppe von Schaufeln nicht ringartig geschlossen ist und insofern zwischen mindestens zwei Schaufeln des Förderrads ein Winkelabstand oder ein Abstand vorhanden ist, der sich von den beiden in der Gruppe von Schaufeln vorkommenden Abständen unterscheidet, kann auf das Einführen des angesprochenen Korrekturterms Δ verzichtet werden.
Vorangehend ist auch mit Bezug auf die Fig. 1 ein Förderrad 10 beschrieben und dargestellt worden, bei dem die Förderschaufeln S1-S7 gemäß der Vorgabe einer pseudostatistischen Binärfolge dritter Ordnung angeordnet sind. Es ist selbstverständlich, dass auch pseudostatistische Binärfolgen höherer Ordnung herangezogen werden können. Beispielsweise könnte bei einer pseudostatistischen Binärfolge vierter Ordnung ein Förderrad mit 24-1 (= 15) Schaufeln ausgestaltet sein. Eine der 15 möglichen pseudostatistischen Binärfolgen dritter Ordnung wäre beispielsweise gegeben durch
   a a a a b a b a a b b a b b b.
Auch hier repräsentieren die Binärzustände a und b jeweils einen von zwei möglichen Winkelabständen. Es sei hier darauf hingewiesen, dass die Art und Weise, wie derartige pseudostatistische Binärfolgen ermittelt werden können, bekannt ist und beispielsweise publiziert ist in Proceedings of the IEEE, Vol. 64, No. 12, December 1976, "Pseudo-Random Sequences and Arrays", von F. Jessie MacWilliams und Neil J.A. Sloane, member, IEEE. Dort sind insbesondere auch mit Bezug auf eine pseudostatistische Binärfolge vierter Ordnung alle 15 möglichen durch zyklisches Vertauschen der Glieder erlangbaren pseudostatistischen Binärfolgen gezeigt. Selbstverständlich können auch noch höherwertige pseudostatistischen Binärfolgen zur Ermittlung der Anzahl an Schaufeln und auch der gegenseitigen Abstände herangezogen werden. Eine pseudostatistische Binärfolge fünfter Ordnung mit 25-1 (= 31) Gliedern ist beispielsweise gegeben durch
   a a a a a b b a a b a b b a b b b b a b a b a a a b a a b b b.
Hier sei darauf hingewiesen, dass dies nur eine von 31 möglichen pseudostatistischen Binärfolgen fünfter Ordnung ist. Selbstverständlich können auch bei Bedarf noch höherwertige Folgen herangezogen werden, jeweils in Abhängigkeit davon, wie hoch die Anzahl der zum Einsatz zu bringenden Schaufeln sein soll.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass bei Anordnen der Schaufeln gemäß einer pseudostatistischen Binärfolge es grundsätzlich auch möglich ist, in gewissen Bereichen diese Binärfolge zu unterbrechen, beispielsweise dadurch, dass in einem Zwischenbereich ein Umfangsabstand vorgesehen ist, der weder dem ersten noch dem zweiten Umfangsabstand gemäß der Binärfolge entspricht, danach jedoch die Binärfolge fortgesetzt wird und ggf. noch einmal oder mehrere Male unterbrochen wird. Auch dadurch kann eine deutliche Verbesserung der Geräuschqualität im Vergleich zum Stand der Technik erzielt werden. Insbesondere wird es dadurch möglich, die Anzahl der Schaufeln in Abweichung von einer Binärfolge zu erhöhen, so dass aber grundsätzlich über den gesamten Umfang verteilt eine im Wesentlichen durch eine Binärfolge repräsentierte Folge der Umfangsabstände vorgesehen ist. Zum Vermindern der Anzahl an Umfangsabständen ist es möglich, eines oder mehrere der Glieder einer Binärfolge wegzulassen, beispielsweise das letzte oder eine Gruppe am Ende der Binärfolge, so dass auch hier im Wesentlichen über den Umfang verteilt eine Abfolge gemäß einer dann aber nicht vollständigen Binärfolge vorgesehen wird.

Claims (11)

  1. Förderorgan, insbesondere Rotor oder Stator, zur Förderung eines fließfähigen, vorzugsweise gasförmigen, Mediums, umfassend eine Mehrzahl von in einer Umfangsrichtung (U) um eine Zentralachse (A) mit Umfangsabstand aufeinander folgend angeordneten Schaufeln (S1-S7), wobei in einer wenigstens einen Teil der Schaufeln (S1-S7) umfassenden Gruppe von in einer Umfangsrichtung (U) unmittelbar aufeinander folgenden Schaufeln entweder ein erster Umfangsabstand (a) oder ein von dem ersten Umfangsabstand (a) sich unterscheidender zweiter Umfangsabstand (b) zu einer in Umfangsrichtung (U) jeweils folgenden Schaufel vorgesehen ist und wobei zwischen wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Schaufeln (S1-S7) der erste Umfangsabstand (a) vorgesehen ist und zwischen wenigstens zwei einander unmittelbar benachbarten Schaufeln (S1-S7) der zweite Umfangsabstand vorgesehen ist.
  2. Förderorgan nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei den Schaufeln (S1-S7) der Gruppe von Schaufeln der erste Umfangsabstand (a) und der zweite Umfangsabstand (b) wenigstens zweimal vorgesehen sind.
  3. Förderorgan nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei allen Schaufeln (S1-S7) der Umfangsabstand zu einer in der Umfangsrichtung (U) jeweils unmittelbar folgenden Schaufel (S1-S7) entweder der erste Umfangsabstand (a) oder der zweite Umfangsabstand (b) ist.
  4. Förderorgan nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass nur bei einer Schaufel (S1-S7) der Umfangsabstand zu der in der Umfangsrichtung (U) unmittelbar folgenden Schaufel (S1-S7) nicht der erste Umfangsabstand (a) und nicht der zweite Umfangsabstand (b) ist.
  5. Förderorgan nach Anspruch 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe von Schaufeln (S1-S7) wenigstens die Hälfte der Schaufeln (S1-S7) umfasst.
  6. Förderorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass bei den Schaufeln (S1-S7) der Gruppe von Schaufeln (S1-S7) in der Umfangsrichtung (U) die Abfolge von erstem Umfangsabstand (a) und zweitem Umfangsabstand (b) einer pseudostatistischen Binärfolge oder einer Teilsequenz davon entspricht, wobei jeder der beiden Binärzustände einem Umfangsabstand (a, b) von erstem Umfangsabstand (a) und zweitem Umfangsabstand (b) entspricht.
  7. Förderorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl n der Schaufeln (S1-S7) definiert ist durch n=2Z - 1, wobei:   Z=2,3,4,5,6,....
  8. Förderorgan nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfangsabstand von erstem Umfangsabstand (a) und zweitem Umfangsabstand (b) bei der Gruppe von Schaufeln (S1-S7) mit einer Häufigkeit von 0,5 × 2z vorkommt und der andere Umfangsabstand von erstem Umfangsabstand (a) und zweitem Umfangsabstand (b) mit einer Häufigkeit von 0,5 × 2z - 1 vorkommt.
  9. Förderorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umfangsabstand (a) und der zweite Umfangsabstand (b) als Winkelabstand repräsentiert sind durch: erster Umfangsabstand (a)=α0 - β zweiter Umfangsabstand (b)=α0 + β wobei:
    α0=
    Winkelbereich, der durch die Gruppe von Schaufeln (S-S7) belegt ist, geteilt durch n
    n=
    Anzahl der Umfangsabstände
    β=
    Umfangsabstand-Veränderungsbetrag
    wobei weiter gilt: β<180°/n.
  10. Förderorgan nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass der erste Umfangsabstand (a) und der zweite Umfangsabstand (b) als Winkelabstand repräsentiert sind durch: erster Umfangsabstand (a)=α0 - β + Δ zweiter Umfangsabstand (b)=α0 + β + Δ wobei:
    α0=
    Winkelbereich, der durch die Gruppe von Schaufeln (S-S7) belegt ist, geteilt durch n
    n=
    Anzahl der Umfangsabstände
    β=
    Umfangsabstand-Veränderungsbetrag
    wobei weiter gilt: β<180°/n und Δ = + x · β/n, wenn in der Gruppe von Schaufeln (S1-S7) die Häufigkeit des ersten Umfangsabstands (a) um die Anzahl x größer ist, als die Häufigkeit des zweiten Umfangsabstands (b), Δ = - x · β/n, wenn in der Gruppe von Schaufeln (S1-S7) die Häufigkeit des zweiten Umfangsabstands (b) um die Anzahl x größer ist als die Häufigkeit des ersten Umfangsabstands (a).
  11. Förderorgan nach Anspruch 8 und einem der Ansprüche 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, dass der eine Umfangsabstand der erste Umfangsabstand (a) ist und der andere Umfangsabstand der zweite Umfangsabstand (b) ist.
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