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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Lüfter mit einer Luftführung und einem an einer Welle angebrachten Lüfterrad, zur Kühlung eines Elektromotors mit einem an der Welle anbringbaren Rotor, wobei die Luftführung an einer axialen Position zwischen Lüfterrad und Rotor wechselbar angeordnet ist und eine Luftführungsöffnung mit einem Innenquerschnitt zur Ausbildung eines Anströmkanals aufweist, durch den eine vom Lüfterrad erzeugbare Luftströmung in axiale Richtung leitbar ist. Die Erfindung betrifft auch einen Elektromotor mit einem Stator und einem an einer Welle angebrachten Rotor und mit einem Lüfter mit einer Luftführung und einem an der Welle angebrachten Lüfterrad zur Kühlung des Elektromotors gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 12. Die Erfindung betrifft auch eine Werkzeugmaschine mit dem Elektromotor und ein Verfahren zur Herstellung des Elektromotors.
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Stand der Technik
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Ein Lüfter und ein Elektromotor der eingangs genannten Art werden auf derselben Welle montiert, d. h. auf der mit dem Rotor des Elektromotors drehenden Welle ist auch das Lüfterrad angebracht. Zur Vervollständigung des Systems aus Elektromotor und Lüfter ist der Lüfter mit einer Luftführung versehen, die an dem wenigstens aus Welle, Rotor und Lüfterrad gebildeten Montageteil anzubringen ist. In diesem Sinne ist die Luftführung an einer axialen Position zwischen Lüfterrad und Rotor, vorzugsweise wechselbar, angeordnet. Bisher erfolgt eine Montage der Luftführung am Montageteil aus Welle, Rotor und Lüfterrad durch die Luftführungsöffnung der Luftführung hindurch. Dazu wird ein Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung größer als ein Außenquerschnitt des Rotors, insbesondere des Rotorpakets, gewählt. Ein kleinster Durchmesser des Innenquerschnitts der Luftführungsöffnung ist somit durch den Außendurchmesser des Rotors, insbesondere des Rotorpakets, festgelegt. Ansonsten wäre bisher eine Montage der Luftführung am Montageteil aus Welle, Lüfterrad und Rotor, insbesondere Rotorpaket, nicht möglich. Diese an sich im Herstellungsprozess sehr vorteilhafte Lösung schränkt eine weitere funktionelle Gestaltung der Luftführungsöffnung ein. Wünschenswert wäre es, die Luftführungsöffnung in der Luftführung mit einem Innenquerschnitt zu versehen, der besonders zur verbesserten Ausbildung eines Anströmkanals geeignet ist, so dass eine vom Lüfterrad erzeugbare Luftströmung in axialer Richtung in verbesserter Weise leitbar ist.
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Darstellung der Erfindung
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An dieser Stelle setzt die Erfindung an, deren Aufgabe es ist, einen Lüfter, einen Elektromotor mit einem Herstellungsverfahren und eine Werkzeugmaschine anzugeben, bei welcher der Elektromotor mittels dem Lüfter in verbesserter Weise luftkühlbar ist. Insbesondere soll ein Rotor, vorzugsweise ein Rotorpaket, in verbesserter Weise durch eine vom Lüfterrad des Lüfters erzeugbare Luftströmung anströmbar sein. Insbesondere soll ein Innenquerschnitt einer Luftführungsöffnung zur Ausbildung eines Anströmkanals in verbesserter Weise ausgebildet sein, um eine verbesserte Luftströmung in axialer Richtung auf den Rotor, insbesondere ein Rotorpaket, zur Verfügung stellen zu können. Dabei soll dennoch eine Montage der Luftführung am wenigstens aus Rotor, Welle und Lüfterrad gebildeten Montageteil möglich sein.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Lüfters wird durch die Erfindung mittels einem Lüfter der eingangs genannten Art gelöst, bei dem erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung in der Luftführung geringer als ein Außenquerschnitt des Rotors ist.
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Die Erfindung hat erkannt, dass eine Leistungserhöhung des Lüfters vor allem durch eine Verringerung des Innenquerschnitts der Luftführungsöffnung erreicht werden kann. Dadurch wird ein Anströmkanal mit einem Querschnitt ausgebildet, der geringer ist als ein Außenquerschnitt des Rotors. Auf diese Weise lässt sich eine erhöhte Beschleunigung der vom Lüfterrad erzeugbaren Luftströmung erreichen, so dass Kühlluft höherer Geschwindigkeit auf den Elektromotor – insbesondere den Rotor und vorzugsweise ein Rotorpaket – geleitet werden kann. Das Konzept der Erfindung lässt sich verwirklichen, auch ohne den Außendurchmesser des Lüfterrades und damit den Bauraum des Lüfters erhöhen zu müssen.
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Um darüber hinaus in besonders bevorzugter Weise dennoch eine vergleichsweise einfache Herstellung und insbesondere wechselbare Anordnung der Luftführung an einer axialen Position zwischen Lüfterrad und Rotor zu ermöglichen sieht eine besonders bevorzugte Weiterbildung vor, dass die Luftführung als ein wenigstens zweistückig zusammenmontiertes Teil gebildet ist, das wenigstens ein erstes und ein zweites Teilstück aufweist. In Fortführung dieser Weiterbildung hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das erste und das zweite Teilstück entlang einer den Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung querenden Grenzlinie aneinandergrenzen. Im Ergebnis kann die Luftführung unter Wahrung der vorteilhaften Ausbildung des Anströmkanals gemäß dem Konzept der Erfindung an ein Montageteil aus Welle, Rotor und Lüfterrad durch Zusammensetzen des ersten und zweiten Teilstücks montiert werden. Insbesondere weisen das erste und zweite Teilstück eine Grenzkante auf, die im Wesentlichen entlang einer den Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung querenden Grenzlinie verläuft. Anders ausgedrückt weist ein erstes und ein zweites Teilstück einen in Aufsicht, im Wesentlichen bogenförmigen Körper auf. Dieser weist an seiner Innenseite eine Ausnehmung auf, die durch einen Teilbereich des Innenquerschnitts der Luftführungsöffnung bestimmt ist. Das erste und das zweite Teilstück lässt sich somit seitlich von unterschiedlichen Seiten an das Montageteil aus Welle, Rotor und Lüfterrad – bereits an der richtigen axialen Position zwischen Lüfterrad und Rotor – heranführen und dort am Montageteil anbringen. Dazu kann das erste und zweite Teil zur Bildung der Luftführung an der korrekten axialen Position zusammengesetzt werden.
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Das Konzept der Erfindung führt auf ein Herstellungsverfahren des Anspruchs 14, mittels dem die Herstellung eines Elektromotors mit einem Stator und einem an einer Welle angebrachten Rotor und einem Lüfter mit einer Luftführung und einem an der Welle angebrachten Lüfterrad zur Kühlung des Elektromotors möglich ist. Dabei werden die vorgenannten strömungstechnischen und herstellungstechnischen Vorteilen erreicht.
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Die Aufgabe hinsichtlich des Elektromotors wird durch die Erfindung mittels einem Elektromotor der eingangs genannten Art gelöst, wobei erfindungsgemäß die weiteren Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 12 vorgesehen sind.
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Die Erfindung führt auch auf eine Werkzeugmaschine mit einem Elektromotor der vorgenannten Art, wie sie in Anspruch 13 definiert ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen und geben im Einzelnen vorteilhafte Möglichkeiten an, das oben erläuterte Konzept im Rahmen der Aufgabenstellung sowie hinsichtlich weiterer Vorteile zu realisieren.
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Vorzugsweise verläuft die den Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung querende Grenzlinie, an welcher das erste und zweite Teilstück der Luftführung aneinandergrenzen entlang eines Durchmessers des Innenquerschnitts. Dadurch wird in bevorzugter Weise eine vergleichsweise große seitliche Ausnehmung in einem im Wesentlichen bogenförmig gebildeten Körper eines Teilstücks erzeugt. Dadurch kann das erste und zweite Teilstück vergleichsweise einfach und mit hoher Bewegungsfreiheit an ein Montageteil aus Welle, Rotor und Lüfterrad angebracht und zur Luftführung zusammengesetzt werden. Grundsätzlich ist es darüberhinaus auch möglich, dass die Grenzlinie entlang einer Sekante des Innenquerschnitts verläuft. Grundsätzlich ist es auch möglich, mehr als zwei Teile vorzusehen, aus der die Luftführung zusammengesetzt ist. Eine im querenden Bereich des Innenquerschnitts verlaufende Grenzlinie ist in bevorzugter Weise länger als ein Durchmesser der Welle. Somit kann jedenfalls ein Teilstück der Luftführung eine ausreichende Luftführungsöffnung ausbilden, durch welche jedenfalls die Welle hindurchgeführt werden kann, ohne dass diese vom Rotorbereich zum Luftführungsbereich verjüngt werden müsste.
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Ein durch die Luftführung gebildeter Anströmkanal lässt sich bevorzugt durch einen Anströmparameter charakterisieren, der als Produkt aus einem Innendurchmesser des Innenquerschnitts der Luftführungsöffnung in der Luftführung und einem freien Abstand zwischen der Luftführung und dem Lüfterrad gebildet ist. Ein Grenzparameter lässt sich vorteilhaft durch ein Produkt aus einem Außendurchmesser des Rotors und einem vorbestimmten minimalen freien Abstand zwischen der Luftführung und dem Lüfterrad bilden. Der minimale freie Abstand hat einen Wert größer Null – es hat sich gezeigt, dass das Lüfterrad nur bis auf einen bestimmten Abstand an die Luftführung herangeführt werden kann. In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Anströmparameter kleiner oder gleich dem Grenzparameter ist. Letztlich lässt sich eine vergleichsweise hoch beschleunigte Kühlluft in einer Luftströmung dadurch erreichen, dass – wie gemäß dem Konzept der Erfindung vorgeschlagen ist – der Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung in der Luftführung vergleichsweise klein gewählt wird. Darüberhinaus lässt sich jedoch auch eine Beschleunigung der Kühlluft erreichen, indem ein freier Abstand zwischen der Luftführung und dem Lüfterrad verringert wird. Bisher hatten beide Einstellparamater, (Innendurchmesser und freier Abstand wie oben genannt) im Außendurchmesser des Rotors und im vorbestimmten minimalen freien Abstand zwischen Luftführung und Lüfterrad ihre Grenzen. Gemäß dem Konzept der Erfindung lässt sich nun der Innendurchmesser des Innenquerschnitts der Luftführungsöffnung vergleichsweise stark reduzieren, so dass bei Bedarf ein Abstand zwischen Luftführung und Lüfterrad größer als der minimale vorbestimmte freie Abstand gewählt werden kann. Dies kann zu einer vergleichsweise vorteilhaften Luftführung im Lüfter genutzt werden und die Lüfterleistung in anderer Weise bevorteilen. Insgesamt erlaubt die Weiterbildung aufgrund einer deutlichen Verringerung des Innenquerschnitts der Luftführungsöffnung dennoch einen großzügigen freien Abstand zwischen Luftführung und Lüfterrad. Dennoch kann eine Luftströmung im Anströmkanal mit guter Charakteristik und vergleichsweise hoher Kühlleistung erreicht werden.
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Vorteilhaft ist das erste und das zweite Teilstück über eine Zapfenverbindung miteinander verbunden. Die Teilstücke können dann vergleichsweise einfach montiert werden und die Luftführung vergleichsweise einfach hergestellt werden. In besonders vorteilhafter Weise ist ein Zapfen federnd ausgebildet und weist eine Klinke auf. Die vorzugsweise an einem freien Endabschnitt gebildete Klinke lässt sich vorteilhaft in eine der Klinke angepasste Ausnehmung einschnappen. Zweckmäßigerweise weist ein erstes Teilstück einen Zapfen und ein zweites Teilstück eine dem Zapfen angepasste Ausnehmung, insbesondere eine der Klinke angepasste Ausnehmung aus. Grundsätzlich können Zapfen und Ausnehmungen je nach Bedarf und in zweckmäßigerweise auf das wenigstens erste und zweite Teilstück verteilt werden. In einer besonders bevorzugten Weise weist ein erstes Teilstück einen ersten und zweiten Zapfen auf. Bevorzugt weist ein zweites Teilstück eine erste und zweite Ausnehmung auf, in die jeweils eine Klinke jeweils eines der Zapfen einschnappbar ist.
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Eine Klinke des Zapfens ist bevorzugt radial nach innen zur Luftführungsöffnung ausgerichtet. Dies erhöht die Stabilität der Luftführung.
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Das Konzept der Erfindung kann mit einer oder mit mehreren der vorgenannten Weiterbildungen in besonders vorteilhafter Weise realisiert werden, wenn die Luftführung aus Kunststoff gebildet ist. Eine Kunststoff-Luftführung lässt sich vergleichsweise einfach als Formpress- oder Formblasteil oder Gussteil aus Kunststoff herstellen.
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Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben. Diese soll die Ausführungsbeispiele nicht notwendigerweise maßstäblich darstellen, vielmehr ist die Zeichnung, wo zur Erläuterung dienlich, in schematisierter und/oder leicht verzerrter Form ausgeführt. Im Hinblick auf Ergänzungen der aus der Zeichnung unmittelbar erkennbaren Lehren wird auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen betreffend die Form und das Detail einer Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne von der allgemeinen Idee der Erfindung abzuweichen. Die in der Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Weiterbildung der Erfindung wesentlich sein. Zudem fallen in den Rahmen der Erfindung alle Kombinationen aus zumindest zwei der in der Beschreibung, der Zeichnung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale. Die allgemeine Idee der Erfindung ist nicht beschränkt auf die exakte Form oder das Detail der im folgenden gezeigten und beschriebenen bevorzugten Ausführungsform oder beschränkt auf einen Gegenstand, der eingeschränkt wäre im Vergleich zu dem in den Ansprüchen beanspruchten Gegenstand. Bei angegebenen Bemessungsbereichen sollen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als Grenzwerte offenbart und beliebig einsetzbar und beanspruchbar sein. Der Einfachheit halber sind nachfolgend für identische oder ähnliche Teile oder Teile mit identischer oder ähnlicher Funktion gleiche Bezugszeichen verwendet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in:
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1 eine Schnittdarstellung A-A eines Systems aus Elektromotor und Lüfter gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, ohne dass der Stator im Einzelnen gezeigt ist;
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2 eine lüfterseitige Frontansicht auf das System der 1 mit kenntlich gemachter Schnittebene A-A der 1;
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3 eine zur Verwendung beim System der 1 und 2 vorgesehene, zweistückig aus einem ersten und zweiten Teil montierbare Luftführung in einer Extrapolations-Darstellung.
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1 zeigt als Schnittansicht A-A der lüfterseitigen Aufsicht in 2 ein System 100 aus einem Elektromotor 1 und einem Lüfter 2. Der vorliegend symbolisch mit Stator 60 dargestellte Elektromotor 1 hat ein der Einfachheit halber als Rotor 10 bezeichnetes Rotorpaket, von dem vorliegend symbolisch Anker und Ankerwicklungen 11 sowie Halterungen 12 dargestellt sind. Der Rotor 10 ist drehend antreibbar über eine zwischen Stator 60 und Rotor 10 bestehende magnetische Wechselwirkung. Der Rotor 10 ist über Rotoranschlussabschnitte 13, 14 einer Anschlusshülse 15, die jeweils an der Halterung 12 befestigt sind, fest an einer Welle 30 angebracht, die vom Rotor 10 drehend angetrieben wird. Die Welle 30 trägt antriebsseitig eine Kupplung 50, über die eine Maschine – vorliegend eine symbolisch dargestellte Werkzeugmaschine W – angetrieben werden kann. Grundsätzlich eignet sich das hier dargestellte System 100 jedoch auch zum Antrieb anderer Maschinen. Lüfterseitig ist über einen Lüfterradanschlussabschnitt 15 der Anschlusshülse 31 ein Lüfterrad 20 fest an der Welle 30 angeschlossen. Mit der Welle 30 dreht sich sowohl der Rotor 10 als auch das Lüfterrad 20.
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In einem Herstellungsverfahren wird das aus Rotor 10, Lüfterrad 20 und Welle 30 gebildete Montageteil – gegebenenfalls mit Kupplung 50 – zur Verfügung gestellt, um daran die in der Art eines Gehäuses für das Lüfterrad 20 ausgebildete Luftführung 40 zu montieren. Die Luftführung 40 weist einen Gehäusebereich 41 und einen Anströmkanalbereich 42 auf. In dem Gehäusebereich 41 ist das Lüfterrad 20 aufgenommen. Das Lüfterrad 20 erzeugt über die am Lüfterrad 20 angebrachten Schaufeln 21 eine Luftströmung in axialer Richtung A, wodurch Kühlluft L im Wesentlichen als Axialströmung in den Anströmkanal K befördert wird. Der Lüfter 2 ist vorliegend als Axiallüfter ausgebildet. In hier nicht gezeigter Ausführung kann auch ein Radiallüfter vorgesehen sein, bei dem ein Gehäuse Kühlluft als Radialströmung ansaugt. Der vorliegende axiale Anströmkanal K wird durch eine in dem Anströmkanalabschnitt 42 ausgebildete Luftführungsöffnung 43 ausgebildet. Entsprechend weist der Anströmkanal K den Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung 43 auf, welche im Wesentlichen der lichten inneren Weite der Luftführungsöffnung 43 entspricht. Der so definierte Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung 43 hat den dargestellten Innendurchmesser D. Vorliegend ist der Innendurchmesser D kleiner als ein Außendurchmesser R des als Rotor 10 bezeichneten Rotorpakets. Der Außendurchmesser U des Lüfterrads 20 ist in 1 ebenfalls dargestellt. Obwohl der Innenquerschnitt bzw. Innendurchmesser D der Luftführungsöffnung 43 somit geringer als der Außenquerschnitt bzw. Außendurchmesser R des Rotors 10 ist und somit ein Überstülpen der Luftführung 40 über den Rotor 10 nicht möglich ist, kann die Luftführung 40 – dem Konzept der Erfindung folgend – in besonders vorteilhafter Weise am Montageteil aus Rotor 10, Welle 30 und Lüfterrad 20 montiert werden.
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2 zeigt dazu die lüfterseitige Frontansicht des Systems 100 mit Welle 30, Lüfterrad 20 und Luftführung 40. Die Luftführung 40 ist in der aus 2 ersichtlichen Weise als ein zweistückig zusammen montiertes Teil gebildet, dass ein erstes Teilstück 40.1 und ein zweites Teilstück 40.2 aufweist. Das erste und das zweite Teilstück 40.1, 40.2 grenzen entlang einer den Innenquerschnitt der Luftführungsöffnung 43 querenden Grenzlinie G aneinander an. Die Grenzlinie G verläuft vorliegend im Wesentlichen entlang des Durchmessers D des Innenquerschnitts.
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Der im Übrigen als Axiallüfter zu bezeichnende Lüfter 2 weist eine geeignete Anzahl von Ösen 46 am Gehäusebereich 41 der Luftführung 40 auf, die zur geeigneten Halterung des Lüfters 1 im System 100 dienen.
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Das zweistückige Teil der Luftführung 40 ist in 3 nochmals mit dem ersten Teil 40.1 und dem zweiten Teil 40.2 in einer Extrapolations-Darstellung dargestellt. Daraus ist die der Grenzlinie G entsprechende Kante der ansonsten bogenförmig – vorliegend halbkreisförmig – ausgebildeten Körper des ersten und zweiten Teils 40.1, 40.2 ersichtlich. Das erste und zweite Teil 40.1, 40.2 weist an einer inneren bogenförmigen weiteren Kante jeweils eine vorliegend exakt halbkreisförmige Ausnehmung 43.1 bzw. 43.2 auf. Die Ausnehmungen 43.1, 43.2 bilden in zusammengesetztem Zustand im Wesentlichen die Luftführungsöffnung 43. Der Radius der halbkreisförmigen Ausnehmung 43.1 bzw. 43.2 entspricht also gerade D/2, d. h. dem halben Innendurchmesser D der Luftführungsöffnung 43.
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Im Rahmen der Herstellung wird das erste und zweite Teil 401, 40.2 seitlich auf gegenüberliegenden Seiten des aus Rotor 10, Welle 30 und Lüfterrad 20 dargestellten Montageteils an einer axialen Position zwischen Lüfterrad 20 und Rotor 10 positioniert und dann in Richtung des Pfeiles P aneinandergrenzend zusammengebracht, so dass die zweistückige Luftführung 40 der 2 entsteht.
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Das erste Teil 40.1 weist an beiden Enden seines bogenförmigen Körpers jeweils einen federnd ausgebildeten Zapfen 44 mit einer radial nach innen – d. h. zur Luftführungsöffnung 43 hin – gerichteten Klinke 45 auf. Bei Zusammenbringen des ersten und zweiten Teils 40.1, 40.2 in Richtung des Pfeils P greift der Zapfen 44 in eine geeignete, am zweiten Teil 40.2 gegenüberliegend des Zapfens 44 angebrachte Zapfenausnehmung ein, in deren hinteren Abschnitt die Klinke 45 in eine Klinkenausnehmung einschnappt. Die Teile 40.1, 40.2 lassen sich auf diese Weise vergleichsweise einfach zusammenstecken und in einer Klick-Verbindung aneinander fixieren.
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Im Ergebnis wird dann ein Innendurchmesser D der Luftführungsöffnung 43 gebildet, welcher unterhalb des Außendurchmessers R des Rotors 10 liegt. Die Luftführung 40 ist vorliegend ebenso wie das Lüfterrad 20 als Kunststoffpressteil gebildet.
