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Die Erfindung betrifft eine Lüftereinheit mit einem Axiallüfter.
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Axiallüfter und Lüfter im Allgemeinen weisen üblicherweise eine herstellungsbedingte Unwucht auf, welche im Betrieb zu ungewünschten Vibrationen führen kann. Des Weiteren können durch Motor- und Luftströmungsgeräusche der Lüfter im Betrieb störende Geräusche entstehen. Derartige ungewünschte Vibrationen und störende Geräusche müssen insbesondere in Komfortanwendungen wie bspw. einer Sitzbelüftung gedämpft werden.
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Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine neue Lüftereinheit mit einem Axiallüfter bereit zu stellen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Lüftereinheit gemäß Anspruch 1.
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Durch die Verwendung eines entsprechenden ersten Führungselements, um den Spalt zumindest teilweise abzudichten, ist es möglich, einen Lüfter bereit zu stellen, der sowohl geräuscharm ist als auch gute lufttechnische Eigenschaften hat.
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Bevorzugte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lüfters sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
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1 eine perspektivische Ansicht der Lüftereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,
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2 eine perspektivische Ansicht der Lüftereinheit von 1, gesehen aus einer gedrehten Richtung,
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3 eine Schnittansicht der Lüftereinheit von 1,
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4 eine Schnittansicht wie in 3, in einem montierten Zustand,
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5 eine perspektivische Ansicht des Führungselements von 1, gesehen von schräg oben,
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6 eine perspektivische Ansicht des Führungselements von 1, gesehen von schräg unten,
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7 eine Seitenansicht des Führungselements von 1,
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8 einen Längsschnitt durch das Führungselement von 4, entlang der Schnittlinie VIII-VIII von 11,
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9 einen Längsschnitt durch das Führungselement von 4, entlang der Schnittlinie VIII-VIII von 11, welcher durch am Führungselement vorgesehene Kontaktstellen verläuft,
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10 eine Draufsicht von oben auf das Führungselement von 1,
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11 eine Draufsicht von unten auf das Führungselement von 1,
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12 eine Draufsicht auf eine Lüftereinheit mit rückwärts gekrümmten Stegen,
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13 eine Draufsicht auf einer Lüftereinheit mit vorwärts gekrümmten Stegen,
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14 eine Draufsicht auf eine Lüftereinheit mit einem Gummiband als Verbindungsteil,
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15 eine Draufsicht auf eine Lüftereinheit mit beidseitig gekrümmten Stegen,
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16 einen Längsschnitt durch eine Lüftereinheit mit ein Labyrinth bildenden beidseitigen Lippen,
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17 einen Längsschnitt durch eine Lüftereinheit mit beidseitig schraubenförmig verlaufenden Lippen,
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18 einen Längsschnitt durch eine Lüftereinheit mit beidseitig angeordneten Luftführungselementen, die mit einem abgewinkelten Bereich versehen sind, und
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19 ein Diagramm zum Vergleich der Luftleistung bei unterschiedlichen Lüftereinheiten.
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In der nachfolgenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe links, rechts, vorne, hinten, oben und unten auf die jeweilige Zeichnungsfigur und können in Abhängigkeit von einer jeweils gewählten Ausrichtung (Hochformat oder Querformat) von einer Zeichnungsfigur zur nächsten variieren. Gleiche oder gleich wirkende Teile werden in den verschiedenen Figuren mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und gewöhnlich nur einmal beschrieben.
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1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform einer Lüftereinheit 10, wobei der eigentliche Axiallüfter nicht dargestellt ist.
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Ein Luftführungsrohr 50 ist vorgesehen, und am Luftführungsrohr 50 ist ein Statorflansch 30 über eine Mehrzahl von Stegen 32 oder auf eine andere Art befestigt.
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Ein Gehäuseteil 80 umgibt das Luftführungsrohr 50 zumindest bereichsweise, und es ist dazu ausgebildet, das Luftführungsrohr 50 zu tragen. Hierzu ist ein Verbindungsteil 90 vorgesehen, welches das Gehäuseteil 80 und das Luftführungsrohr 50 miteinander verbindet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Verbindungsteil 90 als Aufhängeglied ausgebildet, bspw. als elastisches Gummiband.
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Am Luftführungsrohr 50 ist ein erstes Führungselement 60 vorgesehen, wobei das Führungselement 60 bevorzugt als Membran bzw. als Lippe ausgebildet ist.
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3 zeigt einen Längsschnitt durch die Lüftereinheit 10 von 1. Am Statorflansch 30 ist ein Axiallüfter 20 mit einem Stator 22 und einem Rotor 24 angeordnet, wobei dem Rotor 24 ein Axiallüfterrad 26 mit Lüfterflügeln 27 zugeordnet ist. Am Rotor 24 sind Permanentmagnete 25 angeordnet, und diese wirken mit dem Stator 22 zusammen, um den Axiallüfter 20 in Bewegung zu versetzen. Es ist grundsätzlich jede Art von Motor 22, 24 verwendbar.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Gehäuseteil 80 über ein Federelement 85 mit einem Befestigungselement 86 verbunden, wobei am Befestigungselement 86 bevorzugt ein ringförmiges Glied 88 angeordnet ist, um das Befestigungselement 86 zu verstärken. Der Werkstoff des ringförmigen Glieds 88 ist bevorzugt härter als der Werkstoff des Befestigungselements 88, weiter bevorzugt hat es aber auch elastische Eigenschaften. Das Befestigungselement 86 (mit dem Dämpfungsglied 88) dient dazu, die Lüftereinheit 10 in eine Aussparung 13 eines Sitzes 12 einzusetzen, wie dies in 4 schematisch dargestellt ist. In 4 sind auch Kontaktstellen 63 gezeigt, die einen definierten Kontakt des Führungselements 60 mit dem Gehäuseteil 80 ermöglichen.
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Am Befestigungselement 86 ist bevorzugt ein nutartiger Kanal 87 für elektrische Leitungen des Axiallüfters 20 vorgesehen.
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Das Luftführungsrohr 50 ist dem Axiallüfter 20 zugeordnet, und das Luftführungsrohr 50 bildet zusammen mit dem Axiallüfterrad 26 einen ringförmigen Fluidkanal 54, wobei im Betrieb ein Fluid 12, insbesondere Luft oder ein Gas-Flüssigkeits-Gemisch, von einer ersten Seite 51 des Luftführungsrohrs 50 zu einer der ersten Seite 51 gegenüber liegenden zweiten Seite 52 des Luftführungsrohrs 50 förderbar ist, wie dies durch den den Fluidstrom kennzeichnenden Pfeil 14 angedeutet ist. Alternativ ist auch eine Förderung von der zweiten Seite 52 zur ersten Seite 51 möglich.
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Das Gehäuseteil 80, welches das Luftführungsrohr 50 zumindest bereichsweise umgibt, bildet einen Spalt 82 zwischen dem Gehäuseteil 80 und dem Luftführungsrohr 50. Über diesen Spalt 82 stehen die zweite Seite 52 und die erste Seite 51 in Fluidverbindung, wie dies durch den angedeuteten Fluidstrom 16 dargestellt ist.
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Das Gehäuseteil 80 ist dazu ausgebildet, das Luftführungsrohr 50 zu tragen, wobei bevorzugt das Verbindungsteil 90 vorgesehen ist, welches das Gehäuseteil 80 mit dem Luftführungsrohr 50 verbindet.
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Am Luftführungsrohr 50 ist ein erstes Führungselement 60 vorgesehen, um den Spalt 82 zumindest teilweise zu verengen, und so den lufttechnischen Widerstand zu erhöhen.
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Hierzu ist das Führungselement 60 bevorzugt an seinem äußeren Ende 61 als freies Ende ausgebildet.
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Bevorzugt liegt das Führungselement 60 am Gehäuseteil 80 an, ist aber nicht mit diesem fest verbunden. In Versuchen hat sich heraus gestellt, dass eine feste Verbindung zwischen dem ersten Führungselement 60 und dem Gehäuseteil 80 dazu führt, dass Körperschall vom Axiallüfter 20 stark auf das Gehäuseteil 80 übertragen wird.
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Das erste Führungselement 60 hat gemäß dem Ausführungsbeispiel einen Führungselementabschnitt 65, welcher sich über einen ersten Umfangswinkelbereich von 360 ° erstreckt. Bei einer schraubenförmigen Ausbildung kann sich der Führungselementabschnitt 65 jedoch auch über einen ersten Umfangswinkelbereich von mehr als 360 ° erstrecken. Ebenso ist es möglich, mindestens einen Führungselementabschnitt 65 vorzusehen, welcher sich über ein ersten Umfangswinkelbereich von weniger als 360 ° erstreckt, wobei der erste Umfangswinkelbereich bevorzugt mindestens 40 ° beträgt, um zumindest teilweise eine Erhöhung des lufttechnischen Widerstands zu erzielen. Bevorzugt sind in einem solchen Fall mehrere Führungselementabschnitte 65 vorgesehen, die gemeinsam das erste Führungselement 60 bilden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel entspricht der Führungselementabschnitt 65 dem ersten Führungselement 60.
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Das erste Führungselement 60 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als eine Membran ausgebildet, er kann jedoch auch mehrere Führungselementabschnitte 65 aufweisen, welche jeweils als Membran ausgebildet sind.
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Das erste Führungselement 60 hat bevorzugt einen Führungselementabschnitt 65, welcher einen Überlappungsbereich 67 mit dem Gehäuseteil 80 aufweist. Hierdurch muss das Fluid 12 im Überlappungsbereich 67 durch einen engen Spalt strömen und dabei eine Richtungsänderung durchführen. Dies erzeugt einen großen Strömungswiderstand für das Fluid 12. Der Überlappungsbereich 67 ist in einem zweiten Umfangswinkelbereich vorgesehen, wobei der zweite Umfangswinkelbereich im vorliegenden Fall 360 ° beträgt. Der Führungselementabschnitt 65 ist im Überlappungsbereich 67 bevorzugt in weniger als 10 % des zweiten Umfangswinkelbereichs in Kontakt zum Gehäuseteil 80. In 11 ist der Umfangswinkelbereich des Führungselementabschnitts 65 mit 69 schematisch dargestellt, und der Umfangswinkelbereich, in dem kein Kontakt zwischen dem Führungselement 60 und dem Gehäuseteil 80 besteht, ist mit 68 gekennzeichnet. Dieser geringe Kontakt hat sich als vorteilhaft erwiesen, da hierdurch deutlich weniger Körperschall übertragen wird, als bei einem Kontakt über den gesamten zweiten Winkelbereich.
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Bevorzugt ist das erste Führungselement 60 dazu ausgebildet, einen Fluidfluss durch den Spalt 82 zu verringern, aber nicht vollständig zu verhindern.
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Ein Fluidfluss durch den Spalt 82 stellt einen (teilweisen) lufttechnischen Kurzschluss dar und führt zu einem Verlust an Leistung des Lüfters. Eine vollständige Abdichtung des Spalts 82 ist jedoch nur über einen Kontakt über den gesamten Umfangswinkelbereich, also über 360 ° möglich, und ein solcher Kontakt über den gesamten Umfangswinkelbereich hat in Versuchen zu einer starken Übertragung von Körperschall geführt.
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Die Innenseite 81 des Gehäuseteils 80 erweitert sich bevorzugt in mindestens einem ersten Gehäuseteilbereich 84, und das erste Führungselement 60 erstreckt sich bevorzugt derart nach außen, dass es bereichsweise auf einer axialen Seite des Gehäuseteilbereichs 84 der Innenwand 81 verläuft.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich das erste Führungselement 60 vom Luftführungsrohr 50 nach außen bis zu einem ersten maximalen Abstand r1 von der Drehachse 28, und das Gehäuseteil 80 erstreckt sich nach innen bis zu einem zweiten minimalen Abstand r2 von der Drehachse 28. Bevorzugt ist dabei der erste maximale Abstand r1 größer als der zweite minimale Abstand r2, um so zumindest bereichsweise eine Überlappung zu erzielen. Hierdurch wird in diesem Bereich mit der Überlappung ein Rückfluss des Fluids 12 in rein axialer Richtung unterbunden, und das Fluid 12 wird umgelenkt. Hierdurch wird der lufttechnische Widerstand (Strömungswiderstand) mit Hilfe des ersten Führungselements 60 erhöht.
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Das Verbindungsteil 90, welches das Gehäuseteil 80 und das Luftführungsrohr 50 miteinander verbindet, ist bevorzugt dazu ausgebildet, das erste Führungselement 60 von der Tragfunktion zu befreien. Das Gehäuseteil 80 trägt also mit Hilfe des Verbindungsteils 90 das Luftführungsrohr 50, und das erste Führungselement 60 ist für diese Tragfunktion nicht erforderlich. Mit anderen Worten ausgedrückt würde das Luftführungsrohr 50 auch im Gehäuseteil 80 getragen werden, wenn das erste Führungselement 60 nicht vorhanden wäre.
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Durch die Befreiung des ersten Führungselements 60 von der Tragfunktion ist es möglich, dass das erste Führungselement 60 überhaupt nicht oder nur mit geringem Druck oder nur an vorgegebenen Punkten gegen das Gehäuseteil 80 anliegt, und in der Folge wird nur wenig Körperschall über das erste Führungselement 60 übertragen.
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Bevorzugt hat das Luftführungsrohr 50 einen Bereich mit einem ersten Werkstoff, und das erste Führungselement 60 ist aus einem zweiten Werkstoff ausgebildet, welcher weicher ist als der erste Werkstoff.
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Als erster Werkstoff für das Luftführungsrohr 50, das Gehäuseteil 80 und/oder den Statorflansch 30 kann z.B. PBT GF20 verwendet werden, also Polybutylenterephthalat mit 20 % Glasfaser. Dieser Werkstoff ist beispielsweise unter dem Handelsnamen Pocan von der Fa. LANXESS Deutschland GmbH, Köln erhältlich.
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Als zweiter Werkstoff für das erste Führungselement 60, das Federelement 85 und/oder das Befestigungselement 86 kann z.B. EPDM verwendet werden, also Ethylen-Propylen-Dien, ein synthetischer Kautschuk. Allgemeiner ausgedrückt ist der zweite Werkstoff bevorzugt eine Weichkomponente, bzw. bevorzugt ein gummielastischer Werkstoff.
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5 zeigt eine raumbildliche Darstellung des ersten Führungselements 60. Dieses erstreckt sich über 360 °, und die Form kann auch als Dichtlippe bzw. Lippe bezeichnet werden. Das erste Führungselement 60 hat bevorzugt eine Nut 64, um eine bessere Verbindung des ersten Führungselements 60 am Luftführungsrohr 50 zu ermöglichen. Hierzu hat das Luftführungsrohr 50 bevorzugt einen Vorsprung 53, der sich weiter bevorzugt in einem Winkelbereich von 360 ° erstreckt, vgl. 2.
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6 zeigt das erste Führungselement 60 von der gegenüber liegenden Seite. Das Führungselement 60 hat bevorzugt vier Kontaktstellen 63, die nach der Montage einen definierten Kontakt des Führungselements 60 mit dem Gehäuseteil 80 ermöglichen. Es können natürlich beispielsweise auch drei oder fünf Kontaktstellen 63 vorgesehen werden.
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7 zeigt eine Seitenansicht des ersten Führungselements 60, wobei das erste Führungselement 60 bei einer gedachten Drehung um die Drehachse 28 der 2 bevorzugt von allen Seiten wie in 4 aussieht.
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8 zeigt einen Längsschnitt durch das erste Führungselement 60, wobei keine der Kontaktstellen 63 zu sehen ist. Das schematisch angedeutete Gehäuseteil 80 berührt in diesem Bereich nicht das Führungselement 60.
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9 zeigt einen Längsschnitt durch das erste Führungselement 60, wobei der Längsschnitt durch zwei Kontaktstellen 63 verläuft. Auf der linken Seite ist ein Vorsprung 62 gezeigt. Dieser Vorsprung 62 liegt bevorzugt gegen das Gehäuseteil 80 an, und hierdurch wird ein definierter Kontakt zwischen dem Gehäuseteil 80 und dem ersten Führungselement 60 an der Kontaktstelle 63 ermöglicht.
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10 zeigt das erste Führungselement 60 von oben, und 11 zeigt das Führungselement 60 von unten. In 11 ist zu sehen, dass vier Vorsprünge 62 am ersten Führungselement 60 vorgesehen sind, und hierdurch kommt es an vier Kontaktstellen zu einem Kontakt zwischen dem ersten Führungselement 60 und dem Gehäuseteil 80. In Abhängigkeit von der Gesamtgeometrie sind aber beispielsweise auch zwei Vorsprünge 62, drei Vorsprünge 62, fünf Vorsprünge 62 oder zehn Vorsprünge 62 möglich, also bevorzugt eine Mehrzahl von Vorsprüngen 62.
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Von der Gesamtgeometrie her wäre es möglich, über den gesamten Umfangswinkelbereich von 360 ° einen Kontakt zwischen dem ersten Führungselement 60 und dem Gehäuseteil 80 vorzusehen, wobei dies zu einer starken Übertragung von Körperschall führen würde. Bevorzugt ist in weniger als 10 % des Umfangswinkelbereichs, also in weniger als 36 °, ein Kontakt zum Gehäuseteil 80 vorhanden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kontakt in weniger als 4 % des gesamten Umfangswinkelbereichs vorhanden.
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12 bis 15 zeigen schematische Darstellungen, in denen verschiedenen Ausführungsformen der Verbindungsteile 90 zwischen dem Luftführungsrohr 50 und dem Gehäuseteil 80 gezeigt sind, welche bei der Lüftereinheit von 1 bis 11 verwendet werden können.
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In 12 ist die Drehrichtung des Lüfterrads 26 eingezeichnet, und die Verbindungsteile 90 sind als rückwärts gekrümmte Stege beliebiger Anzahl ausgebildet. Unter rückwärts gekrümmt wird hier verstanden, dass die Stege 90 von innen nach außen entgegen der Drehrichtung gekrümmt sind.
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13 zeigt eine Variante, bei der die Verbindungsteile 90 als vorwärts gekrümmte Stege beliebiger Anzahl ausgebildet sind.
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14 zeigt eine Variante, bei der die Verbindungsteile 90 als Gummiband oder Seil ausgebildet sind, welches sich zwischen dem Luftführungsrohr 50 und dem Gehäuseteil 80 hin- und hererstreckt, wie dies auch in 1 und 2 der Fall ist. Diese Variante hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, da mit ihr eine geringe Körperschallübertragung und damit eine gute Entkopplung erzielt werden kann.
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15 zeigt eine Variante, bei der die Verbindungsteile 90 vorwärts und rückwärts gesichelt sind, wobei dies auch als links und rechts gesichelt bzw. gekrümmt bezeichnet werden kann.
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Die Ausführungsformen der 12, 13 und 15 sind gut geeignet für eine Fertigung im Kunststoff-Spritzgussverfahren in 2K-Technik (Zwei-Komponenten-Technik).
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16 bis 18 zeigen weitere Ausführungsformen für das erste Führungselement 60, wie sie bei der Lüftereinheit von 1 bis 11 verwendet werden können.
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In 16 sind mehrere erste Führungselemente 60 an der Außenseite des Luftführungsrohrs 50 angeordnet, und die Führungselemente 60 erstrecken sich bevorzugt ringförmig um einen Umfangswinkelbereich von 360 °, wobei auch ein kleinerer Winkelbereich von z. B. 200 ° möglich ist. Am Gehäuseteil 80 sind zweite Führungselemente 83 vorgesehen, welche sich nach innen erstrecken. Auch die zweiten Führungselemente 83 erstrecken sich bevorzugt entlang des Gehäuseteils 80 in einem Umfangswinkelbereich von 360 °, wobei auch hier ein kleinerer Umfangswinkelbereich möglich ist. Bevorzugt überlappen die ersten Führungselemente 60 und die zweiten Führungselemente 83, so dass der Fluidstrom in diesem Bereich nicht in rein axialer Richtung durch den Kanal 82 hindurch strömen kann. Hierdurch wird der lufttechnische Widerstand erhöht und der Durchfluss durch den Kanal 82 verringert.
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Man kann auch von einem Labyrinth sprechen, das durch die ersten Führungselemente 60 und die zweiten Führungselemente 83 gebildet wird.
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In 17 verläuft das erste Führungselement 60 spiralförmig an der Außenseite des Luftführungsrohrs 50, so dass sich das erste Führungselement 60 in einem Umfangswinkelbereich von mehr als 360 ° erstrecken kann, wobei auch Unterbrechungen möglich sind, so dass die einzelnen Abschnitte auch kleiner als 360 ° sein können. In gleicher Weise verlaufen die zweiten Führungselemente 83 spiralförmig bzw. schraubenförmig auf der Innenseite des Gehäuseteils 80, wobei auch hier eine Erstreckung in Umfangswinkelbereichen von 360 ° oder mehr oder weniger möglich sind. Bevorzugt verlaufen die ersten Führungselemente 60 und die zweiten Führungselemente 83 in die gleiche Schraubrichtung, so dass sie einander überlappend ausgebildet werden können. Bevorzugt überlappen die ersten Führungselemente 60 und die zweiten Führungselemente 83, um auch hier eine rein axiale Strömung des Fluids im Kanal 82 zu verhindern.
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Während sich in 16 und 17 die ersten Führungselemente 60 und die zweiten Führungselemente 83 senkrecht erstreckt haben und als flache Lippen ausgebildet waren, sind die Führungselemente 60, 83 in 18 schräg im Kanal 82 verlaufend ausgebildet, und bevorzugt sind am freien Ende der Führungselemente 60, 83 jeweils abgewinkelte Bereiche vorgesehen, um einen zusätzlichen lufttechnischen Widerstand zu erzeugen.
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19 zeigt unterschiedliche Lüfterkennlinien, die einen Vergleich der Luftleistung der unterschiedlichen Varianten ermöglichen. An der Abszisse (X-Achse) 91 ist der auf maximal 1,0 normierte Volumenstrom aufgetragen, und an der Ordinate (Y-Achse) 92 ist die auf maximal 1,0 normierte Druckdifferenz aufgetragen. Eine Kennlinie 93 ist durch eine mit Rechtecken versehene Linie gekennzeichnet, eine Kennlinie 94 ist durch eine gleichmäßig gestrichelte Linie gekennzeichnet, und eine Kennlinie 95 ist durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet. Die Kennlinie 93 zeigt die Luftleistung für einen Lüfter ohne Spalt 82, und da ohne einen Spalt 82 auch kein lufttechnischer Kurzschluss auftreten kann, ist die Luftleistung hoch. Die Kennlinie 95 zeigt die Luftleistung bei einem Lüfter mit Spalt 82, aber ohne Führungselement 60. Die Luftleistung ist deutlich niedriger, und insbesondere bei einem hohen Volumenstrom sinkt sie stark ab. Die Kennlinie 94 wurde mit einem Lüfter gemessen, der einen Spalt 82 und ein Führungselement 60 hat. Die Luftleistung ist deutlich größer als bei der Kennlinie 95, sie erreicht jedoch nicht die maximale normierte Druckdifferenz 1,0 der Kennlinie 93. Dafür überträgt der Lüfter mit der Kennlinie 94 weniger Körperschall als der Lüfter mit der Kennlinie 93, und dies ist bei bestimmten Anwendungen wie bspw. der Sitzbelüftung in Personenkraftwagen wichtiger als eine maximale Druckdifferenz.
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Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.
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Lufttechnische Berechnungen zu den gezeigten Führungselementen 60 haben ergeben, dass sich an diesen im Betrieb Wirbel ausbilden, die zu einer zusätzlichen Behinderung des störenden Luftstroms führen.
