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Die Erfindung betrifft ein Zentrifugalgebläse für eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein Zentrifugalgebläse ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt und wird in einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs zum Erzeugen eines Luftstroms eingesetzt. Das Zentrifugalgebläse umfasst bekanntlich einen Zentrifugalventilator mit einem elektrischen Motor, der ein Lüfterrad rotierend antreibt. Durch das Lüfterrad wird ein Luftstrom erzeugt, den die Klimaanlage zum Belüften eines Innenraumes in dem Kraftfahrzeug nutzt. Der elektrische Motor wird durch einen Motorhalter intern aufgenommen, wobei zwischen dem elektrischen Motor und dem Motorhalter ein Kühlungsraum gebildet wird. Die Luft wird durch das rotierende Lüfterrad von einem Lufteinlass des Motorhalters aus zu dem Lüfterrad auch durch den Kühlungsraum eingesaugt und der elektrische Motor des Zentrifugalgebläses wird dadurch gekühlt.
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Abhängig von der Drehzahl des Lüfterrads entstehen in dem Kühlungsraum unterschiedliche Strömungszustände. Insbesondere kann eine Rückströmung der eingesaugten Luft entstehen, die zu einem unerwünschten Wassertransport aus einem benachbarten radial zwischen dem elektrischen Motor und dem Lüfterrad angeordneten Lüfterradraum in den Kühlungsraum und folglich zu dem elektrischen Motor führen kann. Gelangt das Wasser in den elektrischen Motor, so kann dies langfristig zum Ausfallen des Zentrifugalgebläses führen. Die Rückströmung vermindert zudem die Kühlung des elektrischen Motors und kann eine akustische Belastung durch die Klimaanlage in dem Kraftfahrzeug erhöhen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Zentrifugalgebläse für eine Kraftfahrzeugklimaanlage bereitzustellen, die die genannten Nachteile überwindet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Zentrifugalgebläse für eine Kraftfahrzeugklimaanlage eine unerwünschte Rückströmung zu vermeiden. Dazu weist das Zentrifugalgebläse einen Zentrifugalventilator mit einem elektrischen Motor und einem von dem elektrischen Motor rotierend angetriebenen Lüfterrad sowie einen Motorhalter auf, der den elektrischen Motor des Zentrifugalventilators intern aufnimmt. Zwischen dem elektrischen Motor und dem Motorhalter ist ein sich in Axialrichtung erstreckender Lüftungsraum gebildet, wobei der Lüftungsraum von einem Kühllufteinlass des Motorhalters aus von Kühlluft durchströmbar ist. Erfindungsgemäß weist das Zentrifugalgebläse eine in dem Lüftungsraum angeordnete Luftfördervorrichtung zum Fördern der Kühlluft durch den Lüftungsraum in Axialrichtung auf.
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Die Kühlluft strömt von dem Kühllufteinlass des Motorhalters aus zu dem Lüfterrad unter anderem durch den Lüftungsraum. Die Luftfördervorrichtung ist in dem Lüftungsraum angeordnet und unterstützt eine axiale Strömung der Kühlluft zu dem Lüfterrad. Insbesondere bei einer kleinen Drehzahl des elektrischen Motors wird ein Einsaugen der Kühlluft zu dem Lüfterrad von dem Kühllufteinlass aus durch die erfindungsgemäße Luftfördervorrichtung vorteilhaft unterstützt. Dadurch wird die Rückströmung in dem Lüftungsraum verhindert und die Kühlung des elektrischen Motors und insbesondere seines Rotors unterstützt. Ferner findet kein unerwünschter Wassertransport aus einem benachbarten radial zwischen dem elektrischen Motor und dem Lüfterrad angeordneten Lüfterradraum in den Lüftungsraum und zu dem elektrischen Motor statt.
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Die Luftfördervorrichtung kann sowohl mit dem Rotor rotierend als auch nicht rotierend in dem Lüftungsraum angeordnet werden. Durch die nicht rotierende Luftfördervorrichtung kann der Kühlluft eine Strömungsrichtung und durch die rotierende Luftfördervorrichtung zusätzlich eine Strömungsgeschwindigkeit aufgeprägt werden. Durch die aufgeprägte Strömungsrichtung kann eine radiale Querströmung der Kühlluft in dem Lüftungsraum vermindert werden, wodurch das Fördern der Kühlluft in Axialrichtung unterstützt wird. Durch die aufgeprägte Strömungsgeschwindigkeit kann das Fördern der Kühlluft in Axialrichtung gezielt verbessert werden.
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Um der Kühlluft die Strömungsrichtung aufprägen zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Luftfördervorrichtung wenigstens eine zumindest bereichsweise in dem Lüftungsraum angeordnete Belüftungsschaufel aufweist. Die jeweilige Belüftungsschaufel kann beispielsweise in Form einer länglichen Vertiefung oder einer länglichen Ausformung ausgestaltet sein. Die aufgeprägte Strömungsrichtung verhindert die radiale Querströmung der Kühlluft in dem Lüftungsraum und die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft in dem Lüftungsraum bleibt erhalten. Dadurch wird ein Fördern der Kühlluft zu dem Lüfterrad von dem Kühllufteinlass aus unterstützt. Beispielsweise kann die jeweilige Belüftungsschaufel in Form einer länglichen axial zu dem Lüfterrad den elektrischen Motor umlaufenden Ausformung ausgestaltet sein und der Kühlluft dadurch eine spiralartige Strömungsrichtung um den elektrischen Motor zu dem Lüftungsrad aufgeprägt werden. Die Umlaufrichtung der Ausformung entspricht zweckgemäß einer Drehrichtung des Lüfterrads und des Rotor, wobei bei einem außenlaufenden elektrischen Motor der Kühlluft durch den rotierenden Rotor auch die Strömungsgeschwindigkeit aufgeprägt werden kann. Alternativ kann die Belüftungsschaufel auch eine längliche axial zu dem Lüfterrad den elektrischen Motor umlaufende Vertiefung sein. Die Luftfördervorrichtung kann sowohl eine Belüftungsschaufel als auch mehrere Belüftungsschaufeln aufweisen. Insgesamt kann durch die der Kühlluft aufgeprägte Strömungsrichtung das Fördern der Kühlluft unterstützt werden und dadurch die Rückströmung in dem Lüftungsraum verhindert werden. Vorteilhafterweise ist dabei vorgesehen, dass eine Form und/oder ein Abstand zweier zueinander benachbarter Belüftungsschaufeln der Luftfördervorrichtung voneinander abweichen können.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses ist vorgesehen, dass die Luftfördervorrichtung eine Rotorförderanordnung aufweist, die an einem radialen Rotorflansch des Rotors integral ausgebildet oder stoffschlüssig festgelegt ist. Dabei steht die wenigstens eine Belüftungsschaufel von dem radialen Rotorflansch unter einem Winkel ab und ist in den Lüftungsraum und/oder zumindest bereichsweise aus dem Lüftungsraum gerichtet. Der Winkel kann dabei zwischen 0° und 90° variieren und zum besseren Fördern der Kühlluft in dem Lüftungsraum angepasst sein. An dem radialen Rotorflansch können mehrere Belüftungsschaufeln ausgebildet sein, die der Kühlluft die Strömungsrichtung aufprägen. Die Rotorförderanordnung rotiert zusammen mit dem Rotor, so dass durch die Belüftungsschaufeln der Kühlluft neben der Strömungsrichtung auch die zusätzliche Strömungsgeschwindigkeit aufgeprägt wird. Dadurch kann die Kühlluft durch den Lüftungsraum intensiver gefördert und der elektrische Motor besser gekühlt werden. Zusätzlich kann dadurch die Rückströmung der Kühlluft in dem Lüftungsraum verhindert werden. Die jeweilige Belüftungsschaufel kann dabei an dem radialen Rotorflansch stoffschlüssig festgelegt - beispielsweise aufgespritzt - oder integral ausgebildet - beispielsweise ausgestanzt - sein. Sowohl die Form als auch der Abstand zweier zueinander benachbarter Belüftungsschaufeln können sich dabei unterscheiden.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Luftfördervorrichtung eine Halterförderanordnung aufweist, die an dem Motorhalter integral ausgebildet oder stoffschlüssig oder kraftschlüssig oder formschlüssig festgelegt ist, wobei die wenigstens eine Belüftungsschaufel von dem Motorhalter absteht und radial nach innen in den Lüftungsraum gerichtet ist. Vorteilhafterweise kann die Halterförderanordnung an einer dem Lüftungsraum zugewandten Innenfläche des Motorhalters komplett oder nur bereichsweise ausgebildet oder festgelegt sein. So kann beispielsweise die Halterförderanordnung in einem an dem benachbarten Lüfterradraum angrenzenden Bereich der Innenfläche des Motorhalters ausgebildet oder festgelegt sein, um insbesondere die Rückströmung aus dem benachbarten Lüfterradraum in den Lüftungsraum zu verhindern. Die jeweilige Belüftungsschaufel kann eine längliche Ausformung sein, die beispielsweise axial zu dem Lüfterrad den elektrischen Motor umläuft. Die einzelnen Belüftungsschaufeln können eine abweichende Form und einen abweichenden Abstand zueinander aufweisen, um die Strömung der Kühlluft in dem Lüftungsraum optimieren zu können.
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Bei einer Weiterbildung der Luftfördervorrichtung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Luftfördervorrichtung einen Absperrring aufweist, der an dem Motorhalter radial den Rotor umlaufend festgelegt ist und ein an dem Motorhalter angrenzendes Absperrteil von einem Strömungsteil des Lüftungsraumes zumindest bereichsweise luftdicht abtrennt. Der Absperrring teilt luftdicht den Lüftungsraum in das Absperrteil und das Strömungsteil auf und bildet zumindest teilweise die Innenfläche des Motorhalters, so dass ein Strömungsquerschnitt des Lüftungsraumes reduziert wird. Folglich wird die in dem Lüftungsraum durch den reduzierten Strömungsquerschnitt strömende Kühlluft zu dem Lüfterrad hin beschleunigt und die Rückströmung kann vorteilhafterweise verhindert werden. Dabei kann der Strömungsquerschnitt des Lüftungsraums durch den Absperrring derart angepasst sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft in dem Lüftungsraum optimiert ist und die Rückströmung der Kühlluft in dem Lüftungsraum verhindert wird. Der Absperrring kann dabei an dem Motorhalter stoff-, kraft- oder formflüssig festgelegt oder jedoch integral ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Belüftungsschaufel an dem Absperrring integral ausgebildet oder stoffschlüssig festgelegt ist und radial nach innen von dem Absperrring in den Lüftungsraum absteht. Durch die jeweilige Belüftungsschaufel an dem Absperrring kann der Kühlluft die Strömungsrichtung aufgeprägt werden, wodurch die Rückströmung vorteilhafterweise verhindert, zumindest aber reduziert, wird.
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Bei einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses ist vorgesehen, dass die Luftfördervorrichtung einen koaxial um den Rotor angeordneten Luftförderkörper aufweist. Dabei ist der Luftförderkörper an dem Rotor drehfest festgelegt oder integral ausgebildet und die wenigstens eine Belüftungsschaufel steht radial nach außen von dem Luftförderkörper in den Lüftungsraum ab. Durch den rotierenden Luftförderkörper können der Kühlluft in dem Lüftungsraum die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsrichtung aufgeprägt werden, so dass das Fördern der Kühlluft in dem Lüftungsraum verbessert wird und die Rückströmung verhindert wird. Die jeweilige Belüftungsschaufel kann auch hier derart angepasst sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit und die Strömungsrichtung optimiert werden. So kann die Belüftungsschaufel beispielsweise eine längliche Ausformung sein, die axial zu dem Lüfterrad den Rotor umläuft. Der Luftförderkörper kann auch mehrere Belüftungsschaufeln aufweisen, die eine abweichende Form und einen abweichenden Abstand zueinander aufweisen. Der Luftförderkörper kann an dem Rotor beispielsweise durch ein Tiefziehen integral ausgeformt oder jedoch beispielsweise durch eine Nut-Feder-Verbindung oder durch eine andere Formschluss-Verbindung oder auch durch eine Kraftschluss-Verbindung an dem Rotorflansch drehfest festgelegt sein. Um bei einem an dem Rotor drehfest festgelegten Luftförderkörper eine Strömung der Kühlluft zu dem zu kühlenden Rotor nicht zu verhindern, kann der Luftförderkörper auch mehrere durchgehende den Lüftungsraum und den Rotor verbindende Öffnungen aufweisen.
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Vorgesehen sein kann, dass das Lüfterrad eine an einem Lüfterradrand integral ausgebildete oder stoffschlüssig festgelegte Schaufelzusatzanordnung mit wenigstens einer Lüfterradschaufel aufweist, die von dem Lüfterradrand zu dem elektrischen Motor gerichtet absteht. Durch die Schaufelzusatzanordnung kann eine zusätzliche Luftströmung zu dem Lüfterrad durch den Lüfterradraum erzeugt werden, so dass ein Einsaugen der Kühlluft in den Lüftungsraum von dem Kühllufteinlass aus verbessert wird. Vorgesehen sein kann auch, dass eine Form und/oder ein Abstand zweier zueinander benachbarter Lüfterradschaufel voneinander abweichen.
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Insgesamt kann in dem erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläse die Rückströmung in dem Lüftungsraum verhindert und die Kühlung des elektrischen Motors und insbesondere des Rotors verbessert werden. Zusätzlich wird ein unerwünschter Wassertransport aus dem benachbarten Lüfterradraum in den Lüftungsraum und zu dem rotierenden elektrischen Motor vorteilhaft verhindert.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses mit einer Luftfördervorrichtung, die einen Absperrring und eine Halterförderanordnung aufweist;
- 2 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses mit einer Luftfördervorrichtung, die einen Luftförderkörper aufweist;
- 3 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses mit einer Schaufelzusatzanordnung und mit einer Luftfördervorrichtung, die einen Absperrring aufweist;
- 4 eine teilweise Schnittansicht eines Absperrrings;
- 5 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses mit einer Schaufelzusatzanordnung und mit einer Luftfördervorrichtung, die eine Rotorförderanordnung aufweist;
- 6 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses mit einer Luftfördervorrichtung, die eine Rotorförderanordnung aufweist;
- 7 bis 9 Ansichten eines Rotors mit einer integral an einem Rotorflansch ausgebildeten Rotorförderanordnung.
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1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses 1. Das Zentrifugalgebläse 1 weist einen Zentrifugalventilator 2 mit einem elektrischen Motor 3 und mit einem von dem elektrischen Motor 3 rotierend angetriebenen Lüfterrad 4 auf. Der elektrische Motor 3 weist einen Rotor 5 mit Permanentmagneten 6 und einen Stator 7 mit elektrischen Spulen 8 auf. Der Rotor 5 weist eine rotierende Welle 9 auf, die Axialrichtung 10 des Zentrifugalgebläses 1 vorgibt. An der Welle 9 ist das Lüfterrad 4 drehfest festgelegt und rotiert entsprechend mit der Welle 9. Der elektrische Motor 3 wird von einer Steuerelektronik 11 angesteuert, die in einem Gehäuse 12 angeordnet ist. Der elektrische Motor 3 des Zentrifugalventilators 2 ist intern von einem Motorhalter 13 mit einem Kühllufteinlass 14 aufgenommen. Von dem Kühllufteinlass 14 aus strömt die Kühlluft unter anderem durch einen Lüftungsraum 15 durch, der sich zwischen dem Rotor 5 des elektrischen Motors 3 und dem Motorhalter 13 in Axialrichtung 10 um den Rotor 5 erstreckt. Aus dem Lüftungsraum 15 strömt die Kühlluft in einen benachbarten Lüfterradraum 16, wie mit Pfeilen angedeutet.
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Das Zentrifugalgebläse 1 weist eine in dem Lüftungsraum 15 angeordnete Luftfördervorrichtung 17 zum Fördern der Kühlluft durch den Lüftungsraum 15 in Axialrichtung 10 auf. Die Kühlluft strömt von dem Kühllufteinlass 14 des Motorhalters 13 aus zu dem Lüfterrad 4 unter anderem durch den Lüftungsraum 15. Die Luftfördervorrichtung 17 ist in dem Lüftungsraum 15 angeordnet und unterstützt eine axiale Strömung der Kühlluft zu dem Lüfterrad 4. Dadurch wird die Rückströmung in dem Lüftungsraum 15, insbesondere in einem Übergangsbereich 18 des Lüftungsraums 15 zu dem benachbarten Lüfterradraum 16 verhindert. Dadurch kann insbesondere ein unerwünschter Wassertransport aus dem Lüfterradraum 16 in den Lüftungsraum 15 und zu dem elektrischen Motor 3 vorteilhaft verhindert werden.
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In diesem Ausführungsbeispiel weist die Luftfördervorrichtung 17 einen Absperrring 19 und eine Halterförderanordnung 20 auf, die an dem Motorhalter 13 integral ausgebildet ist. Der Absperrring 19 ist an dem Motorhalter 13 radial den Rotor 5 umlaufend festgelegt und trennt luftdicht ein an dem Motorhalter 13 angrenzendes Absperrteil 15a von einem Strömungsteil 15b des Lüftungsraumes 15 ab. Ein Strömungsquerschnitt des Lüftungsraumes 15 wird dadurch reduziert und folglich wird die in dem Lüftungsraum 15b durch den reduzierten Strömungsquerschnitt strömende Kühlluft zu dem Lüfterrad 4 hin beschleunigt. Vorteilhaft kann dadurch die Rückströmung der Kühlluft insbesondere in dem Übergangsbereich 18 verhindert werden.
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Die an dem Motorhalter 13 integral ausgebildete Halterförderanordnung 20 weist mehrere Belüftungsschaufeln 21 auf, die an dem Motorhalter 13 integral ausgebildet und in den Lüftungsraum 15 radial gerichtet sind. Durch die Belüftungsschaufeln 21 kann der Kühlluft eine Strömungsrichtung aufgeprägt werden, so dass vorteilhaft die Rückströmung in dem Übergangsbereich 18 verhindert wird.
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2 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses 1, wobei die Luftfördervorrichtung 17 in diesem Ausführungsbeispiel einen Luftförderkörper 22 aufweist. Der Luftförderkörper 22 ist koaxial um den Rotor 5 angeordnet und an dem Rotor 5 durch eine Formschluss-Verbindung 23 drehfest festgelegt. Die Formschluss-Verbindung kann durch eine Mitnehmernase-Verbindung oder durch eine Nut-Feder-Verbindung realisiert sein. Alternativ kann der Luftförderkörper 22 durch eine Kraftschluss-Verbindung - beispielsweise durch eine Klemm-Verbindung - oder auch stoffschlüssig drehfest an dem Rotor 5 festgelegt werden. Die Belüftungsschaufeln 21 des Luftförderkörpers 22 stehen radial nach außen von dem Luftförderkörper 22 in den Lüftungsraum 15 ab und können der Kühlluft in dem Lüftungsraum 15 eine Strömungsgeschwindigkeit und eine Strömungsrichtung aufprägen.
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In 3 ist eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses 1 mit dem Absperrring 19 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Lüfterrad 4 eine Schaufelzusatzanordnung 24 mit Lüfterradschaufeln 25 auf, die von einem Lüfterradrand 26 zu dem elektrischen Motor 3 hin gerichtet sind. Durch die Schaufelzusatzanordnung 24 kann eine zusätzliche Luftströmung zu dem Lüfterrad 4 durch den Lüfterradraum 16 erzielt und ein Einsaugen der Kühlluft aus dem Kühllufteinlass 14 verbessert werden.
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4 zeigt eine teilweise Schnittansicht des Absperrrings 19. Der Absperrring 19 weist in diesem Ausführungsbeispiel mehrere Belüftungsschaufeln 21 auf, die radial in den Lüftungsraum 15 abstehen und das Fördern der Kühlluft zu dem Lüfterrad von dem Kühllufteinlass aus unterstützen. Die Belüftungsschaufeln 21 sind in diesem Ausführungsbeispiel längliche Ausformungen, die axial zu dem Lüfterrad 4 den elektrischen Motor 3 umlaufend an dem Absperrring 19 ausgeformt sind. Die Belüftungsschaufeln sind dabei in der Art von Schraubengangsegmenten ausgebildet.
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In 5 und in 6 sind Ansichten des Zentrifugalgebläses 1 mit der Luftfördervorrichtung 17 mit einer Rotorförderanordnung 27gezeigt, die an einem radialen Rotorflansch 28 integral ausgebildet ist. In 6 weist das Lüfterrad 4 zudem die Schaufelzusatzanordnung 24 auf. In 7 bis 9 sind Ansichten des Rotors 5 mit der integral ausgebildeten Rotorförderanordnung 27 gezeigt. Die Belüftungsschaufeln 21 stehen bei der hier gezeigten Rotorförderanordnung 27 von dem radialen Rotorflansch 28 unter einem Winkel α ab und sind in den Lüftungsraum 15 gerichtet. Der Winkel α liegt in diesem Ausführungsbeispiel bei etwa 60°, kann jedoch zwischen 0° und 90° variieren.
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Insgesamt kann in dem erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläse 1 die Rückströmung in dem Lüftungsraum 15 insbesondere in dem Übergangsbereich 18 verhindert und ein unerwünschter Wassertransport aus dem benachbarten Lüfterradraum 16 in den Lüftungsraum 15 und zu dem elektrischen Motor 3 vorteilhaft verhindert werden. Zusätzlich wird die Kühlung des elektrischen Motors 3 und insbesondere des Rotors 5 verbessert.
