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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Zentrifugalgebläse.
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Die
DE 88 01 730 U1 zeigt
ein Zentrifugalgebläse
mit einer Vielzahl von Schaufeln, einen Motor und ein Gehäuse. Ein
Motorkorpusbereich ist von einem Ende des Lüfters in Axialrichtung eingesetzt,
abgestützt
und gelagert. Der Innendurchmesser des Lüfters an dem einen Ende ist
größer als
der Lüfter an
dem anderen Ende. Die Schaufeln an den beiden Enden liegen in einer
Ebene.
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In
wohlbekannter Weise besitzt ein Zentrifugalgebläse einen Mehrschaufel-Zentrifugallüfter zum Ansaugen
von Luft in Axialrichtung der Drehwelle und zum Ausblasen der Luft
radial nach außen,
einen Motor zum Antrieb des Lüfters
und ein Spiralgehäuse zur
Aufnahme des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters und des Motors und zur
Ausbildung eines Luftkanals.
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Bei
dem Zentrifugalgebläse
ist es zur Vergrößerung des
Volumens der Blasluft bei Konstanthaltung der Drehzahl des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters notwendig,
daß die
Luftansaugfläche
(d.h. die Fläche
entlang des Innendurchmessers des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters) vergrößert wird,
um zur Zeit des Ansaugens von Luft den Druckverlust zu verringern.
Wenn jedoch der Innendurchmesser des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters einfach
größer gemacht
wird, um die Ansaugfläche
zu vergrößern, wird der
Außendurchmesser
des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters
so groß,
daß die
Größe des Zentrifugalgebläses groß wird.
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Als
ein Verfahren zur Verkleinerung des Zentrifugalgebläses bei
Vergrößerung des
Luftvolumens des Zentrifugalgebläses
ist es herkömmlicherweise bekannt,
daß gemäß Darstellung
in 8 die Ansaugfläche vergrößert wird,
indem Luft von zwei Seiten aus in Axialrichtung der Drehwelle des
Mehrschaufel-Zentrifugallüfters
angesaugt wird, bei dem der Innen- und der Außendurchmesser entlang der Gesamtlänge in Axialrichtung
der Drehwelle des Lüfters
gleich sind. Des weiteren ist ein Mo torkorpusbereich 6a des
Antriebsmotors 6 in den Mehrschaufel-Zentrifugallüfter 1 eingesetzt,
um die Größe in Axialrichtung
der Drehwelle des Zentrifugalgebläses zu verkleinern.
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Dabei
ist der Innendurchmesser des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters die
Abmessung zwischen den radialen Innenseitenendbereichen des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters (d.h.
der Durchmesser d1 in 8), und ist der Außendurchmesser die Abmessung
zwischen den radialen Außenseitenendbereichen
des Mehrschaufel-Zentrifugallüfters
(d.h. der Durchmesser D in 8).
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Obwohl
die Erfinder zahlreiche Arten eines Zentrifugalgebläses experimentell
hergestellt und geprüft
haben, konnte bei klein gehaltener Größe des Zentrifugalgebläses kein
gewünschtes
Luftvolumen erreicht werden. Das heißt, an der Seite des Einsatzes
des Antriebsmotors 6 bildet der Motorkorpusbereich 6a einen
Ansaugwiderstand, so daß das
gewünschte
Ansaugluftvolumen nicht erreicht werden kann.
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Ausgehend
von
DE 88 01 730 U1 ist
es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Zentrifugalgebläse bereitzustellen,
welches im Betrieb eine möglichst
geringe Geräuschentwicklung
bereitstellt.
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Diese
Aufgabe wird durch den Anmeldungsgegenstand gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Bei
diesem Zentrifugallüfter
ist der Innendurchmesser des Lüfters
an dem einen Ende größer als
der Innendurchmesser des Lüfters
an dem anderen Ende, und zusätzlich
sind die Schaufeln an dem einen Ende gegenüber den Schaufeln an dem anderen
Ende in Drehrichtung des Lüfters
versetzt derart, dass sich die Schaufeln in Axialrichtung nicht überlappen.
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Wie
bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung gefunden wurde, wird
ein starkes Geräusch erzeugt,
wenn Luft am Ansatzabschnitt an einem beispielsweise spiralförmigen Gehäuse auftrifft,
während
Luft durch diesen Ansatzabschnitt durchtritt. Wenn die Schaufel
an der einen Endseite und die Schaufel an der anderen Endseite in
Axialrichtung einander überlappen,
trifft die Luft, welche von den Schaufeln ausgeblasen wird, gleichzeitig
mit der Luft, welche von den Schaufeln ausgeblasen wird, auf den Ansatzabschnitt.
Dadurch erhöht
sich das von dem Gebläse
erzeugte Geräusch
erheblich.
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Dahingegen
werden gemäß der vorliegenden
Erfindung die Schaufeln an dem einen Ende gegenüber den Schaufeln an dem anderen
Ende in Drehrichtung versetzt angeordnet, so dass sich die Schaufeln
nicht in der Axialrichtung überlappen.
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Dadurch
wird das Betriebsgeräusch
des erfindungsgemäßen Zentrifugalgebläses erheblich
gesenkt.
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Erfindungsgemäß ist ein
Motorkorpusbereich in einen Mehrschaufel-Zentrifugallüfter von
einem Ende des Lüfters
aus in Axialrichtung eingesetzt und in einer Stirnseite gelagert,
und ist der Außendurchmesser
des Lüfters über der
gesamten Länge in
Axialrichtung gleichmäßig bzw.
einheitlich, und ist der Innendurchmesser des Lüfters am einen Ende größer als
der Innendurchmesser des Lüfters
am anderen Ende. Auf diese Weise kann das Volumen der Blasluft bei
Aufrechterhaltung einer kleinen Größe des Lüfters vergrößert werden. Somit wird im
Vergleich mit einem Lüfter,
bei dem der Innen- und der Außendurchmesser über der
Gesamtlänge
der Drehwellenrichtung des Lüfters
gleichmäßig sind,
die Ansaugfläche
an einer Stirnseite wesentlich größer werden, wird der Ansaugwiderstand kleiner,
und kann das Volumen der Blasluft vergrößert werden.
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Des
weiteren sollte in bevorzugter Weise das Verhältnis der Differenz zwischen
dem Innendurchmesser und dem Außendurchmesser
des Lüfters
am einen Ende zur Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser
des Lüfters
am anderen Ende im Bereich vom 0,6–0,95 liegen.
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Des
weiteren kann eine Ansatzplatte zum Verbinden der Vielzahl von Schaufeln
und zum Übertragen
der vom Motor erzeugten Antriebskraft an die Vielzahl von Schaufeln
vorgesehen sein und ist die Lüfterhöhe zwischen
dem einen Ende des Lüfters und
der Ansatzplatte vorzugsweise kleiner als die Lüfterhöhe zwischen dem anderen Ende
des Lüfters und
der Ansatzplatte.
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Des
weiteren kann das Verhältnis
der Lüfterhöhe zwischen
dem einen Ende und der Ansatzplatte zur Lüfterhöhe zwischen dem anderen Ende
und der Ansatzplatte etwa gleich dem Verhältnis der Differenz zwischen
dem Quadrat des Innendurchmessers des einen Endes und dem Quadrat
des Außendurchmessers
des Motorkorpusbereichs zum Quadrat des Innendurchmessers des anderen
Endes sein.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Detailbeschreibung bevorzugter Ausführungsformen bei
gleichzeitiger Betrachtung der beigefügten Zeichnungen, in denen
zeigen:
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1 einen
Querschnitt mit der Darstellung eines Zentrifugalgebläses einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung;
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2 eine
perspektivische Ansicht aus der Richtung des Pfeils A von 1;
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3 ein
Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen dem Druckkoeffizienten Ψ und dem
Verhältnis
der Schaufellänge
L1 der motoreinsatzfreien Seite zum Außendurchmesser
D eines Lüfters 1;
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4 ein
Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwi schen dem Druckkoeffizienten Ψ und dem
Verhältnis
der Schaufellänge
L2 der Motoreinsatzseite zum Außendurchmesser
D des Lüfters 1;
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5 ein
Diagramm mit der Darstellung der Beziehung zwischen dem Druckkoeffizienten Ψ und dem
Verhältnis
der Lüfterhöhe zum Außendurchmesser
D des Lüfters 1;
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6 ein
Diagramm mit der Darstellung der Lüfterkennlinien des Zentrifugalgebläses der
ersten Ausführungsform
der Erfindung und eines herkömmlichen
Gebläses;
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7 einen
Querschnitt durch ein Zentrifugalgebläse einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung und
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8 einen
Querschnitt durch das herkömmliche
Zentrifugalgebläse.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben.
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Nachfolgend
wird die erste Ausführungsform der
Erfindung beschrieben. Bei der ersten Ausführungsform findet ein erfindungsgemäßes Zentrifugalgebläse (nachfolgend
als Gebläse
bezeichnet) bei einer Klimaanlage für ein Fahrzeug Anwendung.
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1 ist
ein Querschnitt durch das Gebläse entlang
dessen Axialrichtung bei dieser Ausführungsform. Gemäß Darstellung
in 1 besitzt ein Mehrschaufel-Zentrifugallüfter 1 (nachfolgend
als Lüfter
bezeichnet) eine Vielzahl von Schaufeln (d.h. Blättern) 2 und 3,
die in Umfangsrichtung derart angeordnet sind, daß jede Längsrichtung
der Schaufeln 2 und 3 der Axialrichtung der Drehwelle
des Lüfters 1 entspricht.
Die Schaufeln 2 und 3 sind mit einer Ansatzplatte 4,
die zwischen den beiden Enden in Axialrichtung des Lüfters 1 ausgebildet
ist, und mit Ringen 5, die an den beiden Stirnseiten in
Axialrichtung angeordnet sind, verbunden und an diesen befestigt und
werden mittels eines Motors 6 über die Ansatzplatte 4 in
Umdrehung versetzt.
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Eine
Vielzahl von Löchern 4a ist
an der Ansatzplatte 4 ausgebildet, um die Ansatzplatte 4 von der
Seite aus, an der der Motorkorpusbereich 6a des Antriebsmotors 6 nicht
eingesetzt ist (nachfolgend als einsatzfreie Seite bezeichnet),
zu der Seite zu durchdringen, an der der Motorkorpusbereich 6a eingesetzt
ist (nachfolgend als Einsatzseite bezeichnet).
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Das
Gebläse 1 saugt
Luft von beiden Stirnseiten aus in Axialrichtung an und bläst die Luft
radial nach außen;
und Öffnungsbereiche 1a und 1b des Lüfters 1 entsprechen
Einlässen
für Luft,
die in den Lüfter 1 eingesaugt
wird. Der Motorkorpusbereich 6a ist in den Lüfter 1 von
der Seite des Öffnungsbereichs 1b aus
so eingesetzt, daß er
nicht mit der Ansatzplatte 4 zusammentrifft.
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Des
weiteren ist der Außendurchmesser
D des Lüfters 1 über der
Gesamtlänge
in Axialrichtung gleich. Andererseits ist der Innendurchmesser d2 der Einsatzseite größer als der Innendurchmesser
d1 der einsatzfreien Seite. Die Innendurchmesser
d1 und d2 der einsatzfreien
Seite und der Einsatzseite sind von den beiden Endbereichen 1c und 1d aus
zur Ansatzplatte 4 hin gleichmäßig. Gemäß Darstellung in 2 ist
die Schaufellänge
L2 [L2 = (D – d2)/2] der Einsatzseite kleiner als die Schaufellänge L1 [L1 = (D – d1)/2] der einsatzfreien Seite. Des weiteren
sind die Schaufeln 2 der einsatzfreien Seite und die Schaufeln 3 der Einsatzseite
in Drehrichtung bei Betrachtung in Axialrichtung gegeneinander versetzt,
um einander nicht zu überlappen.
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Gemäß Darstellung
in 1 ist die Lüfterhöhe Hfs der Einsatzseite vom Endbereich 1c in
Axialrichtung an der Einsatzseite zur Ansatzplatte 4 hin kleiner
als die Lüfterhöhe Hfm der einsatzfreien Seite vom Endbereich 1d in
Axialrichtung an der einsatzfreien Seite zur Ansatzplatte 4 hin.
Das Verhältnis (Hfs/Hfm) der Lüfterhöhe Hfs der Einsatzseite zur Lüfterhöhe Hfm der
einsatzfreien Seite ist etwa gleich dem Verhältnis [(d2 2 – DM 2)/d1 2] der Differenz (d2 2 – DM 2) zwischen dem
Quadrat des Innendurchmessers d2 an der
Einsatzseite und dem Quadrat des Außendurchmessers DM des Motorkorpusbereichs 6a zum Quadrat
des Innendurchmessers d1 an der einsatzfreien
Seite.
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Ein
Gehäuse 7 dient
zur Aufnahme des Lüfters 1 und
des Antriebsmotors 6 und hält diese fest und bildet einen
Kanal für
die vom Lüfter 1 geblasene Luft.
Das Gehäuse 7 ist
spiralförmig
rund um die Achse des Lüfters 1 ausgebildet. Öffnungsbereiche 7a und 7b zum
Ansaugen von Luft sind an den beiden Stirnseiten in Axialrichtung
des Lüfters
1 am Gehäuse 7 ausgebildet,
und ein Auslaß (nicht
dargestellt), der eine Verbindung zum einen Auslaß im Fahrgastraum
(nicht dargestellt) des Fahrzeugs herstellt, ist an der Windungsendseite
der Spirale des Gehäuses 7 ausgebildet.
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Nachfolgend
werden die Eigenschaften der ersten Ausführungsform beschrieben.
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Weil
bei der ersten Ausführungsform
der Innendurchmesser d2 der Einsatzseite
größer als
der Innendurchmesser d1 der einsatzfreien
Seite ist, wird die Abmessung Ls von dem
inneren Endbereich der Schaufel 3 zum äußeren Endbereich des Motorkorpusbereichs 6a im
Vergleich zu dem herkömmlichen Gebläse größer, bei
dem der Außendurchmesser
des Motorkorpusbereichs 6a gleich DM ist und der Innendurchmesser
des Lüfters 1 über der
Gesamtlänge
in Axialrichtung konstant gleich ist. Weil die tatsächliche Fläche [(d2 2 – DM 2]π/4] des inneren Öffnungsbereichs 1b der
Einsatzseite größer wird,
wird im Vergleich mit dem herkömmlichen
Gebläse
der Ansaugwiderstand kleiner, und kann das Blasluftvolumen vergrößert werden.
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Weil
weiter der Außendurchmesser
des Lüfters 1 über der
gesamten Länge
in Axialrichtung des Lüfters 1 konstant
gleich ist und der Motorkorpusbereich 6a in den Lüfter 1 eingesetzt
ist, kann das Luftvolumen vergrößert werden,
während
für die
Außengröße des Lüfters 1 die
gleiche Größe wie bei
dem herkömmlichen
Gebläse
beibehalten wird.
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Des
weiteren haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung zur Vergrößerung des
Volumens der Blasluft das Gebläse
untersucht und Versuche angestellt, um jede Größe der Teile des Gebläses zu optimieren,
und das nachfolgende Ergebnis erreicht. Das heißt, an der einsatzfreien Seite
wird das Verhältnis
der Hälfte
der Differenz zwischen dem Außen- und
dem Innendurchmesser der einsatzfreien Seite (d.h. die Schaufellänge L1 der einsatzfreien Seite) zum Außendurchmesser
D des Lüfters 1 als
Parameter verändert
und wird der Druckkoeffizient Ψ gemessen.
Gemäß Darstellung
in 3 liegt das am besten geeignete Verhältnis (L1/D) der Schaufellänge L1 zum Außendurchmesser
D des Lüfters 1 im
Bereich von 0,08–0,115.
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In
gleicher Weise wird an der Einsatzseite das Verhältnis der Hälfte der Differenz zwischen
dem Außen-
und dem Innendurchmesser der Einsatzseite (d.h. die Schaufellänge L2 der Einsatzseite) zum Außendurchmesser
D des Lüfters 1 als
Parameter verändert,
und wird der Druckkoeffizient Ψ gemessen. Gemäß Darstellung
in 4 liegt das am besten geeignete Verhältnis (L2/D) der Lüfterlänge L2 zum
Außendurchmesser
D des Lüfters
1 im Bereich von 0,06–0,095.
Bei dem Versuch für
die Einsatzseite liegt das Verhältnis
des Außendurchmessers
DM des Motorkorpusbereichs 6a zum Außendurchmesser D des Lüfters 1 bei
0,875, d.h. DM = 0,875 × D.
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Unter
Berücksichtigung
zahlreicher Veränderungsfaktoren
und der Art des Antriebsmotors und dergleichen bei dem tatsächlichen
Anbau des Gebläses
an einem Fahrzeug wird für
das Verhältnis
(L2/L1) der Schaufellänge L2 zur Schaufellänge L1 eine
Größe im Bereich
von 0,6–0,95
bevorzugt.
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Wenn
der Druckkoeffizient Ψ groß ist, wird der
Druckverlust innerhalb des Gebläses
klein. Daher wird dann, wenn der Druckkoeffizient Ψ vergrößert wird,
das Volumen der Blasluft vergrößert.
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Als
nächstes
wird das Verhältnis
(D/Hf) des Außendurchmessers D des Lüfters 1 zur
Lüfterhöhe Hf zwischen den beiden Endbe reichen 1d und 1c der axialen
Drehrichtung des Lüfters 1 als
Parameter verändert
und wird der Druckkoeffizient Ψ gemessen. Gemäß Darstellung
in 5 wird für
den Außendurchmesser
D des Lüfters 1 und
die Lüfterhöhe Hf bevorzugt, daß diese untereinander etwa
gleich groß sind.
Die Erfinder haben in zahlreichen Versuchen und Untersuchungen bestätigend festgestellt,
daß der
Druckkoeffizient Ψ nicht
vom Verhältnis
zwischen der Lüfterhöhe Hfs der Einsatzseite und der Lüfterhöhe Hfm der einsatzfreien Seite abhängt.
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Zur
Bestätigung
der obenbeschriebenen Ergebnisse haben die Erfinder vergleichsweise
das Gebläse,
bei dem das Verhältnis
(L2/L1) der Schaufellänge L2 zur Schaufellänge L1 0,95
beträgt
und das Verhältnis
(Hfs/Hfm) der Schaufelhöhe Hfs an der Einsatzseite zur Schaufelhöhe Hfm an der einsatzfreien Seite 0,5 beträgt, und
den herkömmlichen
Lüfter
untersucht, bei dem das Verhältnis
L2/L1 1,0 beträgt und das
Verhältnis
Hfs/Hfm 1,0 beträgt. Wenn
gemäß Darstellung
in 6 das Luftvolumen 100 m3/h
und der Druck 185 Pa messen, können
der Druckkoeffizient Ψ und
der spezifische Geräuschlevel
im Vergleich mit dem herkömmlichen
Lüfter
verbessert werden. Der Druckoeffizient Ψ verbessert sich um ein Maximum von
etwa 10 %, und der spezifische Geräuschlevel Ks verbessert
sich um ein Maximum von etwa 2 dB (Decibel).
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Wenn
das Gebläse
bei einer Klimaanlage für ein
Fahrzeug tatsächlich
eingebaut ist, entspricht der Zustand mit einem großen Volumenkoeffizienten Φ einem Öffnungszustand
mit einem kleinen Druckverlust, wie beispielsweise der Kopfraum-Betriebsart, bei
der Luft in Richtung auf den Oberkörper eines Fahrgastes im Fahrgastraum
ausgeblasen wird, und entspricht ein Zustand mit einem kleinen Volumenkoeffizienten Φ einem Arbeitszustand
mit einem großen Druckverlust,
wie beispielsweise der Fußraum-Betriebsart,
bei der Luft in Richtung auf den Fußraum der Fahrgäste im Fahrgastraum
ausgeblasen wird.
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Nachfolgend
wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
ist die Luftansaugfläche
an der Einsatzseite weiter vergrößert.
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Gemäß Darstellung
in 7 ist der innere Endbereich der Schaufel 3 gegenüber der
Drehachse des Lüfters 1 so
geneigt bzw. schräggestellt,
daß der
Innendurchmesser d2 an der Einsatzseite
von der Ansatzplatte 4 aus in Richtung auf den Endbereich 1c an
der Einsatzseite in axialer Drehrichtung größer wird.
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Bei
den obenbeschriebenen Ausführungsformen
ist eine Vielzahl von Löchern 4a an
der Ansatzplatte 4 ausgebildet. Die Löcher 4a müssen dort
jedoch nicht ausgebildet sein.
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Des
weiteren sind bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen die Schaufel 2 an
der einsatzfreien Seite und die Schaufel 3 an der Einsatzseite
in Drehrichtung des Lüfters 1 gegeneinander
versetzt, um sich bei Betrachtung in Axialrichtung nicht gegenseitig
zu überlappen.
Jedoch kann die vorliegende Erfindung selbst dann Anwendung finden, wenn
die beiden Schaufeln 2 und 3 bei Betrachtung aus
axialer Drehrichtung einander überlappen
können.