DE2551615A1

DE2551615A1 - Axialventilator

Info

Publication number: DE2551615A1
Application number: DE19752551615
Authority: DE
Inventors: Georg Papst; Volker Dipl Ing Schlicker; Guenter Wrobel
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1974-11-18
Filing date: 1975-11-18
Publication date: 1976-05-20
Also published as: JPS51102204A; CH611983A5; GB1534884A; FR2291384A1; US4221546A; DE7536543U; DE2551614C2; DE2551615C2; DE2551614A1; FR2291384B1; GB1534885A

Description

Papst-Motoren KG 17.11.1975

7742 St.Georgen/Schw. o55-HDP/schl

Karl-Maier-Str.l DT-423 B Axialventilator

Die Erfindung betrifft einen Axial ventilator, dessen Ventilatorflügel mit dem Rotor eines elektrischen Antriebsmotors drehfest verbunden und koaxial innerhalb eines Rohrstückes gelagert sind und sich mindestens über die halbe axiale Länge dieses Rohrstückes erstrecken, wobei der durch das Rohrstück gebildete Strömungskanal sich von einer weiten, sogseitigen Eintrittsöffnung in Strömungsrichtung auf eine Taille verengt und von dieser Taille.zu einer weiten, druckseitigen Austrittsöffnung erweitert ist, insbesondere nach Patentanmeldung . i.24*.§1 A'L

Für Axialventi1atoren dieser Art steht häufig nur ein beschränkter Raum zur Verfügung, und es ist Aufgabe der Erfindung, insbesondere im Rahmen dieses verfügbaren Raumes, eine möglichst hohe Förderleistung im praktischen Betrieb bei möglichst geringer Geräuschentwicklung zu erreichen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Taille sich nur über einen Bruchteil des sogseitig gelegenen axialen Teils der Flügel erstreckt, daß die Welle des Rotors mit axialem Spiel in Drehlagern gelagert ist, sogseitig an einem zentral in einer Flanschscheibe angeordneten Punktlager abgestützt ist und daß die Flanschscheibe am sogseitigen Rand des Rohrstücks mit Speichen befestigt ist, die die von der Flanschscheibe ausgesparte ringförmige axiale Projektionsfläche der Flügel schräg zu den sogseitigen Kanten der Flügel überspannen und zwar mit einer solchen Orientierung der Schräglage, daß die axiale. Projektion der Schnittpunkte der Speichen mit den Kanten bei Betrieb radial nach außen wandern.

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Durch die Erfindung wird es möglich, auf dem vorhandenen begrenzten Raum eine verhältnismäßig große druckseitige Erweiterung des Strömungskanals unterzubringen, und es ist auch nicht nötig, den Strömungskanal in diesem Bereich durch für die Halterung erforderliche Elemente einzuengen. Das wird erzielt durch die sogseitige Anordnung der axial kurzen Taille und die sogseitige Anordnung der für die Lagerung erforderlichen Flanschscheibe und Speichen. Dabei ist es im Interesse einer hohen Förderleistung zweckmäßig die Flügel in axialer Richtung so lang zu machen, daß der ganze, im Strömungskanal innerhalb des Rohrstückes zur Verfügung stehende Platz möglichst ausgenutzt wird. Macht man das, dann gleiten die Hinterkanten der Flügel dicht an den Speichen vorbei.Dadurch verursachte Geräusche werden durch die besondere schräge Orientierung der Speichen vermeidbar.

So wird auch eine axial weite Erstreckung auf der Druckseite (Austritt), nämlich praktisch bis auf einen Sicherheitsabstand an die Austrittsebene E. heran, möglich, was die nachfolgend beschriebene unrunde Querschnittserweiterung auch voll nutzbar macht.

Die in diesem Zusammenhang vorgesehene sogsei tig abgestützte Punktlagerung der Rotorwelle hat sich im praktischen Betrieb als minimal verschleißanfällig erwiesen, weil die auf die Rotorwelle einwirkenden Reaktionskräfte zur Sogseite gerichtet sind und sich in einer solchen Punktlagerung extrem reibungsarm abstützen können. Diese Lagerung ist besonders vorteilhaft in Anwendungsfällen, bei denen der Ventilator vertikal nach oben blasend angeordnet ist, sich also in Richtung zur Sogseite nicht nur die Reaktionskräfte, sondern auch das Gewicht des Rotors abstützen muß. Man erhält nicht nur eine große Lebensdauer, sondern auch eine relativ kurze Hochlaufzeit.

Nach einer Weiterbildung erfolgt die sogseitige Einschnürung des Strömungskanals mit in Strömungsrichtung kontinuierlich, insbesondere monoton abnehmender Steigung und die druckseitige Erweiterung nach Art eines Diffusors und die Austrittsöffnung des Strömungskanals ist durch eine Vieleckkontur umgrenzt, in deren Eck'bereiche der austrittsseitige Endabschnitt des Strömungskanals

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über den durch die Vieleckkontur umschriebenen Kreisumfang hinausgehend ragt.Durch diese Weiterbildung wird der Strömungskanal in seinem Querschnitt im „Rehmen der zur Verfugung stehenden Raumverhältnisse noch verbessert, uns es ist möglich, zugunsten der Druckseitigen Erweiterung auch noch die Eckbereiche auszunutzen und der austrittsseitige Endabschnitt des Strömungskanals gewinnt unrunden Querschnitt, wodurch einem leistungsmindernden Drall der ausgeblasenen Strömung entgegengewirkt wird.

Diese unrunden Erweiterungen des Diffusorkanais in die Ecken des Gehäuses hinein verlaufen zweckmässigerweise erst auf dem in Strömungsrichtung letzten Teil (z.B. dem letzten Viertel) der axialen Gehäuseerstreckung.

Die Massenherstellung solcher Rohrstücke wird erleichtert, wenn der Austrittsquerschnitt des Strömungskanals in den Eckbereichen durch Segmente einer zur Rotorachse koaxialen Rotationsfläche begrenzt ist. Dann nämlich können die den Segmenten entsprechenden Formflächen in den Werkzeugen auf der Drehbank geformt werden.

Der Grad der Ausformung dieser Eckenerweiterungen bestimmt wohl auch das Maß der schon erwähnten sogenannten Drall-Rückgewinnung (oder Verminderung des die Leistung reduzierenden Dralls), die man mit ihr - die Kennlinie des Ventilators verbessernd - erhält.

Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsvariante ist der Diffusor ausblasseitig trotzdem in den Konturseitenmitten und zwar axial möglichst bis zur Austrittsebene unverändert erhalten . (d.h.dort von praktisch konstantem Erweiterungswinkel), während von jeder Konturseitenmitte aus jeweils in beide Umfangsrichtungen (und zwar vorzugsweise monoton) die zunehmende Erweiterung *in die zwei benachbarten Eckbereiche hineingeschieht·

Eine andere Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet» daß auch die Eintrittsöffnung des Strömungskanals durch eine Vieleckkontur umgrenzt ist, in deren Eckbereiche der eintrittseiti ge Endabschnitt des Strömungskanals über den durch die Vieleckkontur umschriebenen Kreisumfang hinausgehend ragt.

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Durch diese Weiterbildung wird auf der Sogseite die Eintrittsöffnung zusätzlich durch unrunden Querschnitt erweitert und die Einströmung in den Ventilator verbessert.

Die sogseitig oder druckseitig gegebene Vieleckkontur rührt in vielen Fällen von einem dort das Rohrstück in Umfangsrichtung abschließenden Einbauflansch, dessen äußerste Ecken über den Strömungskanal hinausragen und Befestigungselemente, z.B. Bohrungen, aufweisen können.

Es empfiehlt sich, jede Speiche gegenüber einem zugehörigen erfindungsgemäß erweiterten Eckbereich anzuordnen und am in Drehrichtung gelegenen Umfangsende dieses Eckbereichs am Rand des Rohrstückes zu befestigen. Dann nänlich ist die durch die Speiche verursachte Geräuschentwicklung minimal.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Auf der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel eines Axial venti1ators nach

der Erfindung,in Richtung auf die Eintrittsöffnung gesehen,

Fig. 2 den TeiTschnitt III - III aus Figur 1 das Gehäuse

a 11 e ΐ η j

Fig. 3 iffl Teilschnitt III - III aus Fig. 1 das Gehäuse allein,

Fig. 4 in der Schnittdarstellung entsprechend Fig. 2₃ jedoch

in einem kleineren Ausschnitt, ein zweites Ausführungsbeispiel_s

Fig. 5 die Fig. 3 entsprechende Darstellung des zweiten Ausführungsbeispiels,

Fig. 6 die Ansicht gern, dem Pfeil VI aus Fig.1,

Fig. 7 die UiH 9o° in der Zeichenebene gegen 4en Uhrzeiger

gedrehte Ansicht gem* dem Pfeil VII aus Fig. 6, im rechten unteren Quartal aber die Verhältnisse von

Fig. 4 und 5,
«... _ 5 _

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Fig. 8 den Teilschnitt gem. den Pfeilen VIII - VIII aus Fig.7, Fig. 9 die Teilansicht gem. den Pfeilen IX - IX aus Fig. 8.

Die Abbildungen Fig. 1, 6 bis 9, 11 und 12 sind alle im gleichen Maßstab und im Maßstab 1 : 1 zu dem tatsächlichen Ausführungsbeispiel; die Figuren 2 bis 5 und Io sind demgegenüber im Maßstab 1 : 2 gezeichnet.

Das allgemein mit 1 bezeichnete Ventilatorgehäuse besteht aus zwei Flanschen^ und 3 mit zueinander kongruenter, quadratischer Außenkontur, zwischen denen sich das Rohrstück 4 erstreckt, das den Strömungskanal 5 umgibt, der bei Betrieb in Richtung des Pfeiles aus Fig. 6 durchströmt wird. Die sogseitige Eintrittsöffnung des Strömungskanals 5 ist mit 7 und die druckseitige Austrittsöffnung mit 8 bezeichnet. Mit 62 ist allgemein ein elektrischer Antriebsmotor bezeichnet, der als Außenläufermotor ausgestaltet ist. Der Stator ist mit Io und der Rotor ist mit 11 bezeichnet. Auf den Umfang des Rotors 11 sind insgesamt fünf Flügel 12 bis 16 gesetzt, die aus Metall bestehen und an dem Rotorblech 17 angeschweißt sind. Die Rotorwelle 18 ist in der durch den Doppelpfeil 19 angedeuteten axialen Richtung verschiebbar, d.h. mit Axialspiel, in zwei Drehlagern 2o, 21 rotierend gelagert und stützt sich an ihrem sogseitigen Ende in einem zentralen Punktlager 22 ab, das an einer Flanschscheibe 23 befestigt ist.

Das Punktlager 22 wird aus einer molubdänsulfidhaltigen Kunststoffscheibe 222 und darunterliegender Filzscheibe 122, die mit Schmiermittel getränkt ist, gebildet; wobei das abgerundete polierte Ende der Welle 18 an der Scheibe 222 unter etwa punktförmiger Berührung anläuft (Punktlager).

Die Flanschscheibe 23 erstreckt sich auf der Höhe des sogseitigen Flansches 3 und ist mit vier Speichen 24 bis 27 am sogseitigen Rand 53 des Rohrstückes 1 befestigt. Die Speichen 24 bis 27 erstrecken sich über die axiale Projektionsfläche der Lüfterflügel 12 bis 16, und zwar schräg zu den sogseitigen Kanten 28 der Lüfterflügel, so daß in der Projektion gem. Fig.l, z.B. zwischen der Kante 28 und der Speiche 25, ein durch den Doppelpfeil 29 angezeigter, nach außen offener spitzer Winkel entsteht. Das hat zur

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Folge, daß die axiale Projektion der Schnittpunkte 3o der Ränder 69, 7o der Speiche 25 mit der Kante 28 bei Betrieb, wenn sich die Lüfterflügel in Pfeil richtung 31 drehen, radial nach außen wandert. Entsprechendes gilt für alle anderen sogseitigen Flügelkanten und Speichen.

Der Strömungskanal 5 verengt sich auf eine Taille 32, an der das Rohrstück 4 den Umfang der Lüfterflügel 12 bis 16 eng umgibt. Von der Eintrittsöffnung 7 her verengt sich der Querschnitt des Strömungskanals 5 mit kontinuierlich abnehmender Steigung nach Art der Eintrittseinschnürung einer Venturidüse. Von der Taille 32 ausgehend erweitert sich der Strömungskanal diffusorartig zunächst über den ersten Diffusorabschnitt 33 mit zunächst schwacher Steigung und dann über den zweiten Diffusorabschnitt 34 mit stärkerer Steigung. Die sogseitige Einschnürung 35 ist ebenso wie die beiden Di ffusorabschnitte 33, 34 als Rotationsfläche konzentrisch zur Ventilatorachse 36 gebildet.

Die Schnittdarstellung in Fig.2 läuft durch je einen Eckbereich 42. Zwischen den Eckbereichen ist der Strömungskanal eintritts-und austrittseitig wie aus Fig.l und 7 ersichtlich durch den äußeren Rand der Flansche 2 und 3 begrenzt, weshalb in diesen Bereichen der zweite Di ffusorabschnitt 34 bzw. die Einschnürung 35 nur bis an den Kreisumfang 54 reicht, der von der Quadratkontur 49 umschrieben wird. In den Eckbereichen 42, 45, 46, 47 dagegen reicht die eintrittseitige Einschnürung 35 und der austrittsei ti ge Diffusorabschnitt 34 weiter und es entstehen in den Eckbereichen Segmente 55, 56 (57), 58 des zweiten Diffusorabschnittes 34, die über den Kreisumfang 54 hinausragen. Diese Segmente sind mit den übrigen Teilen des zweiten Diffusorabschnittes 34 Rotationsflächen koaxial zur Venti 1 atorachse 36. Die entsprechenden Segmente auf der Sogseite sind mit 95 bis 98 bezeichnet und bilden mit den übrigen Teilen der sogseitigen Einschnürung 35 eine gemeinsame, zur Ventilatorachse 36 koaxiale Rotationsfläche.

Das in Fig. 4 und 5 ausschnittsweise dargestellte zweite Ausführungsbeispiel mit quasi ungestörtem Diffusor unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel also dadurch, daß die druckseitige, hohl kegelförmige Diffusorerweiterung 37 innerhalb der umschreiben-

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den Quadratkontur überall gleiche Steigung hat. So ergibt sich die Kreislinie 237, die den Kanal 5 in der Austrittsebene 8 begrenzt^

Die gestrichelte Linie 137 deutet eine dritte Ausführung an, welche eine sehr gut ausgeprägte Erweiterung in die Eckbereiche 42 hinein (zusätzlich zur zweiten Ausführung) vorsieht.

In Fig.7 sind diese beiden Ausführungsvarianten rechts unten eingezeichnet ( ), aber auch bei dieser gestrichelt gezeichneten

dritten Ausführung ist der Diffusor in der Mitte zwischen den Eckbereichen des Gehäuses (Konturseitenmitten) von konstantem Erweiterungswinkel (s. Fig.4 und 5, Ziffer 157).

Die Speiche 24 liegt dem Eckbereich 42 gegenüber und ist mit ihrem äußeren Ende 43 am in Drehrichtung gelegenen Umfangsende 44 des Eckbereichs 42 befestigt. Entsprechendes gilt auch für die übrigen Speichen 25, 26, 27, die in gleicher Weise den übrigen Eckbereichen 45 bis 47 gegenüber angeordnet sind.

Die Lüfterflügel 12 bis 16 erstrecken sich, abgesehen von geringen toleranzbedingten Spalten 51, 52 über die ganze vor den Speichen 24 bis 27 gelegene axiale Länge des Strömungskanals 5. Die Taille 32 liegt innerhalb der sogseitigen, durch den Doppelpfeil 48 angedeuteten Hälfte der axialen Erstreckung der Lüfterflügel und hat selbst minimale axiale Ausdehnung.

In den über den Strömungskanal 5 hinausragenden Ecken der Flansche 2 und 3 sind Löcher, z.B. das Loch 5o, zur Befestigung des Ventilators in einer Einbauwand oder dergleichen vorgesehen.

Nachfolgend werden einige Abmessungen angegeben, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, 2, 3 und 6 bis 9 verwirklicht sind und sich im Interesse einer hohen Lüfterleistung bei geringer Geräuschentwicklung bewährt haben.

Der Winkel 29 ist möglichst groß - Idealfall etwa 9o° - und führt zu einer drastischen Geräuschverminderung von ca. 4 Dezibel.

Die axiale Länge gem. Doppelpfeil 64 verhält sich zum Durchmesser gem. Doppelpfeil 65 im Bereich der Taille 32 etwa wie 1 : 3. Der Radius gem. Pfeil 66 beträgt etwa die Hälfte der axialen Länge gem. Doppelpfeil 64 und der Abstand gem. Doppelpfeil 67 des Mittel-

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punktes 68 von der Eintrittsöffnung 7 beträgt etwa 4/lo der axialen Länge gem. Doppelpfeil 64. Der öffnungswinkel des ersten Diffusorabschnittes 33.beträgt 22° und der öffnungswinkel, des zweiten Diffusorabschnittes 34 beträgt etwa 4o°. Die axiale Länge des ersten Diffusorabschnittes erstreckt sich über 55% der axialen Länge gem. Doppelpfeil 64. Der Diffusorwinkel des zweiten Diffusorabschnittes 34 kann auch anders bemessen sein, z.B. zwischen 3o und 7o°.

Es wird zur weiteren Erläuterung und Ergänzung im übrigen ausdrücklich auf die Hauptanmeldung P .V?.-51. (k 1^SJ. . . . (internes Aktenzeichen: DT-423 A) vom gleichen Tage Bezug genommen.

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Gemäß Fig.9 sind an einer außen am Gehäuse 1 gelegenen Stegplatte 131 Gewindebohrungen 6o, 61 mit verschieden bemessenen Gewinden und vorzugsweise parallelen Achsen vorgesehen zum Einschrauben von Schrauben unterschiedlicher Normung. Mit einer jeweils passenden Schraube kann eine elektrische Erdleitung angeschraubt werden.

Die konkrete Ausführung in Fig. 6 zeigt dies mit Fig. 1 genauer und zwar außen am Gehäuse 1 in einer Vertiefung im Bereich einer Ecke 46 innerhalb der Gehäusekontur neben einem Befestigungsloch 5o mit mehreren parallel gerichteten Augen 132, 133, die an einer Wand 131 und diese am Gehäuse 1 leitend, z.B. durch Angießen, befestigt sind. In der gemeinsamen Ebene 134, die senkrecht zu den Bohrungen in den Augen 132, 133 liegen, sind die Stirnflächen der Angußaugen 132, 133 blank. Die Augen haben Gewinde unterschiedlicher Systeme oder Abmessung, um nach Wahl mit einem einzigen Typ Gehäuse am Lager durch wahlweises Einschrauben der jeweils zugelassenen Erdungsschraube am Einsatzort verschiedenen nationalen Sicherheitsvorschriften in unterschiedlichen Einsatzländern zu genügen. So hat z.B. 132 ein metrisches Gewinde für europäische Länder und 133 ein Zollgewinde für USA oder Kanada, wie Fig. 9 auf der Hinterseite der Platte 131 zeigt. Dies ergibt eine rationellere Lagerhaltung, einen beweglicheren Service.

Diese erfindungsgemäße Weiterbildung des Axialventi1ators ist bei jedem Metallgehäuse eines beliebigen Ventilators anwendbar. Die unterschiedlichen Gewindelöcher können natürlich auch an einer anderen Stelle des Gehäuses sitzen! Es sind stets wenigstens zwei Stück, vorzugsweise paralIeIachsige mit Achsabstand anzuwenden.

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Claims

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Ansprüche

Axial Ventilator, dessen Ventilatorflügel mit dem Rotor eines elektrischen Antriebsmotors drehfest verbunden und koaxial innerhalb eines Rohrstücks gelagert sind und sich mindestens über die halbe axiale Länge dieses Rohrsttickes erstrecken, wobei der durch das Rohrstück gebildete Strömungskanal sich von einer weiten, sogseitigen Eintrittsöffnung in Strömungsrichtung auf eine Taille verengt und von dieser Taille zu einer weiten druckseitigen Austrittsöffnung erweitert ist, insbesondere nach Patentanmeldung XrS.§?. r'f^.-jl.. , dadurch gekennzeichnet, daß die Taille (32) sich nur über einen Bruchteil des sogseitig gelegenen axialen Teiles der Flügel erstreckt und daß die Welle (18) des Rotors (11 bis 16) mit axialem Spiel in Drehlagern (2o, 21) gelagert ist und sogseitig an einem zentral in einer Flanschscheibe (23) angeordneten Punktlager (22) abgestützt ist und daß die Flanschscheibe am sogseitigen Rand (53) des Rohrstücks (4) mit Speichen (24, ....) befestigt ist, die die von der Flanschscheibe ausgesparte ringförmige axiale Projektionsfläche der Flügel schräg zu den sogseitigen Kanten (28, ....) der Flügel überspannen und zwar mit einer solchen Orientierung der Schräglage, daß die axiale Projektion der Schnittpunkte

(3o, ...) die Soeichen (24 ) mit den Kanten (28 )

bei Betrieb nach außen wandern.

2. Axial Ventilator nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (8) des Strömungskanals (5) durch eine Vieleckkontur (49) umgrenzt ist, in deren Eckbereiche (42, ....) der austrittsei ti ge Endabschnitt (34; 137) des Strömungskanals (5) über den durch die Vieleckkontur umschriebenen Kreisumfang (54; 237) hinausgehend ragt.

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Axialventilator nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsquerschnitt des Strömungskanals '(5) in den Eckbereichen (42, ...) durch Segmente (55, ...) einer zur Rotorachse (36) koaxialen Rotationsfläche begrenzt ist.

Axialventi1ator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsöffnung (7) des Strömungskanals (5) durch eine Vieleckkontur (49) umgrenzt ist, in deren Eckbereiche (42, ....) der eintrittseiti ge Endabschnitt (35) des Strömungskanals (5) über den durch die Vieleckkontur umschriebenen Kreisumfang (54) hinausgehend ragt.

Axialventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß jede Speiche (24, ) gegenüber einem zugehörigen

Eckbereich (42 ) angeordnet ist und am in Drehrichtung

gelegenen Umfangsende dieses Eckbereiches am Rand des Rohr- · Stücks (4) befestigt ist.

Axialventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sogseitige Einschnürung (35) des Strömungskanals mit in Strömungsrichtung kontinuierlich abnehmender Steigung erfolgt.

Axialventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die druckseitige Erweiterung (33, 34; 37; 137) des Strömungskanals nach Art eines Diffusors erfolgt.

Axialventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (11) als Außenlauferrotor den Stator (lo) des Elektromotors umgibt.

Axialventilator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß

die Ventilatorflügel (12 16) auf das Bl echpaket (17) des

Rotors (11) stumpf aufgeschweißt sind.

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