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Die
Erfindung betrifft ein elektromotorisch angetriebenes Radialgebläse, insbesondere
zur Förderung
eines Gas-Luft-Gemisches für
eine Gastherme, einen Gasbrenner oder dergleichen.
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Demgemäß weist
ein elektromotorisch angetriebenes Radialgebläse ein Lüftergehäuse mit einem darin rotierenden
Gebläserad
und jeweils einer Ansaugöffnung
und einer Auslassöffnung
sowie einen Elektromotor mit einem gelagerten Rotor zum Direktantrieb
des Gebläserades
auf, der außen
auf einer Stirnseite des Lüftergehäuses angeordnet
ist.
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Das
Radialgebläse
weist weiterhin wenigstens einen am Lüftergehäuse angeordneten Lagerschild
zur Aufnahme von wenigstens einem Lager für den Rotor und einen am Lagerschild
befestigten Stator des Elektromotors mit einem Spulenkörper auf.
Es ist weiterhin eine Leiterplatte mit darauf befindlicher Steuerungselektronik
zur Steuerung des Elektromotors sowie ein Kühlflügel vorgesehen, der koaxial
zur Rotordrehachse des Elektromotors angeordnet ist.
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Stand der Technik
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Radialgebläse für die Gasheizindustrie,
die zur Förderung
eines Gas-Luft-Gemisches für
eine Gastherme, einen Gasbrenner oder dgl. eingesetzt werden, weisen
zum Antrieb eines Gebläserads
typischerweise einen Elektromotor auf, der als sog. Innenläufer ausgebildet
sein kann. Die hierfür
notwendigen zwei Lagerbügel
an den beiden Rotorenden bedingen eine relativ große Baulänge des
Elektromotors. Zudem können
die rotierenden Massen bei derartigen Motoren nur in einer Gebläseradebene
ausgewuchtet werden, weil andere rotierende Bauteile nicht zugänglich sind.
Der Ausgleich von Momentenunwuchten ist kaum möglich. Bei hohen Leistungsanforderungen
ist eine zusätzliche
Kühlung
des Elektromotors mittels Kühlflügel notwendig,
wodurch die axiale Baulänge
zusätzlich
vergrößert wird.
Derartige Radialgebläse
müssen
zudem auf Dichtheit überprüft werden,
was bisher nur beim vollständig
montierten Gebläse
möglich
war.
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Aus
der
DE 41 41 106 C2 ist
ein Gebläse
bekannt, bei dem ein Deckelteil des Gehäuses einen zapfenförmigen Ansatz
aufweist, der zur Aufnahme von Lagern für den Elektromotor ausgebildet
ist. Bei dem Elektromotor handelt es sich um einen Außenläufer, dessen
durch den Zapfen hindurchführende Welle
zweifach gelagert ist, nämlich
zum einen im wesentlichen seitlich außerhalb des Schwerpunkts des
Motors und zum anderen gebläseseitig
etwa in der Deckelebene.
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Diese
Ausgestaltung ist insbesondere deshalb nachteilig, weil die besondere
Deckelform zu einem kostenaufwendigen Gußstück führt. Nachteilig ist auch, dass
die Vibrationsschwingungen ungedämpft
auf den großen
Gehäusedeckel übertragen werden,
der wie ein Lautsprecher oder ein Resonanzkasten wirkt.
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Aus
der
DE 41 37 465 C2 ist
ein Gehäuse
mit einer einseitigen Befestigung eines Stators eines bürstenlosen
Gleichstrommotors an einem Gehäuseteil
bekannt. Auch bei diesem Motor handelt es sich um einen Außenläufermotor,
der einen Lagerschild im üblichen
Sinne nicht aufweist. Der Elektromotor ist in das Gebläserad eingesetzt,
wobei sich die Nabe, die auf einer Gehäuseachse sitzt, an konisch
angeordneten Speichen gehalten vor dem Motor in den Lufteinlaß erstreckt.
Der Elektromotor ist neben dem versetzten Nabenteil angeordnet.
Von dem Nabenteil ragen sternförmige
Arme konisch radial nach außen in
Richtung auf die Motorhalterung des Rades, die den Rotor aufnimmt.
Eine solche kombinierte Gebläse-Rad-Motor-Anordnung
ist ebenfalls sehr kostenaufwendig und führt zu einer zusätzlichen
aufwendigen Konstruktion für
die Achshalterung.
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Aufgabenstellung
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Radialgebläse der gattungsgemäßen Art
zur Verfügung
zu stellen, das sich durch eine geringe Bauhöhe auszeichnet.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Merkmale
vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den
abhängigen
Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß weist
eine mit dem Rotor des Elektromotors starr verbundene Welle des
Gebläserads
eine einseitige Lagerung auf, die zwischen Gebläserad und Rotorkörper angeordnet
ist.
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Durch
diese einseitige Lagerung mit nur einem Lagerschild kann eine deutliche
Bauhöhenreduzierung
erreicht werden. Anstatt des zu beiden Seiten des Stators gelagerten
Rotors des Elektromotors ist dessen gesamte Lagerung auf eine Seite
verschoben, an die sich das Gebläserad
anschließt.
Diese Bauweise macht eine Momentenauswuchtung aller rotierenden
Teile besonders leicht möglich.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung besteht die einseitige Lagerung aus eng voneinander
beabstandeten Wälzlagern,
deren äußere Lagerschale
jeweils form- und/oder kraftschlüssig
in dem Lagerschild fixiert ist und deren innere Lagerschale jeweils
form- und/oder kraftschlüssig
mit der Welle des Gebläserads
bzw. mit dem Rotor des Elektromotors verbunden ist. Als Wälzlager
lassen sich handelsübliche
Normteile einsetzen, die kostengünstig
und in guter Qualität
verfügbar
sind. Je nach verfügbarem
Einbauraum bzw. gewünschter
Kom paktheit der Lagerung können
einfache Rillenkugellager, Kegelrollen-, Nadellager oder andere
Bauformen eingesetzt werden.
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Eine
alternative Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die einseitige Lagerung aus wenigstens
einem Gleitlager besteht, das eine axiale Festlegung und eine radiale
Rotation der Welle des Gebläserads
bzw. des Rotors des Elektromotors ermöglicht. Mittels eines solchen
Gleitlagers bzw. zwei oder mehr solcher Gleitlager kann ggf. eine
noch kompaktere Bauform der Lagereinheit ermöglicht werden.
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Der
Kühlflügel ist
vorzugsweise auf einem dem Gebläserad
gegenüberliegenden
freien Ende des Rotors des Elektromotors befestigt. Eine besonders
kompakte Bauform lässt
sich dadurch erzielen, dass der Kühlflügel in einer Aussparung der
Leiterplatte angeordnet ist und in der Ebene der Leiterplatte rotiert.
Die vorzugsweise runde Leiterplatte weist zu diesem Zweck eine mittige
Aussparung auf. Die Leiterplatte ist typischerweise oberhalb des
Elektromotors montiert, so dass durch die Anordnung des Kühlflügels in
der Ebene der Leiterplatte eine wesentliche Reduzierung der Bauhöhe erzielt
wird. Durch den in der Leiterplattenebene rotierenden Kühlflügel wird
aufgrund einer verbesserten Kühlung
eine erhöhte
Leistungsabgabe des Motors ohne zusätzliche Bauhöhe ermöglicht.
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Eine
weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Lagerung
der Welle und des Rotors in das Lüftergehäuse hineinragt, wobei das Gebläserad in
einem zentralen Bereich in Nähe
der Welle-Nabe-Verbindung so geformt ist, dass seine äußeren Bereiche
die Lagerung teilweise umfassen. Auf diese Weise ist eine besonders
kompakte Bauweise des Radialgebläses
möglich,
da für
den Bauraum der Lagerung teilweise das nach innen gezogene Gebläserad herangezogen
wird.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass die Welle mit dem Gebläserad zusammen
mit dem Rotor und dem Kühlflügel fein- und/oder momentengewuchtet
ist.
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Die
Ausgleichsebenen sind in diesem Montagezustand leicht zugänglich.
Dadurch ist eine Auswuchtung auf zwei Auswuchtebenen möglich, wodurch
insbesondere auch Momentenunwuchten ausgeglichen werden können. Die
eine Auswuchtebene kann dabei durch das Gebläserad, die andere durch den
Kühlfügel gebildet
werden. Die Lagerung kann auf diese Weise auch hohen Ansprüchen an
die Laufruhe genügen.
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Der
Spulenkörper
weist gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung wenigstens zwei Spulenkörperhälften auf,
die mittels der Wicklungen des Stators, mittels einer Steck- oder
einer Schraubverbindung form- und/oder kraftschlüssig zusammen gehalten werden.
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Vorzugsweise
ist neben dem Rotor des Elektromotors ein Hallsensor angeordnet,
der mit der auf der Leiterplatte befindlichen Steuerungselektronik gekoppelt
ist und der jederzeit eine exakte Erfassung der Drehzahl des Elektromotors
ermöglicht.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass eine durch den rotierenden Kühlfügel bewirkte
diagonale Luftströmung
jeweils Strömungskomponenten
entlang der Ober- und Unterseite der Leiterplatte sowie durch den
Elektromotor aufweist. Mittels eines speziell geformten kompakten Kühlflügels ist
eine umfassende und effektive Kühlung
der hoch temperaturbelasteten Bauteile des Radialgebläses möglich.
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Bei
einer Dichtheitsprüfung
des Gebläses kann
der eingebrachte Prüfdruck
durch das Kugellager entweichen. Es kann deshalb ohne Zusatzhilfsmittel
nicht festgestellt werden, ob das Gebläse undicht ist. Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist auf einer
zum Elektromotor weisenden Oberseite des Lagerschilds eine umlaufende
erste Dichtfläche
vorgesehen. Über
diese erste Dichtfläche
kann mittels einer relativ klein gehaltenen Prüfglocke das Kugellager abgedichtet
werden. Die Dichtheitsprüfung
kann deshalb bereits zu einem frühen
Fertigungsstadium bei teilmontiertem Motor durchgeführt werden,
was ggf. aufwändige
Reparaturarbeiten vermeiden kann.
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Alternativ
oder zusätzlich
hierzu kann auf der zum Elektromotor weisenden ersten Stirnseite
des Lüftergehäuses eine
umlaufende zweite Dichtfläche zur
Dichtheitsprüfung
vorgesehen sein. Die Dichtheitsprüfung erfolgt hierbei bei zusammengebautem Endgerät (Gastherme,
etc.).
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass zwischen Lagerschild und Lüftergehäuse eine
Elastomerdichtung vorgesehen ist, die das Innere des Lüftergehäuses gegen
seine Außenseite
abdichtet. Auf diese Weise kann ein Gasaustritt aus dem Lüftergehäuse verhindert
werden. Zudem wird jegliche Falschluft aus dem Lüftergehäuse fern gehalten.
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Vorzugsweise
ist die Elastomerdichtung elektrisch leitend, was mittels eingelagerter
elektrisch leitender Füllstoffe
gewährleistet
werden kann. Auf diese Weise kann statische Aufladung vom Gebläserad abgeleitet
werden.
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Eine
Fixierung der Elastomerdichtung im Lagerschild mittels des näher am Gebläserad angeordneten
ersten Wälzlagers
trägt zu
einer kompakten Bauform und einer leichten Montierbarkeit der Dichtung
bei. Zudem ist auf diese Weise eine leitende Verbindung über das
Wälzlager
zwischen Gebläserad
und Dichtung gewährleistet,
was für
die Ableitung der elektrostatischen Aufladung notwendig ist.
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Zur
Sicherstellung eines Berührschutzes
ist der Elektromotor gemäß einer
weiteren Ausgestaltung der Erfindung mit einer Abdeckkappe aus Kunststoff
versehen, die Durchtrittsöffnungen
für die
Kühlluftströmung aufweist.
Die Abdeckkappe ist vorzugsweise unmittelbar über dem Kühlflügel angeordnet, um die Bauhöhe des Radialgebläses nicht
unnötig
zu erhöhen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Lagerschild
mittels wenigstens drei, jeweils um 120° zueinander versetzten Befestigungspunkten
mit dem Lüftergehäuse fixiert. Auf
diese Weise kann der Elektromotor in wenigstens drei, jeweils um
120° verdrehte
Einbaulagen mit dem Lüftergehäuse verschraubt
werden. Somit ist auch ein Stecker- bzw. Leitungsanschluss der Leiterplatte durch
Verdrehen des Elektromotors in Bezug auf das Lüftergehäuse um jeweils 120° in seiner
Lage variierbar.
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Der
Lagerschild kann zusätzliche
radiale Abstützungen
aufweisen, die bei einer horizontalen Einbaulage des Radialgebläses für eine ausreichende Abstützung und
Zentrierung des Elektromotors sorgen. Diese radialen Abstützungen
können
bspw. die Gestalt von Gummi- oder Kunststoffpuffern haben, die im
Lagerschild eingehängt
sind und sich gegen einen Steg am Lüftergehäuse abstützen.
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Weitere
Einzelheiten und Vorteile der Erfindung können der folgenden Figurenbeschreibung entnommen
werden.
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Ausführungsbeispiel
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Die
Erfindung wird nun anhand von Ausführungsformen mit Bezug auf
die beiliegenden Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Radialgebläse,
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2 eine
schematische Seitenansicht auf das Radialgebläse,
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3 eine
schematische Schnittdarstellung des Radialgebläses entlang der Schnittlinie
A-A aus 1,
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4a bis 4e den
Lagerschild in verschiedenen Ansichten bzw. Schnittdarstellungen,
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5a bis 5d die
untere Spulenkörperhälfte in
verschiedenen Ansichten bzw. Schnittdarstellungen,
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6a bis 6c eine
erste Variante der oberen Spulenkörperhälfte in verschiedenen Ansichten
bzw. Schnittdarstellungen,
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7a bis 7c den
Kühlflügel in verschiedenen
Ansichten bzw. Schnittdarstellungen,
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8a bis 8b eine
Variante der Elastomerdichtung in verschiedenen Ansichten bzw. Schnittdarstellungen.
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1 zeigt
eine schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Radialgebläse 2,
das ein Lüftergehäuse 4 mit
einem darin rotierenden Gebläserad
(nicht sichtbar) sowie einen das Gebläserad antreibenden Elektromotor
(nicht sichtbar) aufweist. Das Lüftergehäuse weist
eine Einlassöffnung
auf, die sich auf der hier nicht sichtbaren Rückseite des Gebläsegehäuses befindet
und einen zentralen Teil einer zweiten Stirnseite des flachzylindrisch
geformten Gebläsegehäuses bildet.
Derartige Radialgebläse werden
bspw. zur Förderung
eines Gas-Luft-Gemisches für
eine Gastherme oder einen Gasbrenner eingesetzt.
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Auf
der Stirnseite 43 ist der Elektromotor angeordnet, der
von einer topfförmigen
Abdeckkappe 18 bedeckt und weitgehend umschlossen ist.
Die Abdeckkappe 18 weist eine Reihe von Durchtrittsöffnungen 181 auf,
die eine effektive Kühlung
des Elektromotors sowie dessen Steuerungselektronik mittels durchströmender Luft
ermöglichen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Durchtrittsöffnungen 181 als
rechteckförmige
Durchbrüche
in einer sternförmigen
Anordnung ausgeführt.
Die Abdeckkappe 18 weist eine topfartige Gestaltung auf
(vgl. 2), wodurch sie den Elektromotor von drei Seiten
umschließen
und damit weitgehend vollständig
gegen Berührung
abschirmen kann.
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3 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung des Radialgebläses 2 entlang
der Schnittlinie A-A aus 1. Anhand der 3 werden
die einzelnen Komponenten des Radialgebläses 2 sowie ihr Zusammenwirken
beschrieben. Die wesentlichen Einzelteile werden anschließend nochmals
anhand der 4 bis 9 detaillierter
erläutert.
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Das
Lüftergehäuse 4 besitzt
im dargestellten Ausführungsbeispiel
eine flache Gestalt. Auf seiner ersten Stirnseite 43 ist
der Elektromotor 8 fixiert, dessen Welle in das Gehäuse hineinragt.
Die der ersten Stirnseite 43 gegenüberliegende zweite Stirnseite 44 ist
als Gehäusedeckel 9 ausgestaltet,
der auf eine umlaufende Kante der Zylindermantelfläche des
Lüftergehäuses aufgesetzt
und verschraubt bzw. verpresst ist. Dieser Gehäusedeckel 49 bildet
somit die gesamte zweite Stirnseite 44. In seiner Mitte
befindet sich die Ansaugöffnung 41,
die nach innen hin leicht trichterförmig ausgestaltet ist und damit
eine bessere Anströmung
des Gebläserads 6 ermöglicht.
Die Ansaugöffnung 41 ist
von einem weiteren Flansch umgeben, der mit einer Reihe von Sacklöchern, ggf.
mit Innengewinde, versehen ist. Mittels dieses weiteren Flansches
kann eine dichtende Montage auf einer entsprechenden Ansaugleitung
oder dgl. erfolgen.
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Das
Gebläserad 6 ist
drehfest auf einer Welle 61 befestigt, die einstückig mit
einem Rotor 81 des Elektromotors 8 ausgebildet
ist. Wenn daher im folgenden Zusammenhang nur von der Welle 61 oder nur
vom Rotor 81 die Rede ist, ist damit in erster Linie deren
räumliche
und funktionelle Zuordnung zum Gebläserad 6 bzw. zum Elektromotor 8 angesprochen.
Es ist dabei jedoch grundsätzlich
das gemeinsame Bauteil gemeint.
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Die
Welle 61 bzw. der Rotor 81 ist mittels zweier
Wälzlager 121, 122 in
einem Lagerschild 10 gelagert, der mit dem Lüftergehäuse 4 über gummielastische
Elemente verbunden ist. Zu diesem Zweck sind auf der ersten Stirnseite 43 des
Lüftergehäuses 4 drei
Sockel 50 vorgesehen, von denen in der Schnittdarstellung
der 3 nur einer im Vollschnitt erkennbar ist. Die
Abdeckkappe 18, die in 3 mit unterbrochener
Linie angedeutet ist, reicht bis über den topfförmigen Bereich
des Lagerschildes 10, so dass insgesamt eine zuverlässige Abschirmung
für den
Elektromotor 8 gewährleistet
ist. Der Lagerschild 10, der nachfolgend anhand der 4 detaillierter erläutert wird, weist einen zentralen
rohrförmigen
Abschnitt 105 zur Aufnahme der beiden Wälzlager 121, 122 sowie
einen topfförmigen äußeren Bereich
auf, dessen flacher Bodenbereich 106 ungefähr mittig senkrecht
an der zylindrischen Außenmantelfläche des
rohrförmigen
Abschnittes 105 mündet.
Der topfförmige äußere Bereich
ist randseitig axial nach oben gezogen und weist dort Befestigungsaufnahmen 107 für den Spulenkörper 83 des
Elektromotors 8 auf. An den Außenseiten des axial nach oben
gezogenen Abschnittes des topfförmigen äußeren Bereichs
sind nach außen
weisende Befestigungsaugen 108 vorgesehen, mittels derer
der Lagerschild 10 über
gummielastische Elemente auf die Sockel 50 des Lüftergehäuses 4 aufgesetzt
und dort mittels Gewindeschrauben mit Hülse fixiert werden kann.
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Die
Wälzlager 121, 122 zur
Lagerung der Welle 61 sind relativ nah beieinander angeordnet
und ermöglichen
damit eine erfindungsgemäße einseitige Lagerung
der Welle 61 zwischen Gebläserad 6 und dem eigentlichen
Elektromotor 8 mit seinem Rotor 81. Im dargestellten
Ausführungsbeispiel
handelt es sich bei den Wälzlagern 121, 122 jeweils
um handelsübliche
Rillenkugellager. Alternativ können
auch Rollen- oder Nadellager, Kegelrollenlager oder andere Wälzlagerbauformen
eingesetzt werden, die in erster Linie radiale Kräfte aufnehmen
können.
Weiterhin können
alternativ auch Gleitlager zur Lagerung der Welle 61 verwendet
werden.
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Mit
der äußeren Lagerschale 123 des
näher am
Gebläserad 6 angeordneten
ersten Wälzlagers 121 ist
eine Elastomerdichtung 20 im Lagerschild 10 geklemmt,
die für
eine Abdichtung des Lüftergehäuses 4 sorgt.
Die Elastomerdichtung 20 umgreift den rohrförmigen Abschnitt 105 des
Lagerschilds 10 teilweise und weist eine ringförmige Dichtkante 21 auf, die
außen
auf der ersten Stirnseite 43 des Lüftergehäuses 4 aufliegt.
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In
den Lagerschild 10 ist der zweiteilige Spulenkörper 83 eingesetzt,
dessen obere Spulenkörperhälfte 85 über drei
Befestigungspunkte verfügt,
die auf die Befestigungsaufnahmen 107 des Lagerschilds 10 aufgesetzt
und mit diesen verschraubt werden können. Der aus unterer und oberer
Spulenkörperhälfte 84, 85 bestehende
Spulenkörper 83 trägt mehrere
Spulenwicklungen (nicht dargestellt) und bildet zusammen mit dem
Rotor 81 den Elektromotors 8.
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Die
Befestigungspunkte der oberen Spulenkörperhälfte 85 sind säulenartig
nach oben gezogen und bilden auf diese Weise drei Sockel für eine darauf
aufliegende Leiterplatte 16, die eine Steuerungselektronik
zur Ansteuerung und Drehzahlregelung des Elektromotors 8 trägt. Die
Leiterplatte 16 ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet
und weist mittig eine kreisrunde Aussparung 161 auf, innerhalb derer
ein Kühlflügel 14 rotieren
kann, der auf einem freien Ende 87 des Rotors 81 aufgesetzt
ist. Die äußeren Abmessungen
der Leiterplatte 16 können
bei Bedarf so gross sein, dass die Abdeckkappe 18 nicht über die äußeren Umrisse
der Außenmantelfläche des
Lüftergehäuses 4 ragt.
Ferner wird die Leiterplatte durch Zentrierelemente (ersichtlich
in 7b-langer Stift) noch vor dem endgültigem Verschrauben
arretiert.
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Neben
dem Rotor ist vorzugsweise ein Hallsensor (nicht dargestellt) angeordnet,
der mit der Steuerungselektronik der Leiterplatte 16 gekoppelt ist
und der eine Erfassung der Drehzahl des Elektromotors erlaubt.
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Der
rotierende Kühlflügel 14 saugt
kühlende Umgebungsluft
von außen
durch die Durchtrittsöffnungen 181 auf
der flachen Oberseite der Abdeckkappe 18 an und fördert diese
in Richtung des Elektromotors 8. Aufgrund seiner besonderen
Gestaltung bewirkt der Kühlflügel eine
diagonale Luftströmung, deren
horizontale Komponente sowohl an einer Leiterplattenoberseite 164 wie
auch an einer Leiterplattenunterseite 165 entlangstreicht
und deren vertikale Komponente den Elektromotor 8 durchströmt.
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Mit
den gleichen Schraubbefestigungen, mit denen die obere Spulenkörperhälfte 85 auf
den Lagerschild 10 geschraubt ist, ist die Leiterplatte 16 sowie
die darauf aufgesetzte Abdeckkappe 18 auf der oberen Spulenkörperhälfte 85 fixiert.
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Die 4a bis 4e zeigen
den Lagerschild 10 in verschiedenen Ansichten bzw. Schnittdarstellungen.
Dabei zeigt 4a eine Draufsicht auf die Oberseite 101 des
Lagerschilds 10 und 4b eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie B-B aus 4a. 4c zeigt
eine Draufsicht auf die Unterseite 102 des Lagerschilds 10. 4d zeigt
eine Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie aus 4a. 4e zeigt
eine Draufsicht eines Detailausschnitts des rohrförmigen Abschnittes 105 des Lagerschilds 10.
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Der
Lagerschild 10 umfasst im wesentlichen den zentralen rohrförmigen Abschnitt 105,
der eine hohlzylindrische Form aufweist und der in erster Linie die
Aufnahmen für
die Wälzlager 121, 122 zur
Lagerung der Welle 61 bildet. Zu diesem Zweck ist die Innenseite
des rohrförmigen
Abschnittes 105 in drei Abschnitte mit jeweils unterschiedlichen
Innendurchmessern unterteilt. In eine erste Lageraufnahme 109 kann
die Elastomerdichtung 20 sowie die äußere Lagerschale 123 des
ersten Wälzlagers 121 und
ein Anstellelement bis zu einem Anschlag eines Mittelabschnittes 111 mit
kleinerem Durchmesser annähernd spielfrei
eingeführt
werden. Ebenso kann von der anderen Seite in eine zweite Lageraufnahme 110 das zweite
Wälzlager 122 gegen
den Anschlag des Mittelabschnittes 111 eingepresst werden.
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Ungefähr mittig
an der äußeren Zylindermantelfläche des
rohrförmigen
Abschnittes 105 und senkrecht zu diesem setzt sich der
Lagerschild 10 in einem flachen Bodenbereich 106 fort,
der entsprechend einer ersten Variante (4a bis 4c)
in einigem Abstand zum rohrförmigen
Abschnitt 105 eine leicht über die Oberseite 101 erhabene
erste Dichtfläche 103 aufweist.
Außerhalb
dieser ersten Dichtfläche 103 ist
der Bodenbereich 106 tellerförmig angeschrägt und mündet schließlich in
einem hochgezogenen Rand 112, der dem Lagerschild 10 insgesamt eine
topfartige Kontur verleiht.
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Außen am hochgezogenen
Rand 112 sind drei gleichmäßig voneinander beabstandete
Befestigungsaugen 108 vorgesehen, mit denen der Lagerschild 10 mittels
gummielastischer Elemente und Befestigungsschrauben auf den Sockeln 50 des
Lüftergehäuses 4 fixiert
werden kann (vgl. 3). Wie anhand den 4a und 4c erkennbar
ist, sind insgesamt drei Befestigungsaugen 108 am äußeren Umfang
des hochgezogenen Rands 112 vorgesehen, die jeweils einen
Kreisring mit flachem Querschnitt (vgl. 4b) aufweisen,
an dem ein äußeres Segment
mit ungefähr
einem Winkel von 60° ausgespart
ist, um das Einknöpfen
der gummielastischen Elemente zu erleichtern. In einem schmaleren
Verbindungsbereich zwischen hochgezogenem Rand 112 und
Kreisring des Befestigungsauges 108 ist jeweils. eine säulenartige
Befestigungsaufnahme 107 vorgesehen, mittels derer der
Spulenkörper 83,
die Leiterplatte 16 sowie die Abdeckkappe 18 mit
dem Lagerschild 10 verbunden werden können.
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Am äußeren Umfang
des hochgezogenen Randes 112 sind weiterhin drei Abstützungen 104 vorgesehen,
die jeweils mittig zwischen zwei Befestigungsaugen 108 angeordnet
sind. Damit kann der Lagerschild 10, der die gesamten weiteren
Komponenten des Elektromotors 8 sowie dessen Verkleidung
trägt,
bei horizontaler Einbaulage des Radialgebläses 2 abgestützt werden.
Die Abstützungen 104 können bspw.
mit Gummipuffern oder dgl. versehen werden, die sich an Stege 51 des
Lüftergehäuses 4 abstützen können.
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Der
Bodenbereich 106 des Lagerschilds 10 ist weiterhin
mit Versteifungsrippen versehen, die sich auf der Oberseite 101 jeweils – ausgehend
vom rohrförmigen
Abschnitt 105 – radial
nach außen
erstrecken. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind zwölf
gleichmäßig voneinander
beabstandete Versteifungsrippen vorgesehen; deren Höhe ungefähr der Höhe der ersten
Dichtfläche 103 entspricht.
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Die 5a bis 5d zeigen
die untere Spulenkörperhälfte 84 in
verschiedenen Ansichten bzw. Schnittdarstellungen. 5a zeigt
eine Draufsicht von oben und 5b eine
Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie D-D aus 5a.
Die untere Spulenkörperhälfte 84 umfasst
einen kreisrunden ersten Spulenkörper-Käfig 841,
der gleichzeitig den äußeren Umriss
der unteren Spulenkörperhälfte 84 bestimmt.
Vom ersten Spulenkörper-Käfig 841 weisen
vier erste Wicklungsstege 842 senkrecht nach innen, auf
denen nach dem Zusammenbau mit der oberen Spulenkörperhälfte (vgl. 6 und 7)
die Statorwicklungen (nicht dargestellt) des Elektromotors 8 aufgewickelt
werden.
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Die
vier ersten Wicklungsstege 842 sind als breite Stege mit
U-förmigem
Querschnitt ausgebildet und sind gleichmäßig am inneren Umfang des Spulenkörper-Käfigs 841 angeordnet,
so dass benachbarte Stege jeweils einen Winkel von 90° einschließen. Die
ersten Wicklungsstege 842 weisen an ihren innen liegenden
freien Enden jeweils einen ersten Wicklungsanschlag 843 in
Form eines teilweise der Kontur des Spulenkörper-Käfigs 841 folgenden scheibenförmigen Abschnitts
auf, der nach oben hin den Umriss des jeweiligen Wicklungsstegs 842 überragt
(vgl. 5a und 5b).
Wie anhand der 5c (Draufsicht von unten) und 5d (perspektivische Ansicht
von schräg
oben) deutlich wird, weist der erste Spulenkörper-Käfig 841 vier umlaufende
erste Ste gabschnitte 844 auf, die jeweils den Verläufen aller innen
liegenden Kanten der unteren Spulenkörperhälfte 84 folgen und
senkrecht nach unten weisen. Im Querschnitt (5b)
resultiert daraus eine stufenförmige
Kontur mit dem außen
liegenden ersten Spulenkörper-Käfig 841 und
dem etwas weiter innen liegenden ersten Stegabschnitt 844,
der ungefähr
jeweils die gleiche Höhe
aufweist wie der in die andere Richtung weisende erste Wicklungsanschlag 843 jedes Wicklungsstegs 842.
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Die 6a bis 6c zeigen
eine erste Variante der oberen Spulenkörperhälfte 85 in verschiedenen
Ansichten bzw. Schnittdarstellungen. 6a zeigt
eine Seitenansicht, 6b eine Draufsicht von oben
und 6c eine Schnittdarstellung entlang der Linie D-D
der 6b. Die Gestaltung der oberen Spulenkörperhälfte 85 entspricht
in ihren wesentlichen Details weitgehend der unteren Spulenkörperhälfte 84,
wobei die obere Spulenkörperhälfte 85 zusätzlich über äußere Befestigungs-
bzw. Aufhängungspunkte
verfügt,
mit denen sie am Lagerschild 10 fixiert bzw. verschraubt
werden kann.
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Wie
auch die untere Spulenkörperhälfte 84 weist
die obere Spulenkörperhälfte 85 einen
kreisrunden zweiten Spulenkörper-Käfig 851 auf,
der vom Durchmesser dem ersten Spulenkörper-Käfig 841 entspricht
und eine gleichartige Kontur hat. Vom zweiten Spulenkörper-Käfig 851 weisen
vier zweite Wicklungsstege 852 senkrecht nach innen, auf
denen nach dem Zusammenbau mit der unteren Spulenkörperhälfte 84 (vgl. 5) die Statorwicklungen (nicht dargestellt)
des Elektromotors 8 aufgewickelt werden.
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Die
vier zweiten Wicklungsstege 852 sind als breite Stege mit
U-förmigem
Querschnitt ausgebildet und sind gleichmäßig am inneren Umfang des Spulenkörper-Käfigs 851 angeordnet,
so dass benachbarte Stege jeweils einen Winkel von 90° einschließen. Die
zweiten Wicklungsstege 852 weisen an ihren innen liegenden
freien Enden jeweils einen zweiten Wicklungsanschlag 853 in
Form eines teilweise der Kontur des Spulenkörper-Käfigs 851 folgenden scheibenförmigen Abschnitts
auf, der nach oben hin den Umriss des jeweiligen Wicklungsstegs 852 überragt
(vgl. 6a und 6c). Wie
auch der erste Spulenkörper-Käfig 841 weist
der zweite Spulenkörper-Kä fig 851 vier
umlaufende zweite Stegabschnitte 854 auf, die jeweils den
Verläufen
aller innen liegenden Kanten der oberen Spulenkörperhälfte 85 folgen und
senkrecht nach unten weisen. Im Querschnitt (6c) resultiert
daraus eine stufenförmige Kontur
mit dem außen
liegenden zweiten Spulenkörper-Kä fig 851 und
dem etwas weiter innen liegenden zweiten Stegabschnitt 854.
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Die
Befestigungspunkte 855 bestehen jeweils in radial vom zweiten
Spulenkörper-Käfig 851 nach
außen
weisenden Verbindungsstücken,
an denen jeweils ein säulenförmiger Rohrabschnitt
befestigt ist. Diese Rohrabschnitte weisen jeweils eine zur Mittelachse
des Spulenkörpers
parallele Durchführung
auf, deren Durchmesser einer in ihnen geführten Befestigungsschraube
entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei Befestigungspunkte 855 vorgesehen,
die jeweils gleichmäßig am Umfang
des Spulenkörpers
verteilt sind und somit jeweils einen Winkelversatz von 120° zueinander
aufweisen. Mittels der Befestigungspunkte 855 ist sowohl
eine Befestigung des Spulenkörpers 83 am
Lagerschild 10 wie auch eine passgenaue Fixierung der Leiterplatte 16 sowie
der Abdeckkappe 18 oberhalb des Elektromotors 8 möglich.
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Die
untere und die obere Spulenkörperhälfte 84, 85 können jeweils
zusammengesteckt werden. Ggf. kann ihr fester Zusammenhalt auch
alleine aus den aufgewickelten Statorwicklungen des Elektromotors
resultieren.
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Die 7a bis 7c zeigen
den Kühlflügel 14 in
verschiedenen Ansichten bzw. Schnittdarstellungen. Dabei zeigt 7a eine
schematische Seitenansicht, 8b eine
schematische Draufsicht und 7c einen
Vollschnitt des Kühlfügels 14 entlang
der Linie G-G der 7b. Wie anhand der 7a erkennbar
ist, weist der Kühlfügel 14 einen rohrförmigen Nabenbereich 141 sowie
einen äußeren Käfig 142 auf,
der über
fünf Rotorblätter 143 mit dem
Nabenbereich 141 verbunden ist. Der Nabenbereich 141 ist
hohlzylindrisch gestaltet und entspricht von seinem Innendurchmesser
exakt dem Außendurchmesser
des Rotors 81, auf dessen oberes freies Ende 87 er
aufgeschoben werden kann. Die drehfeste Verbindung kann vorzugsweise
als Presspassung ausgeführt
sein, so dass der Kühlflügel 14 weder
vom Rotor 81 abrutschen noch sich relativ zu diesem drehen
kann. Der rohrförmige
Nabenbereich 141 weist eine ausreichende Länge für einen
festen Sitz auf dem Rotor 81 auf, so dass der Kühlflügel 14 auch
bei höheren
Motordrehzahlen keine Taumelbewegungen ausführen kann.
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Von
der oberen Hälfte
der zylindrischen Mantelfläche
des Nabenbereichs 141 ragen in regelmäßigen Winkelabständen die
Rotorblätter 143 nach
außen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel
sind fünf Rotorblätter 143 vorgesehen.
Die Anzahl der Rotorblätter 143 hängt grundsätzlich vom
benötigten
Luftdurchsatz bei den typischen Drehzahlen ab, die für das Gebläserad 6 vorgesehen
sind, und ist vorzugsweise durch Versuche zu ermitteln. Zu viele
oder zu große
Rotorblätter 143 bedingen
eine erhöhte
Antriebsleistung des Elektromotors 8; die dadurch bewirkte
Kühlleistung
wird ggf. gar nicht benötigt.
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Die
Außenkanten
der Rotorblätter 143 enden jeweils
in einem hohlzylindrischen Ringsteg 142, der zu der Oberkante
der Rotorblätter 143 hin
geschlossen ist. Auf der dem Moter abgewandten Seite weist der Ringsteg
eine umlaufende Nut 145 auf. Die Nut 145 dient
der Aufnahme von Auswuchtgewichten 146. Die Nut kann, wie
in dem Ausführungsbeispiel dargestellt,
mit Mitteln zum Fixieren der Gewichte ausgestattet sein, z. B. einer
Kontur in ihren Seitenwänden.
Der Außendurchmesser
des kreisrunden Ringstegs 142 ist vorzugsweise nur um einen
geringen Betrag kleiner als die entsprechende kreisrunde Aussparung 161 in
der Mitte der Leiterplatte 16, innerhalb derer sich der
Kühlflügel 14 dreht.
Der optimale Abstand kann durch Versuche ermittelt werden, ist jedoch
radial durch die Anwesenheit eines Hallschalters begrenzt. Je nach
Einbaulagen der Leiterplatte 16 relativ zum Kühlflügel 14 kann
erreicht werden, dass sowohl die Leiterplattenoberseite 164 wie auch
die Leiterplattenunterseite 165 von Kühlluft überstrichen werden. In der
Nut 142 können
Auswuchtgewichte zweckmässigerweise
Gewindeschrauben zum Ausgleich von Momentenunwuchten der rotierenden
Bauteile eingebracht werden.
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Durch
die besondere Gestaltung des Kühlflügels 14 wird
die von diesem geförderte
Luft von oben durch die Durchtrittsöffnungen 181 auf der
Oberseite der Abdeckkappe 18 und durch den Ringsteg 142 angesaugt
und dann in diagonale Richtung verteilt. Auf diese Weise werden
Strömungskomponenten
sowohl in senkrechter Richtung nach unten als auch in annähernd waagrechte
Richtung verteilt. Wie anhand der 3 erkennbar
ist, befindet sich der geschlossene Teil des Ringstegs 142 etwas
oberhalb des Niveaus der Leiterplattenoberseite 164. Andererseits liegt
die Leiterplattenunterseite 165 oberhalb der Unterkanten
der Rotorblätter 143,
so dass beide Seiten der Leiterplatte 16 jeweils von einem
Teil des kühlenden
Luftstroms überstrichen
werden. Weitere Anteile des Luftstroms werden in vertikale Richtung
nach unten gelenkt und können
auf diese Weise den Elektromotor 8 zwischen Rotor 81 und
Spulenkörper 83 durchstreichen.
Die Luft kann dann unterhalb der Abdeckkappe 18 austreten.
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Die 8a und 8b zeigen
eine Variante der Elastomerdichtung 20 in verschiedenen
Ansichten bzw. Schnittdarstellungen. Die Elastomerdichtung 20 umfasst
einen topfartigen Einspannbereich 22, der mit seiner zylindrischen
Außenmantelfläche in die
erste Lageraufnahme 109 für das erste Wälzlager 121 (nicht
dargestellt) des rohrförmigen
Abschnittes 105 des Lagerschilds 10 eingeschoben
werden kann. Ein stirnseitiger Randabschnitt 23 bildet
einen Kreisring, der einen rechtwinkeligen Übergang zum hohlzylindrischen
Einspannbereich 22 aufweist und einen hinteren Anschlag
beim Einschieben der Elastomerdichtung 20 in die erste
Lageraufnahme 109 des rohrförmigen Abschnittes 105 bildet.
Das erste Wälzlager 121 sowie
ein Anstellelement können
anschließend
entlang der Innenmantelfläche
des Einspannbereichs 22 bis zum ersten stirnseitigen Randabschnitt 23 eingeschoben
werden, wodurch radial ein fester Klemmsitz, welcher jedoch axiale
Bewegungen des Lagers zulässt,
für das
Lager und die Dichtung entsteht.
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Die äußere Lagerschale 123 (nicht
dargestellt) des ersten Wälzlagers 121 wird
zur Außenseite zusätzlich durch
einen zweiten stirnseitigen Randabschnitt 24 abgeschirmt
und geschützt,
der ebenfalls ein rechtwinkelig zum hohlzylindrischen Einspannbereich 22 angeordneter
Kreisringabschnitt ist. Dieser befindet sich an der dem ersten stirnseitigen
Randabschnitt 23 gegenüberliegenden
Ende des Einspannbereichs 22. Die äußere Lagerschale muss beim
Einschieben über
diesen Abschnitt geschoben werden, wozu dieser vorzugsweise nach außen gewölbt oder
anderweitig zusammen gedrückt wird.
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Der
zweite stirnseitige Randabschnitt 24 setzt sich nach außen fort
in einen äußeren Kreisringabschnitt 25,
der somit zusammen mit dem zweiten stirnseitigen Randabschnitt 24 einen
Kreisring bildet, dessen Innendurchmesser kleiner und dessen Außendurchmesser
größer ist
als der des hohlzylindrischen Einspannbereichs 22. Am äußeren Rand
des äußeren Kreisringabschnittes 25 wölbt sich
die Elastomerdichtung 20 mit engem Radius schräg nach hinten
und nach außen,
d. h. in Richtung zum ersten stirnseitigen Randabschnitt 23.
Dieser innere Mantelabschnitt 26 bildet dort eine Auflagekante 28 mit
relativ kleinem Radius und wölbt
sich wieder mit ungefähr gleichem
Winkel entlang eines äußeren Mantelabschnittes 27 zurück, so dass
insgesamt ein Dachprofil gebildet wird. Das untere Ende des äußeren Mantelabschnittes 27 stellt
gleichzeitig die umlaufende Dichtkante 21 dar, die im eingebauten
Zustand des Lagerschilds mit Wälzlager
und Welle auf der ersten Stirnseite 43 des Lüftergehäuses 4 aufliegt
und dessen Inneres mit dem darin rotierenden Gebläserad 6 nach
außen
und zum Elektromotor 8 hin abdichtet. Die obere Kante des
Dachprofils aus innerem und äußeren Mantelabschnitt 26, 27 ist
die Auflagekante 28, die im eingebauten Zustand der Elastomerdichtung
eine ringförmige
Auflage an der Unterseite 102 des Lagerschilds 10 bildet
(vgl. 3).
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Es
sind neben der gezeigten Variante der Elastomerdichtung 20 weitere
Varianten denkbar und von der Erfindung mit umfasst, die eine abweichende Gestaltung
aufweisen. So kann es bspw. von Vorteil sein, wenn der innere Mantelabschnitt 26 so
verläuft, dass
er im entspannten Zustand der eingebauten Elastomerdichtung 20 bündig außen am rohrförmigen Abschnitt 105 des
Lagerschilds anliegt, sodass bei auf dem Lüftergehäuse 4 aufgesetztem
Lagerschild 10 die nur wenig ausweichende Dichtkante 21 für ein festes
Andrücken
der Auflagekante 28 an der Unterseite 102 des
Lagerschilds 10 und damit auch für eine gute Dichtwirkung der
Dichtkante 21 auf dem Lüftergehäuse 4 sorgt.
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Eine
Ableitung elektrostatischer Aufladung vom Elektromotor 8 zum
metallischen Lüftergehäuse 4 kann
dadurch gewährleistet
werden, dass die Elastomerdichtung 20 elektrisch leitend
ist.