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Der
Anmelder beansprucht das Recht auf Priorität basierend
auf der japanischen Patentanmeldung
JP 2007-049903 , eingereicht am
28. Februar 2007, und der gesamte Inhalt von
JP 2007-049903 ist hiermit per
Referenz eingebunden.
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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft einen Spiralverdichter und ein Herstellungsverfahren
dafür.
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2. Beschreibung der verwandten Technik
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Im
Allgemeinen umfasst ein Spiralverdichter eine an einem Gehäuse
befestigte Spirale und eine bewegliche Spirale, die in entgegengesetzter
Beziehung zu der festen Spirale angeordnet ist und geeignet ist,
sich in Bezug auf die feste Spirale um eine Drehwelle zu drehen,
wobei ein Fluid durch die feste Spirale und die bewegliche Spirale
komprimiert wird. Die bewegliche Spirale wird durch die Differenz
zwischen dem Druck von der Rückseite der beweglichen Spirale
und dem Druck des komprimierten Fluids einer Kraft in der Axialrichtung
unterworfen. Die Kraft in die Axialrichtung wird von einem Axialdrucklager
gehalten.
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Während
die bewegliche Spirale eine Umlaufbewegung macht, ist daher die
Gleitgeschwindigkeit des Spiralverdichters, der das Axialdrucklager verwendet,
niedriger als die Gleitgeschwindigkeit, wenn das Axialdrucklager
für eine Vorrichtung mit Drehbewegung verwendet wird. Folglich
wird in einem Spiralverdichter nicht leicht ein Ölfilm
auf den Gleitflächen gebildet, was häufig zum
Festfressen führt.
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In
einem Verdichter, der in einem Kältemittelkreislauf verwendet
wird, in dem Kohlendioxid das Kältemittel ist, ist der
Druck des komprimierten Kältemittels so hoch, dass in die
Axialrichtung eine große Kraft auftritt. Folglich stellt
die Bildung eines Ölfilms auf den Gleitflächen
des Axialdrucklagers ein kritischeres Problem dar.
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Zum
Beispiel offenbart
JP
2004-60605A einen Spiralverdichter mit einem Axialdrucklager,
einem Schmierölabscheider, einer Öllagerkammer zum
Lagern des abgeschiedenen Schmieröls und einen Rückführungsweg
zum Rückführen des Schmieröls von der Öllagerkammer
zu den Gleitflächen. In diesem Spiralverdichter kann das
Schmieröl wirksam in dem Kältekreislaufsystem
zugeführt werden.
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JP 2004-60605A offenbart
einen Spiralverdichter; jedoch gibt es dort keine spezifische Beschreibung
einer Einrichtung zum Verringern der Abnutzung oder des Festfressens
der Gleitflächen des Axialdrucklagers.
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JP 3426720B offenbart
andererseits einen Spiralverdichter mit einer beweglichen Spirale
oder einer festen Spirale, die einen Verdichtungsmechanismus bilden,
wobei die Gleitflächen der Endplatte mit einer darauf aufgerichteten
Spiralrunde mit einer Vielzahl von Löchern als Ölbecken
ausgebildet sind. In diesem Spiralverdichter wird das Schmieröl,
selbst wenn der Betrieb angehalten wird, davon abgehalten, aus den
Gleitflächen zu strömen, um das Festfressen der
Gleitflächen, die nicht in Kontakt miteinander sind, zu
verhindern, wenn der Betrieb erneut gestartet wird.
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In
dem in
JP 3426720B beschriebenen
Spiralverdichter sind die Löcher, die die Ölbecken
bilden, jedoch nicht dafür gedacht, die Abnutzung oder
das Festfressen des Axialdrucklagers während des Betriebs
des Spiralverdichters zu verhindern.
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JP 61-8402A offenbart
auch einen Spiralverdichter mit einer Vielzahl von Ölbecken,
die eine konische Oberfläche auf der Gleitfläche
der festen Spirale oder der Gleitfläche der beweglichen
Spirale in dem Axialdrucklager ausgebildet haben.
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1a und
1b sind
schematische Diagramme, welche die Gleitflächen des Axialdrucklagers
des in
JP 61-8402 gezeigten
Spiralverdichters zeigen. Eine erste Gleitfläche
200 des
Axialdrucklagers ist, wie in
1 gezeigt,
mit einer Vielzahl von Ölbecken
200a ausgebildet,
und eine zweite Gleitfläche
201 in entgegengesetzter
Beziehung zu der ersten Gleitfläche
200 ist eben.
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Während
des Gleitbetriebs des Axialdrucklagers wird der Abschnitt zwischen
den Ölbecken 200a mit einem Ölfilm ausgebildet,
der eine in 1a und 1b gezeigte
Druckverteilung hat, um die Abnutzung oder das Festfressen zwischen
den Gleitflächen zu verhindern. 1a und 1b zeigen
auch jeweils entlang der Linien A-A und B-B genommene Schnittansichten.
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Jedoch
sind in dem in
JP 61-8402A beschriebenen
Spiralverdichter die Ölbecken
200a in beabstandeter
Beziehung zueinander auf der ersten Gleitfläche
200 des
Axialdrucklagers ausgebildet. Wie in
1a gezeigt,
kann sich das in einem gegebenen Ölbecken gehaltene Schmieröl
nicht zu einem anderen Ölbecken bewegen. Folglich können
Abnutzung oder Festfressen auftreten. Wenn einmal das Schmieröl
aus dem Ölbecken heraus fließt, wird auch der
Druck in dem Ölbecken negativ, so dass die Gleitflächen
sich gegenseitig anziehen, wodurch verhindert wird, dass der Ölfilm
ausgebildet wird. Ferner wird der Ölfilm, wie in
1b gezeigt,
in dem Fall, in dem der Abstand zwischen den Ölbecken klein
ist, oder abhängig von den Schmierbedingungen über benachbarte Ölbecken
ausgebildet. Folglich verliert der Ölfilm Druck und scheitert
daran, sich auszubilden.
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Wie
vorstehend beschrieben, können Abnutzung oder Festfressen
auftreten, wenn der Ölfilm nicht zwischen den Gleitflächen
ausgebildet wird.
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Ein
anderes Verfahren, das erdacht wurde, um die Abnutzung des Axialdrucklagers
zu verringern, ist, die Gleitflächen aus einem Material
mit großer Härte, wie etwa kohlenstoffreichem
Chrom-Lagerstahl, auszubilden, oder eine dünne Nitrid-
oder Cr-N-Schicht auf den Gleitflächen auszubilden. Dieses
Verfahren stellt jedoch das Problem einer fehlenden Formanpassungsfähigkeit
auf den Gleitflächen, einer verringerten Bearbeitbarkeit,
um die Ölbecken auf den Gleitflächen auszubilden,
und erhöhter Herstellungskosten.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Aufgabe dieser Erfindung ist, es die vorstehend erwähnten
Probleme zu lösen und einen Spiralverdichter mit einem
Axialdrucklager mit niedrigen Herstellungskosten und hoher Antifestfress-Charakteristik
mit einem kleinen Abnutzungsbetrag der Lagergleitflächen
unter verschiedenen Betriebsbedingungen und ein Verfahren zur Herstellung
des Spiralverdichters zur Verfügung zu stellen.
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Um
die vorstehend erwähnte Aufgabe zu lösen, wird
gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ein Spiralverdichter
zur Verfügung gestellt, der umfasst: eine auf einem Gehäuse
(15) befestigte feste Spirale (38), eine bewegliche
Spirale (32), die geeignet ist, sich in Bezug auf die feste
Spirale (38) um eine Drehwelle (21) zu drehen,
und ein Axialdrucklager (53) zum Halten der Axialkraft,
die von der beweglichen Spirale (32) empfangen wird, wobei
das Axialdrucklager (53) eine erste Gleitfläche
(100) und eine zweite Gleitfläche (101)
in entgegengesetzter Beziehung zu der ersten Gleitfläche
(100) hat, wobei die erste Gleitfläche (100)
mit einer Vielzahl vorstehender druckaufnehmender Abschnitte (83)
ausgebildet ist und die zweite Gleitfläche (101)
einen im Wesentlichen ebenen Abschnitt in entgegengesetzter Beziehung
zu den druckaufnehmenden Abschnitten hat, wobei die Härte
der zweiten Gleitfläche (101) höher als
die der ersten Gleitfläche (100) ist und wobei
die erste Gleitfläche (100) aus Gusseisen ausgebildet
ist.
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Mit
diesem Aufbau entwickelt der Gleitbetrieb zwischen der ersten Gleitfläche
(100) und der zweiten Gleitfläche (101)
die Formanpassungsfähigkeit auf den druckaufnehmenden Abschnitten
(83), und die Fluidschmierfähigkeit auf den Gleitflächen wird
leicht entwickelt, wodurch die Abnutzung oder das Festfressen des
Axialdrucklagers (53) verhindert wird. Auf diese Weise
entwickelt das Einlaufen die Formanpassungsfähigkeit der
druckaufnehmenden Abschnitte (83) und daher ist es nicht
erforderlich, dass die druckaufnehmenden Abschnitte (83)
im Voraus mit hoher Genauigkeit ausgebildet werden. Folglich werden
die Herstellungskosten des Spiralverdichters verringert. Auch hat
das Gusseisen, das die erste Gleitfläche (100)
bildet, in seiner Struktur Kohlenstoff abgelagert, und der auf den
Gleitflächen abgelagerte Kohlenstoff wirkt als ein Feststoffschmiermittel.
Selbst in der Grenzschmierung oder der gemischten Schmierung werden
daher die Abnutzung und das Festfressen verhindert.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
der umfasst: eine auf einem Gehäuse (15) befestigte
feste Spirale (38), eine bewegliche Spirale (32),
die geeignet ist, sich in Bezug auf die feste Spirale (38)
um eine Drehwelle (21) zu drehen, und ein Axialdrucklager
(53) zum Halten der Axialkraft, die von der beweglichen Spirale
(32) empfangen wird, wobei das Axialdrucklager (53)
eine erste Gleitfläche (100) und eine zweite Gleitfläche
(101) in entgegegesetzter Beziehung zu der ersten Gleitfläche
(100) hat, wobei die erste Gleitfläche (100)
mit einer Vielzahl vorstehender druckaufnehmender Abschnitte (83)
ausgebildet ist und die zweite Gleitfläche (101)
einen im Wesentlichen ebenen Abschnitt in entgegegesetzter Beziehung
zu den druckaufnehmenden Abschnitten (83) hat, wobei die
Härte der zweiten Gleitfläche (101) höher
als die der ersten Gleitfläche (100) ist und wobei
die erste Gleitfläche (100) aus einer Aluminiumlegierung
ausgebildet ist.
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Dieser
Aufbau ist darin verschieden von dem ersten Aspekt der Erfindung,
dass die erste Gleitfläche (100) des Axialdrucklagers
aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist. In den restlichen
Punkten hat dieser Aspekt jedoch die gleichen Vorteile wie der erste
Aspekt. Auch hat der Spiralverdichter mit dem Axialdrucklager (53),
bei dem die erste Gleitfläche (100) aus einer
Aluminiumlegierung ausgebildet ist, angesichts der Tatsache, dass
die Masse der Aluminiumlegierung kleiner als die anderer Materialien
ist, ein verringertes Gewicht.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei die Differenz der Vickershärte zwischen der zweiten
Gleitfläche (101) und der ersten Gleitfläche
(100) wünschenswerterweise nicht weniger als 300
HV ist.
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Mit
diesem Aufbau entwickelt der Gleitbetrieb zwischen der ersten Gleitfläche
(100) und der zweiten Gleitflache (101) schnell
die Formanpassungsfähigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte (83).
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Gemäß einem
vierten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei die erste Gleitfläche (100) wünschenswerterweise
integral mit der beweglichen Spirale (32) ausgebildet ist.
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Mit
diesem Aufbau werden die Herstellungskosten des Spiralverdichters
verringert. Insbesondere in dem Fall, in dem die erste Gleitfläche
(100) und die bewegliche Spirale (32) aus einer
Aluminiumlegierung gebildet sind, wird die träge Masse
der beweglichen Spirale (32) in der Umdrehung verringert, wodurch
die Zentrifugalkraft im Betrieb verringert wird. Als ein Ergebnis
ist der Betrieb mit einer Hochgeschwindigkeitsumdrehung möglich,
und die Ausgangsleistung des Spiralverdichters kann erhöht
werden.
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Gemäß einem
fünften Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter
bereitgestellt, wobei die erste Gleitfläche (100)
wünschenswerterweise integral mit dem Gehäuse
(15) ausgebildet ist.
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Mit
diesem Aufbau werden die Herstellungskosten des Spiralverdichters
verringert. Auch kann das Gewicht des Spiralverdichters in dem Fall,
in dem sowohl die feste Spirale (38) als auch das Gehäuse
(15) aus einer Aluminiumlegierung mit geringem spezifischem
Gewicht ausgebildet sind, weiter verringert werden.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils bevorzugt
einen auf dem Umfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts (83)
ausgebildeten abfallenden Abschnitt (83b) und einen ebenen
Abschnitt (83a) innerhalb des abfallenden Abschnitts (83b)
haben. Mit diesem Aufbau wird der Ölfilm leicht zwischen
jedem druckaufnehmenden Abschnitt (83) und der zweiten
Gleitfläche (101) ausgebildet, und die Fluidschmierfähigkeit
wird ohne weiteres erreicht. Ferner ist diese Erfindung wünschenswerterweise auf
den Spiralverdichter anwendbar, bei dem die abfallenden Abschnitte
(83b) durch das Einlaufen ausgebildet werden. Dadurch ist
es nicht erforderlich, dass die abfallenden Abschnitte (83b)
im Voraus auf den druckaufnehmenden Abschnitten (83) ausgebildet
werden, wodurch die Herstellungskosten des Spiralverdichters weiter
verringert werden.
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Gemäß einem
siebten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils wünschenswerterweise
im Wesentlichen kreisförmig sind und die Vielzahl der inselartigen
druckaufnehmenden Abschnitte (83) von einer Vielzahl von
Rillen (85) umgeben sind, die in einer versetzten Weise
unabhängig voneinander angeordnet sind.
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Mit
diesem Aufbau können die druckaufnehmenden Abschnitte (83)
mit einer hohen Dichte angeordnet werden, und die Ausbildung des Ölfilms
pro Einheitsfläche wird erhöht, um eine schwerere
Last zu unterstützen.
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Gemäß einem
achten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils wünschenswerterweise
im Wesentlichen rechteckig sind, und die Vielzahl der inselartigen
druckaufnehmenden Abschnitte (83), die von einer Vielzahl
von Rillen (85) umgeben sind, sind in einem Gitter unabhängig
voneinander angeordnet.
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Mit
diesem Aufbau können die druckaufnehmenden Abschnitte (83)
mit einer hohen Dichte angeordnet werden, und die ölfilmbildende
Fläche pro Einheitsfläche wird erhöht,
um eine schwerere Last zu unterstützen.
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Gemäß einem
neunten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei die druckaufnehmenden Abschnitte (83) jeweils wünschenswerterweise
ringförmig sind und die Vielzahl der inselartigen druckaufnehmenden
Abschnitte (83), die von einer Vielzahl an Rillen (85)
umgeben sind, konzentrisch und unabhängig voneinander angeordnet
sind.
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Mit
diesem Aufbau werden die Herstellungskosten der ersten Gleitfläche
(100) verringert, während gleichzeitig die gleichen
Wirkungen wie die der achten und neunten Aspekte hergestellt werden.
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Gemäß einem
zehnten Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei die erste Gleitfläche (100) wünschenswerterweise
mit einem äußeren Umfangsdichtungsabschnitt (81)
ausgebildet ist, der die mit den druckaufnehmenden Abschnitten (83)
ausgebildete Fläche umgibt.
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Mit
diesem Aufbau fließt das Schmieröl in einer geringeren
Menge von den Gleitflächen des Axialdrucklagers (53)
aus.
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Gemäß einem
elften Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter bereitgestellt,
wobei ein Fluid, welches das Schmieröl enthält,
wünschenswerterweise an die erste Gleitfläche
(100) und die zweite Gleitfläche (101)
des Axialdrucklagers (53) zugeführt wird, wobei
die Gleitgeschwindigkeit der druckaufnehmenden Abschnitte (83)
in Bezug auf die zweite Gleitfläche (101) nicht
weniger als 0,5 m/s ist, den druckaufnehmenden Abschnitten (83)
eine Last in Form des mittleren Anpressdrucks von 0,5 bis 20 MPa
auferlegt wird und die kinematische Viskosität des Fluids
im Betrieb 0,1 bis 10 cSt ist.
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Mit
diesem Aufbau wird die Fluidschmierfähigkeit des Axialdrucklagers
(53) sichergestellt.
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Gemäß einem
zwölften Aspekt der Erfindung wird ein Spiralverdichter
bereitgestellt, wobei das Fluid wünschenswerterweise Kohlendioxid
enthält.
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Gemäß einem
dreizehnten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
des erfindungsgemäßen Spiralverdichters bereitgestellt,
wobei durch den Einlaufbetrieb eine Vielzahl abfallender Abschnitte
(83b) auf dem Umfangsrand der druckaufnehmenden Abschnitte
(83) bereitgestellt wird.
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Mit
diesem Aufbau ist es nicht erforderlich, dass die druckaufnehmenden
Abschnitte (83) mit den abfallenden Abschnitten (83)
im Voraus ausgebildet werden, und daher werden die Herstellungskosten
des Spiralverdichters verringert.
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Die
in den Klammern eingefügten Bezugsnummern, die den Namen
der jeweiligen vorstehend beschriebenen Einrichtungen angefügt
sind, bezeichnen ein Entsprechungsbeispiel mit den spezifischen
Einrichtungen, die in den später beschriebenen Ausführungsformen
beschrieben werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Diese
und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden
durch Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den
Zeichnungen genommen besser verstanden, wobei:
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1a ein
Diagramm ist, das die Gleitflächen des Axialdrucklagers
eines herkömmlichen Spiralverdichters zeigt;
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1b ein
anderes Diagramm ist, das die Gleitflächen des Axialdrucklagers
eines herkömmlichen Spiralverdichters zeigt.
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2 eine
Längsschnittansicht ist, die den Spiralverdichter gemäß einer
Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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3a ein
Diagramm ist, das die Gleitfläche auf der beweglichen Seite
des Axialdrucklagers des in 2 gezeigten
Spiralverdichters zeigt.
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3b eine
an der Linie D-D in 3a genommene vergrößerte
Querschnittansicht ist.
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3c eine
vergrößerte Ansicht des Bereichs G in 3a ist.
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4 ein
Diagramm ist, das die Art und Weise, in welcher ein Ölfilm
auf den inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten des in 3 gezeigten Gleitabschnitts der beweglichen
Seite ausgebildet wird, und dessen Druck zeigt.
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5 ein
schematisches Diagramm in vergrößerter Ansicht
ist, das die wesentlichen Teile der Gleitflächen des Axialdrucklagers
zeigt.
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6a ein
schematisches Diagramm ist, das den Anfangszustand der druckaufnehmenden Abschnitte
vor dem Beginn des Einlaufens zeigt.
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6b ein
schematisches Diagramm ist, das den Zustand der druckaufnehmenden
Abschnitte zur Zeit des Beginns des Einlaufens zeigt.
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6c ein
schematisches Diagramm ist, das den Zustand der druckaufnehmenden
Abschnitte am Ende des Einlaufens zeigt.
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7 eine
Schnittansicht ist, die die wesentlichen Teile gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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8 eine
Schnittansicht ist, die die wesentlichen Teile gemäß noch
einer anderen Ausführungsform der Erfindung zeigt.
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9 die
Materialien und Vickershärte in jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel
zeigt.
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10 ein
schematisches Diagramm zum Erklären eines Bewertungsverfahrens
für den Abnutzungsbetrag ist.
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11 ein
Diagramm ist, das das Ergebnis der Bewertung des Abnutzungsbetrags
zeigt.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Der
Spiralverdichter gemäß dieser Erfindung wird nachstehend
unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es sollte sich jedoch
verstehen, dass diese Erfindung nicht auf die folgende Beschreibung beschränkt
ist, sondern auch die in den beigefügten Ansprüchen
beschriebene Erfindung und dazu äquivalente Vorrichtungen
abdeckt.
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Eine
Ausführungsform dieser Erfindung wird nachstehend unter
Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.
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2 ist
eine Längsschnittansicht, die einen Spiralverdichter 11 gemäß dieser
Ausführungsform zeigt. Diese Ausführungsform stellt
einen Kompressor für eine Wasserheizung in dem Kältemittelkreislauf
dar, der Kohlendioxid als ein Kältemittel verwendet und
in dem der Druck von ausgestoßenem Kohlendioxid den kritischen
Druck übersteigt. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf
diesen Verdichter beschränkt.
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Der
Spiralverdichter 11 gemäß dieser Ausführungsform
ist ein motorbetriebener luftdichter Verdichter mit einem geschlossenen
Behälter 13, der eine Motoreinheit 27 und
einen Verdichtungsmechanismus 10 unterbringt.
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Der
geschlossene Behälter 13 umfasst ein Zylindergehäuse 13a,
ein motorseitiges Endgehäuse 13b, das an jedem
Ende des Zylindergehäuses 13a montiert ist, und
ein verdichtungsmechanismusseitiges Endgehäuse 13c.
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Die
Motoreinheit 27 umfasst einen Stator 25, der auf
der Innenumfangsfläche des Zylindergehäuses 13a befestigt
ist, und einen Rotor 23, der auf der Welle 21 befestigt
ist, die von der Motoreinheit 27 drehend angetrieben wird.
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Der
Verdichtungsmechanismus 10 umfasst ein Mittelgehäuse 15,
das an einer Position benachbart zu dem Stator 25 in dem
Zylindergehäuse 13a befestigt ist, eine bewegliche
Spirale 32, die von einem Kurbelmechanismus 28 zu
Umlaufen gebracht wird, der von einem auf dem Mittelgehäuse 15 angeordneten
Hauptlager 17 gehalten wird, und eine feste Spirale 38,
die auf dem zylindrischen Gehäuse 13a auf der
Seite des Mittelgehäuses 15 weit weg von dem Stator 25 in
entgegengesetzter Beziehung zu der beweglichen Spirale 32 befestigt
ist, um dadurch einen später beschriebenen Arbeitsraum 45 zu
bilden.
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Die
Welle 21 wird von einem Hauptlager 17 und einem
Hilfslager 19 im Wesentlichen horizontal gehalten, das
auf einem scheibenförmigen Haltelement 14 befestigt
ist, welches zwischen dem Stator 25 und dem motorseitigen
Endgehäuse 13b in dem Zylindergehäuse 13a eingefügt
ist.
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Die
bewegliche Spirale 32 umfasst eine im Wesentlichen scheibenförmige
Platte 33 auf der beweglichen Seite, eine Spirale 41 auf
der beweglichen Seite, die in einer Evolventenkurve von der Endfläche der
Platte 33 der beweglichen Seite in Richtung der festen
Spirale 38 aufgerichtet ist, und eine Nabe 35, die
von der Endfläche weit weg von der Spirale 41 auf der
beweglichen Seite in Richtung des Mittelgehäuses 15 aufgerichtet
ist.
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Die
feste Spirale 38 umfasst eine Platte 39 auf der
festen Seite, die auf dem zylindrischen Gehäuse 13a befestigt
ist und eine Spirale 43 auf der festen Seite, die aus einer
spiralförmigen Rille gebildet ist, die auf der Endfläche
der Platte 39 auf der festen Seite näher an der
beweglichen Spirale 32 angeordnet ist.
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Das
Mittelgehäuse 15 nimmt die Form eines dreistufigen
Zylinders mit einem von der Motoreinheit 27 in Richtung
der festen Spirale 38 fortschreitend größeren
Durchmesser an. Der Zylinder 15a mit dem kleinsten Durchmesser
in der Nähe der Motoreinheit 27 bildet ein Hauptlager 17,
und der mittlere Zylinder 15b bildet eine Kurbelkammer 29 zum
Aufnehmen des Kurbelmechanismus 28. Der Zylinder 15c mit dem
größten Durchmesser in der Nähe der festen Spirale 38 bildet
andererseits ein Spiralgehäuse 31 zum Aufnehmen
der beweglichen Spirale 32 darin und ist durch ein Befestigungsmittel,
wie etwa Schweißen, auf der Innenumfangsfläche
des Zylindergehäuses 13a befestigt.
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Der
Kurbelmechanismus 28 besteht aus einer exzentrischen Welle 37,
die integral an dem Ende der Welle 21 näher an
dem Verdichtungsmechanismus 10 angeordnet ist, und der
Nabe 35 der beweglichen Spirale 32. Die exzentrische
Welle 37 ist um einen gegebenen Betrag e (3a)
von der axialen Mitte des Hauptlagers 17 und des Hilfslagers 19 dezentriert.
Diese Exzentrizität e bildet den Umlaufradius der beweglichen
Spirale 32.
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Eine
nicht gezeigte Oldham-Kupplung ist auf der Endfläche (auf
die hier nachstehend als die Spiralenseiten-Endfläche 15e der
Scheibeneinheit Bezug genommen wird) der Scheibeneinheit 15d näher an
der beweglichen Spirale 32 angeordnet und verbindet den
Zylinder 15c mit dem großen Durchmesser und den
mittleren Zylinder 15b, wobei sie das Mittelgehäuse 15 bilden,
um dadurch die Drehung der beweglichen Spirale 32 zu verhindern.
Als ein Ergebnis darf die bewegliche Spirale 32 lediglich
umlaufen. In dem Verdichtungsmechanismus 10 wird das Volumen
einer Vielzahl der Arbeitsräume 45, die durch den
Eingriff zwischen der Spirale 41 der beweglichen Seite
und der Spirale 43 der festen Seite gebildet werden, durch
die Umdrehung der beweglichen Spirale 32 in Bezug auf die
feste Spirale 38 verringert, um dadurch das an die Ansaugkammer 46,
die mit der äußersten Umfangsseite der Spirale 43 der
festen Seite verbunden ist, zugeführte Kältemittel
zu komprimieren.
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Auch
ist ein Axialdrucklager 53 zwischen der Spiralenseiten-Endfläche 15e der
Scheibeneinheit und der Endfläche der beweglichen Spirale 32,
die mit der Nabe 35 ausgebildet ist (auf die hier nachstehend
als die bewegliche Spiralrückseitenfläche 32a Bezug
genommen wird), angeordnet. Dieses Axialdrucklager 53 ist
ein Gleitlager zum Gleiten zwischen der beweglichen Spiralrückseitenfläche 32a und
der Spiralenseiten-Endfläche 15e der Scheibeneinheit unter
der axialen Kraft (in dieser Ausführungsform die Kraft,
die die Platte 33 der beweglichen Seite von der festen
Spirale 38 in Richtung der Scheibeneinheit 15d schiebt),
die von der Platte 33 der beweglichen Seite aufgrund der
Differenz zwischen der Kompressionsauflagekraft, die zur Zeit der
Komprimierung des Kältemittels erzeugt wird und der Kraft,
die durch den Druck auf die bewegliche Spiralrückseitenfläche 32a in
die Axialdruckrichtung erzeugt wird, aufgenommen wird. Dieses Axialdrucklager 53 wird
später im Detail erklärt.
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Die
Ansaugkammer 46 ist auf der Seitenfläche der Platte 39 der
festen Seite angeordnet und mit einem Ansaugrohr 47 zum
Einführen des Kältemittels aus dem Kältemittelkreislauf
außerhalb des geschlossenen Behälters 13 durch
das Zylindergehäuse 13a verbunden.
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Eine
Auslassöffnung 49 ist axial durch die Platte 39 der
festen Seite an dem Mittelabschnitt der Spirale 43 der
festen Seite ausgebildet. Das von der beweglichen Spirale 32 und
der festen Spirale 38 komprimierte Kältemittel
wird von der Auslassöffnung 49 in eine Auslasskammer 50 ausgestoßen.
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Die
Auslasskammer 50 besteht aus einer Vertiefung, die von
der Endfläche (auf die hier nachstehend als die feste Spiralrückseitenfläche 38a Bezug
genommen wird) auf der Seite der Platte 39 der festen Seite
weit weg von der beweglichen Spirale 32 und der Endfläche
des Trennblocks 55 näher an der Platte 39 der
festen Seite, die auf der festen Spiralrückseitenfläche 38a befestigt
ist, ausgebildet wird. Im Übrigen hat die Auslasskammer 50 darin
ein Auslassventil 61, um den Rückfluss des ausgestoßenen Kältemittels
zu verhindern.
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Das
in die Auslasskammer 50 ausgestoßene Hochtemperatur-Hochdruckkältemittel
wird durch einen Kältemittelweg 57, der sich von
der Auslasskammer 50 nach oben erstreckt, an einen Ölabscheider 63 geleitet.
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Der Ölabscheider 63 ist
vom Doppelzylinder-Zentrifugaltyp und umfasst einen Innenzylinder 63a und
einen Außenzylinder 63b.
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Der
Kältemittelweg 57 ist, nachdem er sich von der
Auslasskammer 50 entlang der festen Spiralrückseitenfläche 38a nach
oben erstreckt, im Wesentlichen tangential mit dem Raum zwischen
dem Innenzylinder 63a und dem Außenzylinder 63b des Zentrifugalölabscheiders 63 verbunden.
Das im Wesentlichen in tangentialer Richtung in den Raum zwischen
dem Innenzylinder 63a und dem Außenzylinder 63b strömende
Kältemittel läuft in dem Raum zwischen dem Innenzylinder 63a und
dem Außenzylinder 63b um. Nachdem das in dem Kältemittel
enthaltene Öl zentrifugal abgeschieden ist, wird das Kältemittel
durch den Innenzylinder 63a und das Auslassrohr 59 an
den Kältemittelkreislauf außerhalb des geschlossenen
Behälters 13 geschickt. Gemäß dieser
Ausführungsform umfasst das Öl vorzugsweise als
einen Hauptbestandteil ein Schmieröl, das aus ausgewähltem
Polyglykol, Polyvinylether und Polyolester oder jeder Kombination
daraus besteht.
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Im Übrigen
besteht der Außenzylinder 63b des Ölabscheiders 63 aus
einem in dem Trennblock 55 ausgebildeten zylindrischen
Loch, und der Innenzylinder 63a ist durch eine Befestigungseinrichtung, wie
etwa eine Presspassung oder einen Spannring, in dem zylindrischen
Loch befestigt, wodurch der Außenzylinder 63b gebildet
wird.
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Auch
ist das Auslassrohr 59 durch das Innere und Äußere
des geschlossenen Behälters 13 hermetisch in das
obere Ende des zylindrischen Lochs eingesetzt, das den Außenzylinder 63b bildet.
Im Übrigen bildet der Raum zwischen dem Trennblock 55 und
dem verdichtungsmechanismusseitigen Endgehäuse 13c eine
Atmosphäre mit niedrigerem Druck als das ausgestoßene
Kältemittel.
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Das
von dem Ölabscheider 63 abgeschiedene Öl
bewegt sich durch die Schwerkraft entlang der Innenwandfläche
des Außenzylinders 63b nach unten und wird durch
ein an dem unteren Ende des zylindrischen Lochs des Außenzylinders 63b gebildetes
Loch 64 mit kleinem Durchmesser in einem Hochdrucköllager 65 gelagert.
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Die
Hochdrucköllagerkammer 65 ist in dem Trennblock 55 angeordnet
und befindet sich unter dem zylindrischen Loch, das den Außenzylinder 63b bildet,
und der Auslasskammer 50. Um die Menge des Hochdrucköls
zu erhöhen, die in der Hochdrucköllagerkammer 65 gelagert
werden kann, ist der Trennblock 55 derart aufgebaut, dass
sein unterer Abschnitt, der das Hochdrucköllager 65 bildet,
in Richtung des verdichtungsmechanismusseitigen Gehäuses 13c weiter
vorsteht als sein oberer Abschnitt, der dem zylindrischen Loch entspricht,
das den Außenzylinder 63b bildet.
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Das
in der Hochdrucköllagerkammer 65 gelagerte Öl
wird über den Ölrücklaufweg 67 durch
die Platte 39 der festen Seite unter der Spirale 43 der festen
Seite zu dem Ölweg 69 in der Platte 33 der
beweglichen Seite geleitet. Im Übrigen ist eine Membran 67a mit
kleinem Durchmesser an dem Auslass des Ölrücklaufwegs 67 angeordnet.
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Der
Einlass des Ölwegs 69 öffnet sich zu
der Oberfläche der Platte 33 der beweglichen Seite
mit der Spirale 41 der beweglichen Seite. Der Einlass des Ölwegs 69 ist
geeignet, durch die Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 intermittierend
mit dem Auslass des Ölrücklaufwegs 67 in
Verbindung zu sein. Auch ist der Auslass des Ölwegs 69 zu
der Innenwand der Nabe 35 offen, um mit dem Raum zwischen
dem Endabschnitt der Welle 21 und der unteren Oberfläche
der Nabe 35 in Verbindung zu sein.
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Im Übrigen
wird das in der Hochdrucköllagerkammer 65 gelagerte Öl
trotz des hohen Drucks aufgrund des Ausstoßdrucks des Kältemittels
durch die intermittierende Verbindung zwischen dem Ölrücklaufweg 67 und
dem Ölweg 69 aufgrund der Umlaufbewegung der beweglichen
Spirale 32 und der Membran 67a auf den gewünschten
Druckpegel verringert.
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Das
an den Raum zwischen dem Endabschnitt der Welle 21 und
der unteren Oberfläche der Nabe 35 geleitete Öl
strömt in den axial durch die Welle 21 ausgebildeten Ölweg 71.
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Das Öl,
das den Ölweg 71 durchlaufen hat, wird zwischen
dem motorseitigen Endgehäuse 13b und dem Halteelement 14 in
dem geschlossenen Behälter 13 geleitet. Das Haltelement 14,
das Mittelgehäuse 15 und die Platte 39 der
festen Seite haben einen nicht gezeigten Spalt mit dem Zylindergehäuse 13a.
Das Öl, das zwischen dem motorseitigen Endgehäuse 13b und
dem Halteelement 14 geleitet wurde, wird daher über
dem gesamten inneren unteren Teil des geschlossenen Behälters 13 gelagert.
Der gesamte innere untere Teil des geschlossenen Behälters 13 bildet
eine Niederdrucköllagerkammer 66.
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Das
in der Niederdrucköllagerkammer 66 gelagerte Öl
erreicht das Spiralgehäuse 31 durch das Ölrücklaufloch 73,
das in dem unteren Teil der Scheibeneinheit 15d des Mittelgehäuses 15 ausgebildet ist.
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Der Ölweg 71 hat
diametrale Löcher 71a, 71b darin angeordnet,
die von dem Ölweg 71 in seinen Teilen verzweigen,
die dem Hauptlager 17 und dem Nebenlager 19 entsprechen.
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Der
Auslass des diametralen Lochs 71a ist mit der auf der Welle 21 angeordneten
Wellenrille 21a in Verbindung, und das Öl, das
in das diametrale Loch 71a geströmt ist, erreicht
nach dem Schmieren des Hauptlagers 17, des Kurbelmechanismus 28 und des
Axialdrucklagers 53 das Spiralgehäuse 31.
Eine Ölrille 72 zum Einrichten der Verbindung
zwischen dem diametralen Loch 71a und dem Axialdrucklager 53 ist
auf dem Mittelzylinder 15b über der Welle 21 ausgebildet,
um das Öl an das Axialdrucklager 53 über
der Welle 21 zu leiten.
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Das Öl,
das in das diametrale Loch 71b geströmt ist, fällt
andererseits nach dem Schmieren des Hilfslagers 19 in die
Niederdrucköllagerkammer 66 und erreicht durch
das Ölrücklaufloch 73 das Spiralgehäuse 31.
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Der Ölrücklaufweg 67,
die Ölwege 69, 71 und das diametrale
Loch 71a bilden eine Ölzuführungseinrichtung,
um das Öl aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem von
dem Ölabscheider 63 abgeschiedenen Öl
und dem Abschnitt, wo das Axialdrucklager 53 angeordnet
ist, an das Axialdrucklager 53 zuzuführen.
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Das Öl,
das das Spiralgehäuse 31 erreicht hat, wird an
die Gleitflächen der beweglichen Spirale 32 und
der festen Spirale 38 zugeführt, zusammen mit
dem Kältemittel in dem Arbeitsraum 45 komprimiert
und durch den Ölabscheider 63 von dem Kältemittel
abgeschieden.
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Als
nächstes wird das Axialdrucklager 53 gemäß der
Erfindung erklärt. Das erfindungsgemäße Axialdrucklager 53 besteht
aus einer spiralseitigen Platte 53a, die auf der beweglichen
Spiralrückseitenfläche 32a befestigt
ist, und einer gehäuseseitigen Platte 53b, die
auf der Spiralenseiten-Endfläche 15e der Scheibeneinheit
befestigt ist.
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Die
spiralseitige Platte 53a ist in der Form eines Donuts ausgebildet,
dessen Mittelloch von der Nabe 35 durchdrungen wird. Die
Endfläche der spiralseitigen Platte 53a in gleitendem
Kontakt mit der gehäuseseitigen Platte 53b ist,
wie in 3 gezeigt, mit einem im Wesentlichen
kreisförmigen unebenen Abschnitt ausgebildet.
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3a ist
eine an der Linie C-C in 2 in derartiger Weise genommene
Schnittansicht, dass die Endfläche der spiralseitigen Platte 53a in
gleitendem Kontakt mit der gehäuseseitigen Platte 53b sichtbar
ist, 3b ist eine an der Linie D-D in 3a in
einer derartigen Weise genommene Schnittansicht, dass der im Wesentlichen
kreisförmige unebene Schnitt sichtbar ist, und 3c ist
eine vergrößerte Ansicht des in 3a mit
dem Bezugszeichen G bezeichneten Abschnitts. In 3a,
sind die durch eine gestrichelte Linie angezeigte gehäuseseitige
Platte 53b und der innere Rand 53c der gehäuseseitigen
Platte 53b, obwohl sie in der Schnittansicht von 3a unsichtbar
sind, an den entsprechenden Positionen in 3a gezeigt,
um ihre relativen Positionen zu der gehäuseseitigen Platte 53a anzuzeigen.
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Die
im Wesentlichen kreisförmige unebene Vertiefung ist aus
einer Vielzahl von Rillen 85 aufgebaut. An die Vielzahl
der Rillen 85, wird von der vorstehend beschriebenen Ölzuführungseinrichtung Öl zugeführt
und sie kreuzen sich gegenseitig in einem Netzmuster, wobei ihre
Schnittflächen 85a breiter als die anderen Rillenabschnitte
sind. Auch hat die Bodenfläche der in 3b gezeigten
Rillen die Oberflächenrauheit von nicht weniger als 12,5
Rz, was größer als die der später beschriebenen
druckaufnehmenden Abschnitte 83 ist.
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Von
allen der Vielzahl der Rillen 85 sind die Rillen, die sich
auf dem äußersten Umfang befinden (auf die hier
nachstehend als die äußersten Umfangsrillen Bezug
genommen wird) 85b, in einer Zickzackform um den ganzen
Rand der spiralseitigen Platte 53a und um ihn herum ausgebildet.
Zwischen den äußersten Umfangsrillen 85b und
dem Rand der spiralseitigen Platte 53a ist ein Außenumfangsdichtungsabschnitt 81 ausgebildet,
der beständig in gleitendem Kontakt mit der gehäuseseitigen
Platte 53b entlang dem ganzen Umfang gehalten wird, um
die Menge des Schmieröls, das von den Gleitflächen
abfließt, zu verringern. Der Dichtungsabschnitt 81 hat einen
Vorsprungabschnitt 81c, der gekrümmt ist, um sich
von der spiralseitigen Platte 53a über die Zickzackform
der äußersten Umfangsrillen 85b diametral nach
innen auszudehnen. Der Vorsprungabschnitt 81c spielt, wie
die später beschriebenen und in 3c gezeigten
druckaufnehmenden Abschnitte 83, die Rolle, durch die Umdrehung
der beweglichen Spirale 32 aus allen Richtungen, die den
Vorsprungabschnitten 81c zugewandt sind, das Öl
anzuziehen.
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Der
von der Vielzahl der Rillen 85 umgebene Vorsprungabschnitt
zwischen den Rillen 85 bildet inselartige druckaufnehmende
Abschnitte 83, die im Wesentlichen kreisförmig
ausgebildet sind und entsprechend dem Zickzack der äußersten
Umfangsrille 85 in einer versetzten Weise angeordnet sind.
Der Durchmesser jedes druckaufnehmenden Abschnitts 83 ist
wünschenswerterweise nicht weniger als e, aber weniger
als 2e, wobei e der Umlaufradius der beweglichen Spirale 32 ist,
und das Flächenverhältnis der druckaufnehmenden
Abschnitte 83 in Bezug auf die Rillen 85 auf den
Gleitflächen ist wünschenswerterweise nicht weniger
als 50%, um die Fähigkeit, Fremdstoffe auszuschalten sicherzustellen
und den Anpressdrucks zu verringern. Auch schließen die obere
Oberfläche des Dichtungsabschnitts 81 und die
druckaufnehmenden Abschnitte 83 als glatte Gleitfläche
im Wesentlichen bündig miteinander ab. Wie in 3b gezeigt,
sind auf dem Rand des Dichtungsabschnitts 81 und des druckaufnehmenden
Abschnitts 83 keilförmige Abschnitte oder abfallende Abschnitte 81b, 83b ausgebildet,
um die Keilschmierwirkung des Ölfilms zu erzeugen, und
die gehäuseseitige Platte 53b ist in gleitendem
Kontakt mit den ebenen Abschnitten 81a, 83a.
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Auch
hat das Axialdrucklager 53 gemäß dieser
Ausführungsform eine unebene spiralseitigen Platte 53a,
die auf der beweglichen Spirale 32 befestigt ist, und daher
wird die Vielzahl der Rillen 85, die den unebenen Abschnitt
bilden, mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 relativ
zu der Welle 21 bewegt.
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Bei
der gehäuseseitigen Platte 53b ist die Oberfläche
in gleitendem Kontakt mit der spiralseitigen Platte 53a als
eine flache ebene Oberfläche hochglanzpoliert. Die gehäuseseitige
Platte 53b nimmt auf diese Weise, ähnlich der
spiralseitigen Platte 53a, eine donutartige Form an.
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Mit
diesem Aufbau bildet das in den Rillen 85 aufgenommene Öl,
wie in 4 gezeigt, aufgrund der Keilschmierwirkung des
abfallenden Abschnitts 83b, der um jeden druckaufnehmenden
Abschnitt herum ausgebildet ist, als Ergebnis des Gleitkontakts zwischen
der spiralseitigen Platte 53a und der gehäuseseitigen
Platte 53b einen Ölfilm 86 auf den druckaufnehmenden
Abschnitten 83. Dieser Ölfilm 86 ist
das in dem Schmieröl gelöste Kältemittel.
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Als
nächstes wird das Axialdrucklager 53 gemäß dieser
Ausführungsform nachstehend detaillierter beschrieben.
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Das
Axialdrucklager 53 hat, wie in 5 gezeigt,
ein Paar Gleitflächen 100, 101. Die erste
Gleitfläche 100 bildet eine Oberfläche
der spiralseitigen Platte 53a in entgegengesetzter Beziehung
zu der gehäuseseitigen Platte 53b. Die zweite
Gleitfläche 101 bildet eine Oberfläche
der gehäuseseitigen Platte 53b in entgegengesetzter
Beziehung zu der spiralseitigen Platte 53a.
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Die
Härte der zweiten Gleitfläche 101 ist
höher als die der ersten Gleitfläche 100.
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Wie
vorstehend beschrieben, ist die erste Gleitfläche 100,
wie in 3a gezeigt, mit einer Vielzahl
von inselartigen druckaufnehmenden Abschnitten 83 ausgebildet.
Die zweite Gleitfläche 101 hat andererseits, wie
in 5 gezeigt, einen im Wesentlichen ebenen Abschnitt
in entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 der ersten
Gleitfläche 100. Gemäß dieser
Ausführungsform bildet die zweite Gleitfläche 101 in
ihrer Gesamtheit eine flache ebene Oberfläche.
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Wie
vorstehend beschrieben, sind die druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils
im Wesentlichen kreisförmig, und eine Vielzahl von inselartigen druckaufnehmenden
Abschnitten 83 sind von den Rillen 85 umgeben
und in einer versetzten Weise unabhängig voneinander auf
der spiralseitigen Platte 53a angeordnet.
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In 5 können
die Rillen 85 durch andere Rillen 85a, 85b ersetzt
werden.
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In
dieser Patentschrift sollte „im Wesentlichen eben" als
eben in einem derartigen Umfang ausgelegt werden, um den Druck aufgrund
der Keilschmierwirkung in dem vermischten Fluid aus dem Schmieröl
und dem Kältemittel, das zwischen den druckaufnehmenden
Abschnitten 83 und der zweiten Gleitfläche 101 eingefügt
ist, zu erzeugen.
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Wie
in 5 gezeigt, haben die druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils
auf ihrem Umfangsrand einen abfallenden Abschnitt 83b ausgebildet
und einen ebenen Abschnitt 83a, der mit dem abfallenden
Abschnitt 83b innerhalb des abfallenden Abschnitts 83b verbunden
ist. Der abfallende Abschnitt 83b ist auf dem Umfangsrand
des druckaufnehmenden Abschnitts 83 angeordnet, in den
das vermischte Fluid einströmt. Gemäß dieser
Ausführungsform saugt die Umdrehungsbewegung der beweglichen
Spirale 32 das vermischte Fluid von dem gesamten Umfangsrand
des druckaufnehmenden Abschnitts 83 ein, und daher ist
der abfallende Abschnitt 83b über den gesamten
Umfangsrand des druckaufnehmenden Abschnitts 83 ausgebildet.
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Der
abfallende Abschnitt 83b, der eine im Wesentlichen konstante
Breite hat, ist ringförmig entlang des Umfangsrands jedes
druckaufnehmenden Abschnitts 83 ausgebildet. Der ebene
Abschnitt 83a, der sich innerhalb des ringförmigen
abfallenden Abschnitts 83b befindet, ist kreisförmig.
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Die
erste Gleitfläche 100 und die zweite Gleitfläche 101 erzeugen
aufgrund der Keilschmierwirkung der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ohne weiteres
die Fluidschmierfähigkeit.
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Der
abfallende Abschnitt 83b jedes druckaufnehmenden Abschnitts 83,
der im Voraus ausgebildet werden kann, wird alternativ vorteilhafter
durch das Einlaufen ausgebildet, um die Herstellungskosten des Spiralverdichters 11 zu
verringern.
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Als
nächstes wird nachstehend ein Verfahren zum Ausbilden jedes
abfallenden Abschnitts 83b durch das Einlaufen unter Bezug
auf die in 6a bis 6c gezeigten
Beispiele im Detail erklärt.
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Wie
in 6a gezeigt, umfasst das Axialdrucklager 53,
das verwendet wird, um den Spiralverdichter 11 in dem ersten
Schritt zusammenzumontieren, die erste Gleitfläche 100 mit
den druckaufnehmenden Abschnitten 83 frei von den abfallenden
Abschnitten 83b. In diesem Anfangszustand sind die druckaufnehmenden
Abschnitte alle zylindrisch und haben nur einen ebenen Abschnitt.
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Als
nächstes wird dem Axialdrucklager 53, wie in 6b gezeigt,
eine Last auferlegt, um die druckaufnehmenden Abschnitte 83 und
den zweiten Gleitabschnitt 101 in Kontakt miteinander zu
bringen. Als ein Ergebnis wird der Anpressdruck P zwischen den druckaufnehmenden
Abschnitten 83 und dem Teil des zweiten Gleitabschnitts 101 in
entgegengesetzter Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 erzeugt,
so dass die zweite Gleitfläche 101 vor allem elastisch
verformt wird. Der in den druckaufnehmenden Abschnitten 83 erzeugte
Anpressdruck P hat, wie in 6b gezeigt,
eine hohe Druckverteilung entlang deren Umfangsrand und eine im
Wesentlichen konstante Verteilung in deren Innenfläche.
Auf diese Weise ist die Erzeugung der gezackten Form des Anpressdrucks
P auf dem Rand des druckaufnehmenden Abschnitts 83, wie
nachstehend beschrieben, der Grund für das Ausbilden des abfallenden
Abschnitts 83b. Im Übrigen werden die druckaufnehmenden
Abschnitte 83 oder insbesondere deren Umfangsrand, wenngleich
nicht deutlich gezeigt, etwas in eine Form verformt, die der elastischen
Verformung der zweiten Gleitfläche 101 entspricht.
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Unter
diesen Bedingungen läuft die erste Gleitfläche 100 zusammen
mit der beweglichen Spirale 32 in Bezug auf die zweite
Gleitfläche 101, die auf der festen Spirale 38 befestigt
ist, um, um dadurch hauptsächlich die druckaufnehmenden
Abschnitte 83 mit niedrigerer Härte abzunutzen.
Als ein Ergebnis beginnen die abfallenden Abschnitte 83, auf
dem druckaufnehmenden Abschnitt entlang dessen Umfangsrand ausgebildet
zu werden, der die gezackte Form mit hohem Anpressdruck P hat. Die
Innenfläche jedes druckaufnehmenden Abschnitts 83, wo
der Anpressdruck niedrig und im Wesentlichen konstant ist, wird
andererseits kaum abgenutzt oder, sofern überhaupt, in
eine ebene Form abgenutzt.
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Dann ändert
sich der Anpressdruck P, der dem druckaufnehmenden Abschnitt 83 weitergegeben
wird, wie in 6c gezeigt, mit der weiteren
Abnutzung des abfallenden Abschnitts 83b und der Ausbildung
einer vorbestimmten Größe des abfallenden Abschnitts 83b auf
jedem druckaufnehmenden Abschnitt 83 in eine gleichmäßige
Druckverteilung. Unter diesen Bedingungen wird die Form des abfallenden
Abschnitts 83b nicht weiter geändert, so dass das
Einlaufen abgeschlossen ist.
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Die
vorstehend beschriebenen Bedingungen für das Einlaufen
des Spiralverdichters 11 werden nachstehend weiter beschrieben.
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Zuerst
werden die Grenzschmierung oder die Mischschmierung als die Schmierbedingungen
in dem Anfangsstadium des Einlaufens des Axialdrucklagers 53 verwendet.
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Auch
sind der Anpressdruck des druckaufnehmenden Abschnitts 83 und
die Gleitgeschwindigkeit der zweiten Gleitfläche 101 wünschenswerterweise
nicht höher als der kritische PV-Wert. Der kritische PV-Wert
ist als das Produkt der Gleitgeschwindigkeit und des Kontaktdrucks
definiert, bei dem die Haftung des Materials, welches das Axialdrucklager 53 bildet,
beginnen kann.
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Auch
wird das Einlaufen wünschenswerterweise durchgeführt,
wobei das Fluid, das das Schmieröl enthält, an
die erste Gleitfläche 100 und die zweite Gleitfläche 101 zugeführt
wird.
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Durch
Durchführen des Einlaufens, wie vorstehend beschrieben,
kann der abfallende Abschnitt 83b um den ebenen Abschnitt 83a jedes
druckaufnehmenden Abschnitts 83 herum ausgebildet werden.
Im Übrigen können die anderen Abschnitte des Spiralverdichters
außer dem Axialdrucklager 53 mit dem herkömmlichen
Verfahren hergestellt werden.
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Als
nächstes wird die Härte der Materialien, welche
die erste Gleitfläche 100 und die zweite Gleitfläche 101 bilden,
erklärt.
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Damit
der abfallende Abschnitt 83b durch das vorstehend beschriebene
Einlaufen zufriedenstellend auf jedem druckaufnehmenden Abschnitt 83 ausgebildet
werden kann, ist es erforderlich, dass einerseits die Härte
der zweiten Gleitfläche 101 höher als
die der ersten Gleitfläche 100 ist und andererseits die
Differenz der Vickershärte zwischen der zweiten Gleitfläche 101 und
der ersten Gleitfläche 100 wünschenswerterweise
nicht weniger als 300 HV oder insbesondere nicht weniger als 350
HV ist.
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Insbesondere
ist die Vickershärte der ersten Gleitfläche 100 wünschenswerterweise
zwischen 130 und 250 HV, und die Vickershärte der zweiten Gleitfläche 101 ist
wünschenswerterweise zwischen 430 und 850 HV und noch besser
zwischen 600 und 850 HV.
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In
dem Fall, in dem die Differenz der Vickershärte zwischen
der zweiten Gleitfläche 101 und der ersten Gleitfläche 100 kleiner
als 300 HV ist, nimmt der Abnutzungsbetrag des Teils der zweiten
Gleitfläche 101 im Kontakt mit den druckaufnehmenden
Abschnitten 83 zu, während der Abnutzungsbetrag
des Umfangsrands der druckaufnehmenden Abschnitte 83 in
einem derartigen Maß abnimmt, dass es nicht gelingt, den
abfallenden Abschnitt 83b auszubilden, der eine ausreichende
Keilschmierwirkung vorweist. In dem Fall, in dem die Differenz der
Vickershärte zwischen der zweiten Gleitfläche 101 und
der ersten Gleitfläche 100 nicht kleiner als 300
HV ist, wird andererseits der Teil der zweiten Gleitfläche 101 in
Kontakt mit den druckaufnehmenden Abschnitten 83 nicht
wesentlich abgenutzt, und daher bleibt die Ebenheit der zweiten
Gleitfläche 101 selbst nach dem Einlaufen aufrechterhalten.
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Die
erste Gleitfläche 100 des Spiralverdichters 11 gemäß dieser
Ausführungsform ist aus Gusseisen oder einer Aluminiumlegierung
ausgebildet. Angesichts der Tatsache, dass die erste Gleitfläche 100 mit
der Vielzahl der druckaufnehmenden Abschnitte 83 aus Gusseisen
oder einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist, kann die spiralseitige
Platte 53b mit der ersten Gleitfläche 100 integral
mit der beweglichen Spirale 32 ausgebildet werden, und
daher können die Herstellungskosten vorteilhaft gesenkt werden.
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Einige
Beispiele für das verwendete Gusseisen umfassen Graugusseisen,
Weißgusseisen, gesprenkeltes Gusseisen, hochfestes Gusseisen (Sphärogusseisen),
Gusseisen mit Knötchengraphit, Temperguss und legiertes
Gusseisen. Der Temperguss umfasst Temperguss mit schwarzem Kern, Temperguss
mit weißem Kern und perlitischen Temperguss. Das legierte
Gusseisen umfasst andererseits chromreiches Gusseisen, siliziumreiches
Gusseisen und Niresist.
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Von
allen vorstehend beschriebenen Gusseisen ist Gusseisen mit Knötchengraphit
unter den Gesichtspunkten der Festigkeit und Feststoffschmierfähigkeit,
die von der beweglichen Spirale gefordert werden, die integral mit
der ersten Gleitfläche 100 ausgebildet wird, die
später beschrieben werden, am wünschenswertesten.
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Das
Gusseisen enthält unter dem Gesichtspunkt der Feststoffschmierfähigkeit
wünschenswerterweise Graphit in fein verteilter Form. Die
Feststoffschmierfähigkeit und Härte des Gusseisens
werden abhängig von der Form des in dem Gusseisen abgeschiedenen
Graphits verändert. Die Form des Graphits ist andererseits
abhängig von der Kühlgeschwindigkeit und den Legierungsbestandteilen änderbar.
Der Graphit ist in der Form einer Kugel, einer Flocke oder zwischen
der Kugel und der Flocke. Auch umfasst die Struktur mit darin fein
verteiltem Graphit Ferrit, Perlit oder Eisenkarbid.
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Angesichts
der vorstehend erwähnten Tatsache, dass die Gleitflächen
des Axialdrucklagers 53 eine Feststoffschmierfähigkeit
haben, werden die Abnutzung und das Festfressen auch in der Grenz-
oder Mischschmierung verhindert, die häufig zur Zeit des Starts
des Spiralverdichters 11 oder beim Flüssigkeitsrücklauf
stattfindet.
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Der „Flüssigkeitsrücklauf"
ist eine Erscheinung, bei der das flüssigphasige Kältemittel
zusammen mit einem gasphasigen Kältemittel von dem Ansaugrohr 47 in
den Spiralverdichter 11 eingesaugt wird, und das flüssigphasige
Kältemittel strömt auf die Gleitflächen 100 und 101.
Das flüssigphasige Kältemittel, welches das Schmieröl
auf den Gleitflächen 100 und 101 verdünnt,
unterstützt die Grenz- oder Mischschmierung auf den Gleitflächen.
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Neben
Eisen, Kohlenstoff und Silizium kann das Gusseisen Mangan, Phosphor,
Schwefel, Chrom, Kupfer, Nickel oder Molybdän oder Vanadium oder
Titan enthalten.
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Beispiele
für die Aluminiumlegierung umfassen andererseits die Aluminium-Kupfer-Legierung, Aluminium-Mangan-Legierung,
Aluminium-Silizium- Legierung, Aluminium-Magnesium-Legierung, Aluminium-Magnesium-Silizium-Legierung,
Aluminium-Zink-Magnesium-Legierung und Aluminium-Zink-Magnesium-Kupfer-Legierung.
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Die
Aluminiumlegierung hat ein so kleines spezifisches Gewicht, dass
der Spiralverdichter mit dem Axialdrucklager 53, dessen
erste Gleitfläche 100 aus Aluminiumlegierung gebildet
ist, ein verringertes Gewicht hat. Auf diese Weise wird durch Ausbilden
der ersten Gleitfläche 100 und der beweglichen
Spirale 32 integral miteinander unter Verwendung einer
Aluminiumlegierung die träge Masse der beweglichen Spirale 32 in
der Umdrehung und auch die Zentrifugalkraft im Betrieb verringert.
Als ein Ergebnis ist der Betrieb mit der Hochgeschwindigkeitsumdrehung
möglich, und die Ausgangsleistung des Spiralverdichters 11 kann
erhöht werden.
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Die
zweite Gleitfläche 101 gemäß dieser Ausführungsform
ist bevorzugt aus Stahl oder Keramik ausgebildet.
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Die
Härte des Stahls oder der Keramik, je nachdem in der Materialform
oder nach der Verarbeitung, ist wünschenswerterweise nicht
weniger als 300 HV höher als die Härte der ersten
Gleitfläche 100.
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Ein
Beispiel für das Stahlmaterial, das die zweite Gleitfläche 101 bildet,
ist wünschenswerterweise eines von verschiedenen Stahlmaterialien,
die in dem JIS-Standard spezifiziert sind und die umfassen: kohlenstoffreichen
Chromlagerstahl, legierten Stahl für den Maschinenbau,
gewalztes Stahlplattenmaterial, Chromnickelstahl, Chromnickelmolybdänstahl,
Chromstahl, Chrommolybdänstahl, Manganstahl für
den Maschinenbau, Chrommanganstahl und Baustahl mit einer garantierten
Härtbarkeit.
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Insbesondere
ist der wünschenswerte kohlenstoffreiche Chromlagerstahl
bevorzugt SUJ2, SUJ3 oder SUJ4. Auch ist der wünschenswerte
Kohlenstoffstahl für den Maschinenbau SCr415, SCr420, SCr440,
SCM415, SCM420, SNCM420, SCM435, SCM440, SNCM630 oder S10C. Ferner
umfasst das wünschenswerte gewalzte Stahlplattematerial
bevorzugt SPCC, SPCD, SPCE oder SPCEN.
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Um
die Härte der zweiten Gleitfläche 101 zu erhöhen,
wird das vorstehend beschriebene Stahlmaterial wünschenswerterweise
dem Härtungsverfahren, Vergütungsverfahren, Aufkohlungsverfahren,
Nitrierverfahren oder Karbonitrierverfahren unter den wohlbekannten
Verarbeitungsbedingungen unterzogen.
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Das
Aufkohlungsverfahren umfasst jedes der wohlbekannten Verfahren,
wie etwa das feste Aufkohlungsverfahren, das Flüssigaufkohlungsverfahren,
das Gasaufkohlungsverfahren und das Vakuumaufkohlungsverfahren.
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Anstelle
des Aufkohlungsverfahrens kann das Stahlmaterial dem Nitrierverfahren
unterzogen werden. Das wohlbekannte Verfahren des Nitrierprozesses
verwendet zum Beispiel Ammoniak oder Nitrid.
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Um
das Stahlmaterial ferner gleichzeitig sowohl dem Aufkohlungsverfahren
als auch dem Nitrierverfahren zu unterziehen, kann das Karbonitrierverfahren
verwendet werden. In dem Karbonitrierverfahren wird das Stahlmaterial
zum Beispiel dem Nitrierverfahren in der Aufkohlungsatmosphäre
ausgesetzt.
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Das
Verfahren zur Erhöhung der Kohlenstoff- und Stickstoffdichte
in der Nachbarschaft der Stahlmaterialoberfläche wird wünschenswerterweise
ausgeführt, um die Härte in der Nachbarschaft
der Stahlmaterialoberfläche zu erhöhen, während
gleichzeitig die Nachgiebigkeit des Inneren für eine verbesserte Abnutzungsbeständigkeit
und Ermüdungsbeständigkeit der gehäuseseitigen
Platte 53b, die aus dem bestimmten Stahlmaterial ausgebildet
ist, aufrechterhalten wird.
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Auch
wird die Härte der zweiten Gleitfläche 101 durch
Ausbilden einer dünnen Schicht ebenfalls wünschenswerterweise
erhöht. In einem derartigen Fall ist die Dicke der ausgebildeten
dünnen Schicht wünschenswerterweise 1 bis 5 μm.
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Die
auf der zweiten Gleitfläche 101 ausgebildete dünne
Schicht ist wünschenswerterweise aus einem derartigen Material
wie Chromnitrid (CrN), diamantartigem Kohlenstoff (DLC) oder Titannitrid
(TiN).
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Das
wohlbekannte Verfahren, wie etwa PVD oder CVD kann verwendet werden,
um die dünne Chromnitrid-(CrN-)Schicht oder die diamantartige Kohlenstoff-(DLC-)Schicht
auf der zweiten Gleitfläche 101 auszubilden.
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In
dem Spiralverdichter 11 gemäß dieser
vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird die Formanpassungsfähigkeit
auf den druckaufnehmenden Abschnitten 83 durch die Gleitbewegung
zwischen der ersten Gleitfläche 100 und der zweiten Gleitfläche 101 erzeugt,
und die Fluidschmierung auf den Gleitflächen wird erleichtert.
Folglich wird verhindert, dass das Axialdrucklager 53 abgenutzt
wird oder festfrisst. Insbesondere werden die abfallenden Abschnitte 83b der
druckaufnehmenden Abschnitte 83 durch das Einlaufen des
Spiralverdichters 11 ausgebildet. Das Axialdrucklager 53 mit
den druckaufnehmenden Abschnitten 83, von denen jeder den
abfallenden Abschnitt 83b und den ebenen Abschnitt 83a umfasst,
und der zweiten Gleitfläche 101 in entgegengesetzter
Beziehung zu den druckaufnehmenden Abschnitten 83 bildet
einen Ölfilm und erreicht folglich die Fluidschmierung
aufgrund der Keilschmierwirkung zur Zeit der Gleitbewegung.
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Wie
vorstehend beschrieben, werden die abfallenden Abschnitte 83b auf
den druckaufnehmenden Abschnitten 83 durch das Einlaufen
ausgebildet. Daher ist es nicht notwendig, dass jeder druckaufnehmende
Abschnitt 83 im Voraus mit hoher Genauigkeit mit dem abfallenden
Abschnitt 83b ausgebildet wird, wodurch die Herstellungskosten
des Spiralverdichters verringert werden.
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In
dem Fall, in dem die erste Gleitfläche 100 aus
Gusseisen ausgebildet ist, bewirkt die Tatsache, dass von dem Gusseisen
eine große Menge an Kohlenstoff abgeschieden wird, dass
der Kohlenstoff als ein festes Schmiermittel auf den Gleitflächen
wirkt. Selbst in der Grenzschmierung oder der Mischschmierung werden
daher die Abnutzung und das Festfressen verhindert.
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Auch
angesichts der Tatsache, dass die Vielzahl der Rillen 85 in
einem Netzmuster ausgebildet ist und die von den Rillen 85 umgebenen
druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils die Form einer
Insel haben, ist jeder druckaufnehmende Abschnitt 83 in
seiner Gesamtheit von den Rillen umgeben, und daher kann ein Ölfilm 86 als
Ergebnis der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 durch
die Keilschmierwirkung aus allen Richtungen gebildet werden. Da
ferner die Rillenbreite jeder Schnittfläche 85a der
Vielzahl der Netzrillen 85 größer als
die der restlichen Abschnitte ist, ist die Vielzahl der Rillen 85 ausreichend
mit dem Öl bedeckt.
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Die
druckaufnehmenden Abschnitte 83, die die Form einer kreisförmigen
Insel haben und in versetzter Weise angeordnet sind, können
auch mit hoher Dichte ausgebildet werden, so dass die Ölbildung pro
Einheitsfläche erhöht wird und eine schwere Last unterstützt
werden kann.
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Die
Rillen 85, die auf der spiralseitigen Platte 53a ausgebildet
sind, die auf der beweglichen Spirale 32 befestigt ist,
werden mit der Umdrehung der beweglichen Spirale 32 auch
relativ zu der Welle 21 bewegt. Als ein Ergebnis wird das
auf dem Boden der Rillen 85 aufgenommene Öl leicht
als Spray an die Gleitflächen zugeführt.
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Ferner
hat die Bodenoberfläche der Rillen 85 gemäß dieser
Ausführungsform eine hohe Rauheit, und daher kann das Schmieröl
sicher auf dieser rauen Oberfläche aufgenommen werden.
Als ein Ergebnis werden die Gleitflächen selbst in dem
Fall, in dem der Spiralverdichter 11 mit der vorübergehend
unterbrochenen Ölzuführung an die Gleitflächen
des Axialdrucklagers 53 betrieben wird, durch das Öl,
das auf der Bodenfläche der Rillen 85 aufgenommen wird,
ausreichend geschmiert werden.
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Als
nächstes wird der Spiralverdichter 11 gemäß einer
Modifikation der vorstehend erwähnten Ausführungsform
erklärt. Diese Modifikation unterscheidet sich von der
vorstehend erwähnten Ausführungsform in der Form
der ersten Gleitfläche 100, während die
anderen Punkte ähnlich den entsprechenden der Ausführungsform
sind.
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In
der in 7 gezeigten Modifikation ist jeder druckaufnehmende
Abschnitt 83 im Wesentlichen rechteckig, und eine Vielzahl
der inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83, die voneinander unabhängig
und von den Rillen 85 umgeben sind, sind in Gitterform
auf der spiralseitigen Platte 53a angeordnet. Insbesondere
haben die druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils die Form
eines gleichschenkligen Trapezes, wobei die beiden parallelen Seiten
in der Richtung im Wesentlichen in Kontakt mit dem Umfang der spiralseitigen
Platte 53a ausgebildet sind und die zwei gleich großen
Seiten im Wesentlichen in der gleichen Richtung wie der Durchmesser
der kreisförmigen spiralseitigen Platte 53a ausgebildet
sind. Auch haben die druckaufnehmenden Abschnitte 83 jeweils
abgerundete Ecken.
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In
der in 7 gezeigten Modifikation sind drei druckaufnehmende
Abschnitte 83 in diametraler Richtung angeordnet und haben
eine zunehmend kleinere Größe in Richtung der
Mitte der spiralseitigen Platte 53a. Die druckaufnehmenden
Abschnitte 83, die in der diametralen Richtung entlang
des Umfangs der spiralseitigen Platte 53a linear angeordnet sind,
bilden als ein Ganzes ein Gitter.
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Gemäß der
in 7 gezeigten Modifikation bildet die äußerste
Umfangsrille 85b, die sich auf dem äußersten
Umfang befindet, auch eine Runde der spiralseitigen Platte 53a entlang
deren Rand, aber nicht in Zickzackform. Zwischen der äußersten Umfangsrille 85b und
dem Rand der spiralseitigen Platte 53a ist in der gleichen
Weise wie in 3a ein äußerer
Umfangsdichtungsabschnitt 81 ausgebildet, der in gleitendem
Kontakt mit der gehäuseseitigen Platte 53b über
deren gesamtem Umfang gehalten wird.
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Die
in 7 gezeigten druckaufnehmenden Abschnitte 83 umfassen
jeweils auch, wie in der vorher erwähnten Ausführungsform,
den abfallenden Abschnitt 83b, der auf dem Umfangsrand
der druckaufnehmenden Abschnitte 83 ausgebildet ist, und den
ebenen Abschnitt 83a innerhalb des abfallenden Abschnitts 83b.
In ähnlicher Weise ist der äußere Umfangsdichtungsabschnitt 81 mit
den abfallenden Abschnitten 81b und den ebenen Abschnitten 81a ausgebildet.
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Als
nächstes sind die druckaufnehmenden Abschnitte 83 gemäß der
in 8 gezeigten Modifikation ringförmig.
Eine Vielzahl der inselartigen druckaufnehmenden Abschnitte 83,
die unabhängig voneinander und von den Rillen 85 umgeben
sind, sind konzentrisch auf der spiralseitigen Platte 53a angeordnet.
Drei druckaufnehmende Abschnitte 83 sind diametral angeordnet
und haben eine zunehmend kleinere Größe in Richtung
der Mitte der Spiralplatte 53a. Jede Rille 85,
die sich zwischen jeweils zwei druckaufnehmenden Abschnitten 83 befindet, ist
ebenfalls ringförmig und hat eine kleinere Breite als die
druckaufnehmenden Abschnitte 83.
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Auch
können in der in 8 gezeigten
Modifikation neue unabhängige Rillen, welche die spiralseitige
Platte 53a in diametraler Richtung schneiden, ausgebildet
und miteinander verbunden werden, so dass das Schmieröl
in den Rillen 85 beweglich sein kann. Die anderen Punkte
sind ähnlich den entsprechenden Punkten der in 7 gezeigten
Modifikation.
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Der
Spiralverdichter 11 gemäß der Ausführungsform
und ihrer vorstehend beschriebenen Modifikation kann entsprechend
den beteiligten Anwendungen unter vielfältigen Betriebsbedingungen
verwendet werden. Insbesondere um seine Lebensdauer sicherzustellen,
wird der Spiralverdichter 11 wünschenswerterweise
nur für die Fluidschmierung des Axialdrucklagers 53 verwendet.
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Vorzugsweise
führt der Spiralverdichter 11 das vermischte Fluid
aus dem Schmieröl und dem Kältemittel an die Gleitflächen 100, 101 des
Axialdrucklagers 53 zu, wobei die Gleitgeschwindigkeit der
druckaufnehmenden Abschnitte 83 in Bezug auf die zweite
Gleitfläche 101 auf nicht weniger als 0,5 m/s
festgelegt ist und ein mittlerer Anpressdruck von 0,5 bis 20 MPa
als eine Last an die druckaufnehmenden Abschnitte 83 weitergegeben
wird. Auf diese Weise ist der Spiralverdichter 11 für
die Verwendung mit der kinematischen Viskosität von 0,1
bis 10 cSt unter Verwendung des gemischten Fluids geeignet. Das
Schmieröl ist wünschenswerterweise in dem vorstehend
erwähnten Fluid enthalten.
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Die
Betriebsbedingungen dieses Spiralverdichters 11 werden
weiter erklärt. In diesem Spiralverdichter 11 wird
das Mischfluid von der Ölzuführungseinrichtung
an die Gleitflächen 100, 101 des Axialdrucklagers 53 zugeführt.
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Durch
die Umlaufbewegung der beweglichen Spirale 32 gleitet auch
die erste auf der beweglichen Spirale 32 befestigte Gleitfläche 100 mit
der auf dem Mittelgehäuse 15 befestigten zweiten
Gleitfläche 101. Die Gleitgeschwindigkeit der
ersten Gleitfläche 100 relativ zu der zweiten
Gleitfläche 101 ist nicht weniger als 0,5 m/s
oder bevorzugt zwischen 0,6 und 5 m/s.
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Auch
erlegt die Differenz zwischen der Auflagekraft des komprimierten
Kältemittels und der Kraft in die Axialrichtung aufgrund
des Drucks der beweglichen Spiralrückseite 32a in
diesem Axialdrucklager 53 eine Last auf die druckaufnehmenden
Abschnitte 83 in Richtung der zweiten Gleitfläche 101 auf.
Der mittlere Anpressdruck der druckaufnehmenden Abschnitte 83 aufgrund
dieser Last ist vorzugsweise 0,5 bis 20 MPa oder besser zwischen
2 bis 15 MPa.
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Ferner
hat das Mischfluid unter den vorstehend beschriebenen Betriebsbedingungen
des Spiralverdichters 11 die kinematische Viskosität
auf den Gleitflächen 100 und 101 des
Axialdrucklagers 53 von 0,1 bis 10 cSt oder bevorzugt 4
bis 10 cSt, wobei 1 cSt etwa 1 × 10–6 m2/s entspricht.
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Unter
Verwendung des Spiralverdichters 11 gemäß jeder
vorstehend beschriebenen Ausführungsform wird unter den
vorstehend erwähnten Betriebsbedingungen ein Ölfilm
zwischen den druckaufnehmenden Abschnitten 83 und der zweiten
Gleitfläche 101 in entgegengesetzter Beziehung
dazu gebildet, so dass das Axialdrucklager 53 ausschließlich
in der Fluidschmierung verwendet werden kann. Als ein Ergebnis wird
die Abnutzung des Axialdrucklagers 53 verhindert, und der
Spiralverdichter 11 kann verwendet werden, während
seine Leistung für eine lange Zeit aufrechterhalten wird.
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Diese
Erfindung ist vorstehend unter Bezug auf eine ihrer Ausführungsformen
beschrieben, auf welche die Erfindung nicht beschränkt
ist.
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Gemäß dieser
Erfindung können die druckaufnehmenden Abschnitte 83 zum
Beispiel eine andere Form als vorstehend beschrieben haben. Ein Oval,
eine Ellipse, ein Dreieck oder andere Vielecke sind Beispiele.
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Die
spiralseitige Platte 53a und die bewegliche Spirale 32 können,
wenngleich in der vorstehend erwähnten Ausführungsform
integral miteinander ausgebildet, alternativ unabhängig
voneinander ausgebildet sein.
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Auch
kann gemäß der vorstehend erwähnten Ausführungsform
die erste Gleitfläche 100, wenngleich sie integral
mit der beweglichen Spirale 32 ausgebildet ist, alternativ
integral mit dem Mittelgehäuse 15 ausgebildet
sein. Insbesondere können der äußere
Umfangsdichtungsabschnitt 81, die druckaufnehmenden Abschnitte 83 und
die Rillen 85 integral mit der gehäuseseitigen
Platte 53b zusammen mit dem mittleren Gehäuse 15 ausgebildet
sein.
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Die
Anforderungen in der vorstehend erwähnten Ausführungsform
oder ihren Modifikationen können zwischen Ausführungsformen
oder Modifikationen zweckmäßig gegeneinander ausgetauscht werden.
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[Beispiele]
-
Der
Betrieb und die Wirkungen der Gleitflächen 100, 101 des
Spiralverdichters gemäß der Erfindung werden nachstehend
unter Bezug auf Beispiele der Erfindung und ein Vergleichsbeispiel
zum Vergleichen der Erfindung weiter erklärt. Dennoch ist
die Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
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[Beispiel 1]
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Gemäß dem
ersten Beispiel werden ein Gusseisenmaterial A als ein Prüfstück
für die spiralseitige Platte 53a mit der ersten
Gleitfläche 100 und ein hartes Material B als
ein Prüfstück für die gehäuseseitige
Platte 53b mit der zweiten Gleitfläche 101 verwendet.
Die Vickershärte der ersten Gleitfläche 100 ist
160 HV und die der zweiten Gleitfläche 101 ist 720
HV. Daher ist die Differenz der Vickershärte zwischen den
zwei Gleitflächen 560 HV.
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Das
harte Material B gemäß dem vorstehend beschriebenen
ersten Beispiel und die harten Materialien C bis E gemäß den
nachstehend beschriebenen zweiten bis vierten Beispielen sind aus
verschiedenen Stahlmaterialien ausgebildet und wärmebehandelt.
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[Beispiel 2]
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Das
zweite Beispiel ist ähnlich dem ersten Beispiel, abgesehen
davon, dass das harte Material C als ein Prüfstück
der gehäuseseitigen Platte 53b mit der zweiten
Gleitfläche 101 verwendet wird. Die Vickershärte
der zweiten Gleitfläche 101 ist 720 HV, und die
Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen
ist 560 HV.
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[Beispiel 3]
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Das
dritte Beispiel ist ähnlich dem ersten Beispiel, abgesehen
davon, dass das harte Material D als ein Prüfstück
der gehäuseseitigen Platte 53b mit der zweiten
Gleitfläche 101 verwendet wird. Die Vickershärte
der zweiten Gleitfläche 101 ist 720 HV, und die
Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen
ist 560 HV.
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[Beispiel 4]
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Das
vierte Beispiel ist ähnlich dem ersten Beispiel, abgesehen
davon, dass das harte Material E als ein Prüfstück
der gehäuseseitigen Platte 53b mit der zweiten
Gleitfläche 101 verwendet wird. Die Vickershärte
der zweiten Gleitfläche 101 ist 770 HV, und die
Differenz der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen
ist 610 HV.
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[Vergleichsbeispiel]
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Dieses
Vergleichsbeispiel ist ähnlich dem ersten Beispiel, abgesehen
davon, dass das Gusseisenmaterial A als ein Prüfstück
der gehäuseseitigen Platte 53b mit der zweiten
Gleitfläche 101 verwendet wird. Die Differenz
der Vickershärte zwischen den zwei Gleitflächen
ist 0 HV.
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Die
Materialien und Vickershärte in jedem Beispiel und Vergleichsbeispiel
sind in 9 gezeigt.
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[Bewertung des Abnutzungsbetrags]
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Der
Abnutzungsbetrag wurde wie nachstehend unter Bezug auf die ersten
bis vierten Beispiele und das Vergleichsbeispiel, die vorstehend
beschrieben sind, bewertet.
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Der
Abnutzungsbetrag wird unter Verwendung eines in 10 gezeigten
Hantelplattenprüfgeräts bewertet. Das Hantelplattenprüfgerät
umfasst eine Hantel 103 mit einem Paar Scheiben, die auf
einer zylindrischen Achse in beabstandeter Beziehung zueinander
befestigt sind, und eine Platte 104, welche die Hantel
trägt. Die Gleitflächen der Hantel 103 und
die Platte 104 sind gekrümmt oder eben und nicht
uneben.
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Das
Paar Scheiben, das aus einem Prüfstück der gehäuseseitigen
Platte 53b hergestellt ist, wird mit der Platte 104 kombiniert,
die aus einem Prüfstück der spiralseitigen Platte 53a hergestellt
ist (worauf hier nachstehend manchmal auch als der Satz A Bezug
genommen wird), und das Scheibenpaar, das aus einem Prüfstück
der spiralseitigen Platte 53a hergestellt ist, wird mit
der die Platte 104 kombiniert, die aus einem Prüfstück
der gehäuseseitigen Platte 53b hergestellt ist
(worauf hier nachstehend manchmal auch als der Satz B Bezug genommen wird).
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Jede
Scheibe des Scheibenpaars hat 14 mm Außendurchmesser und
ist 5 mm dick. Der Länge zwischen den zwei Scheiben der
Hantel 103 ist 21 mm.
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Die
vier Seiten der Platte 104 haben jeweils die Länge
30 mm, und die Dicke 1,5 bis 6 mm, was von einem Prüfstück
zum anderen verändert wird.
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Die
Platte 104 und auch die Gleitfläche zwischen der
Hantel 103 und der Platte 104 werden in das Schmieröl
eingetaucht. Die Prüfung wird in einer derartigen Weise
durchgeführt, dass die Platte 104 bei einer vorgegebenen
Last, die von oben auf die Hantel 103 auferlegt wird, für
eine vorgegebene Zeit mit einer vorgegebenen Drehzahl gedreht wird,
woraufhin der Abnutzungsbetrag der der Hantel 103 und der
Platte 104 als ein Prüfstück gemessen
wird.
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Eine
Vielzahl der Messbedingungen, welche die Last und Drehzahl verknüpfen,
wird verwendet. Auch werden die Messbedingungen für jedes
Prüfstück nach Bedarf eingestellt. Insbesondere
ist die Last in dem Bereich von 0 bis 1000 N (0 bis 50 MPa Anpressdruck),
und die Drehzahl im Bereich von 0 bis 2000 U/min (0 bis 2 m/s Gleitgeschwindigkeit) festgelegt.
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Bevor
der Abnutzungsbetrag bewertet wird, wird für jedes Prüfstück
das Einlaufen durchgeführt. Die Bedingungen für
das Einlaufen werden von einem Prüfstück zum anderen
verändert. In dem vierten Beispiel ist der kritische PV-Druck
zum Beispiel 950 MPa·m/s.
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Zuerst
wird der spezifische Abnutzungsbetrag, wie nachstehend beschrieben,
gemäß dem ersten Beispiel gemessen.
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Die
Messung wird für verschiedene Produkte aus Anpressdruck
und Gleitwegstrecke eine Vielzahl von Malen unter Verwendung des
Hantelplattenprüfgeräts ausgeführt, um
dadurch den Abnutzungsbetrag des Prüfstücks der
Hantel 103 und den Abnutzungsbetrag des Prüfstücks
für die Platte 104 zu messen. Die Gleitwegstrecke
wird aus dem Produkt der Drehzahl und der Zeit bestimmt. Der Abnutzungsbetrag
wird in Form des Volumens des Prüfstücks gemessen,
das durch die Abnutzung gemindert wird. Die Messung wird jeweils
für den Satz A und den Satz B gemäß dem
ersten Beispiel ausgeführt, und der mittlere Abnutzungsbetrag
wird jeweils für die erste Gleitfläche 100 und
die zweite Gleitfläche 101 bestimmt. Die Grenzschmierung
wird zwischen der Hantel 103 und der Platte 104 festgelegt.
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Unter
Verwendung des auf diese Weise erhaltenen Messergebnisses wird das
Produkt des Anpressdrucks und der Gleitwegstrecke entlang der Abszisse
und der Abnutzungsbetrag entlang der Ordinate gezeichnet, so dass
der spezifische Abnutzungsbetrag aus der Neigung der Kurve bestimmt wird.
Der spezifische Abnutzungsbetrag wird für jede der ersten
und zweiten Gleitflächen 100 und 101 bestimmt.
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Als
nächstes wird der geschätzte Abnutzungsbetrag
gemäß dem ersten Beispiel auf die nachstehend
beschriebene Weise bestimmt. Der „geschätzte Abnutzungsbetrag"
ist als der Abnutzungsbetrag definiert, der für eine tatsächliche
Maschine unter Verwendung des vorstehend beschriebenen spezifischen
Abnutzungsbetrags geschätzt wird.
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Unter
Verwendung des Anpressdrucks und der Gleitwegstrecke des Axialdrucklagers 53 im
Betrieb einer tatsächlichen Maschine unter vorgegebenen
Bedingungen wird der Abnutzungsbetrag A für die Grenzschmierung
aus dem Produkt des spezifischen Abnutzungsbetrags, des Anpressdrucks
und der Gleitwegstrecke bestimmt. Wenn der Ölfilmparameter
berücksichtigt wird, wird der geschätzte Abnutzungsbetrag
für die Mischschmierung aus dem Abnutzungsbetrag A bestimmt.
Der geschätzte Abnutzungsbetrag wird als eine Summe des
Abnutzungsbetrags der ersten Gleitfläche 100 und
der zweiten Gleitflächen 101 bestimmt.
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Der
geschätzte Abnutzungsbetrag wird ebenso für jedes
der zweiten bis vierten Beispiele und das Vergleichsbeispiel bestimmt,
und mit dem geschätzten Abnutzungsbetrag in dem Vergleichsbeispiel
als eine Referenz wird jeder spezifische Abnutzugsbetrag aus den
anderen geschätzten Abnutzungsbeträgen bestimmt.
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Das
Ergebnis ist in 11 gezeigt.
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Gemäß den
ersten bis vierten Beispielen ist der spezifische Abnutzungsbetrag,
wie in 1 gezeigt, sehr klein im Vergleich
zu dem in dem Vergleichsbeispiel.
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Diese
Erfindung ist geeignet auf einen Fall anwendbar, in dem Kohlendioxid
mit einer großen Druckdifferenz als ein Kältemittel
verwendet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2007-049903 [0001, 0001]
- - JP 2004-60605 A [0006, 0007]
- - JP 3426720 B [0008, 0009]
- - JP 61-8402 A [0010, 0013]
- - JP 61-8402 [0011]