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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Scrollfluidmaschine, wie beispielsweise einen Scrollkompressor und einen Scrollexpander.
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STAND DER TECHNIK
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Das Patentdokument 1 offenbart einen Scrollkompressor, der ein Beispiel für eine Scrollfluidmaschine ist. Bei diesem Scrollkompressor ist eine Antriebswelle über einen Kurbelmechanismus mit einer umlaufenden Spirale verbunden. Der Kurbelmechanismus umfasst einen Vorsprungabschnitt, der auf einer Gegendruckkammer-seitigen Stirnfläche einer Bodenplatte der umlaufenden Spirale ausgebildet ist, und eine Exzenterbuchse, die exzentrisch an einem Kurbelzapfen befestigt ist, der an einem Endabschnitt der Antriebswelle angeordnet ist. Die Exzenterbuchse wird von einer inneren Umfangsfläche des Vorsprungabschnitts über ein Lager drehbar gelagert.
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LISTE DER REFERENZDOKUMENTE
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PATENTDOKUMENT
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Patentdokument 1:
JP 2019-015188 A -
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
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Die Schmierung des vorstehend erwähnten Lagers erfolgt durch Dispersion des Schmiermittels in der Gegendruckkammer, die auf der Rückseitenseite der umlaufenden Spirale ausgebildet ist, wodurch die Zufuhr des Schmiermittels zum Lager unzureichend werden kann.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einem Lager, das eine Exzenterbuchse lagert, in zufriedenstellender Weise Schmiermittel zuzuführen.
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MITTEL ZUR LÖSUNG DES PROBLEMS
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Scrollfluidmaschine in einem Gehäuse eine drehbare Hauptwelle, die drehbar vorgesehen ist, eine feststehende Spirale, die an dem Gehäuse befestigt ist, eine umlaufende Spirale, die in Bezug auf die feststehende Spirale umläuft, und einen Umwandlungsmechanismus auf, der eine Drehbewegung der drehbaren Hauptwelle und eine umlaufende Bewegung der umlaufenden Spirale wechselseitig umwandelt. Der Umwandlungsmechanismus umfasst eine Exzenterwelle, die an einer Stirnfläche der drehbaren Hauptwelle vorgesehen und in Bezug auf die drehbare Hauptwelle exzentrisch ist, eine Exzenterbuchse mit einer Durchgangsbohrung, in die die Exzenterwelle eingepasst wird, und ein Lager, das in einen an der umlaufenden Spirale ausgebildeten Vorsprungabschnitt pressgepasst ist und eine äußere Umfangsfläche der Exzenterbuchse trägt.
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In der Exzenterbuchse ist ein Schmiermittelzufuhrkanal für die Zufuhr von Schmiermittel zum Lager durchdringend ausgebildet. Dabei ist ein Auslass des Schmiermittelzufuhrkanals an der äußeren Umfangsfläche der Exzenterbuchse angeordnet.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist der Auslass des Schmiermittelzufuhrkanals an der äußeren Umfangsfläche der Exzenterbuchse angeordnet. Infolgedessen kann Schmiermittel direkt von dem Auslass des Schmiermittelzufuhrkanals dem Lager zugeführt werden, und somit kann das Schmiermittel dem Lager in zufriedenstellender Weise zugeführt werden.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Längsschnittansicht eines Scrollkompressors gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- 2 ist ein Blockdiagramm, das zeigt, wie gasförmiges Kältemittel und Schmiermittel in der ersten Ausführungsform strömen.
- 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Umwandlungsmechanismus gemäß der ersten Ausführungsform.
- 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Exzenterbuchse gemäß der ersten Ausführungsform.
- 5 ist eine Schnittansicht der Exzenterbuchse gemäß der ersten Ausführungsform.
- 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines
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Umwandlungsmechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hier wird ein Fall beschrieben, in dem eine Scrollfluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Scrollkompressor ist. Es ist jedoch offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch auf einen Scrollexpander anwendbar ist.
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1 ist eine Längsschnittansicht eines Scrollkompressors 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Der Scrollkompressor 100 ist beispielsweise in einen Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage für ein Fahrzeug eingebaut und verdichtet und führt gasförmiges Kältemittel (Fluid) ab, das von einer Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs abgezogen wird. Der Scrollkompressor 100 umfasst eine Scrolleinheit 120, ein Gehäuse 140, das im Inneren eine Ansaugkammer H1 und eine Abführungskammer H2 für gasförmiges Kältemittel enthält, einen Elektromotor 160, der die Scrolleinheit 120 antreibt, und einen Inverter 180, der den Elektromotor 160 antreibt und steuert. Die Scrolleinheit 120 kann beispielsweise durch eine Motorleistung anstelle des Elektromotors 160 angetrieben werden. Der Inverter 180 muss nicht im Scrollkompressor 100 eingebaut sein.
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Die Scrolleinheit 120 umfasst eine feststehende Spirale 122 und eine umlaufende Spirale (bewegliche Spirale) 124, die miteinander in Eingriff stehen. Die feststehende Spirale 122 umfasst eine scheibenförmige Bodenplatte 122A und eine evolventenförmige (spiralförmige) Windung 122B, die sich auf einer Oberfläche der Bodenplatte 122A erhebt. Wie die feststehende Spirale 122 umfasst auch die umlaufende Spirale 124 eine scheibenförmige Bodenplatte 124A und eine evolventenförmige Windung 124B, die sich auf einer Oberfläche der Bodenplatte 124A erhebt. Hier genügt für die Scheibenform, dass sie visuell als scheibenförmig erkennbar ist, und sie kann eine äußere Fläche haben, die beispielsweise einen konvexen Abschnitt, einen konkaver Abschnitt oder einen Schlitz umfasst (was die Form betrifft, so wird dasselbe im Folgenden angewendet).
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Die feststehende Spirale 122 und die umlaufende Spirale 124 sind so angeordnet, dass die Windungen 122B und 124B miteinander in Eingriff stehen. Insbesondere sind die feststehende Spirale 122 und die umlaufende Spirale 124 so angeordnet, dass die Spitze der Windung 122B der feststehenden Spirale 122 in Kontakt mit der einen Oberfläche der Bodenplatte 124A der umlaufenden Spirale 124 ist, und die Spitze der Windung 124B der umlaufenden Spirale 124 mit der einen Oberfläche der Bodenplatte 122A der feststehenden Spirale 122 in Kontakt ist. An den Spitzen der Windungen 122B und 124B ist jeweils eine Spitzendichtung (nicht dargestellt) angebracht.
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Ferner sind die feststehende Spirale 122 und die umlaufende Spirale 124 so angeordnet, dass die Umfangswinkel der Windungen 122B und 124B gegeneinander versetzt sind und die Seitenwände der Windungen 122B und 124B teilweise miteinander in Kontakt stehen. Dadurch bildet sich zwischen der Windung 122B der feststehenden Spirale 122 und der Windung 124B der umlaufenden Spirale 124 ein halbmondförmiger, abgedichteter Raum, der als Kompressionskammer H3 fungiert.
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Die umlaufende Spirale 124 läuft in Bezug auf die feststehende Spirale 122 um. Die umlaufende Spirale 124 ist so angeordnet, dass sie in einem Zustand, in dem eine Drehung der umlaufenden Spirale 124 verhindert wird, über einen Umwandlungsmechanismus 300, der später beschrieben wird, um eine Achse der feststehenden Spirale 122 rotieren kann. Auf diese Weise bewegt die Scrolleinheit 120 die Kompressionskammer H3, die durch die Windung 122B der feststehenden Spirale 122 und die Windung 124B der umlaufenden Spirale 124 definiert ist, zur Mitte hin, während sie das Volumen der Kompressionskammer H3 allmählich verringert. Infolgedessen verdichtet die Scrolleinheit 120 das gasförmige Kältemittel, das von den äußeren Endabschnitten der Windungen 122B und 124B in die Kompressionskammer H3 gesaugt wird.
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Das Gehäuse 140 hat ein vorderes Gehäuse 142 zur Aufnahme des Elektromotors 160 und des Inverters 180, ein mittleres Gehäuse 144 zur Aufnahme der Scrolleinheit 120, ein hinteres Gehäuse 146 und eine Inverterabdeckung 148. Das vordere Gehäuse 142, das mittlere Gehäuse 144, das hintere Gehäuse 146 und die Inverterabdeckung 148 sind integral befestigt, beispielsweise durch mindestens ein Befestigungselement (nicht gezeigt), das eine Schraube und eine Unterlegscheibe umfasst, so dass sie das Gehäuse 140 des Scrollkompressors 100 bilden.
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Das vordere Gehäuse 142 hat einen zylindrischen Umfangswandabschnitt 142A und einen dünnen, plattenartigen Trennwandabschnitt 142B. Der Innenraum des vorderen Gehäuses 142 ist durch den Trennwandabschnitt 142B in einen Raum zur Aufnahme des Elektromotors 160 und einen Raum zur Aufnahme des Inverters 180 unterteilt. Eine Stirnseite des Umfangswandabschnitts 142A, das heißt eine Öffnung des Raums zur Aufnahme des Inverters 180, wird durch die Inverterabdeckung 148 verschlossen. Die andere Stirnseite des Umfangswandabschnitts 142A, das heißt eine Öffnung des Raums zur Unterbringung des Elektromotors 160, ist durch das mittlere Gehäuse 144 verschlossen. An einem radialen Mittelabschnitt des Trennwandabschnitts 142B ist ein zylindrischer Stützabschnitt 142B1 vorgesehen, der in Richtung der anderen Stirnseite des Umfangswandabschnitts 142A vorsteht. Der Stützabschnitt 142B1 stützt einen Endabschnitt einer Antriebswelle 166, die später beschrieben wird, drehbar ab. Hier ist die Antriebswelle 166 ein Beispiel für die „drehbare Hauptwelle“ der vorliegenden Erfindung, und sie ist drehbar in dem Gehäuse 140 vorgesehen.
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Ferner wird die Ansaugkammer H1 für gasförmiges Kältemittel durch den Umfangswandabschnitt 142A und den Trennwandabschnitt 142B des vorderen Gehäuses 142 sowie das mittlere Gehäuse 144 definiert. Gasförmiges Kältemittel wird von der Niederdruckseite des Kältemittelkreislaufs über eine am Umfangswandabschnitt 142A ausgebildete Ansaugöffnung P1 in die Ansaugkammer H1 gesaugt. Die Ansaugkammer H1 ist so ausgelegt, dass das gasförmige Kältemittel den Elektromotor 160 umströmen und den Elektromotor 160 kühlen kann. Räume auf der einen Seite und der anderen Seite des Elektromotors 160 stehen miteinander in Verbindung, so dass sie die einzelne Ansaugkammer H1 ausbilden. In der Ansaugkammer H1 wird eine geeignete Menge an Schmiermittel gespeichert, um gleitende Abschnitte von Komponenten zu schmieren, die die drehbar angetriebene Antriebswelle 166 umfassen. Dementsprechend strömt das gasförmige Kältemittel in der Ansaugkammer H1 in Form eines mit Schmiermittel gemischten Fluids.
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Das mittlere Gehäuse 144 hat eine mit einem Boden versehene zylindrische Form mit einer Öffnung auf der Seite, die der Seite, an der das vordere Gehäuse 142 befestigt ist, gegenüberliegt, und ist dazu ausgelegt, die Scrolleinheit 120 darin aufzunehmen. Das mittlere Gehäuse 144 hat einen zylindrischen Abschnitt 144A und einen Bodenwandabschnitt 144B, der an einer Stirnseite des zylindrischen Abschnitts 144A vorgesehen ist. Die Scrolleinheit 120 ist in einem Raum untergebracht, der durch den zylindrischen Abschnitt 144A und den Bodenwandabschnitt 144B definiert ist. An der anderen Stirnseite des zylindrischen Abschnitts 144A ist ein Montageabschnitt 144A1 ausgebildet, an dem die feststehende Spirale 122 befestigt ist. Dementsprechend wird die Öffnung des mittleren Gehäuses 144 durch die feststehende Spirale 122 verschlossen. Der Bodenwandabschnitt 144B ist so ausgebildet, dass sich ein radial mittlerer Abschnitt davon in Richtung des Elektromotors 160 wölbt. Eine Durchgangsöffnung zur Aufnahme des anderen Endabschnitts der Antriebswelle 166, die diese durchdringt, ist in einem radial mittleren Abschnitt eines solchen gewölbten Abschnitts 144B1 des Bodenwandabschnitts 144B ausgebildet. Ferner ist auf der der Scrolleinheit 120 näheren Seite des gewölbten Abschnitts 144B1 ein Montageabschnitt zur Aufnahme eines darin eingepassten Lagers 200 ausgebildet. Das Lager 200 lagert den anderen Endabschnitt der Antriebswelle 166 drehbar.
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Zwischen dem Bodenwandabschnitt 144B des mittleren Gehäuses 144 und der Bodenplatte 124A der umlaufenden Spirale 124 ist eine dünne ringförmige Druckplatte 210 angeordnet. Der Bodenwandabschnitt 144B nimmt an einem äußeren Umfangsabschnitt eine Druckkraft von der umlaufenden Spirale 124 über die Druckplatte 210 auf. Dichtungselemente 220 sind in entsprechenden Abschnitten des Bodenwandabschnitts 144B und der Bodenplatte 124A in Kontakt mit der Druckplatte 210 eingebettet.
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Eine Gegendruckkammer H4 ist zwischen einer Stirnfläche der Bodenplatte 124A auf der Seite des Elektromotors 160 und dem Bodenwandabschnitt 144B ausgebildet, das heißt zwischen einer Stirnfläche der umlaufenden Spirale 124, die der feststehenden Platte 122 gegenüberliegt, und dem mittleren Gehäuse 144. Das mittlere Gehäuse 144 ist mit einem Kältemitteleinlasskanal L1 versehen, der so ausgebildet ist, dass er das gasförmige Kältemittel aus der Ansaugkammer H1 in einen Raum H5 nahe den äußeren Endabschnitten der Windungen 122B und 124B der Scrolleinheit 120 einleitet. Da der Kältemitteleinlasskanal L1 eine Verbindung zwischen dem Raum H5 und der Ansaugkammer H1 ermöglicht, ist der Druck im Raum H5 gleich dem Druck (Ansaugdruck Ps) in der Ansaugkammer H1.
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Das hintere Gehäuse 146 ist an einem Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 144A des mittleren Gehäuses 144 auf einer Seite eines Montageabschnitts 144A1 mit mindestens einem Befestigungsmittel befestigt. Dementsprechend ist die feststehende Spirale 122 mit ihrer Bodenplatte 122A, die zwischen dem Montageabschnitt 144A1 und dem hinteren Gehäuse 146 gehalten wird, fixiert. Das heißt, die feststehende Spirale 122 ist an dem Gehäuse 140 befestigt. Das hintere Gehäuse 146, das eine mit einem Boden versehene zylindrische Form mit einer Öffnung auf der Seite hat, die am mittleren Gehäuse 144 befestigt ist, hat einen zylindrischen Abschnitt 146A und einen Bodenwandabschnitt 146B, der am anderen Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 146A vorgesehen ist.
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Die Abführungskammer H2 für gasförmiges Kältemittel wird durch den zylindrischen Abschnitt 146A und den Bodenwandabschnitt 146B des hinteren Gehäuses 146 sowie durch die Bodenplatte 122A der feststehenden Spirale 122 gebildet. Ein Abführungskanal (Abführungsöffnung) L2 für gasförmiges Kältemittel ist in einem mittigen Abschnitt der Bodenplatte 122A ausgebildet. Der Abführungskanal L2 ist mit einem Sperrventil 230 versehen, das beispielsweise aus einem Reed-Ventil ausgebildet ist. Das Sperrventil 230 beschränkt den Fluss des gasförmigen Kältemittels von der Abführungskammer H2 zur Scrolleinheit 120. Das gasförmige Kältemittel, das in der Kompressionskammer H3 der Scrolleinheit 120 verdichtet worden ist, wird durch den Abführungskanal L2 und über das Sperrventil 230 in die Abführungskammer H2 abgeführt.
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Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, ist in dem hinteren Gehäuse 146 ein Ölabscheider zum Abscheiden von Schmiermittel aus dem gasförmigen Kältemittel in der Abführungskammer H2 angeordnet. Das gasförmige Kältemittel, aus dem das Schmiermittel durch den Ölabscheider abgeschieden wurde, wird über eine Abführungsöffnung P2, die am Bodenwandabschnitt 146B des hinteren Gehäuses 146 ausgebildet ist, zur Hochdruckseite des Kältekreislaufs abgeführt. Andererseits wird das vom Ölabscheider abgeschiedene Schmiermittel über einen Gegendruckzuführungskanal L3, der später beschrieben wird, der Gegendruckkammer H4 zugeführt.
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Der Elektromotor 160 ist beispielsweise ein Drehstrommotor und umfasst einen Rotor 162 und eine radial außerhalb des Rotors 162 angeordnete Statorkerneinheit 164. Die Statorkerneinheit 164 des Elektromotors 160 wird mit einem Wechselstrom versorgt, der beispielsweise aus einem Gleichstrom von einer Fahrzeugbatterie (nicht dargestellt) durch den Inverter 180 umgewandelt wird.
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Der Rotor 162 ist radial innerhalb der Statorkerneinheit 164 über die Antriebswelle 166 drehbar gelagert, die in eine Wellenöffnung pressgepasst ist, die in einer radialen Mitte des Rotors 162 ausgebildet ist. Der eine Endabschnitt der Antriebswelle 166 ist über ein Gleitlager 240 drehbar auf dem Stützabschnitt 142B1 des vorderen Gehäuses 142 gelagert. Der andere Endabschnitt der Antriebswelle 166 durchdringt die im mittleren Gehäuse 144 ausgebildete Durchgangsbohrung und ist drehbar am Lager 200 gelagert. Wenn Strom vom Inverter 180 zugeführt wird, wird ein Magnetfeld in der Statorkerneinheit 164 erzeugt, und ein Drehmoment wirkt auf den Rotor 162, um die Antriebswelle 166 in Drehung zu versetzen. Der andere Endabschnitt der Antriebswelle 166 ist über den Umwandlungsmechanismus 300 mit der umlaufenden Spirale 124 verbunden.
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Der Umwandlungsmechanismus 300 hat die Funktion, eine Drehbewegung der drehbaren Hauptwelle (in dieser Ausführungsform die Antriebswelle 166) und eine umlaufende Bewegung der umlaufenden Spirale 124 wechselseitig umzuwandeln. Der Umwandlungsmechanismus 300 wird später unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 im Detail beschrieben. In der vorliegenden Ausführungsform ist die umlaufende Spirale 124 so angeordnet, dass sie sich über den Umwandlungsmechanismus 300 um die Achse der feststehenden Spirale 122 drehen kann, und zwar in einem Zustand, in dem die Drehung der umlaufenden Spirale 124 verhindert wird. Darüber hinaus ist ein Ausgleichsgewicht (Gegengewicht) 290, das der Zentrifugalkraft der umlaufenden Spirale 124 entgegenwirkt, am anderen Endabschnitt der Antriebswelle 166 angebracht.
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2 ist ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung der Strömungen von gasförmigem Kältemittel und Schmiermittel im Scrollkompressor 100.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, wird gasförmiges Kältemittel mit niedrigem Druck und niedriger Temperatur aus dem Kältemittelkreislauf über den Ansauganschluss P1 in die Ansaugkammer H1 eingeleitet und dann in den Raum H5 in der Nähe des äußeren Endabschnitts der Scrolleinheit 120 durch den Kältemitteleinlasskanal L1 eingeleitet. Das gasförmige Kältemittel im Raum H5 wird in die Kompressionskammer H3 der Scrolleinheit 120 geleitet und dort verdichtet. Nach der Verdichtung in der Kompressionskammer H3 wird das gasförmige Kältemittel durch den Abführungskanal L2 und über das Sperrventil 230 in die Abführungskammer H2 abgeführt und wird dann über die Abführungsöffnung P2 zur Hochdruckseite des Kältekreislaufs abgeführt. Auf diese Weise ist die Scrolleinheit 120 dazu konfiguriert, in der Kompressionskammer H3 das darin strömende gasförmige Kältemittel über die Ansaugkammer H1 zu verdichten und das verdichtete gasförmige Kältemittel über die Abführungskammer H2 abzuführen.
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Wie in 1 dargestellt, umfasst der Scrollkompressor 100 hier ferner ein Gegendrucksteuerventil 400 zur Steuerung eines Gegendrucks Pm in der Gegendruckkammer H4. Das Gegendrucksteuerventil 400, bei dem es sich um ein mechanisches (autonomes) Druckregelventil handelt, arbeitet gemäß einem Differenzdruck zwischen einem Abführdruck Pd in der Abführungskammer H2 und dem Gegendruck Pm in der Gegendruckkammer H4 und passt dadurch automatisch die Ventilöffnung so an, dass sich der Gegendruck Pm in der Gegendruckkammer H4 einem Soll-Gegendruck Pc annähert. Am Bodenwandabschnitt 146B des hinteren Gehäuses 146 ist das Gegendrucksteuerungsventil 400 in einer Speicherkammer 146C untergebracht, die so ausgebildet ist, dass sie sich von einer äußeren Umfangsfläche des Bodenwandabschnitts 146B in einer Richtung orthogonal zur Achse der Antriebswelle 166 des Elektromotors 160 erstreckt.
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Wie in 1 und 2 dargestellt, umfasst der Scrollkompressor 100 zusätzlich zu dem Kältemitteleinlasskanal L1 und dem Abführungskanal L2 einen Gegendruckzuführungskanal L3, einen Druckablasskanal L4 und einen Ansaugdruckmesskanal L5.
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Der Gegendruckzuführungskanal L3 ist in dem hinteren Gehäuse 146 und dem mittleren Gehäuse 144 so ausgebildet, dass die Abführungskammer H2 und die Gegendruckkammer H4 miteinander in Verbindung stehen. Dabei durchläuft der Gegendruckzuführungskanal L3 im hinteren Gehäuse 146 die Speicherkammer 146C, in der das Gegendrucksteuerungsventil 400 untergebracht ist. Das vom Ölabscheider aus dem gasförmigen Kältemittel in der Abführkammer H2 abgeschiedene Schmiermittel wird über das Gegendrucksteuerungsventil 400 und durch den Gegendruckzuführungskanal L3 in die Gegendruckkammer H4 eingeführt, um jeden gleitenden Abschnitt zu schmieren und den Gegendruck Pm in der Gegendruckkammer H4 zu erhöhen.
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Das Gegendrucksteuerungsventil 400 ist in der Mitte des Gegendruckzuführungskanals L3 angeordnet, so dass es einen Teil des Gegendruckzuführungskanals L3 bildet. Dementsprechend wird das vom gasförmigen Kältemittel in der Abführungskammer H2 abgeschiedene Schmiermittel der Gegendruckkammer H4 zugeführt, nachdem es durch das Gegendrucksteuerungsventil 400 beim Durchlaufen des Gegendruckzuführungskanals L3 in geeigneter Weise dekomprimiert wurde. Das heißt, durch Anpassen der Öffnung des Gegendruckzuführungskanals L3, der mit der Einlassseite (stromaufwärts) der Gegendruckkammer H4 verbunden ist, unter Verwendung des Gegendrucksteuerungsventils 400, wird die Durchflussrate des Schmiermittels, das in die Gegendruckkammer H4 eintritt, erhöht oder verringert, und somit wird der Gegendruck Pm reguliert.
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Der Druckablasskanal L4 ist in der Antriebswelle 166 in deren axialer Richtung durchdringend ausgebildet, so dass die Gegendruckkammer H4 und die Ansaugkammer H1 miteinander in Verbindung stehen können. Eine Öffnung OL ist auf halber Strecke des Druckablasskanals L4 angeordnet, beispielsweise an einem Endabschnitt der Antriebswelle 166 an einer Seite der Ansaugkammer H1. Dementsprechend wird der Schmierstoff in der Gegendruckkammer H4 in die Ansaugkammer H1 zurückgeführt, während seine Durchflussrate durch die Öffnung OL begrenzt wird.
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Der Ansaugdruckmesskanal L5 ermöglicht es, dass der Raum H5 in der Nähe des äußeren Endabschnitts der Scrolleinheit 120 und die Speicherkammer 146C miteinander in Verbindung stehen, um den Ansaugdruck Ps in der Ansaugkammer H1 am Gegendrucksteuerungsventil 400 zu messen. Insbesondere wird der Ansaugdruckmesskanal L5 in der Bodenplatte 122A der feststehenden Spirale 122 und in dem hinteren Gehäuse 146 ausgebildet. Obwohl hier der Ansaugdruckmesskanal L5 den Ansaugdruck Ps in der Ansaugkammer H1 indirekt über den Raum H5 misst, kann er den Ansaugdruck Ps in der Ansaugkammer H1 auch direkt messen.
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Hier ist die Gegendruckkammer H4 (eine mechanische Kammer, in der ein rotierendes Antriebselement wie die Antriebswelle 166 vorgesehen ist) auf einer Rückseitenseite der umlaufenden Spirale 124 (das heißt, einer Stirnflächenseite, gegenüber der feststehenden Spirale 122, der umlaufenden Spirale 124) ausgebildet. Die Gegendruckkammer H4 erzeugt den Gegendruck Pm, der die umlaufende Spirale 124 gegen die feststehende Spirale 122 drückt und vorspannt. Die umlaufende Spirale 124 wird also durch den Gegendruck Pm in der Gegendruckkammer H4 gegen die feststehende Spirale 122 gedrückt. Angenommen, die Scrolleinheit 120 führt den Kompressionsvorgang in einem Zustand durch, in dem die resultierende Kraft des Gegendrucks Pm, die auf die Stirnfläche der Bodenplatte 124A der umlaufenden Spirale 124 wirkt, die der Gegendruckkammer H4 zugewandt ist, deutlich geringer ist als die Kompressionsreaktionskraft, die auf die der Kompressionskammer H3 zugewandte Stirnfläche der Bodenplatte 124A wirkt, das heißt, die Scrolleinheit 120 den Kompressionsvorgang mit einem ungenügenden Gegendruck durchführt. In einem solchen Fall kann ein Spalt zwischen der Spitze der Windung 124B der umlaufenden Spirale 124 und der Bodenplatte 122A der feststehenden Spirale 122 ausgebildet werden, und ein Spalt kann zwischen der Bodenplatte 124A der umlaufenden Spirale 124 und der Spitze der Windung 122B der feststehenden Spirale 122 ausgebildet werden. Diese Spalte können die volumetrische Effizienz des Kompressors verringern. Um einen unzureichenden Gegendruck zu vermeiden, erhöht das Gegendrucksteuerungsventil 400 den Gegendruck Pm näher an den Soll-Gegendruck Pc, wenn der Gegendruck Pm geringer ist als der Soll-Gegendruck Pc.
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Ist hingegen die resultierende Kraft des Gegendrucks Pm in der Gegendruckkammer H4 übermäßig größer als die Kompressionsreaktionskraft, das heißt, ist der Gegendruck übermäßig groß, so nimmt die Reibungskraft zwischen der feststehenden Spirale 122 und der umlaufenden Spirale 124 übermäßig zu und verringert somit die maschinelle Effizienz des Kompressors. Um einen übermäßigen Gegendruck zu vermeiden, reduziert das Gegendrucksteuerungsventil 400 den Gegendruck Pm näher an den Soll-Gegendruck Pc, wenn der Gegendruck Pm den Soll-Gegendruck Pc überschreitet.
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Als Nächstes wird der Umwandlungsmechanismus 300 unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 zusätzlich zu 1 im Detail beschrieben. 3 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Umwandlungsmechanismus 300. 4 ist eine perspektivische Ansicht einer Exzenterbuchse (Exzenterhülse) 270. 5 ist eine Schnittansicht der Exzenterbuchse 270.
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Der Umwandlungsmechanismus 300 umfasst eine Exzenterwelle (Kurbelzapfen) 260, die Exzenterbuchse 270 und ein Lager 280. Die Exzenterwelle 260 ist an der anderen Stirnfläche der Antriebswelle 166 vorgesehen und ist exzentrisch (versetzt) in Bezug auf die Antriebswelle 166. Die Exzenterbuchse 270 hat eine zylindrische Form und weist eine Durchgangsbohrung 271 auf, in die die Exzenterwelle 260 an einer von ihrer Mittelachse BS exzentrischen Position eingepasst ist. Somit ist die Exzenterbuchse 270 über die Durchgangsbohrung 271 exzentrisch an der Exzenterwelle 260 befestigt.
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Das Lager 280 ist in einen zylindrischen Vorsprungabschnitt 250 pressgepasst, der so ausgebildet ist, dass er an der Stirnfläche der Bodenplatte 124A der umlaufenden Spirale 124 auf der Seite der Gegendruckkammer H4 vorsteht und eine äußere Umfangsfläche 272 der Exzenterbuchse 270 abstützt. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Gleitlager als Lager 280 verwendet. Somit ist die Exzenterbuchse 270 über das Lager 280 durch eine innere Umfangsfläche des Vorsprungabschnitts 250 drehbar gelagert. Auf diese Weise ist die umlaufende Spirale 124 in der Lage, sich um die Achse der feststehenden Spirale 122 über den Umwandlungsmechanismus 300 in einem Zustand zu drehen, in dem die Drehung der umlaufenden Spirale 124 beschränkt ist.
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In der Exzenterbuchse 270 ist ein Schmiermittelzufuhrkanal 350 zur Zuführung von Schmiermittel zu dem Lager 280 durchdringend ausgebildet. Der Schmiermittelzufuhrkanal 350 umfasst einen axialen Strömungskanal 351, der sich in einer axialen Richtung der Exzenterbuchse 270 erstreckt, und einen radialen Strömungskanal 352, der sich in einer radialen Richtung der Exzenterbuchse 270 erstreckt.
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Der axiale Strömungskanal 351 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270 und zu einer Mittelachse RS der Antriebswelle 166 und durchdringt die Exzenterbuchse 270. Der radiale Strömungskanal 352 zweigt auf halber Strecke des axialen Strömungskanals 351 ab und erstreckt sich in radialer Richtung der Exzenterbuchse 270 zur äußeren Umfangsfläche 272 der Exzenterbuchse 270.
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An einer Stirnfläche der Exzenterbuchse 270, die an die andere Stirnfläche der Antriebswelle 166 angrenzt, ist ein konkaver Abschnitt 273 ausgebildet, der sich in radialer Richtung der Exzenterbuchse 270 erstreckt. Eine Öffnung an einer Endseite des axialen Strömungskanals 351 ist an einer Bodenfläche des konkaven Abschnitts 273 angeordnet. Diese Öffnung kann als ein Einlass 355 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 dienen. Das heißt, der axiale Strömungskanal 351 weist den Einlass 355 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 auf.
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Eine Öffnung an einem Ende des radialen Strömungskanals 352, die an der äußeren Umfangsfläche 272 der Exzenterbuchse 270 angeordnet ist, kann als Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 fungieren. Das heißt, der radiale Strömungskanal 352 weist den Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 auf. Der Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 ist einer inneren Umfangsfläche (Stützfläche) 281 des Lagers 280 zugewandt. Der Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 ist vorzugsweise so angeordnet, dass er einem axialen Mittelabschnitt der inneren Umfangsfläche 281 des Lagers 280 zugewandt ist.
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Wie in 5 dargestellt, umfasst bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Exzenterbuchse 270 durch eine erste virtuelle Ebene PL1, die die Mittelachse RS der Antriebswelle 166 einschließt, in einen ersten Bereich T1 und einen zweiten Bereich T2 unterteilt ist, der erste Bereich T1 die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270, den Schmiermittelzufuhrkanal 350 und die darin angeordnete Durchgangsbohrung 271. Die erste virtuelle Ebene PL1 ist eine virtuelle Ebene senkrecht zu einer zweiten virtuellen Ebene PL2, die sowohl die Mittelachse RS der Antriebswelle 166 als auch die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270 umfasst.
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In der vorliegenden Ausführungsform ist, wenn ein Abstand zwischen der ersten virtuellen Ebene PL1 und der Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270 als N1 definiert ist und ein Abstand zwischen der ersten virtuellen Ebene PL1 und einer Mittelachse WS des axialen Strömungskanals 351 als N2 definiert ist, die Beziehung von N1 < N2 erfüllt. Das heißt, die Mittelachse WS des axialen Strömungskanals 351 ist von der ersten virtuellen Ebene PL1 aus gesehen weiter entfernt als die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270. Darüber hinaus ist der Schmiermittelzufuhrkanal 350 von der ersten virtuellen Ebene PL1 aus gesehen weiter entfernt als die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270.
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Wenn in der vorliegenden Ausführungsform ein Abstand zwischen der Mittelachse RS der Antriebswelle 166 und der Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270 als N3 definiert ist und ein Abstand zwischen der Mittelachse RS der Antriebswelle 166 und der Mittelachse WS des axialen Strömungskanals 351 als N4 definiert ist, ist die Beziehung N3 < N4 erfüllt. Das heißt, die Mittelachse WS des axialen Strömungskanals 351 ist von der Mittelachse RS der Antriebswelle 166 aus gesehen weiter entfernt als die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270. Außerdem ist der Schmiermittelzufuhrkanal 350 von der Mittelachse RS der Antriebswelle 166 aus gesehen weiter entfernt als die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270.
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Die Zufuhr eines Schmiermittels zu dem Lager 280 wird hier unter Bezugnahme auf die 1 und 3 bis 5 beschrieben.
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Ein Teil des Schmiermittels in der Gegendruckkammer H4 strömt durch den konkaven Abschnitt 273 der Exzenterbuchse 270 und strömt dann über den Einlass 355 in den axialen Strömungskanal 351. Aufgrund der Zentrifugalkraft, die durch die Drehbewegung der Antriebswelle 166 um die Mittelachse RS der Antriebswelle 166 erzeugt wird, gelangt der größte Teil des Schmiermittels im axialen Strömungskanal 351 in den radialen Strömungskanal 352 und wird dann über den Auslass 356 der inneren Umfangsfläche 281 des Lagers 280 zugeführt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die vorstehend erwähnte Konfiguration des Schmiermittelzufuhrkanals 350 verwendet, um eine effektive Wirkung der Zentrifugalkraft zu erzielen.
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Der Scroll-Kompressor 100 als Beispiel für eine Scrollfluidmaschine weist gemäß der vorliegenden Ausführungsform in dem Gehäuse 140 die drehbar vorgesehene Antriebswelle (drehbare Hauptwelle) 166, die an dem Gehäuse 140 befestigte feststehende Spirale 122, die in Bezug auf die feststehende Spirale 122 umlaufende Spirale 124 und den Umwandlungsmechanismus 300 auf, der die Drehbewegung der Antriebswelle (drehbare Hauptwelle) 166 und die umlaufende Bewegung der umlaufenden Spirale 124 wechselseitig umwandelt. Der Umwandlungsmechanismus 300 umfasst die Exzenterwelle 260, die an der Stirnfläche der Antriebswelle (drehbare Hauptwelle) 166 vorgesehen ist und in Bezug auf die Antriebswelle (drehbare Hauptwelle) 166 exzentrisch ist, die Exzenterbuchse 270 mit der Durchgangsbohrung 271, in die die Exzenterwelle 260 eingepasst ist, und das Lager 280, das in den an der umlaufenden Spirale 124 ausgebildeten Vorsprungabschnitt 250 pressgepasst ist und die äußere Umfangsfläche 272 der Exzenterbuchse 270 trägt. Der Schmiermittelzufuhrkanal 350 für die Zufuhr des Schmiermittels zum Lager 280 ist in der Exzenterbuchse 270 durchdringend ausgebildet. Der Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 ist an der äußeren Umfangsfläche 272 der Exzenterbuchse 270 angeordnet. Dies ermöglicht es, das Schmiermittel direkt vom Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 in das Lager 280 zu leiten, so dass das Schmiermittel dem Lager 280 in zufriedenstellender Weise zugeführt werden kann.
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Ferner ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 der inneren Umfangsfläche 281 des Lagers 280 zugewandt. So kann das Schmiermittel in zufriedenstellender Weise der inneren Umfangsfläche 281 des Lagers 280 zugeführt werden.
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Ferner umfasst der Schmiermittelzufuhrkanal 350 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den axialen Strömungskanal 351, der sich in axialer Richtung der Exzenterbuchse 270 erstreckt, und den radialen Strömungskanal 352, der sich in radialer Richtung der Exzenterbuchse 270 erstreckt. Der axiale Strömungskanal 351 weist den Einlass 355 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 auf, und der radiale Strömungskanal 352 weist den Auslass 356 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 auf. So kann der Schmiermittelzufuhrkanal 350 auf einfache Weise ausgebildet werden.
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Des Weiteren ist der Schmiermittelzufuhrkanal 350 gemäß der vorliegenden Ausführungsform von der Mittelachse RS der Antriebswelle (drehbare Hauptwelle) 166 aus gesehen weiter entfernt als die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270. Auf diese Weise kann das Schmiermittel durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehbewegung der Antriebswelle 166 erzeugt wird, zwangsweise dem Lager 280 zugeführt werden.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Exzenterbuchse 270 durch die erste virtuelle Ebene PL1, die die Mittelachse RS der Antriebswelle (drehbare Hauptwelle) 166 umfasst, in den ersten Bereich T1 und den zweiten Bereich T2 unterteilt ist, umfasst der erste Bereich T1 zudem die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270, den Schmiermittelzufuhrkanal 350 und die darin angeordnete Durchgangsbohrung 271. Der Schmiermittelzufuhrkanal 350 ist, von der ersten virtuellen Ebene PL1 aus gesehen, weiter entfernt als die Mittelachse BS der Exzenterbuchse 270. Auf diese Weise kann das Schmiermittel durch die Zentrifugalkraft, die durch die Drehbewegung der Antriebswelle 166 erzeugt wird, zwangsweise dem Lager 280 zugeführt werden.
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Außerdem umfasst der Scrollkompressor 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform als beispielhafte Scrollfluidmaschine ferner die Gegendruckkammer H4, die an der Rückseitenseite der umlaufenden Spirale 124 ausgebildet ist und den Gegendruck erzeugt, der die umlaufende Spirale 124 in Richtung der feststehenden Spirale 122 drückt und vorspannt. Der Auslass 355 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 steht mit der Gegendruckkammer H4 in Verbindung. So kann das Schmiermittel in der Gegendruckkammer H4 dem Lager 280 leicht zugeführt werden.
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Weiterhin ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Einlass 355 des Schmiermittelzufuhrkanals 350 an dem konkaver Abschnitt 273 angeordnet, der an der Stirnfläche der Exzenterbuchse 270 ausgebildet ist. Dadurch kann das Schmiermittel aus der Gegendruckkammer H4 in einfacher Weise in den Schmiermittelzuführungskanal 350 geleitet werden.
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Des Weiteren wird gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Gleitlager als Lager 280 verwendet. Dadurch kann die Exzenterbuchse 270 mit einfachem Aufbau drehbar gelagert werden.
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht des Umwandlungsmechanismus 300 gemäß der zweiten Ausführungsform. Im Folgenden werden die Unterschiede zu der vorstehenden ersten Ausführungsform beschrieben.
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Die Exzenterbuchse 270 ist integral mit einem Ausgleichsgewicht (Gegengewicht) 290' versehen. Das Ausgleichsgewicht 290' ist auf der gegenüberliegenden Seite der Durchgangsbohrung 271 angeordnet, wobei sich die Mittelachse RS der Antriebswelle 166 dazwischen befindet. Auch in einer solchen Exzenterbuchse 270, die integral mit dem Ausgleichsgewicht 290' versehen ist, ist vorzugsweise ein Schmiermittelzufuhrkanal 350 ähnlich dem oben beschriebenen vorgesehen.
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Es ist zu beachten, dass in den vorstehend beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsformen das Ausgleichsgewicht 290, 290' weggelassen werden kann.
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Obwohl der Fall, in dem die Scrollfluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Scrollkompressor ist, in den vorstehenden ersten und zweiten Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung auch auf einen Scrollexpander anwendbar ist. Wenn die vorliegende Erfindung auf einen Scrollexpander angewendet wird, kann der Scrollexpander dazu konfiguriert sein, beispielsweise in einen Kältemittelkreislauf eines Rankine-Kreislaufsystems für ein Fahrzeug eingebaut zu werden, um Energie durch Expandieren von Kältemittel zu erzeugen, das aus dem Kältemittelkreislauf bereitgestellt wird (Rückgewinnung von Energie aus dem Kältemittel). Wenn die vorliegende Erfindung auf einen Scrollexpander angewendet wird, fungiert die oben beschriebene Antriebswelle 166 außerdem als Abtriebswelle. Das heißt, wenn die Scrollfluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Scrollkompressor ist, fungiert die „drehbare Hauptwelle“ der vorliegenden Erfindung als eine Antriebswelle, und wenn die Scrollfluidmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung ein Scrollexpander ist, fungiert die „drehbare Hauptwelle“ der vorliegenden Erfindung als eine Abtriebswelle.
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Die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind vorstehend beschrieben worden. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt, und weitere Modifikationen oder andere Variationen können auf der Grundlage des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Scrollkompressor (Scrollfluidmaschine)
- 122
- feststehende Spirale
- 124
- umlaufende Spirale
- 140
- Gehäuse
- 166
- Antriebswelle (drehbare Hauptwelle)
- 250
- Vorsprungsabschnitt
- 260
- Exzenterwelle
- 270
- Exzenterbuchse
- 271
- Durchgangsbohrung
- 272
- äußere Umfangsfläche
- 273
- konkaver Abschnitt
- 280
- Lager
- 290, 290'
- Ausgleichsgewicht
- 281
- innere Umfangsfläche
- 300
- Umwandlungsmechanismus
- 350
- Schmiermittelzufuhrkanal
- 351
- axialer Strömungskanal
- 352
- radialer Strömungskanal
- 355
- Einlass
- 356
- Auslass
- BS, RS, WS
- Mittelachse
- H4
- Gegendruckkammer
- PL1
- erste virtuelle Ebene
- PL2
- zweite virtuelle Ebene
- T1
- erster Bereich
- T2
- zweiter Bereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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