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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf einen Spiralkompressor und einen Drehverhinderungsmechanismus.
Zusätzlich
bezieht sie sich auf ein Axialkugellager, das in einem Antriebsmechanismus,
wie zum Beispiel ein Spiralkompressor und ähnliches, verwendet wird. Speziell
bezieht sie sich auf einen Drehverhinderungsmechanismus, der aus einem
Axialkugellager gebildet ist, zum Verbessern der Zusammenbaueigenschaften
davon, wenn er an ein Bauteil montiert wird, und auf einen Spiralkompressor,
der den Drehverhinderungsmechanismus benutzt.
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Herkömmlicherweise werden Spiralkompressoren
in Kühlkreisläufen für Klimaanlagen
für Fahrzeuge
und ähnliches
verwendet. Der Spiralkompressor enthält stationäres Spiralteil, das in einem Gehäuse befestigt
ist, und ein umlaufendes Spiralteil, das ähnlich in dem Gehäuse gegenüberliegend
zu dem stationären
Spiralteil vorgesehen ist. Das umlaufende Spiralteil führt eine
Umlaufbewegung durch, während
die Drehung davon durch einen Drehverhinderungsmechanismus in Bezug
zu dem stationären Spiralteil
verhindert wird, komprimiert das in das Gehäuse angesaugte Kältemittel
und gibt das komprimierte Kältemittel
zu einem Kältemittelkreislauf
aus, der außerhalb
des Spiralkompressors vorgesehen ist.
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Ein Drehverhinderungsmechanismus
wird zum Verhindern der Drehung in sich oder der Drehung um die
Mittellinie des stationären
Spiralteiles verwendet und ist aus einem Axialkugellager gebildet.
Das Axialkugellager enthält
eine erste in einem Gehäuse
befestigte Laufbahn, einen ersten Ring, eine zweite Laufbahn, die
an der hinteren Oberfläche eines
bewegbaren Spiralteiles vorgesehen ist, einen zweiten Ring und Druckkugeln,
die zwischen dem ersten und zweiten Ring vorgesehen sind.
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Der erste Ring und die erste Laufbahn
sind einstöckig
derart gebildet, daß ein
erster Laufbahnabschnitt gebildet ist, wohingegen der zweite Ring und
die zweite Laufbahn derart einstückig
angeordnet sind, daß dadurch
ein zweiter Laufbahnabschnitt gebildet ist.
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Bei dem der Anmelderin bekannten
Axialkugellager sind die Druckkugeln in ringförmigen Kugelaufnahmerillen
aufgenommen, die in sich gegenüberliegenden
Oberflächen
des ersten und zweiten Laufbahnabschnittes entsprechend gebildet
sind.
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In jeder der Kugelaufnahmerillen
der Laufbahnabschnitte des der Anmelderin bekannten Axialkugellagers
ist jedoch, da die Rille in Kontakt mit einer Druckkugel über einen
konvexen Abschnitt innerhalb eines Rillengrundabschnittes und über einen konkaven
Abschnitt davon außerhalb
ist, die Kontaktfläche
der Rille und der Druckkugel innerhalb des Rillengrundabschnittes
kleiner. Folglich wird der innere Abschnitt der Kugelaufnahmerille
mehr beansprucht und wird schneller abgenutzt, wodurch die Lebensdauer
des Axialkugellager verkürzt
wird.
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Aus dem US-Patent 5 758 978 A ist
ein Spiralkompressor mit einem Paar von Spiralteilen zu entnehmen,
bei dem ein Spiralteil um das andere feste Spiralteil umläuft, aber
an der Drehung durch einen Drehverhinderungsmechanismus gehindert
ist. Der Drehverhinderungsmechanismus weist jeweils einen Laufring
an jeweils einem Spiralteil auf. Jeder Laufring weist eine Kugelaufnahmerille
auf, die zum Aufnehmen einer Druckkugel dient. Die Kugelaufnahmerille
weist einen vorstehenden Mittelabschnitt und eine kreisförmige Rillengrundlinie
um den vorstehenden Mittelabschnitt herum auf. Die Kugelaufnahmerillen
weisen einen Laufbahnquerschnitt auf, der sich beiderseits einer
Symmetrielinie erweitert. Dadurch soll das radiale Verlagern des
umlaufenden Spiralteiles ermöglicht
werden.
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Aus dem US-Patent 5 738 504 A kann
ein ähnlicher
Drehverhinderungsmechanismus entnommen werden, bei dem das radiale
Verlagern ermöglicht
wird, indem auf der Innenseite der Kugelaufnahmerille die Zwangsführung der
Kugeln weggelassen wird.
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Ein Spiralkompressor mit einem Drehverhinderungsmechanismus,
wie er eingangs erörtert
wurde, kann im wesentlichen der
JP09-310685
A entnommen werden. Die Form der Kugelaufnahmerille ist
derart, daß am
Boden ein großer
Krümmungsradius
vorgesehen ist, während
beiderseits der Symmetrielinie der Krümmungsradius abnimmt und auf
beiden Seiten im wesentlichen gleich ist.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein
Axialkugellager zum Bilden eines Drehverhinderungsmechanismuses
eines Spiralkompressors vorzusehen, das eine lange Lebensdauer aufweist
und durch das die Beanspruchungsgrenze und eine Beständigkeit
der Kugelaufnahmerillen davon verbessert werden können. Weiterhin
soll ein Spiralkompressor vorgesehen werden, der das Axialkugel
verwendet.
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Die Aufgabe wird durch den Spiralkompressor
des Anspruches 1 oder den Drehverhinderungsmechanismus des Anspruches
4 gelöst.
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Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
angegeben.
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Es folgt die Beschreibung von Ausführungsformen
der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
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1 eine
Schnittansicht eines der Anmelderin bekannten Spiralkompressors,
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2 eine
Schnittansicht, die ein der Anmelderin bekanntes Axialkugellager
zeigt,
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3A und 3B eine vordere Aufrißansicht und
eine Schnittansicht, die einen ersten Laufring zeigen,
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4A und 4B eine vordere Aufrißansicht und
eine Schnittansicht, die einen zweiten Laufring zeigen,
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5A und 5B eine vordere Aufrißansicht und
eine Schnittansicht, die Druckkugeln zeigen,
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6 eine
Schnittansicht, die einen der Anmelderin bekannten Nachteil eines
Axialkugellagers zeigt,
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7 eine
perspektivische Ansicht, die ein anderes Beispiel des der Anmelderin
bekannten Axialkugellagers zeigt,
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8A eine
vordere Aufrißansicht
eines stationären
Laufringes eines Axialkugellagers entsprechend einer Ausführungsform,
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8B eine
Schnittansicht entlang der Linie VIIIB-VIIIB in 8A,
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9A eine
vordere Aufrißansicht
eines umlaufenden Laufrings des Axialkugellagers entsprechend der
Ausführungsform,
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9B eine
Schnittansicht entlang der Linie IXB-IXB in 9A und
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10 eine
vergrößerte Ansicht
von 8A.
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Ein der Anmelderin bekannter Spiralkompressor
und ein Drehverhinderungsmechanismus, der darin verwendet wird,
wird mit Bezug zu 1 bis 7 beschrieben, so daß die vorliegende
Erfindung leicht verstanden werden kann.
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Wie in 1 gezeigt
ist, enthält
ein der Anmelderin bekannter Spiralkompressor 11 ein Gehäuse 13 zum
Bilden eines Gehäuses
mit einer Öffnung an
einem Ende, ein vorderes Gehäuse 15,
das an der Öffnung
an einem Ende des Gehäuses 13 vorgesehen
ist, und eine Kurbelwelle 19, die durch einen vorstehenden
Abschnitt 17 des vorderen Gehäuses 15 hindurchgeht.
Eine Kurbelkammer 21 ist durch das Gehäuse 13 und das vordere
Gehäuse 15 definiert und
gebildet. Die Kurbelkammer 21 enthält ein stationäres Spiralteil 23,
das an dem Gehäuse 13 befestigt
ist, und ein umlaufendes Spiralteil 25. Das umlaufende
Spiralteil 25 ist derart vorgesehen, daß es gegenüber dem stationären Spiralteil 23 liegt,
und führt eine
relative Umlaufbewegung um die Mittelachse des stationären Spiralteiles 23 durch.
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Das umlaufende Spiralteil 25 enthält eine Seitenplatte 27,
ein Spiralteil 29, das an einer Oberfläche der Seitenplatte 27 vorgesehen
ist, und einen Vorsprungsabschnitt 31, der von der anderen
Oberfläche
der Seitenplatte 27 vorsteht.
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Der Vorsprungsabschnitt 31 enthält eine
exzentrische Laufbuchse 33. Die exzentrische Buchse 33,
weist ein Durchgangsloch 35 auf, das an einer exzentrischen
Position zu der Buchse wie zu dem Umfang der Buchse gebildet ist,
und ist durch ein Lager 37 drehbar gelagert. Die Kurbelwelle 19 weist
einen Abschnitt 39 mit großem Durchmesser auf, der an
einem Ende der Kurbelkammer 21 gebildet ist. Ein Kurbelzapfen 41 ist
an der Seite des Abschnittes 39 mit großem Durchmesser entgegengesetzt
zu der Kurbelwelle 19 an einer Position vorgesehen, die
zu der Mittelachse der Kurbelwelle 19 exzentrisch ist.
Der Kurbelzapfen 41 ist in das Durchgangsloch 35 der
exzentrischen Buchse 33 eingeführt. Die Kurbelwelle 19 ist
in dem vorstehenden Abschnitt 17 durch ein Lager 43 gelagert.
Weiterhin ist ein Dichtteil 45 benachbart zu dem Lager 43 vorgesehen.
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Der Abschnitt 39 mit großem Durchmesser der
Kurbelwelle 19 wird durch das vordere Gehäuse 15 durch
ein Lager 47 gelagert. Es wird angemerkt, daß das Bezugszeichen 49 ein
Gegengewicht bezeichnet zum Erhalten der Balance zwischen dem umlaufenden
Spiralteil 25 und der Welle.
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Eine elektromagnetische Kupplung 51 ist
um den vorstehenden Abschnitt 17 des vorderen Gehäuses 15 herum
vorgesehen. Die elektromagnetische Kupplung 51 enthält einen
ringförmigen,
hohlen Rotor 55, der um den vorstehenden Abschnitt 17 herum über ein
Lager 53 vorgesehen ist, und eine elektromagnetische Vorrichtung 57,
die in dem Rotor 55 vorgesehen ist. Weiterhin ist die elektromagnetische Kupplung 51 derart
vorgesehen, daß sie
der äußeren Endoberfläche des
Rotors 53 gegenüberliegt,
und enthält
eine Kupplungsplatte 59, die aus einem Läufer und
einer damit über
eine Plattenfeder verbundene Kupplungsnabe gebildet ist. Die Kupplungsplatte 59 ist
an einem Ende der Kurbelwelle 19 über ein Befestigungsteil 61 an
der Mitte der Welle befestigt.
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In der Kurbelkammer 21 ist
ein Drehverhinderungsmechanismus 63 um den Vorsprungsabschnitt 31 herum
an dem anderen Ende der Seitenplatte 27 des umlaufenden
Spiralteiles 25 und an der Innenwand des vorderen Gehäuses 15 vorgesehen.
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Der Drehverhinderungsmechanismus 63 enthält eine
umlaufende Laufbahn 65, die an dem umlaufenden Spiralteil 25 vorgesehen
ist, eine stationäre
Laufbahn 67, die an der Innenwand des vorderen Gehäuses 15 befestigt
ist, und Druckkugeln 69, die zwischen der umlaufenden Laufbahn 65 und
der stationären
Laufbahn 67 angeordnet sind.
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Wie in 2 gezeigt
ist, ist der Drehverhinderungsmechanismus 63 aus einem
Axialkugellager gebildet und enthält die erste Laufbahn 65 als
die umlaufende Laufbahn, die zweite Laufbahn 67 als die stationäre Laufbahn,
die so vorgesehen ist, daß sie gegenüber der
ersten Laufbahn 65 in Intervallen gegenüberliegt, und die Druckkugeln 69,
die zwischen der ersten und zweiten Laufbahn 65 und 67 gehalten werden.
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Wie in 3A gezeigt
ist, enthält
die erste Laufbahn 65 einen Laufring 71, eine
Mehrzahl von geprägten
bzw. vertieften Kugelaufnahmerillen 75, die konzentrisch
um die Mittelachse 73 des Laufringes 71 vorgesehen
sind, und Befestigungslöcher 77 zum
Montieren der ersten Laufbahn 65 an der Innenseite eines
Bauteils mittels Zapfen (nicht gezeigt).
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Wie in 3B gezeigt
ist, weist jede der Kugelaufnahmerillen 75 einen konkaven
Abschnitt, der an einer Oberfläche 79 von
ihr gebildet ist, und einen konvexen Abschnitt, der an der anderen
Oberfläche 81 von
ihr gebildet ist, auf. Der konkave Abschnitt, der an der einen Oberfläche 79 gebildet
ist, ist in der Mitte derart höher
als am Umfang, daß die
Kugelaufnahmerillen 75 eine ringförmige Kugeltransportrille bilden.
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Wie in 4A gezeigt
ist, ist der äußere Durchmesser
der zweiten Laufbahn 67 kleiner als der der ersten Laufbahn 65.
Die zweite Laufbahn 67 enthält einen Laufring 83,
eine Mehrzahl von Kugelaufnahmerillen 87, die konzentrisch
um eine Mittelachse 85 des Laufringes 83 vorgesehen
sind, und Befesti gungslöcher 89 zum
Montieren der zweiten Laufbahn 67 an dem Inneren des Bauteiles.
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Wie in 4B gezeigt
ist, weist jede der Kugelaufnahmerillen 87 einen an einer
Oberfläche 91 davon
gebildeten konkaven Abschnitt und einen an der anderen Oberfläche 93 davon
gebildeten konvexen Abschnitt auf, ähnlich zu der ersten Laufbahn 65. Der
konkave Abschnitt, der an der einen Oberfläche 91 gebildet ist,
ist an seiner Mitte derart höher
als sein Umfangsabschnitt, daß die
Kugelaufnahmerillen 87 eine ringförmige Kugeltransportierrille
bilden.
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Wie in 5A und 5B gezeigt ist, ist jede
der Druckkugeln 69 aus einer Stahlkugel gebildet.
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Wie in 2 gezeigt
ist, sind die erste und zweite Laufbahn 67 und 67 derart
vorgesehen, daß sie
einander mit einem vorbestimmten Intervall 11 über die
Druckkugeln 69, die in den entsprechenden konkaven Abschnitten
vorgesehen sind, gegenüberliegen.
In dem der Anmelderin bekannten Beispiel führt die zweite Laufbahn 67 eine
relative Umlaufbewegung um die Mittelachse 85 in Bezug
zu der Mittelachse 73 der ersten Laufbahn 65 durch,
während
die Drehung von ihr verhindert wird.
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6 ist
eine Schnittansicht, die die Kugelaufnahmerille 87 des
der Anmelderin bekannten Axialkugellagers zeigt. Wie in 6 gezeigt ist, ist im Querschnitt
der Kugelaufnahmerille 87 die folgende Formel (1) verwirklicht,
wenn der Krümmungsradius der
Druckkugel 69 durch RB dargestellt ist, der Krümmungsradius
des Abschnittes der Kugelaufnahmerille 87, der innerhalb
des Rillengrundabschnittes davon angeordnet ist, durch Rin dargestellt
ist und der Krümmungsradius
des Abschnittes der Kugelaufnahmerille 87, der außerhalb
des Rillengrundabschnittes davon angeordnet ist, durch Rout dargestellt
ist.
RB < Rin = Rout ... (1)
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Im Gegensatz dazu sind, wie in 7 gezeigt ist, in einem
anderen Beispiel des Drehverhinderungsmechanismus des der Anmelderin
bekannten Spiralkompressors Ringe 97 und 99 und
Laufbahnen 101 und 103 als einzelne Teile gebildet.
Die Kugelaufnahmelöcher 105 und 107 sind
konzentrisch auf den Ringen 99 bzw. 97 gebildet.
Die Druckkugeln 69 sind zwischen den Aufnahmelöchern 105 und 107 aufgenommen,
und die Laufbahnen 101 und 103 sind außerhalb
der Druckkugeln 69 derart vorgesehen, daß die Druckkugeln 69 in
Kontakt mit den Oberflächen
der Laufbahnen 101 und 103 kommen. Die Ringe 97 und 99 sind
mit dem vorderen Gehäuse
bzw. dem bewegbaren Spiralteil mittels Zapfen 113 und 115 durch
Befestigungslöcher 109 und 111 befestigt.
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Nun wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu 8 bis 10 beschrieben. Da der Spiralkompressor
entsprechend der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ähnlich
zu dem in 1 gezeigten,
der Anmelderin bekannten Spiralkompressor ist, mit Ausnahme des Abschnittes
eines Axialkugellagers, das als Drehverhinderungsmechanismus wirkt,
wird eine detaillierte Beschreibung des Spiralkompressors ausgelassen.
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Der Drehverhinderungsmechanismus
entsprechend der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält
ein Axialkugellager mit einem in einem Gehäuse befestigten stationären Laufring,
einem an der hinteren Oberfläche
des umlaufenden Spiralteils befestigten bewegbaren Laufring und Druckkugeln,
die zwischen dem stationären
Laufring und dem umlaufenden Laufring vorgesehen sind.
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Es wird eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit Bezug zu 8A und 8B beschrieben.
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Wie in 8A und 8B gezeigt ist, enthält ein stationärer Laufbahnabschnitt 117 des
Axialkugellagers, das als der Drehverhinderungsmechanismus wirkt,
einen Laufring 119 und geprägte bzw. vertiefte Kugelaufnahmerillen 123,
die auf einem konzentrischen Kreis mit einem Radius R1, der um eine
Mittelachse 121 des Laufringes 119 gebildet ist,
angeordnet sind.
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Wie in 8B gezeigt
ist, enthält
jede der Kugelaufnahmerillen 123 an der einen Oberfläche 125 davon
einen Mittelabschnitt 127 und einen ringförmigen,
konkaven Rillenabschnitt 129 mit einem runden Grund, der
um den Mittelabschnitt 127 herum gebildet ist. In Gegensatz
dazu bildet die Kugelaufnahmerille 123 an der anderen Oberflächenseite 131 davon
eine Kugeltransportierrille, die einen ringförmigen Umfangsabschnitt mit
einem oberen kreisförmigen
Vorsprung und einen konkaven Abschnitt an der Mitte davon aufweist,
entgegengesetzt zu der einen Oberflächenseite 125.
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Weiterhin weist der stationäre Laufbahnabschnitt 117 Befestigungslöcher 133 auf,
die an Positionen davon gebildet sind, die außerhalb des konzentrischen
Kreises mit dem Radius R1 angeordnet sind. Die Befestigungslöcher 133 werden
zum Befestigen des stationären
Laufbahnabschnittes 117 durch Zapfen an Abschnitten verwendet,
an denen der Antriebsmechanismus eines Kompressors gelagert wird.
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Als nächstes wird die vorliegende
Erfindung mit Bezug zu 9A und 9B beschrieben.
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Wie in 9A und 9B gezeigt ist, enthält ein umlaufender
Laufbahnabschnitt 135 des Kugeldrucklagers einen Laufring 137 und
geprägte
bzw. vertiefte Kugelaufnahmerillen 141, die auf einem konzentrischen
Kreis mit einem Radius R1 um die Mittelachse 139 des Laufringes 137 vorgesehen
sind.
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Wie in 9B gezeigt
ist, enthält
jede der Kugelaufnahmerillen 141, die eine Form aufweisen, die ähnlich zu
der des in 8 gezeigten stationären Laufbahnabschnittes 117 ist,
auf der einen Oberfläche 143 davon
einen Mittelabschnitt 145 und einen ringförmigen,
konkaven Rillenabschnitt 147 mit einem runden Grund bzw.
Boden, der um den Mittelabschnitt 145 herum gebildet ist.
Im Gegensatz dazu bildet die Kugelaufnahmerille 141 auf
der anderen Oberfläche 149 davon
eine Kugeltransportrille, die einen ringförmigen Umfangsabschnitt mit
einem oberen kreisförmigen
Vorsprung und einen konkaven Abschnitt an der Mitte davon aufweist,
im Gegensatz zu der einen Oberfläche 143 davon.
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Weiterhin weist der umlaufende Laufbahnabschnitt 135 Befestigungslöcher 151 auf,
die an Positionen davon, die innerhalb des konzentrischen Kreises
mit dem Radius R1 angeordnet sind, derart gebildet sind, daß der umlaufende
Laufbahnabschnitt 135 an dem Antriebsmechanismus durch
Zapfen befestigt ist.
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Als nächstes werden die Formen der
Kugeltransportrillen entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung mit Bezug zu 10 beschrieben.
Da die Form der Kugeltransportrille, die in 8B gezeigt ist, ähnlich zu der in 9B gezeigten Kugeltransportrille
ist, wird die Beschreibung für 8B angegeben und die Beschreibung
der Rillenform, die in 9B gezeigt
ist, wird weggelassen.
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Wie in 10 gezeigt
ist, ist der Krümmungsradius
Rin des Querschnitts der Kugelaufnahmerille 123 innerhalb
des Rillengrundabschittes 129 im wesentlichen gleich zu
dem Krümmungsradius
RB der Druckkugel eingestellt, wohingegen der Krümmungsradius Rout davon außerhalb
des Rillengrundabschnittes 129 größer als der Krümmungsradius
RB der Druckkugel eingestellt ist. Das heißt, daß die folgende Formel (2) verwirklicht
ist. RB ≤ Rin < Rout ... (2)
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Der Unterschied zwischen den Kontaktflächen des äußeren und
inneren Rillenabschnittes wird durch die Verwirklichung der Beziehung
der Formel (2) korrigiert, wodurch die Lebensdauer der Kopplung
verbessert werden kann.
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Zum Zusammenbauen des Axialkugellagers der
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung wird der umlaufende Laufbahnabschnitt 135 gegenüber dem
stationären
Laufbahnabschnitt 117 angeordnet und die Druckkugeln 69 werden
in den Kugelaufnahmerillen 123 und 137 entsprechend
derart aufgenommen, daß das
Kugeldrucklager gebildet wird.
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Wie oben beschrieben wurde, kann
entsprechend den Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ein in einem Spiralkompressor und ähnlichem
verwendetes Axialkugellager vorgesehen werden, das die Belastungsgrenze
und Haltbarkeit der Kugelaufnahmerillen davon verbessern kann und das
eine lange Lebensdauer aufweist. Weiterhin kann ein Spiralkompressor
vorgesehen werden, der das Axialkugellager verwendet.