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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kühlkompressor
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 2. Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf einen
Schiefscheibenkolbenkompressor, wie einen Taumelscheibenkolbenkompressor mit einem
Schmiermechanismus für eine Kolbenanordnung zur Benutzung in einer
Kraftfahrzeugklimaanlage.
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Ein Taumelscheibenkompressor dieser Art ist in der US-A-4,594,055
offenbart und enthält eine Kolbenanordnung init einem Kolben und
einer Verbindungsstange, die eine Taumelscheibe und den Kolben
verbindet. Der Kolben ist mit einem sphärischen Hohlraum an
seiner Bodenseite zum Aufnehmen eines Kugelabschnittes versehen, der
an einem Ende der Verbindungsstange gebildet ist. Nachdein der
Kugelabschnitt aufgenommen ist, wird ein Bodenendumfangsabschnitt
des sphärischen Hohlraumes radial nach innen unter Benutzung
eines Keilgerätes zum festen Ergreifen des Kugelabschnittes
gebogen, aber es wird dem Kugelabschnitt erlaubt, sich gleitend
entlang einer inneren Oberfläche des sphärischen Hohlraumes zu
bewegen. Daher wird eine geringe Lücke zwischen der inneren
Oberfläche des sphärischen Hohlraumes und der äußeren Oberfläche des
Kugelabschnittes erzeugt. Die oben erwähnte Art der Verbindung
wird im allgemeinen eine Kugel-Fassung-Verbindung genannt.
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Folglich ist es notwendig, das Schmieröl zu der Lücke zu führen,
damit der Kugelabschnitt sich leicht entlang der inneren
Oberfläche des sphärischen Hohlraumes ohne unnormale Abnutzung der
inneren Oberfläche des sphärischen Hohlraumes und der äußeren
Oberfläche des Kugelabschnittes bewegen kann. In der japanischen
Gebrauchsmusteranmeldungsveröffentlichung 01/71178 ist ein
Mechanismus zum Zuführen von Schmieröl zu der Lücke von der
Zylinderkammer
während des Kompressionshubes offenbart. Bei dieser
japanischen '178-Anmeldung wird während des Kompressionshubes das
Schmieröl zu der Lücke von der Zylinderkammer zusammen mit dem
Kühlgas mit hohem Druck zugeführt. Daher wird eine glatte
Bewegung des Kugelabschnittes innerhalb des sphärischen Hohlraumes
durch den unerwünschten hohen Druck des Kühlgases verhindert,
wodurch unnormale Abnutzung der inneren Oberfläche des
sphärischen Hohlraumes und der äußeren Oberfläche des Kugelabschnittes
verursacht werden.
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Wenn weiterhin R134a als das Kühlgas des Kompressors als Maßnahme
zum Umweltschutz benutzt wird, wird der oben erwähnte Defekt
schlimmer, da die Schmierfähigkeit von R134a niedriger als die
Schmierfähigkeit von CFC als das herkömmliche Kühlmittel ist.
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Die US-A-1,332,760 offenbart einen Motorkolben zur Benutzung in
einem Verbrennungsmotor, wobei der Kolben einen sphärischen
Hohlraum aufweist, der an seinem Boden gebildet ist, so daß ein
Kugelabschnitt der Verbindungsstange aufgenommen wird. Eine
Leitung verbindet den sphärischen Hohlraum mit der äußeren
Umfangsoberfläche des Kolbens an einer Stelle zwischen Umfangsrillen,
die Kolbenringe aufnehmen.
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Die Druckschrift GB-A-321,761 offenbart auch einen Kolben für
einen Verbrennungsmotor, der einen sphärischen Hohlraum enthält,
der den Kugelabschnitt einer Verbindungsstange aufnimmt; in
dieser Druckschrift verbindet eine Leitung den sphärischen Hohlraum
mit dem Boden einer ringförmigen Rille, die den Kolbenring
aufnimmt.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen
Schiefscheibenkompressor vorzusehen mit einem verbesserten
Schmiermechanismus.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kühlkompressor, wie er in
Anspruch 1 oder Anspruch 2 definiert ist.
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Figur 1 ist eine vertikale Längsschnittansicht eines
Taumelscheibenkühlkompressors gemäß einer ersten Ausführungsform dieser
Erfindung.
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Figur 2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht einer in Figur 1
gezeigten Kolbenanordnung.
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Figur 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht der in Figur 2
gezeigten Kolbenanordnung. In der Zeichnung ist der Fluß des
Kühegases und Schmieröles dargestellt.
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Figur 4 ist eine Ansicht ähnlich der Figur 2, die eine zweite
Ausführungsform dieser Erfindung darstellt.
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Es wird Bezug genommen auf Figur 1, die Konstruktion eines
Schiefscheibenkompressors, insbesondere eines
Taumelscheibenkühlkompressors 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird gezeigt. Der Kompressor 10 enthält eine
zylindrische Gehäuseanordnung 20 mit einem Zylinderblock 21, einer
vorderen Endplatte 23 an einem Ende des Zylinderblocks 21, eine
Kurbelkammer 22, die zwischen dem Zylinderblock 21 und der
vorderen Endplatte 23 gebildet ist, und eine hintere Endplatte 24,
die an dem anderen Ende des Zylinderblocks 21 angebracht ist. Die
vordere Endplatte 23 ist auf dem Zylinderblock 21 vor (auf der
linken Seite in Figur 1) der Kurbelkammer 22 durch eine Mehrzahl
von Schrauben (nicht gezeigt) angebracht. Die hintere Endplatte
24 ist auf dem Zylinderblock 21 an seinem gegenüberliegenden Ende
durch eine Mehrzahl von Schrauben (nicht gezeigt) angebracht.
Eine Ventilplatte 25 ist zwischen der hinteren Endplatte 24 und
dem Zylinderblock 21 angeordnet. Eine Öffnung 231 ist zentral in
der vorderen Endplatte 23 zum Lagern einer Antriebswelle 26 durch
ein Lager 30, das in der öf fnung vorgesehen ist, gebildet. Der
innere Endabschnitt der Antriebswelle 26 ist drehbar durch ein
Lager 31 gelagert, das in einer Zentralbohrung 210 des
Zylinderblocks 21 vorgesehen ist. Die Bohrung 210 erstreckt sich zu der
hinteren Endoberfläche des Zylinderblocks 21, so daß ein
Ventilsteuermechanismus
19 vorgesehen ist, wie er in der japanischen
Patentanmeldungsveröffentlichung 01/142276 offenbart ist.
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Ein Nockenrotor 40 ist auf der Antriebswelle 26 durch ein
Stiftteil 261 befestigt und dreht sich mit der Welle 26. Ein
Drucknadellager 32 ist zwischen der inneren Endoberfläche der vorderen
Endplatte 23 und der benachbarten axialen Endoberfläche des
Nockenrotors 40 vorgesehen. Der Nockenrotor 40 enthält einen Arm
41 mit einem sich davon erstreckenden Stiftteil 42. Eine
Schiefscheibe 50 ist benachbart zu dem Nockenrotor 40 vorgesehen und
enthält eine Öffnung 53, durch die die Antriebswelle 26 geht. Die
Schiefscheibe 50 enthält einen Arm 51 mit einem Schlitz 52. Der
Nockenrotor 40 und die Schiefscheibe 50 sind durch das Stifttejl
42 miteinander verbunden, das in den Schlitz 52 zum Erzeugen
einer Schwenkverbindung eingeführt ist. Das Stiftteil 42 ist
gleitend verschiebbar in dem Schlitz 52 vorgesehen, so daß eine
Einstellung der Winkelposition der Schiefscheibe 50 in Bezug auf
die Längsachse der Antriebswelle 26 möglich ist.
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Eine Taumelscheibe 60 ist so auf der Schiefscheibe 50 durch Lager
61 und 62 angebracht, daß sie nutieren kann. Ein gabelförmiges
Gleitstück 63 ist an dem äußeren Umfangsende der Taumelscheibe 60
angebracht und gleitend verschiebbar um eine Gleitschiene 64
angebracht, die zwischen der vorderen Endplatte 23 und dem
Zylinderbiock 21 gehalten ist. Das gabelförmige Gleitstück 63
verhindert die Rotation der Taumelscheibe 60, und die Taumelscheibe 60
nutiert entlang der Schiene 64, wenn sich der Nockenrotor 40
dreht. Der Zylinderblock 21 enthält eine Mehrzahl von
umfangsmäßig angeordneten Zylinderkammern 70, in denen sich Kolben 72
hinund herbewegen. Jeder Kolben 72 ist mit der Taumelscheibe 60
durch eine entsprechende Verbindungsstange 73 verbunden. Jeder
Kolben 72 und jede Verbindungsstange 73 stellen im wesentlichen
eine Kolbenanordnung 71 dar, wie sie unten diskutiert wird.
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Die hintere Endplatte 24 enthält eine umf angsmäßig angeordnete
ringförmige Ansaugkammer 241 und eine zentral angeordnete
Auslaßkammer 251. Die Ventilplatte 25 ist zwischen dem Zylinderblock 21
und der hinteren Endplatte 24 angeordnet und enthält eine
Mehrzahl von mit Ventilen versehenen Ansaugöffnungen 242, die die
Ansaugkammer 241 mit entsprechenden Zylindern 70 verbinden. Die
Ventilplatte 25 enthält auch eine Mehrzahl von mit Ventilen
versehenen Auslaßöffnungen 252, die die Auslaßkammer 251 mit
entsprechenden Zylinderkammern 70 verbinden. Die Ansaugöffnungen 242
und die Auslaßöffnungen 252 sind mit geeigneten Blattventilen
versehen, wie in dem US-Patent 4,011,029 an Shimizu beschrieben
ist.
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Die Ansaugkammer 241 enthält einen Einlaßabschnitt 241a, der mit
einem Verdampfer des externen Kühlkreislaufes (nicht gezeigt)
verbunden ist. Die Auslaßkammer 251 ist mit einem Auslaßabschnitt
251a versehen, der mit einem Kondensator des Kühlkreislaufes
(nicht gezeigt) verbunden ist. Dichtungen 27 und 28 sind zwischen
dem Zylinderblock 21 und der inneren Oberfläche der Ventilplatte
25 bzw. der äußeren Oberfläche der Ventilplatte 25 und der
hinteren Endplatte 24 zum Abdichten der zueinandergehörigen
Oberflächen des Zylinderblocks 21, der Ventilplatte 25 und der
hinteren Endplatte 24 angeordnet.
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Ein scheibenförmiges Einstellschraubenteil 32 ist in einem
Zentralbereich der Bohrung 210 vorgesehen, der zwischen dem inneren
Endabschnitt der Antriebswelle 26 und dem Ventilsteuermechanismus
19 vorgesehen ist. Das scheibenförmige Einstellschraubenteil 32
ist in die Bohrung 210 so geschraubt, daß es in Kontakt mit der
inneren Endoberfläche der Antriebswelle 26 durch eine Scheibe 33
steht, und es stellt eine axiale Position der Antriebswelle 26
durch Anziehen und Lösen derselben ein. Das scheibenförmige
Einstellschraubenteil 32 und die Scheibe 33 enthalten Zentrallöcher
32a bzw. 33a zum Erzielen eines Durchganges 150, der eine
Verbindung zwischen der Kurbelkammer 22 und der Ansaugkammer 241 über
den Ventilsteuermechanismus 19 vorsieht, wie es im wesentlichen
in der oben erwähnten japanischen
Patentanmeldungsveröffentlichung '276 offenbart ist. Das öffnen und Schließen des
Durchganges 150 wird durch Kontraktion und Expansion eines Balgens 193
des Ventilsteuermechanismus 19 als Reaktion auf den
Kurbelkammerdruck gesteuert.
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Während des Betriebes des Kompressors 10 wird die Antriebswelle
26 durch den Motor des Fahrzeuges über eine elektromagnetische
Kupplung 300 gedreht. Der Nockenrotor 40 wird mit der
Antriebswelle 26 gedreht, wodurch die Schiefscheibe 50 ebenfalls gedreht
wird, was bewirkt, daß die Taumelscheibe 60 nutiert. Die Nutation
der Taumelscheibe 60 bewegt die Kolben 71 in ihren entsprechenden
Zylindern 70 hin und her. Wenn sich die Kolben 71 hin- und
herbewegen, fließt Kühlgas, das in die Ansaugkammer 241 durch den
Einlaßabschnitt 241a eingeführt ist, in jeden Zylinder 70 durch
die Ansaugöffnungen 242 und wird dann komprimiert. Das
komprimierte Kühlgas wird in die Auslaßkammer 251 aus jedem Zylinder 70
durch die Auslaßöffnungen 252 ausgegeben und von dort in den
Kühlkreislauf durch den Auslaßabschnitt 251a.
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Die Kapazität des Kompressors 10 wird zum Aufrechterhalten eines
konstanten Druckes in der Ansaugkammer 241 als Reaktion auf
Änderungen in der Wärmebelastung des Verdampfers oder Änderungen in
der Drehzahl des Kompressors eingestellt. Die Kapazität des
Kompressors wird durch Ändern des Winkels der Schiefscheibe
eingestellt, der von dem Kurbelkammerdruck abhängt. Eine Erhöhung in
dem Kurbelkammerdruck verringert den Neigungswinkel der
Schiefscheibe und somit der Taumelscheibe, wodurch die Kapazität des
Kompressors verringert wird. Eine Abnahme in dem
Kurbelkammerdruck vergrößert den Winkel der Schiefscheibe und der
Taumelscheibe und vergrößert somit die Kapazität des Kompressors. Der
Ventilsteuermechanismus 19 hält einen konstanten Druck an dem
Auslaß des Verdampfers während der Kapazitätssteuerung des
Kompressors aufrecht.
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Wie in Figur 2 zusätzlich gezeigt ist, enthält die
Kolbenanordnung 71 die Verbindungsstange 73, die ein Paar von
Kugelabschnitten 73a und 73b enthält, die an ihren beiden entsprechenden Enden
gebildet sind, und einen zylindrisch geformten Kolben 72, der mit
dem Kugelabschnitt 73a verbunden ist, der an dem hinteren Ende
(nach rechts in Figur 1 und 2) der Verbindungsstange 73 gebildet
ist, und zwar auf eine Weise, wie unten beschrieben wird. Der
Kolben 72 enthält einen vertieften Abschnitt 721, der an dessen
Boden (nach links in Figur 1 und 2) gebildet ist. Ein
Zentralbereich des vertieften Abschnitts 721 ist weiter vertieft, so daß
ein sphärischer Hohlraum 722 definiert ist, der den
Kugelabschnitt 73a darin aufnimmt. Nach dem Aufnehmen des
Kugelabschnittes 73a wird der Umfangsabschnitt 722a des Bodenendes des
sphärischen Hohlraumes 722 radial nach innen gebogen, indem ein
Keilgerät (nicht gezeigt) benutzt wird, damit der Kugelabschnitt 73a
fest ergriffen wird, aber der Kugelabschnitt 73a kann sich
gleitend entlang einer inneren Oberfläche des sphärischen
Hohlraumes 722 bewegen. Daher wird ein geringer Betrag einer Lücke
"g" zwischen der inneren Oberfläche des sphärischen Hohlraumes
722 und der äußeren Oberfläche des Kugelabschnittes 73a erzeugt.
Die oben erwähnte Weise der Verbindung zwischen dem
Kugelabschnitt und dem sphärischen Hohlraum wird im allgemeinen eine
Kugel-Fassungs-Verbindung genannt. Das äußere Umf angsende der
Taumelscheibe 60 und der an dem äußeren Ende der
Verbindungsstange 73 gebildete Kugelabschnitt 73b sind ebenfalls durch eine
Kugel-Fassungs-Verbindung verbunden.
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Der Kolben 72 ist mit zwei ringförmigen Rillen 701 und 702 an
seiner äußeren Umfangsoberfläche nahe seinem oberen und untereri
Abschnitt versehen. Konisch geformte Kolbenringe 81 und 82, der
zu 8l identisch ist, die aus Harz gebildet sind, passen in die
Rillen 701 bzw. 702 zum Abdichten der äußeren Umfangsoberfläche
des Kolbens 72 und der inneren Oberfläche des Zylinders 70. Eine
Leitung 74 ist radial in dem Kolben 72 gebildet. Ein Ende der
Leitung 74 öffnet sich zu dem bestimmten Abschnitt der äußeren
Umfangsoberfläche des Kolbens 72, der zwischen den Rillen 701 und
702 angeordnet ist, und das andere Ende öffnet sich zu der
inneren Oberfläche des sphärischen Hohlraumes 722.
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Es ist zu verstehen, daß, obwohl nur eine Kolbenanordnung in
Figur 1 gezeigt ist, bei der gezeigten Ausführungsform eine
Mehrzahl von zum Beispiel fünf solchen Fassungen umfangsmäßig um die
Taumelscheibe zum entsprechenden Aufnehmen von fünf Kolben sind,
die in der offenbarten Ausführungsform eingesetzt werden.
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Der Effekt der Kolbenanordnung der vorliegenden Erfindung ist der
folgende. Es wird zusätzlich Bezug genommen auf Figur 3, während
des Kompressionshubes fließt ein kleiner Teil des komprimierten
Kühlgases in einem Raum 700, der durch den Kolben 72 und die
innere Umfangsoberfläche des Zylinders 70 definiert ist, in eine
Lücke "G1", die zwischen der inneren Umfangsoberfläche des
Kolbenringes 81 und der Bodenoberfläche der Rille 702 erzeugt wird,
und schiebt den Kolbenring 81 radial nach außen durch seine
Druckkraft. Daher fließt das Kühlgas in der Lücke "G1" weiter in
den Raum 710, der durch den Kolben 72, den Zylinder 70 und die
Kolbenringe 81, 82 definiert ist, mit einem Druckabfall aufgrund
des Drosseleffektes der Lücke "G1". Weiterhin drückt ein kleiner
Teil des Kühlgases in dem Raum 710 den Kolbenring 82 radial nach
innen durch seine Druckkraft und fließt in die Kurbelkammer 22
mit einem weiteren Druckabfall aufgrund des Drosseleffektes einer
Lücke "G2", die zwischen der äußeren Umfangsoberfläche des
Kolbenringes 82 und der inneren Oberfläche des Zylinders 70 gebildet
ist. Noch weiterhin fließt der verbleibende große Teil des
Kühlgases in dem Raum 710 in die Lücke "g", die zwischen der inneren
Oberfläche des sphärischen Hohlraumes 722 und der äußeren
Oberfläche des Kugelabschnittes 73a gebildet ist, durch die Leitung
74, und dann fließt das Kühlgas in der Lücke "g" in die
Kurbelkammer 22 mit einem weiteren Druckabfall aufgrund des
Drosseleffektes der Lücke "g". Als Resultat ist während des
Kompressionshubes des Kompressors der Druck Pb in dem mittleren Druckraum 710
gegeben durch Pa > Pb > Pc, wobei Pa der Druck in dem Raum 700
ist und Pc der Druck in der Kurbelkammer 22 ist.
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Folglich fließt während des Kompressionshubes das Schmieröl, das
sich an einer benachbarten äußeren Umfangsoberfläche nahe des
oberen Abschnittes des Kolbens 72 gesammelt hat, zu dem Raum 710
durch die Lücke "Gl" zusammen mit dem einem Druckabfall
unterliegenden Kühlgas. Weiterhin wird ein großer Teil des Schmieröles
710 in die Lücke Ig durch die Leitung 74 mittels des
Druckunterschiedes
zwischen Pb, dem Druck in dem Raum 710 und Pc, dem Druck
in der Kurbelkammer 22 geführt. Der verbleibende kleine Teil des
Schmieröles in dem Raum 710 wird in die Kurbelkammer 22 mittels
des Druckunterschiedes zwischen Pb und Pc geführt. Dadurch kann
sich der Kugelabschnitt 73a der Verbindungsstange 73 leicht
entlang der inneren Oberfläche des sphärischen Hohlraumes 722 ohne
unnormale Abnutzung der inneren Oberfläche des sphärischen
Hohlraumes 722 und der äußeren Oberfläche des Kugelabschnittes 73a
bewegen, selbst wenn R134a als das Kühlmittel des Kompressors
verwendet wird.
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Figur 4 zeigt einen bestimmten Abschnitt eines
Taumelscheibenkühlkompressors mit einer Kolbenanordnung nach einer zweiten
Ausführungsform dieser Erfindung, bei der die gleichen Bezugszeichen
zum Bezeichnen der in Figur 2 gezeigten gleichen Elemente
verwendet werden.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Leitung 741 mit einem
Abschnitt 741a kleinen Durchmessers an ihrem einen Ende radial in
dem Kolben 72 gebildet. Ein Ende des Abschnittes 74la kleinen
Durchmessers öffnet sich zu der inneren Oberfläche des
sphärischen Hohlraumes 722, und das andere Ende der Leitung 741 öffnet
sich zu dem Zentrum der Bodenoberfläche der ringförmigen Rille
701. Daher fließt während des Kompressionshubes ein großer Tei3
des Kühlgases in der Lücke "G1" in die Lücke "g" durch die
Leitung 741 mit einem Druckabfall aufgrund der Drosselwirkung des
Abschnittes 741a kleinen Durchmessers, und dann fließt das Kühl
gas in der Lücke "g" in die Kurbelkammer 22 mit einem weiteren
Druckabfall aufgrund der Drosselwirkung der Lücke "g". Der
verbleibende kleine Teil des Kühlgases in der Lücke "G1" fließt in
die Kurbelkammer 22 über den Raum 710 und die Lücke "G2" mit
einem Druckabfall aufgrund der Drosselwirkung der Lücken "G1" und
"G2".
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Folglich wird während des Kompressionshubes ein großer Teil des
Schmieröles, das sich an der benachbarten oberen
Umfangsoberfläche nahe des oberen Abschnittes des Kolbens 72 gesammelt hat, in
die Lücke "g" über einen Teil der Lücke "G1" und die Leitung 741
geführt mittels des Druckunterschiedes zwischen Pa, dem Druck in
dem Raum 700, und Pc, dem Druck in der Kurbelkammer 22. Daher
kann sich der Kugelabschnitt 73a der Verbindungsstange 73 glatt
entlang der inneren Oberfläche des sphärischen Hohlraumes 722
ohne unnormale Abnutzung der inneren Oberfläche des sphärischen
Hohlraumes 722 und der äußeren Oberfläche des Kugelabschnittes
73a bewegen, selbst wenn Rl34a als das Kühlmittel des Kompressors
wie bei der ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet wird.
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Bei den oben erwähnten zwei Ausführungsformen wird die
vorliegende Erfindung auf den Schiefscheibenkompressor mit dem
Kapazitätssteuermechanismus angewendet, natürlich kann die vorliegende
Erfindung auch auf einen Schiefscheibenkompressor mit fester
Kapazität angewendet werden.