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Die vorliegende Erfindung betrifft hermetische
Kompressoren, insbesondere ein Saugsystem für einen
hermetischen Kompressor. Auf den Oberbegriff von Anspruch 1
wird verwiesen.
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Hermetische Kompressoren werden zum Umwälzen eines
Kältegases durch ein geschlossenes Kältesystem geführt.
Während des Betriebes wird Kältedampf dem Innenraum des
Kompressors durch eine Einlaßleitung im abgedichteten
Gehäuse zugeführt, das den Kompressor definiert. Sobald
sich der Kältedampf im Kompressor befindet, wird er einem
Kompressorzylinder zugeführt, in welchem der Dampf mittels
eines Kolbens im Zylinder komprimiert wird, was zu einer
Temperatursteigerung führt. Der Dampf tritt aus dem
Zylinder durch ein Auslaßventil aus und strömt sodann in
den Abgabeteil des Kompressors, um durch das externe
Kältesystem hindurchzuströmen und zur Kompressoreinheit
zurückzukehren.
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Die derzeitige Praxis erfordert es, daß die Konstruktion
von Kompressoren so kompakt wie möglich ist, so daß der
begrenzte, in der Kompressoreinheit verfügbare Raum
erhebliche Größenbegrenzungen bezüglich der Saugeinheit wie
auch bezüglich der Abgabeelemente auferlegt. Demzufolge ist
es notwendig, die internen Saugsystemelemente, z.B.
Dämpfer, Leitungen, Ausnehmungen, in dichter Nachbarschaft
zu den anderen Kompressorteilen anzuordnen, welche Wärme
erzeugen und übertragen.
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Bei der Konstruktion hocheffizienter Kompressoren ist es
ferner wichtig, Lärm, der durch den Saugprozeß erzeugt
wird, zu verringern oder zu vermeiden. In dieser Beziehung
verwenden einige hermetische Motorkompressoren einen Damm
über dem offenen Ende der Motoreinheit, um Sauggeräusch,
das von den Kolbenschwingungen, die durch den Kompressor
erzeugt wurden, zu dämpfen.
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Außerdem ist es notwendig, den Übergang von Wärme von
heißen Kompressorenteilen, wie der Wand des Gehäuses, dem
Abgabesystem, dem Zylinderblock und dem Öl, auf das relativ
kühlere Einlaßgas auszuschließen. Das Einlaßgas muß kühl
bleiben, um die Kompressorarbeit zu erleichtern, da
überhitztes Einlaßgas einen Anstieg der Kompressorleistung
aufgrund des Absenkens der spezifischen Schwerkraft des
Einlaßgases verursacht und die Menge des Gases verringert,
die in den Zylinder eintritt.
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Verschiedene Vorkehrungen wurden im Stande der Technik
getroffen, um diese Probleme zu bewältigen; so wurde
beispielsweise eine Einlaßleitung für den Motorkompressor
unmittelbar an einen Saugdämpfer eines Zylinderkopfes
angeschlossen und innerhalb des abgedichteten Gehäuses der
Saugdämpfer oder die Saugleitung angeordnet, statt des
vorderen Endes der Einlaßleitung in minimalem Abstand, oder
es wurden eine Dämpferwand und -leitung aus Kunststoff
geringer thermischer Leitfähigkeit gebildet, um den
Wärmeübergang zum Sauggas zu minimieren. Bypass-
Saugleitungen, die häufig mit Saugdämpfern ausgerüstet
sind, wurden ebenfalls vorgesehen, um einen
kontinuierlichen nicht-verengten Strömungskanal für Sauggas
von der Motorwand oder von der Einlaßleitung zu den
Saugöffnungen im Zylinderkopf zu schaffen.
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Üblicherweise werden Kompressorzylinderköpfe zum Handhaben
von Gasströmungen sowohl für die Abgabe- als auch die
Saugseite aus Gußeisen oder Aluminium hergestellt, um
nebeneinander oder benachbarte Saug- und Abgabeausnehmungen
zu schaffen, die durch Trennwände voneinander getrennt
sind, die ihrerseits am besten so dünn wie möglich gemacht
werden, um ein maximales Saug- und Abgabevolumen in dem
begrenzten vorhandenen Raum zu schaffen. Außerdem wurden
Anstrengungen unternommen, um das Überhitzen des Sauggases
im Zylinderkopf-Saugraum zu vermeiden, was zu
hülsenförmigen Auskleidungen geführt hat, die aus
Kunststoff geringer thermischer Leitfähigkeit hergestellt
wurden, und was einen Übergang von Wärme auf das Sauggas
verhinderte und somit das Saugplenum im Zylinderkopf
eliminierte, und es wurde an der relativ dünnen
Ventilplatte eine Saugleitung befestigt oder der
Saugdämpfer aus Kunststoff geringer thermischer
Leitfähigkeit hergestellt. Weitere Anordnungen beinhalteten
das Anwenden getrennter Abgabe- und Saugzylinderköpfe bei
der Abgabe- und Saugkammer, während der Saugzylinderkopf
aus einem Kunststoff geringer thermischer Leitfähigkeit
hergestellt wurde, um den Wärmeübergang zwischen dem Saug-
und dem Abgabezylinderkopf zu minimieren.
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Trotz aller dieser Abwandlungen sind jedoch die
Kompressoren gemäß dem Stande der Technik häufig nicht
akzeptabel, da sie verschiedene Nachteile aufweisen, wie
denjenigen, daß die Übertragung von Schwingungen vom
Kompressor zur externen Leitung gesteigert wurde, und daß
das Verhindern des Überhitzens des Sauggases in den
Saugausnehmungen des Zylinderkopfes nicht ausreichte.
Außerdem haben diese Abwandlungen die Begrenzungen der
Strömung des Sauggases am Saugeinlaß gesteigert, und zwar
zufolge der verringerten Querschnittsflächen oder zufolge
des Mangels an einem unmittelbar benachbarten Saugplenum,
was wiederum den Geräuschpegel steigerte.
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Bei einzylindrigen und mehrzylindrigen größeren Kälte- und
Klimatisierungskompressoren sind derartige Abwandlungen
häufig nicht akzeptabel zufolge gewisser Nachteile, wie der
Komplexität, der Abmessungen des Saugsystems und des
Abgabesystems mit größeren Kontaktflächen für die
Materialien bei unterschiedlichem
Wärmeausdehnungskoeffizienten, begrenztem Raum, höheren
Schwingungskräften des Saugsystemelements aufgrund von
Druckpulsationen, Schwierigkeiten der Montage sowie höherer
Kosten.
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JP-A-60 73 072 betrifft einen geschlossenen Kompressor. Um
das Überkühlen eines Motors zu verhindern und gleichzeitig
die Flüssigkeitskompression zu verringern, ist dort ein
erster Kanal vorgesehen, der den Motor kühlt, und ein
zweiter Saugkanal, der nicht durch den Motor hindurchläuft,
so daß der zweite Saugkanal im Niedriglastbetrieb
dahingehend wirksam wird, daß er Kühlgas ansaugt.
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DE-A-2 951 463 beschreibt einen hermetischen Kompressor mit
einer langen Saugvorrichtung mit einem Ende, das für eine
relativ ungedrosselte Sauggasströmung sorgt, um Sauggas vom
Inneren eines Gehäuses in den Kompressor zu leiten,
weiterhin mit einer langgestreckten Kammer zur
Schalldämpfung.
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US-A-4 487 555 beschreibt einen hermetischen
Motorkompressor mit einem geschlossenen Gehäuse, das Motor
und Kompressor einschließt, mit einer Trennwand, die ein
Niedertemperaturabteil abtrennt, in welchem wenigstens ein
Teil eines Motors enthalten ist, wobei ein Umwälz-
Kühlmittel durch eine Einlaßöffnung im Gehäuse eingespeist
wird, sowie mit einem Hochtemperaturabteil, in welchem ein
Kompressor und ein Kühlmitteldämpfer sowie ein Windungsteil
einer Auslaßleitung enthalten sind.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt bei einem Kompressor
einen einteiligen integralen Saugadapter, der den
Saugeinlaß aufnimmt und dabei ein Saugplenum definiert,
angeordnet in einem Zylinderkopf, definierend getrennte
Abgabekammern und Öffnungen, und der Sauggas aus dem
Inneren des Kompressorgehäuses zieht. Der Saugadapter
beinhaltet ferner eine Saugöffnung, die mit einem Kanal im
Zylinderblock kommuniziert, so daß Gas durch den Motor
hindurchströmen kann, um diesen zu kühlen, während ein
kontinuierlicher Umwälzstrom von Kältemittel in den
integralen Saugadapter gelangt.
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Die vorliegende Erfindung gibt gemäß einer Ausführungsform
einen einteiligen Saugadapter an, der im Zylinderkopf
angeordnet ist, in welchem ein Hauptteil des Kältegases aus
dem Innenraum des Kompressorgehäuses abgezogen wird,
angeordnet in nächster Nähe der Einlaßleitung des
Kompressorgehäuses oder einen Zwischensaugdämpfer zwischen
der Einlaßleitung und dem einteiligen Saugadapter, während
ein anderer Teil des Kältegases durch den Rotor-Stator-
Spalt des Motors hindurchgezogen wird, um den Motor zu
kühlen.
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Der einteilige Saugadapter ist derart gestaltet, daß eine
kontinuierliche Strömung des Kältegases durch den Rotor-
Stator-Spalt des Motors, notwendig zu dessen Kühlung,
hindurchfließt, und dieser Teil des Kältegases, kombiniert
mit dem Hauptteil des Kältegases, wird einem der Zylinder
zugeführt, ohne irgendeine warme Fläche des Zylinderkopfes
oder anderer Teile zu berühren. Der integrale Saugadapter
ist am besten aus Kunststoff hergestellt, um den Übergang
von Wärme von Kompressorteilen und -wänden des Gehäuses zum
Einlaß-Kältegas zu verringern. Die äußeren Wände der
Abgabeausnehmungen des Zylinderkopfes im Bereich der
äußeren Wände des Saugplenums des einteiligen Saugadapters
weisen einen gegenseitigen Abstand auf, um eine zusätzliche
thermische Sperre zu schaffen und weiterhin das Aufheizen
von Sauggas in den Ausnehmungen und Kanälen des
Zylinderkopfes und des einteiligen Saugadapters zu
verringern. In Nuten innerhalb des Raumes zwischen den
Außenwänden und den Abgabeausnehmungen des Zylinderkopfes
und der Außenwände des Saugplenums des einteiligen
Saugadapters sind O-Ringe in Nuten angeordnet, was einen
Preßsitz des einteiligen Saugadapters mit dem Zylinderkopf
erlaubt und für eine Vibrationsdämpfung sorgt sowie eine
Abdichtung bewirkt.
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Ein Gasströmungssystem umfaßt einen Zylinderkopf, der an
der Ventilplatte angeordnet ist und Wände aufweist, die
eine geschlossene Abgabekammer bilden, eine
Motorkühlvorrichtung zum Kühlen des Motors durch
Hindurchströmen von Kältemittel durch den Motor sowie eine
Saugleitung, die geringe thermische Leitfähigkeit aufweist
und ein Saugplenum definiert, angeordnet am Zylinderkopf,
mit einem Saugeinlaß, der sich in leitender Verbindung mit
der internen Niederdruckausnehmung befindet, mit einer
langgestreckten Leitung und einem ersten Stutzen, der sich
durch die Zylindersaugöffnung hindurcherstreckt und zur
Ventilplatte (an dieser jedoch nicht anschlägt), um den
Zylinderkopf zu umgehen, mit einer Motor-Durchflußöffnung,
die mit der genannten internen Niederdruckausnehmung
kommuniziert und dazu dient, Kältemittel von der
Motorkühlvorrichtung aufzunehmen.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den
Übergang von Wärme aus den Abgabeausnehmungen in einem
Zylinderkopf zu minimieren, mit Abgabeplenen, die einteilig
angeformt sind, getrennt durch interne Wände gegen die
Saugplenen des einteiligen Saugadapters zum Eintritt von
Kältegas.
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Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die
Zufuhr von Kältegas zum Kühlen des Motors, und von Sauggas
aus der Zylindersaugkammer aus dem Innenraum des
Kompressorgehäuses zu kombinieren, angeordnet in dichter
Nähe der Einlaßleitung.
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Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den
Übergang von Wärme zum Sauggas von sämtlichen inneren
Kompressorteilen zu minimieren.
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Die oben genannten Aufgaben werden durch den
kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst.
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Die Erfindung ist anhand der folgenden Beschreibung in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen erläutert:
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Figur 1 ist eine Aufrißansicht eines Kompressors, der eine
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
verwirklicht, teilweise im Schnitt.
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Figur 2 ist eine Aufriß-Schnittansicht eines Kompressors,
der eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung verwirklicht, gemäß der Schnittlinie 2-2 in Fig.
1.
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Figur 3 ist eine Schnittansicht des Zylinderkopfes und der
einteiligen Saugadaptereinheit der vorliegenden Erfindung
gemäß der Linie 3-3 in Fig. 4.
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Figur 4 ist eine Ansicht des Zylinderkopfes und der
einteiligen Saugadaptereinheit der vorliegenden Erfindung,
von unten her gesehen.
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Figur 5 ist eine Ansicht des einteiligen Saugadapters gemäß
der Erfindung, von unten her gesehen.
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Figur 6 ist eine Aufrißansicht des einteiligen Saugadapters
gemäß der Erfindung, von der Seite her gesehen.
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Es soll auf die Zeichnungen Bezug genommen werden,
insbesondere auf die Figuren 1 und 2. Dort ist ein
hermetisch abgedichteter, mit hin- und hergehendem Kolben
versehener Kompressor 10 gezeigt, der die Erfindung
verwirklicht. Kompressor 10 weist ein abgedichtetes
Kompressorgehäuse 12 auf, das den übrigen Teil der
Kompressorkomponenten einkapselt und eine innere
Niederdruckausnehmung 14 definiert. Im Gehäuse 12 befindet
sich ein Zylinderblock 16, der eine Kurbelwelle 18 trägt,
die von einem Motor 20 angetrieben ist, der einen Stator 22
und einen Rotor 24 aufweist, jeder mit einer hierauf
befindlichen Wicklung. An Zylinderblock 16 und an Gehäuse
12 sind Schocklager befestigt, an denen die
Kompressorkomponenten im Gehäuse 12 hängen.
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Zur Veranschaulichung und ohne jegliche Einschränkung der
Erfindung ist die Ausrichtung von Kompressor 10 im
dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel derart, daß
Zylinderblock 16 vertikal unter Motor 20 aufgehängt ist.
Andere Ausrichtungen der Kompressorkomponenten sind jedoch
möglich und fallen in den Schutzumfang der vorliegenden
Erfindung.
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An der Kurbelwelle 18 im Zylinderblock 16 sind
Kurbelwellenzapfen 26 bzw. 27 befestigt, an denen jeweils
Pleuelstangen 28 und 29 angreifen, die ihrerseits an Kolben
30 und 31 in den entsprechenden Zylindern 32 und 33
angreifen. Das untere Ende 36 von Kurbelwelle 18 ist radial
von einer Buchse 38 im Außenlager 40 umgeben, das im
Zylinderblock 16 mittels Lagerschrauben 42 befestigt ist.
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Eine Ventilplatte 44 ist am Ende der Zylinder 32 und 33
vorgesehen und trägt die nicht-gezeigten Ansaug- und
Auslaßventile zu und von den Zylindern. Ventilplatte 44
weist eine Saugöffnung 46 auf (Figur 2), die mit einem
Zylinderblockkanal 48 im Bereich des Stators 22 von Motor
20 kommuniziert. Ventilplatte 44 weist ferner
Zylindersaugöffnungen 43 und 45 auf, die jeweils mit den
Zylindern 32 und 33 kommunizieren. Zylinderblockkanal 48
kommuniziert mit der Stator-Rotor-Ausnehmung 50 und dem
Stator-Rotor-Spalt 52, um einen kontinuierlichen Saugweg
durch den Stator-Rotor-Spalt 52 zu schaffen, eine Kühlung
des Motors 20 zu bewirken und eine zusätzliche Saugquelle
zu bilden. Ein Zylinderkopf 54 ist über Ventilplatte 44
montiert, getrennt durch eine Dichtung 56. Gemäß der
Erfindung ist ein einteiliger Saugadapter 58 (später im
einzelnen zu beschreiben) am Zylinderkopf 54 angeordnet und
mittels eines Sauganschlusses 62 an Saugdämpfer 60
angeschlossen.
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Wie man am besten aus den Figuren 3 und 4 erkennt, sind dem
Zylinderkopf 54 Abgabeausnehmungen 64 und 65 angeformt, die
mit Abgabeöffnung 66, Abgabedämpfer 67, Abgabeleitung 68
und Auslaß 69 kommunizieren (siehe Fig. 1). Ein
Druckablaßventil 70 befindet sich ebenfalls mit den
Abgabeausnehmungen 64 und 65 in leitender Verbindung, für
den Fall, daß übermäßiger Druck im Zylinderkopf 54 eine
Entlüftung erfordert. Dem Zylinderkopf 54 sind weiterhin
Zylindersaugöffnungen 72 und 73 angeformt, ferner eine
Rotor-Stator-Durchflußsaugöffnung 74, die von den
Hochdruckabgabeausnehmungen 64 und 65 durch zylindrische
Zylinderkopfwände 76, 77 bzw. 78 getrennt sind. Über den
Zylindern 32 und 33 sind Zylindersaugöffnungen 72 bzw. 73
angeordnet, während die Rotor-Stator-Durchflußsaugöffnung
74 über Zylinderblockkanal 48 angeordnet ist, um den
Eintritt von Sauggas, das durch Motor 20 hindurchströmt, zu
ermöglichen. Den Zylinderkopfwänden 76, 77 und 78 sind
Zylindersaugöffnungen 72 und 73 bzw. die Rotor-Stator-
Saugöffnung 74 angeformt, mit entsprechenden kreisförmigen
Nuten 80, 81 und 82, gestaltet zum Aufnehmen von O-Ringen
84, 85 und 86 aus kälte- und ölbeständigem Material, wie
Polytetrafluoräthylen, obwohl andere bekannte Materialien
verwendet werden können. Der Zylinderkopf 54 beinhaltet
ferner Schraubenbohrungen 88, in welchen Bohrungen 89 (in
Fig. 1 gezeigt) aufgenommen werden, um den Zylinderkopf 54
am Zylinderblock 16 zu befestigen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung und unter zusätzlicher
Bezugnahme auf die Figuren 5 und 6 ist der einteilige
Saugadapter 58 gemäß der Erfindung gezeigt. Der einteilige
Saugadapter 58 besteht aus Plastik von thermisch geringer
Leitfähigkeit, wie Nylon oder Valox , obwohl auch andere
Kunststoffe oder Materialien geringer thermischer
Leitfähigkeit verwendet werden können, um den Übergang von
Wärme zum Einlaß-Kältegas von den Kompressorteilen und
Wänden des Gehäuses zu verringern. Der einteilige
Saugadapter 58 beinhaltet einen Sauganschluß 62, der mit
einer hülsenförmigen Leitung 90, die ein Saugplenum bildet,
einteilig ist. In Längsrichtung von Leitung 90 ganz nahe
bei Sauganschluß 62 befindet sich eine Rotor-Stator-
Saugöffnung 92, definiert durch eine kreisförmige,
vorspringende Wand 94, sich radial von Leitung 90
erstreckend, um von der Rotor-Stator-Saugöffnung 74 des
Zylinderkopfes 54 aufgenommen zu werden. In gleicher Weise
sind entlang der Länge von Leitung 90 zwei
Zylindereinlaßöffnungen 96 und 97 vorgesehen, definiert
durch Stutzen 98 und 99, die sich radial von Leitung 90 aus
erstrecken und derart gestaltet sind, daß jeweils durch die
Zylindersaugöffnungen 72 und 73 von Zylinderkopf 54
aufgenommen werden. Man beachte jedoch, daß der einteilige
Saugadapter 58 dahingehend abgewandelt werden kann, daß er
einen Ein-Zylinder-Kompressor aufnimmt, indem er nur eine
einzige Zylindereinlaßöffnung hat, die von einem Stutzen
gebildet ist.
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Wie man am besten aus Fig. 3 erkennt, ist der einteilige
Saugadapter 58 an den Zylinderkopf 54 durch Einpassen der
radial sich erstreckenden Öffnungen 92, 96 und 97, die sich
am besten im wesentlichen bis zur Fläche 49 der
Ventilplatte 44 erstrecken (jedoch nicht anschlagen),
jeweils in die Rotor-Stator-Saugöffnung 74 und die
Zylindereinlaßföffnungen 96 und 97, an Ort und Stelle durch
O-Ringe 86, 84 und 85 gehalten. Aufgrund der Elastizität
der O-Ringe läßt sich der einteilige Saugadapter 58 leicht
in einer Ebene senkrecht zu den Achsen der Zylinder 32 und
33 nach allen Seiten verschieben. Diese Verbindungsart
erleichtert auch die Montage, da der einteilige Saugadapter
58 in die Zylinderkopföffnungen geschoben werden kann.
Zusätzlich zu der Haltefunktion der O-Ringe läßt sich der
einteilige Saugadapter 58 über den Zylinderkopf
hinwegstreifen. Die O-Ringe wirken auch als Dämpfelemente,
die der Übertragung von Schall und Vibrationen vom
Zylinderkopf 54 zu der dünneren Wand des einteiligen
Saugadapters 58 entgegenwirken. Die O-Ringe arbeiten
außerdem als Dichtelemente, die das Innere der Rotor-
Stator-Saugöffnung und die Zylindereinlaßöffnungen von der
inneren Kompressorausnehmung 14 ausnehmen.
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Während des Betriebes des Kompressors 10 tritt Kältemittel
durch Einlaßleitung 100 in Gehäuse 12 ein. Da Einlaßleitung
100 in die innere Ausnehmung 14 von Gehäuse 12 mündet, ist
Kompressor 10 gemäß der Figuren 1 und 2 ein geringer
Rückdruckkompressor, der bei Saugdruck arbeitet. Die
Richtung des Kältemittelstromes ist durch Pfeile
angedeutet. Der Hauptteil des Einlaßkältemittelgases wird
in den Saugdämpfer 60 und in Plenumleitung 90 eingesaugt,
die mit Zylindereinlaßöffnungen 96 und 97 in leitender
Verbindung stehen, die jeweils angeordnet sind über den
Zylindern 32 und 33 und mit diesen in leitender Verbindung
stehen. Da sich ferner der einteilige Saugadapter mit dem
Zylinderblockkanal 48 über die Saugöffnung 46 in
Ventilplatte 44 und Rotor-Stator-Saugöffnung 72 des
integralen Saugadapters 58 in leitender Verbindung
befindet, wird ein Teil des Kältegases durch den Stator-
Rotor-Spalt 52 in die Stator-Rotor-Ausnehmung eingezogen,
um die notwendige Kühlung des Motors 20 zu bewirken, was
ferner eine kontinuierliche Strömung von Kältegas in die
Plenumleitung 90 des einteiligen Saugadapters 58 bewirkt.