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Die Erfindung bezieht sich auf einen Spiralverdichter nach dem
Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein Spiralverdichter dieser Bauart ist aus der DE-A-39 11 882
bekannt, in der eine Feder vorgesehen ist, um einen Ansatz, der
mit einer Aussparung in Eingriff steht, derart vorzuspannen, daß
die Spiralwand des beweglichen Spiralteils mit der Spiralwand des
stationären Spiralteils in Berührung ist.
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EP-A-0 457 603 offenbart eine spiralartige Fluidverdränger-
Vorrichtung, in welcher ein elastisches Teil zwischen einem
Kurbelzapfen und einem Lager vorgesehen ist, um den Arbeitswinkel
bei einer Mitnehmerzapfenvorrichtung in Übereinstimmung mit der
Kompressions-Reaktions-Kraft zu ändern.
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GB-A-2 191 246 offenbart einen Spiralverdichter, in welchem eine
Feder vorgesehen ist, um das bewegliche Spiralteil derart
vorzuspannen, daß das bewegliche Spiralteil mit der Spiralwand
des stationären Spiralteils in Berührung gebracht wird, sowie im
Fall der zuerst genannten Ausführungsform nach dem Stand der
Technik.
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Während des Kompressionsbetriebs werden die Spiralwände der
unbeweglichen und beweglichen Spiralteile miteinander bei einer
Vielzahl von unterteilten Stellen in Berührung gebracht. Folglich
verursacht jede Ungenauigkeit in der Form des unbeweglichen und
beweglichen Spiralteils an diesen Stellen von der gewünschten
Form, daß das Medium ausläuft, wodurch die Kompressionseffizienz
reduziert wird. Folglich sind einige Mittel notwendig, die oben
erwähnte Ungenauigkeit in Form der Spiralteile zu kompensieren,
wobei dadurch die erwünschte Kontaktlage zwischen den
Spiralabschnitten der unbeweglichen und beweglichen Spiralteile
aufrechterhalten wird.
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Folglich wird in der japanischen ungeprüften Patentpublikation
(Kokai) Nr. 2-176179 ein Aufbau vorgeschlagen, in dem der
Spiralverdichter eine Antriebswelle aufweist, die an einem Ende
Antriebsvorsprünge hat, die Antriebskraftübertragungsflächen
bilden, und er weist eine Buchse auf, die Aussparungen hat, die
Antriebskraft aufnehmende Flächen bilden. Diese
Antriebsvorsprünge und Aussparungen stehen miteinander derart in Eingriff,
daß die Antriebskraftübertragungsflächen und die
Antriebskraftaufnahmeflächen miteinander verschiebbar beweglich sind.
Desweiteren sind die Ebenen an den Antriebsvorsprüngen
hinsichtlich einer Linie, die durch die Achse der Buchse und der Welle
hindurchgeht, rückwärts in der Richtung der Rotation der Welle
geneigt.
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Folglich, wenn die Buchse eine Kompressions-Reaktions-Kraft von
dem beweglichen Spiralteil erhält, bewegt sich die Buchse entlang
der Ebenen an den Antriebsvorsprüngen, so daß der Radius der
Kreisbahnbewegung der beweglichen Spirale während des Betriebs
(Rotation) des Kompressors größer wird als während des
Stillstands (Stoppens) des Kompressors. Andersgesagt, während der
Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils wirkt eine
Kompressions-Reaktions-Kraft auf die Buchse, um einen zunehmenden
Radius der Kreisbahnbewegung zu erhalten, wobei dadurch erreicht
wird, daß die Spiralwandteile miteinander in Berührung stehen,
unabhängig von einem Vorhandensein von kleinen Ungenauigkeiten
in den Spiralprofilen der Teile.
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Bei dem Betrieb des Kompressors der oben erwähnten japanischen
ungeprüften Patentpublikation Nr. 2-176179 wird ein kleiner
Radius der Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils
erhalten, bis die Kompressions-Reaktions-Kraft angewachsen ist,
nach dem Beginn des Betriebs des Kompressors. Der kleine Wert des
Radius der Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils
ermöglicht, daß ein Raum zwischen den Spiralwänden der
unbeweglichen und beweglichen Spiralteile unabhängig von der
Tatsache, daß der Kompressor in Betrieb ist, vorgesehen wird.
Eine solche Erzeugung des Raums, die für eine geeignete Periode
fortgesetzt wird, kann die Schnelligkeit der Belastungszunahme
reduzieren, wenn der Kompressor in Betrieb genommen wird, wobei
dadurch sowohl Vibration als auch Erschütterung reduziert wird,
die auf andere Weise erzeugt wird, wenn der Kompressor
eingeschaltet wird.
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In einem Spiralverdichter wird gewöhnlich ein Ausgleichgewicht
vorgesehen, um die Zentrifugalkraft aufzuheben, die durch das
bewegliche Spiralteil erzeugt wird, das einer Kreisbahnbewegung
ausgesetzt ist. Jedoch ist es schwierig, ein Ausgleichgewicht
einer gewünschten Größe vorzusehen, das geeignet ist, die
Zentrifugalkraft völlig ins Gleichgewicht zu bringen, verursacht
durch die Tatsache, daß ein vorhandener Raum begrenzt ist. Als
Ergebnis verursacht eine restliche Zentrifugalkraft, die
außerhalb des Gleichgewichtsbereichs des Ausgleichgewichts liegt,
daß der Radius der Kreisbahnbewegung schnell zunimmt, nachdem der
Verdichter eingeschaltet wird, und eine effektive Unterdrückung
einer schnellen Zunahme der Belastung am Verdichter beim
Einschalten kann nicht erreicht werden.
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Desweiteren leidet der Verdichter nach dem Stand der Technik auch
an einem Problem, dadurch, daß der Verdichter versucht das
flüssige Kühlmittel zu komprimieren, wenn der Verdichter nach
einer verlängerten Zeitdauer des Stillstandes in Betrieb genommen
wird, verursacht durch die Tatsache, daß das Kühlmittel während
eines solchen verlängerten Stillstandes flüssig geworden ist. Die
oben erwähnte restliche Zentrifugalkraft bewirkt, daß der Radius
der Kreisbahnbewegung schnell zunimmt nach dem Einschalten des
Verdichters, was dazu führt, daß der Abstand zwischen den
Spiralwänden schnell verkleinert wird. Als Ergebnis hiervon wird
eine Kompression eines Kühlmittels, das in einem Flüssigzustand
ist, sehr schnell erzeugt, wobei dadurch ein abnormaler
zunehmender Druck erzeugt wird, und dadurch Lärm, Beschädigungen der
Spiralwände und ein Rückschlagventil erzeugt wird, sowohl als
auch ein Rutschen an den Reibungsflächen einer
elektromagnetischen
Kupplung.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen
Spiralverdichter vorzusehen, der geeignet ist, eine schnelle Zunahme in
der Belastung zu verhindern, wenn die Pumpe in Betrieb genommen
wird.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dies durch die Merkmale in
dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Gemäß der
vorliegenden Erfindung beginnt der Betrieb des Verdichters bzw.
Kompressors, wenn der Wert des Radius der Kreisbahnbewegung klein
ist, d.h., daß kein Kontakt zwischen den unbeweglichen und
beweglichen Spiralteilen zustande kommt. Als Ergebnis hiervon
tritt eine gewisse Verzugszeit ein, bevor ein normaler Zustand
erreicht wird, d.h., wenn der Wert des Radius der
Kreisbahnbewegung groß ist, und ein Kontakt zwischen einem unbeweglichen und
beweglichen Spiralteil eintritt. Verursacht durch einen solchen
Verzug kann eine schnelle Zunahme in der Belastung, die auf eine
andere Weise zustande kommen kann, verhindert werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER BEIGEFÜGTEN ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine Längsquerschnittansicht eines
Spiralkompressors gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 2 ist eine teilweise, auseinandergenommene
perspektivische Ansicht des Kompressors in Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie III-III
in Fig. 1, wenn der Kompressor in Betrieb ist.
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Fig. 4 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie IV-IV in
Fig. 1.
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Fig. 5-A ist ähnlich wie Fig. 3, aber der Kompressor ist in
Ruhestellung.
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Fig. 5-B ist eine vergrößerte Ansicht eines Teils von Fig. 5-A,
die eine Funktion der Zunahme des Radius einer
Kreisbahnbewegung nach dem Beginn des Kompressorbetriebs
darstellt.
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Fig. 6 ist ähnlich wie Fig. 4, zeigt aber den Kompressor in
Ruhestellung.
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Fig. 7 ist ein Graph, der eine Beziehung zwischen einer
Rotationsgeschwindigkeit und einer restlichen
Zentrifugalkraft darstellt.
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Fig. 8 ist eine Teilansicht eines Kompressors einer zweiten
Ausführungsform.
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Fig. 9 ist eine Teilansicht eines Kompressors in einer
dritten Ausführungsform.
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Fig. 10 ist eine Querschnittansicht entlang der Linie X-X in
Fig. 9.
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Fig. 11 ist eine Teilansicht eines Kompressors in einer
vierten Ausführungsform.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 7 erklärt. In Fig. 1 bezeichnet
1 ein Mittelgehäuse, hergestellt aus einem
Aluminiumlegierungsmaterial, das auch wie ein unbewegliches bzw. stationäres
Spiralteil dient. Ein vorderes Gehäuse 2 und ein hinteres Gehäuse
3, die auch aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind, sind
fest an dem Mittelgehäuse 1 mittels geeigneter Mittel, wie z.B.
Schrauben und Muttern (nicht gezeigt), verbunden. Das
Mittelgehäuse 1 und das vordere Gehäuse 2 weisen gegenüberliegende
Endflächen auf, wobei eine von ihnen eine ringförmige Nut bildet,
in die ein Dichtungsring 4 eingelegt ist, so daß die Gehäuse 1
und 2 zusammen an den gegenüberliegenden Flächen abgedichtet
sind. Ähnlich haben das Mittelgehäuse 1 und das hintere Gehäuse
3 gegenüberliegende Endflächen, wobei eine von ihnen eine
ringförmige Nut bildet, in die ein Dichtungsring 5 eingelegt ist,
so daß die Gehäuse 1 und 3 miteinander an den gegenüberliegenden
Flächen abgedichtet sind. Als Ergebnis hiervon wird eine
Auslaßkammer 3a für das Kühlmittelgas, das ausgetragen wird,
zwischen dem mittleren und hinteren Gehäuse 1 und 3 gebildet.
Eine Einlaßkammer 100 für das Gas, das komprimiert werden soll,
ist zwischen dem mittleren und vorderen Gehäuse 1 und 2 gebildet.
In der Auslaßkammer 3a ist ein Zungenventil angeordnet, das als
Auslaßventil 18 verwendet wird. Das Auslaßventil bzw.
Rückschlagventil 18 weist ein Ende auf, das zusammen mit einem
Stopper 19 an dem Gehäuse mittels einer Schraube 19-1 angebracht
ist. Das Auslaßventil 18 ist angeordnet, um normalerweise eine
Auslaßöffnung 1c zu schließen, die in dem Grundplattenteil 1a des
Mittelgehäuses 1 ausgebildet ist.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, bezeichnet 6 eine Antriebswelle, die einen
Wellenabschnitt 6-1 und einen mit einem größeren Durchmesser
versehenen Abschnitt 6-2 aufweist. Das vordere Gehäuse 2 ist mit
einem tassenförmigen Abschnitt 2-1 ausgebildet, in den der mit
einem größeren Durchmesser versehene Abschnitt 6-2 der Drehwelle
6 über eine Lagereinheit 7 drehbar gelagert ist, die innerhalb
des tassenförmigen Abschnitts 2-1 untergebracht ist. Das vordere
Gehäuse 2 ist auch mit einem vorstehenden Abschnitt 2-2 versehen,
der sich von dem tassenförmigen Abschnitt 2-1 nach außen
erstreckt. Der Wellenabschnitt 6-1 erstreckt sich durch den
vorstehenden Abschnitt 2-2. Ein Wellendichtungsteil 8 ist
zwischen dem Wellenabschnitt 6-1 der Antriebswelle 6 und dem
vorstehenden Abschnitt 2-2 des vorderen Gehäuses 2 angeordnet.
Der Wellenabschnitt 6-1 steht aus dem vorstehenden Abschnitt 2-2
hervor, so daß er mit einer Kupplungsvorrichtung (nicht gezeigt)
verbunden wird, um die mechanische Verbindung einer Drehbewegung
von einer Drehquelle zu steuern, wie z.B. einer Kurbelwelle einer
Verbrennungskraftmaschine, zu der Kompressorwelle 6.
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Die Drehwelle 6 weist an dem von dem Wellenabschnitt 6-1 entfernt
liegenden Ende einen Antriebsvorsprung bzw. -zapfen 6a auf, der
bezüglich der Achse der Welle 6 exzentrisch ist. Wie in Fig. 2
gezeigt, wird der Zapfen 6a von einer am Umfang verlaufenden,
unterteilten Kraftübertragungsfläche 6a&sub1; und einer
steigungsbegrenzenden Fläche 6a&sub2; gebildet, die sich parallel zu der Achse
der Welle 6 erstreckt, und wird von radial unterteilten
bogenförmigen Flächen 6a und 6a gebildet, die die Flächen 6a und 6a
miteinander verbinden.
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10 bezeichnet eine Buchse bzw. Lagerbuchse mit einer im
wesentlichen zylindrischen Form, die von dem Antriebszapfen 6a der
Antriebswelle 6 getragen wird. Ein Ausgleichsgewicht 9 ist
bezüglich der Lagerbuchse 10 in einem Stück ausgebildet. Ein
bewegliches Spiralteil 11 ist drehbar an der Lagerbuchse 10 über
eine Lagereinheit 12 gelagert, wie in Fig. 1 gezeigt. Wie in Fig.
2 gezeigt, bestimmt die Lagerbuchse 10 eine am Umfang verlaufende
Nut 10-1, die an dem Gewichtteil 9 radial nach innen verläuft,
um den Lagereinsatz 12 aufzunehmen, während, wie in Fig. 1
gezeigt, das bewegliche Spiralteil 11 einen mittigen
ringförmigen, vorstehenden Abschnitt 11-1 aufweist, der auch den
Lagereinsatz aufnehmen kann.
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Wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt, weist die Buchse 10 eine Mitte
C&sub1; oder C&sub1;&sub1; auf die von der Mitte C&sub0; der Welle 6 radial
beabstandetist, wobei sie das bewegliche Spiralteil 11 an der
Buchse 10 dazu veranlaßt, eine Kreisbahnbewegung um die Achse der
Antriebswelle 6 auszuführen, wenn eine Drehbewegung auf die
Antriebswelle 6 aufgebracht wird.
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Das stationäre Spiralteil 1 hat einen Spiralabschnitt 1b, während
das bewegliche Spiralteil 11 einen Spiralabschnitt 11b aufweist.
Die Anordnung des stationären und beweglichen Spiralteils ist
einerseits so gestaltet, daß der Spiralabschnitt 1b des
stationären Spiralteils 1 axial mit einer Grundplatte 11a des beweglichen
Spiralteils 11 in Berührung steht, und andererseits der
Spiralabschnitt 11b des beweglichen Spiralteils 11 axial mit einer
Grundplatte 1a des stationären Spiralteils 1 in Berührung steht,
und daß der Spiralabschnitt 1b des stationären Spiralteils 1 und
des Spiralabschnitts 11b des beweglichen Spiralteils 11
miteinander an beabstandeten Stellen, wie in Fig. 4 gezeigt, radial in
Berührung stehen. Als Ergebnis dieser Anordnung werden zwischen
den Spiralgrundplatten 1a und 11a und den Spiralwandabschnitten
1b und 11b radial beabstandete, voneinander abgeschlossene
Kammern S gebildet. Desweiteren führt die Kreisbahnbewegung des
beweglichen Spiralteils 11 durch die Drehung der Antriebswelle
6 dazu, daß die abgeschlossenen Kammern S radial nach innen
bewegt werden. Während der Radialbewegung der abgeschlossenen
Kammern S findet die Kompression des Fluids statt. Es wird
nämlich eine Einlaßkammer 100, die mit einer Kühlmittelquelle
verbunden ist, zu einer Kammer S geöffnet, wenn sie an der
äußersten Stellung liegt, was dazu führt, daß das Fluid in die
Kammer S eingeführt wird. Die radial nach innen gerichtete
Verschiebung der abgeschlossenen Kammer S bewirkt, daß das Fluid
komprimiert wird. Eine Auslaßöffnung 1c, die mit einem
Aufnahmeteil (nicht gezeigt) wie einem Kühler in einem
Kühlmittelkreislauf verbunden ist, wird schließlich zu der abgeschlossenen
Kammer geöffnet, wenn sie an der innersten Stellung liegt, was
dazu führt, daß das Fluid über die Öffnung 1c und die
Auslaßkammer 3a zu dem Aufnahmeteil verschoben wird.
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Das Ausgleichgewicht 9 ist so ausgelegt, daß eine
Zentrifugalkraft, die von dem Ausgleichsgewicht 9 erzeugt wird, etwas
kleiner ist als die Zentrifugalkraft, die von dem beweglichen
Spiralteil 11 erzeugt wird, so daß das Ausgleichsgewicht 9
teilweise die Zentrifugalkraft des beweglichen Spiralteils 11,
die von der Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils 11
erzeugt wurde, aufhebt.
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Wie in Fig. 2 gezeigt, bildet die Buchse 10 eine sich axial
erstreckende Aussparung 10a, in der der vorstehende Abschnitt 6a
der Antriebswelle 6 eingesetzt ist. Wie in Fig. 3 gezeigt,
bestimmt die Aussparung 10a, die die Antriebskraft aufnimmt, eine
Antriebskraft aufnehmende Fläche 10a und eine Neigung
begrenzende
Fläche 10a&sub2;, die in Umfangsrichtung parallel beabstandet
sind, und sich parallel zu der Achse der Antriebswelle 6
erstrecken, sowie radial beabstandete bogenförmige Flächen 10a&sub3;
und 10a&sub4;, die sich parallel zu der Achse der Antriebswelle 6
erstrecken. Der Abstand zwischen der Antriebskraft aufnehmenden
Fläche 10a&sub1; und der Neigung begrenzenden Fläche 10a&sub3; der
Aussparung 10a ist ein wenig größer als der Abstand zwischen der
Antriebskraft aufnehmenden Fläche 6a&sub1; und der Neigung
begrenzenden Fläche 6a&sub2; des Antriebzapfens 6a, was dazu führt, daß der
Zapfen 6a in die Aussparung 10a eingesetzt werden kann.
Desweiteren, wie in Fig. 3 gezeigt, ist die radiale Länge der Aussparung
10a ausreichend größer als die radiale Länge des Antriebzapfens
6a, die genügt, um es dem Antriebszapfen 6a zu ermöglichen, sich
in der Aussparung 10a entlang der Kraftübertragungsfläche 6a&sub1; zu
bewegen. In anderen Worten kann die Buchse 10 in Bezug auf den
Antriebszapfen 6a entlang der Antriebskraftübertragungsfläche 6a&sub1;
bewegt werden.
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Die eine Neigung erzeugende Fläche 6a&sub1; des Antriebszapfens 6
wirkt so, daß die Buchse 10 an einer unkontrollierbaren
Schrägstellung gehindert wird. Jedoch kann anstatt der eine Neigung
erzwingenden Fläche 6a&sub1; jede gewünschte Form, wie z.B. eine
Bogenform, verwendet werden, solange es keine Form ist, die die
Buchse daran hindern kann, bewegt zu werden.
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Wie in Fig. 5-B gezeigt, unter Bezugnahme auf die Linie L, die
durch die Mitte C&sub1; der Buchse 10 und die Mitte C&sub0; der
Antriebswelle 6 hindurchgeht, ist die Antriebskraft übertragende Fläche
6a&sub1; bei einem Winkel θ in die Richtung geneigt, die entgegen der
Richtung der Drehung der Welle 6 ist, wie durch einen Pfeil R
gezeigt, wobei der Winkel in der beschriebenen Ausführungsform
um 30º beträgt.
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Ein Verschiebungsbereich der Buchse 10 ist kleiner als der Radius
r der Kreisbahnbewegung der Buchse 10. In Fig. 3 ist die Buchse
10 zwischen einer ersten extremen Stellung (Ruhestellung), wie
durch eine gestrichelte Linie Pr&sub0; gezeigt, und einer zweiten
extremen Stellung (Normalstellung) Pr, wie durch eine
durchgehende Linie gezeigt, zwangsgeführt. Die erzwungene Stellung Pr,
wie durch die durchgehende Linie gezeigt, wird durch einen
gegenseitigen Kontakt zwischen den Spiralwänden 1b und 11b
bestimmt, wie in Fig. 4 gezeigt, während die erzwungene Stellung
Pr&sub0;, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt, von einem
gegenseitigen Kontakt zwischen der begrenzenden Fläche 6a&sub3; des
Antriebszapfens 6a und der begrenzenden Fläche 10a&sub3; der
Antriebskraft erhaltenden Aussparung 10a bestimmt wird, wie in Fig. 1
gezeigt. In anderen Worten wird ein Radius r der
Kreisbahnbewegung des Spiralteils 11, wenn die Buchse 10 in der erzwungenen
Stellung Pr ist, wie durch die durchgehende Linie gezeigt, größer
als ein Radius r&sub0; der Kreisbahnbewegung des Spiralteils 11, wenn
die Buchse 10 in der erzwungenen Stellung Pr&sub0; ist, dargestellt
durch die gestrichelte Linie.
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Wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt, ist der Antriebszapfen 6a mit
einer federaufnehmenden Sacklochbohrung 6b ausgebildet, die
radial an einem Ende, das gegenüber der begrenzenden Fläche 6a&sub3;
liegt, geöffnet ist. Eine Schraubenfeder 20 wird in der Bohrung
6b gehalten, so daß eine Federkraft in radialer Richtung erzeugt
wird, die verursacht, daß die gegenüberliegenden Flächen 6a&sub3; und
10a&sub3; gegeneinander bewegt werden. In anderen Worten drückt die
Feder 20 die Buchse 10, so daß sie in die begrenzende Stellung
Pr&sub0; bewegt wird, um den Radius r der Kreisbahn-Bewegung des
beweglichen Spiralteils 11 zu reduzieren.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, bildet das vordere Gehäuse 2 an der
Endfläche des Gehäuses 1 eine druckaufnehmende Wand 2a. Zwischen
der Spiralgrundplatte 11a des beweglichen Spiralteils 11 und der
druckaufnehmenden Wand 2a des vorderen Gehäuses 2 sind ein
Drehring 13, hergestellt aus einer Aluminiumlegierung, und eine
reibungsmindernde Platte 14, hergestellt aus Stahl, angeordnet.
Der drehende Ring 13 ist mit einer Vielzahl von am Umfang
beabstandeten, axial angeordneten, gegenüberliegenden Paaren von
druckaufnehmenden hervorstehenden Abschnitten 13a und 13b
ausgebildet. In jedem der Paare ist nämlich der hervorstehende
Abschnitt 13a an einer Seite des Rings 13, der der Platte 14
zugekehrt ist, ausgebildet, während der hervorstehende Abschnitt
13b, der axial gegenüberliegend von dem Abschnitt 13a liegt, an
der anderen Seite des Rings 13 ausgebildet ist, der der
Hinterseite der Grundplatte 11a des beweglichen Spiralteils 11
zugekehrt ist. Ein Belag aus Nickel-Bor ist an der Hinterseite
der Grundplatte 11a des beweglichen Spiralteils 11 ausgebildet,
wobei er mit den druckaufnehmenden hervorstehenden Abschnitten
13b des sich drehenden Rings 13 in Berührung steht.
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Zu der Vielzahl von Paaren (mehr als drei Paare) der
gegenüberliegenden, druckaufnehmenden, hervorstehenden Abschnitte 13a und
13b sind selbstdrehende Stopstifte 15 drehbar derart eingesetzt,
daß die Stifte 15 sich aus den betreffenden Abschnitten 13a und
13b axial erstrecken. Die druckaufnehmende Wand 2a ist mit einer
Vielzahl von gleichwinkelig beabstandeten kreisförmigen
Ausnehmungen 2b ausgebildet, um die Enden der Stifte 15, die aus den
Abschnitten 13a des Rings 13 hervorstehen, aufzunehmen. Ahnlich
ist die Spiralgrundplatte 11a mit einer Vielzahl von
gleichwinkelig beabstandeten, kreisförmigen Ausnehmungen 11c ausgebildet,
um die Enden der Stifte 15, die aus den betreffenden Abschnitten
13b des Rings 13 hervorstehen, aufzunehmen. Die gleichwinkelig
beabstandeten, gegenüberliegenden Paare der Ausnehmung 2b und 11c
werden nämlich bei Winkelstellungen, die mit den betreffenden
Stiften 15 übereinstimmen, festgelegt, wie in Fig. 4 gezeigt.
Jedoch sind in jedem Paar die Aussparungen 2b und 11c diametral
beabstandet in Bezug auf den korrespondierenden Stift 15.
Schließlich sind abriebsmindernde Hülsen 16 und 17, hergestellt
aus Kupfermaterial, in die Aussparung 2b bzw. 11c eingesetzt.
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Die Drehung der Antriebswelle 6 bewirkt, daß das bewegliche
Spiralteil 11 einer Kreisbahnbewegung um die Achse C&sub0; der Welle
6 ausgesetzt wird. Als Ergebnis davon wird das Kühlmittelgas von
der Einlaßkammer 100 in eine abgeschlossene Kammer S zwischen den
Spiralteilen 1 und 11 eingeführt, wenn sie sich auf ihrer radial
äußeren Stellung befindet. Die Kreisbahnbewegung des beweglichen
Spiralteils 11 bewirkt, daß die abgeschlossene Kammer S radial
in Richtung auf die inneren Enden 1d und 11d der Spiralteile 1
und 11 bewegt wird, während das Volumen der Kammer S reduziert
wird. Schließlich wird die abgeschlossene Kammer S zu der
innersten Stellung bewegt, bei der die Kammer S zu der
Auslaßöffnung 1c geöffnet ist, die in der Grundplatte 1a des
Zentralgehäuses 1 ausgebildet ist. Der Gasdruck in der Kammer S, die
komprimiert ist, während das Volumen der Kammer reduziert ist,
bewirkt, daß das Auslaßventil 18 gegen die Federkraft des Ventils
18 verschoben wird, so daß das Gas in die Auslaßkammer 3a
hineingedrückt wird. Das Öffnungsmaß des Auslaßventils 18 wird
von dem Halter 19 begrenzt. Der Halter 19 verhindert nämlich, daß
das Auslaßventil 18 verbogen wird. Die Kompression des
Kühlmittelgases in der abgeschlossenen Kammer S bewirkt, daß eine
Reaktionskraft in der Spiralgrundplatte ha des Spiralteils 11
erzeugt wird, wobei die Kraft von der druckaufnehmenden Wand 2a
des vorderen Gehäuses 2 über die druckaufnehmenden Abschnitte 13b
und 13a des Rings 13 aufgenommen wird.
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Während der Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils 11
führen die eine Selbstdrehung verhindernden Stifte 15 eine
Kreisbahnbewegung um die Achse der Welle aus, während die Stifte
15 zwischen zugekehrten Abschnitten der inneren Umfangsflächen
der Hülsen 17 gehalten werden, die an der korrespondierenden
kreisförmigen Ausnehmung 11c des beweglichen Spiralteils 11
eingesetzt ist, und die Hülsen 16 an der korrespondierenden
kreisförmigen Ausnehmung 2b des vorderen Gehäuses 2 eingesetzt
sind. Als Ergebnis hiervon wird der sich drehende Ring 13
solcherart dazu veranlaßt, sich in einer Richtung zu bewegen, die
von der Mitte der Kreisbahnbewegung hinwegführt. Wenn der innere
Durchmesser den Hülsen 16 und 17 gleich D beträgt, und der
Durchmesser des eine Selbstdrehung verhindernden Stifts 15 d
beträgt, ist der Radius der Kreisbahnbewegung der Buchse 10
gleich D - d. Deshalb wird zwischen dem inneren Durchmesser D der
Buchse 10, dem Durchmesser d des Stifts 15 und dem Radius r der
Kreisbahnbewegung der Buchse 10, d.h., dem Radius der
Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils 11, ein Verhältnis erhalten,
das lautet D d + r. Dieses Verhältnis begrenzt den Radius der
Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils 11 auf r.
Anderslautend erzielt der Drehring 13 eine Kreisbahnbewegung bei einem
Radius der gleich der Hälfte des Radius r der Kreisbahnbewegung
des beweglichen Spiralteils 11 beträgt.
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Während des Betriebs wird der Drehring 13 dazu veranlaßt, sich
um seine eigene Achse zu drehen. Jedoch kann eine Anordnung von
mehr als drei eine Selbstdrehung verhindernder Stifte 15, die mit
den inneren Flächen der in dem Gehäuse 2 in der gleichwinkelig
beabstandeten Ausnehmung 2b angebrachten Hülsen 16 in Berührung
stehen, verhindern, daß sich der Drehring 13 um seine eigene
Achse dreht.
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Ähnlich wird das drehbare Spiralteil 11, das an der Buchse 10
drehbar gelagert ist, selbst dazu veranlaßt, sich um die Achse
der Buchse 10 zu drehen. Jedoch sind in den inneren
Umfangsflächen der Hülsen 17, die an dem drehbaren Spiralteil 11
angebracht sind, die gleichwinkelig beabstandeten vier eine
Selbstdrehung blockierenden Stifte 15 in Eingriff, die von dem
Drehring 13 getragen werden, der selbst daran gehindert wird,
sich um seine eigene Achse zu drehen. Als Ergebnis davon wird das
drehbare Spiralteil 11 daran gehindert, sich um die Achse der
Buchse 10 zu drehen.
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Fig. 5-A zeigt den Zustand, bei dem der Kompressor in seinem
Betrieb angehalten wird. In diesem angehaltenen Zustand des
Kompressors verursacht die Kraft der Feder 20, die den Radius der
Kreisbahnbewegung steuert, daß die Buchse 10 zu der begrenzenden
Stellung Pr&sub0; bewegt wird. Wenn die Buchse 10 in die Stellung Pr&sub0;
gebracht wird, wird die Mittelachse der Buchse 10 an einer
Stellung C&sub1;&sub1; plaziert, die von der Achse C&sub0; der drehenden Welle
6 durch einen Abstand r&sub0; beabstandet ist, so daß der Radius der
Kreisbahnbewegung der Buchse, d.h., der Radius der
Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils, gleich r&sub0; beträgt. Dieser
Radius r&sub0; der Kreisbahnbewegung ist kleiner als der Radius r der
Kreisbahnbewegung, die erhalten wird, wenn die
Spiralwandabschnitte 1b und 11b Seite an Seite in Berührung sind, wie in
Fig. 4 gezeigt. Fig. 6 zeigt ein Stellungsverhältnis zwischen den
Spiralwänden 1b und 11b, wenn der Radius der Kreisbahnbewegung
des beweglichen Spiralteils 11 r&sub0; beträgt. In dieser Stellung
beträgt der Radius der Kreisbahnbewegung des beweglichen
Spiralteils 11 r&sub0;, wobei keine Berührung zwischen den
Umfangsflächen der Spiralwandabschnitte 1b und 11b erzielt wird, und
dies wiederum ermöglicht den angrenzenden abgeschlossenen Kammern
S über Spalte Q zwischen den Abschnitten der Wände 1b und 11b in
Verbindung zu stehen. Die Größe des Spaltes Q ist im wesentlichen
gleich der verschiebbaren Distanz der Buchse 10.
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Wenn die Antriebswelle 6 sich zu drehen beginnt, wird eine
drehende Antriebskraft auf die Buchse 10 über die Antriebskraft
übertragende Fläche 6a&sub1; des Antriebszapfens 6 und der
Antriebskraft aufnehmenden Fläche 10a&sub1; der Buchse 10 übertragen, so daß
eine Kreisbahnbewegung des beweglichen Spiralteils 11 erhalten
wird. Der Beginn der Kreisbahnbewegung des beweglichen
Spiralteils 11 bewirkt, daß das Kühlmittelgas in den abgeschlossenen
Kammern S komprimiert wird. Die Kompression des Gases verursacht
eine Kompressions-Reaktions-Kraft, die im beweglichen Spiralteil
11 erzeugt wird, wobei dadurch eine Kompressions-Reaktions-Kraft
F, dargestellt durch einen Pfeil, an der Stelle der Mitte C der
Buchse 10 in Fig. 1 erzeugt wird. Diese Kompressions-Reaktions-
Kraft F wird von der Antriebskraft übertragenden Fläche 6a des
Antriebszapfens 6a aufgenommen, so daß eine zusammengesetzte
Kraft f (= F x sin θ), wie durch einen Pfeil dargestellt, auf die
Buchse 10 in eine Richtung aufgebracht wird, so daß die Buchse
10 von der begrenzenden Stellung Pr&sub0;, dargestellt durch eine
durchgezogene Linie, in Richtung auf die begrenzende Stellung Pr,
dargestellt durch eine gestrichelte Linie, bewegt wird.
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Es ist wünschenswert, daß das Gewicht 9 so dimensioniert ist, daß
die Zentrifugalkraft des beweglichen Spiralteils 11 komplett
ausgeglichen ist. Jedoch macht es eine Begrenzung auf eine
zulässige Kompressorgröße schwierig, daß das Ausgleichgewicht die
Zentrifugalkraft des beweglichen Spiralteils 11 völlig
ausgleichen kann. Es ist nämlich die Zentrifugalkraft des
ausgleichenden
Gewichts 9 kleiner als die Zentrifugalkraft des
beweglichen Spiralteils 11. Als Ergebnis davon verursacht ein
Anwachsen der Drehgeschwindigkeit der Welle nach dem Einschalten,
daß die Überschuß-Zentrifugalkraft des beweglichen Spiralteils
zunimmt. Eine kombinierte Kraft aus der
Überschuß-Zentrifugalkraft infolge der Zunahme der Drehgeschwindigkeit nach dem
Einschalten und aus der zusammengesetzten Kraft f der
Kompressions-Reaktions-Kraft kann die eingestellte Kraft der Feder
20, die den Radius der Kreisbahnbewegung einstellt, überwinden,
so daß die Buchse 10 in Richtung auf die begrenzende Stellung Pr
bewegt wird.
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Unter der Bedingung, zu der die Buchse 10 zu der begrenzenden
Stellung Pr bewegt wird, ist ein Radius der Kreisbahnbewegung des
Spiralteils gleich groß wie r. Andersgesagt bewirkt das
bewegliche Spiralteil eine Kreisbahnbewegung des Radius r, der
größer als der Radius r&sub0; ist, der während des Stillstands
erhalten wird, so daß die Seite des Spiralwandteils 11b mit der
Seite des Spiralteils 1b mit einer Kraft in Berührung gebracht
wird, die eine kombinierte Kraft ist, bestehend aus der
Zentrifugalkraft und der Komponentenkraft f minus der Federkraft der
Feder 20, die den Kreisbahnbewegungsradius einstellt. Als
Ergebnis hierzu wird eine erwünschte Kondition zwischen den
Seitenflächen der Spiralwände 1b und 11b erhalten, wie in Fig.
4 gezeigt, wobei dadurch ein gut schließender Zustand der Kammer
S erhalten wird.
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Fig. 7 ist ein Graph, der ein Verhältnis zwischen der
Drehgeschwindigkeit und der restlichen Zentrifugalkraft zeigt als eine
Charakteristik der Feder 20 für die Einstellung des Radius der
Kreisbahnbewegung. An der Abszisse sind α- und β-Werte der
Drehgeschwindigkeit in den gewöhnlichen Bereichen der
Drehgeschwindigkeiten. An der Ordinate ist K die Federkraft der Feder.
Es wächst nämlich in Übereinstimmung mit der Zunahme der
Drehgeschwindigkeit die restliche Zentrifugalkraft des
beweglichen Spiralteils 11 an, wobei dadurch die Kraft zunimmt, die
den Spiralwandabschnitt 11b mit dem Spiralwandabschnitt 1b in
Berührung bringt. Eine ideale Abstimmung der Federkraft der Feder
ist gegeben, wenn innerhalb des normalen Bereichs der
Drehgeschwindigkeiten von α bis β die Federkraft zur Aufhebung
der restlichen Zentrifugalkraft erzeugt wird, so daß die Kraft
erhalten wird, die den Spiralwandabschnitt 11b mit dem
Spiralbandabschnitt 1b in Berührung bringt. Eine solche Abstimmung der
Federkraft der Feder 20 verhindert, daß der Spiralwandabschnitt
11b sofort mit dem Spiralwandabschnitt 1b in Berührung kommt,
unabhängig von der restlichen Zentrifugalkraft des beweglichen
Spiralteils 11. Andersgesagt, wird für eine kurze Zeit nach dem
Einschalten des Kompressors eine Verbindung über die Spalte Q in
Fig. 6 zwischen den abgeschlossenen Kammern S, die aneinander
angrenzen, erhalten, wobei sie verhindern, daß die Kompressions-
Reaktions-Kraft schnell zunimmt. Als Ergebnis hiervon kann sowohl
ein schnelles Anwachsen der Belastung des Kompressors, als auch
Vibration und eine Erschütterung unterdrückt werden. Desweiteren
kann in einer Situation, bei der ein flussiges Kompressionsfluid
im Kompressor vorhanden ist, das Kühlmittel, das in einem
flüssigen Zustand ist, durch die Spalte Q zwischen den
Spiralwandabschnitten 1b und 11b auslaufen, wobei dadurch das Auftreten
von Problemen verhindert wird infolge einer abnormalen Zunahme
des Druckes sowie des Lärms, Beschädigung der
Spiralteile, Beschädigung des Auslaßventils oder Rutschen der
Kupplung
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Es sollte bemerkt werden, daß das oben genannte Problem der
schnellen Zunahme der Belastung sowie eine Vibration und
Erschütterung nur während einer kurzen Zeitdauer von 1 bis 2
Sekunden nach dem Einschalten des Kompressors erzeugt wird. Gemäß
der vorliegenden Erfindung können diese Probleme infolge der
Tatsache gelöst werden, daß der Radius der Kreisbahnbewegung von
einem kleinen Wert fortschreitend anwächst aufgrund der
Vorkehrung der Federkraft der Feder 20, wenn der Kompressor
gestartet wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannte
Ausführungsform begrenzt. Wie nämlich in Fig. 8 gezeigt, sind
eine Buchse 10A und ein Ausgleichgewicht 9A wie separate Teile
hergestellt. Eine Feder 20, die einen Radius der
Kreisbahnbewegung einstellt, ist zwischen dem Gewicht 9A und dem
Antriebszapfen 6a angeordnet. Die Buchse 10a und das Ausgleichgewicht 9a
als separate Teile sind miteinander mit Hilfe irgendeines
geeigneten Mittels verbunden, so daß die Buchse 10a in
Übereinstimmung mit der Zentrifugalkraft gegen die Kraft der Feder
radial bewegt werden kann, um eine Größe des Radius der
Kreisbahnbewegung zu variieren, ähnlich wie bei der ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser
Ausführungsform ist eine Anordnung möglich, bei der die Feder 20 zwischen
der Buchse 10A und dem Antriebszapfen 6A angeordnet ist.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen eine dritte Ausführungsform, in der die
sich drehende Welle 6 mit einer Aussparung 6c ausgebildet ist,
um eine Antriebskraft von der Welle 6 zu übertragen, während die
Buchse 10 mit einem Zapfen bd versehen ist, um die Kraft
aufzunehmen, und der in die Antriebskraft übertragende Aussparung
6c eingesetzt ist. Wie in Fig. 10 gezeigt, bildet die
Antriebskraft übertragende Aussparung 6c eine Antriebskraft übertragende
Fläche 6c&sub1;, die sich einerseits entlang der Rotationsachse
erstreckt und andererseits sich im wesentlichen radial erstreckt.
Der Antriebskraft aufnehmende Zapfen 10b bildet eine
Antriebskraft aufnehmende Fläche 10b&sub1;, die sich einerseits entlang der
Rotationsachse und andererseits im wesentlichen radial erstreckt.
Die Antriebskraft aufnehmende Fläche 10b ermöglicht der Buchse,
daß sie auf der Antriebskraft übertragenden Fläche 6c&sub1;
verschiebbar geführt wird. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform ist
in einer zu der Achse der Welle schräg verlaufenden Fläche die
Antriebskraft übertragende Fläche 6c&sub1; in Bezug auf die Linie L
schräg liegend, die die Mitte C&sub1; der Buchse 10 und die Mitte C&sub0;
der sich drehenden Welle 6 bei einem Winkel α in
entgegengesetzter Richtung zu der Drehrichtung der Welle 6 verbindet,
sowohl durch einen Pfeil R dargestellt, als auch in Fig. 5-A
unter Bezugnahme auf die erste Ausführungsform erklärt. Eine
Feder 20 zur Einstellung des Radius der Kreisbahnbewegung ist
zwischen der Antriebskraft übertragenden Aussparung 6c und dem
Antriebszapfen 10b angeordnet. Dies hat zur Folge, ähnlich wie
bei der ersten Ausführungsform, daß, wenn der Kompressor in
Betrieb genommen wird, eine fortschreitende Veränderung des
Radius der Kreisbahnbewegung durch einen Zustand verursacht wird,
bei dem der Radius einen kleinen Wert hat bis zu einem Zustand,
bei dem der Radius einen großen (normalen) Wert aufweist. Dies
hat zur Folge, wie in der ersten Ausführungsform, daß
Beeinträchtigungen, wie eine schnelle Zunahme in der Belastung, als
auch eine Kompression der Kühlmittelflüssigkeit verhindert
werden.
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Fig. 11 zeigt eine Modifikation der ersten Ausführungsform
Anstelle der Feder 20 ist eine federndes Teil 21, hergestellt aus
einem federnden Material, wie einem Gummi, zwischen dem
Antriebszapfen 6a angeordnet, wobei es sich ganz von dem Ende der
Antriebswelle 6 und der radialen inneren Fläche der Aussparung
10a der Buchse 10 erstreckt. Wenn der Kompressor still steht,
veranlaßt das federnde Teil 21 die Buchse, eine Stellung
einzunehmen, bei der ein kleiner Wert des Radius der
Kreisbahnbewegung erhalten wird.
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Wenn der Kompressor zu arbeiten beginnt, veranlaßt die
Zentrifugalkraft, daß sich die Buchse 10 nach und nach gegen die
Kraft des federnden Teils in eine normale Stellung bewegt, bei
der ein üblicher Wert des Radius der Kreisbahnbewegung erhalten
wird.
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In den dargestellten Ausführungsformen weist die Feder 20, als
ein Antriebsmittel dazu vorgesehen, die Buchse in eine Stellung
mit einem kleinen Radiuswert der Kreisbahnbewegung zu bringen,
eine lineare Charakteristik auf. Die Federmittel können auch so
beschaffen sein, daß sie eine nicht-lineare Charakteristik
aufweisen. Desweiteren kann die Antriebskraft der Feder in
Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit der Verschiebung
variieren.
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Während besondere Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die
beigefügten Zeichnungen erklärt wurden, können viele
Modifikationen und Veränderungen von Fachleuten bewerkstelligt werden, ohne
vom Umfang und Sinn der vorliegenden Erfindung abzuweichen.