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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spiralverdichter gemäß den Oberbegriffen
der Ansprüche
1 und 3.
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EP
A-652 371 offenbart einen solchen Spiralverdichter, in welchem eine
Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten
ersten Stiften, die auf einem beweglichen Spiralteil angebracht
sind, und eine Mehrzahl von umfangsmäßig beabstandeten Stiften, die
auf einem Gehäuse
angebracht sind, vorgesehen sind, um einen Mechanismus zum Verhindern,
dass sich das bewegliche Spiralelement um seine eigene Achse dreht,
zu bilden. Gemäß der Positionsanordnung
der Stifte dieses bekannten Spiralverdichters, sind die Stifte,
welche zur Verhinderung von Eigenrotation des beweglichen spiralförmigen Teils
wirken, bei maximalem Eigenrotationsmoment derart positioniert,
dass entweder der Hebel der Kraft erhöht oder die Anzahl der Paare
von Stiften erhöht
ist. Deshalb sind entweder zwei Wälzkreise der umfangsmäßig angeordneten
Stifte exzentrisch ausgeführt
oder die Abstände
der Stifte auf den jeweiligen Wälzkreisen geändert.
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Im
Allgemeinen enthält
ein Spiralverdichter ein Gehäuse,
in welchem ein stationäres
Spiralelement mit einer festen Basisplatte und einem Spiral- oder
Umhüllungselement,
das an einer Endoberfläche
der festen Basisplatte befestigt ist, und ein bewegliches Spiralelement
mit einer Basisplatte und einem Spiral- oder Umhüllungselement, das an einer Endoberfläche der
Basisplatte befestigt ist, eingefasst sind, derart, dass die Spiralelemente
der stationären
und beweglichen Spiralelemente gegenseitig ineinander eingreifen,
um Verdichtungskammem in der Form von Taschen zu begrenzen, die
sich von einem äußeren Abschnitt
der stationären
und beweglichen Spiralelemente zu dem Zentrum der beiden Elemente
bewegen. Wenn das bewegliche Spiralelement um das Zentrum des festen
Spiralelements orbitiert, werden die taschenartigen Verdichtungskammem
nämlich
allmählich
von dem äußeren Abschnitt der
eingreifenden Spiralelemente von sowohl dem stationären als
auch dem beweglichen Spiralelement zu dem Zentrum der beiden Elemente
verschoben, um so ein Fluid zu verdichten, welches typischerweise
ein Kättemittelgas
ist.
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Der
oben genannte Spiralverdichter ist üblicherweise mit einer Rotationsverhinderungseinrichtung
versehen, um zu verhindern, dass das bewegliche Spiralelement um
seine eigene Achse gedreht wird, und um zuzulassen, eine orbitierende
Bewegung um das Zentrum des stationären Spiralelements auszuführen. Eine
typische Rotationsverhinderungseinheit ist in der japanischen ungeprüften Patentanmeldungs-Veröffentlichung
(Kokai) Nr. 62-199983 offenbart, welche eine Mehrzahl von Stift- und
Ringzusammensetzungen enthält,
wobei jede mit einem ersten Stift, der fest an der Basisplatte des beweglichen
Spiralelements angefügt
ist, einem anderen zweiten Stift, der fest an einer inneren Wand des
Gehäuses
angebracht ist, welches der Basisplatte des beweglichen Spiralelements
gegenüberliegt, und
einem Ringelement, das um äußere Enden
der ersten und zweiten Stifte befestigt ist, versehen sind. Somit
drehen sich, wenn das bewegliche Spiralelement um die zentrale Achse
des stationären
Spiralelements orbitiert, die ersten Stifte der Stift- und Ringzusammensetzungen,
die an das bewegliche Spiralelement angefügt sind, um die zweiten Stifte,
die an das stationäre
Spiralelement angefügt
sind, unter der Kontrolle des Ringelements. Somit wird verhindert, dass
sich das bewegliche Spiralelement um seine eigene Achse dreht, und
ist es erlaubt, dass dieses um das Zentrum des stationären Spiralelements
orbitiert.
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Wenn
der Verdichter in Betrieb ist, um das Fluid, z. B. ein Kältemittelgas,
zu verdichten, wirkt eine Reaktionskraft auf das bewegliche Spiralelement.
Ein Teil der Reaktionskraft übt
ein Moment auf das bewegliche Element aus, welches dahingehend wirkt,
dass es dieses um seine eigene Achse dreht. Deshalb empfangen die
ersten und zweiten Stifte der Rotationsverhinderungseinrichtung,
die auf dem beweglichen Spiralelement und dem Gehäuse angebracht
sind, eine Reaktionskraft als eine Belastung von dem beweglichen
Spiralelement, welche proportional zu dem Ausmaß des Moments ist, welches
auf das bewegliche Spiralelement wirkt. Deshalb könnte beispielsweise
die Belastung konzentrisch auf eines der Paare von Stift- und Ringzusammensetzungen der Rotationsverhinderungseinrichtung
wirken, um dadurch ein Brechen der Stift- und Ringzusammensetzung
zu bewirken. Wenn jedoch die Durchmesser der Stifte der Rotationsverhinderungseinrichtung
vergrößert werden,
um so eine mechanische Festigkeit derselben zu erhöhen, wird
die Gesamtgröße des Spiralverdichters
groß.
Somit muss, um ein Brechen der Rotationsverhinderungseinrichtung
zu verhindern und gleichzeitig die Größe des Körpers des Verdichters zu reduzieren,
die Rotationsverhinderungseinrichtung, die mit der Mehrzahl von
Stift- und Ringzusammensetzungen versehen ist, derart angeordnet
werden, dass eine im Wesentlichen identische Belastung auf die jeweiligen
Stift- und Ringzusammensetzungen der Rotationsverhinderungseinrichtung
ausgeübt
wird.
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Bei
diesem Stadium ändert
sich gemäß einem
Experiment, welches durch die vorliegenden Erfinder ausgeführt wurde,
das auf das bewegliche Spiralelement ausgeübte und das, die Rotation des
beweglichen Spiralelements um seine eigene Achse, bewirkende Moment,
um einen einzelnen Spitzenwert, d. h. den Maximalwert desselben,
während
einer vollständigen
Rotation einer Antriebs- oder Kurbelwelle des Verdichters aufzuweisen,
wie in dem Graph von 6 gezeigt
ist. Zum Beispiel ist, wenn ein Spiralverdichter unter einem Zustand
betrieben wurde, derart, dass ein Saug- und ein Abgabedruck des
Fluids des Verdichters auf 3,92 × 10–3 Pa
(4,0 kgf/cm2) bzw. 2,94 × 10–2 Pa
(30 kgf/cm2) jeweils eingestellt wurden,
der Maximalwert des die Rotation des beweglichen Spiralelements
um seine eigene Achse bewirkenden Moments aufgetreten, wenn das Volumen
jeder der Mehrzahl von Verdichtungskammern auf 16% des ursprünglichen
Volumens derselben reduziert war, welches unmittelbar nach dem Ansaugen
des Fluids vorlag. Der Maximalwert des Moments tritt nämlich auf,
wenn das volumetrische Verhältnis
jeder der Verdichtungskammern 16% erreicht. Deshalb führten die
vorliegenden Erfinder des werteren Experimente durch, um zu ermitteln,
wie sich das eine Rotation des beweglichen Spiralelements bewirkende
Moment in Abhängigkeit
von einer Änderung der
Saug- und Abgabedrücke
des Verdichters ändert, und
ermittelten, dass im Allgemeinen der Maximalwert des Moments auftritt,
wenn das volumetrische Verhältnis
des Verdichters zwischen 10 und 22% ist.
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Wenn
sich das Moment zu dem Maximalwert desselben ändert, wird ebenfalls die Belastung,
die auf die Rotationsverhinderungseinrichtung ausgeübt wird,
maximal.
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Deshalb
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spiralverdichter
bereitzustellen, der mit einer Rotationsverhinderungseinrichtung
für ein
bewegliches Spiralelement versehen ist, welches eine Mehrzahl von
Stift- und Ringzusammensetzungen, wobei jedes ein Paar von Stiften
aufweist, die jeweils auf einem Verdichtergehäuse und dem Spiralelement angebracht
sind, und einen Ring darin aufweisen, und welches des weiteren eine
Anordnung enthält,
wobei eine im Wesentlichen identische Belastung gleichmäßig auf
jedes Paar von Stiften der Mehrzahl von Stift- und Ringzusammensetzungen wirkt.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 und
3 genannten Merkmale gelöst.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Spiralverdichter
zum Verdichten eines Fluids bereitgestellt, welcher umfasst:
eine
Gehäuseeinheit
zum Ausbilden eines äußeren Grundgerüsts des
Verdichters, welche mit einer Einlassöffnung zum Einleiten des Fluids
vor der Verdichtung in den Verdichter und einem Auslass zum Liefern
des Fluids nach der Verdichtung versehen ist;
eine Welle, die
drehbar in der Gehäuseeinheit
getragen ist und einen inneren Abschnitt aufweist, der einen Antriebsteil
des Verdichters ausbildet;
ein stationäres Spiralelement, das mit
einer stationären
Endplatte versehen ist, die an die Gehäuseeinheit zum Ausbilden eines
abgedichteten Hohlraums zwischen der Gehäuseeinheit und der stationären Endplatte
und mit einem stationären
spiralförmigem Teil,
das auf einem Ende der Endplatte ausgebildet und in dem abgedichteten
Hohlraum angeordnet ist;
ein bewegliches Spiralelement, das
mit einer beweglichen Endplatte mit einer inneren Endoberfläche versehen
ist, welche den abgedichteten Hohlraum bedeckt, und einer äußeren Oberfläche, die
der inneren Endoberfläche
gegenüberliegt,
auf welcher ein Flanschabschnitt operativ an dem Antriebsteil der
Welle angeschlossen ist, und einem beweglichen spirafförmigen Teil,
das auf der inneren Endoberfläche
der beweglichen Endplatte ausgebildet ist, wobei das bewegliche
spiralförmige
Teil beweglich in das stationäre
spiralförmige
Teil eingreift und eine Verdichtungskammer zwischen dem stationären und
dem beweglichen Spiralelement begrenzt, welches ein ursprüngliches
Volumen aufweist, welches zur Verdichtung des Fluids reduzierbar
ist; und
eine Rotationsverhinderungseinheit zur Verhinderung
von Rotation des beweglichen Spiralelements um seine eigene Achse
und zum Zulassen, dass das bewegliche Spiralelement eine orbitierende
Bewegung um eine gegebene Achse in Bezug auf die Drehung der Welle
implementiert, wobei die Rotationsverhinderungseinheit enthält:
eine
Mehrzahl von spiralseitigen Stiften, die in der äußeren Endoberfläche der
beweglichen Endplatte angebracht sind, um aus der äußeren Endoberfläche herauszuragen,
und jeweils eine zylindrische Oberfläche desselben aufweisen;
eine
Mehrzahl von gehäuseseitigen
Stiften, die in der Gehäuseeinheit
angebracht sind, um zu der Mehrzahl von spiralseitigen Stiften zu
ragen und die jeweils eine zylindrische Oberfläche derselben aufweisen, wobei
die Mehrzahl von gehäuseseitigen
Stiften und spiralseitigen Stiften eine Mehrzahl von Paaren zusammenarbeitender
Spiral- und gehäuseseitiger Stifte
bilden; und
eine Mehrzahl von Ringelementen, wobei jedes der Ringelemente
angeordnet ist, um mit jedem der Mehrzahl von Paaren zusammenarbeitender
spiral- und gehäuseseitiger
Stifte derart im Eingriff zu stehen, dass eine innere Wand des Ringelements
in Kontakt mit den zusammenarbeitenden spiral- und gehäuseseitigen
Stiften ist, um dadurch Rotation des beweglichen Spiralelements
zu verhindern.
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Der
Spiralverdichter ist dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Verdichtungskammer
ein reduziertes Volumen von 10 bis 22% des ursprünglichen Volumens der Verdichtungskammer
unmittelbar nach der Beendigung des Saugens des Fluids vor der Verdichtung
aufweist, zumindest zwei der Mehrzahl von spiralseitigen Stiften
(A und B) der Rotationsverhinderungseinheit derart angeordnet sind, dass
diese symmetrisch zueinander bezüglich
einer Linie L2 sind, welche durch ein Rotationszentrum
OR läuft,
um welches das bewegliche Spiralelement rotiert und welches senkrecht
zu einer anderen Linie L1 ist, welche durch
das Rotationszentrum OR läuft, um welches
das bewegliche Spiralelement rotiert, und durch ein Orbitierungszentrum
OR des beweglichen Spiralelements. Des weiteren
sind die oben genannten zwei der Mehrzahl von spiralseitigen Stiften
auf einer Führungsseite
zu den zusammenarbeitenden gehäuseseitigen
Stiften jeweils angeordnet, in einer Richtung, die einer Richtung
der Rotation des beweglichen Spiralelements um das Rotationszentrum
OR entspricht. Somit ist, wenn eine Belastung,
die durch ein maximales Moment, welches auf das bewegliche Spiralelement
während
des Betriebs des Verdichters auf gepaarte spiral- und gehäuseseitige
Stifte der Rotationsverhinderungseinheit wirkt, die Belastung gleichmäßig auf
jedes Paar von spiral- und gehäuseseitigen
Stiften ohne Auftreten von Konzentration der Belastung auf nur ein
Paar von spiral- und gehäuseseitigen
Stiften ausgeübt.
Somit kann verhindert werden, dass die Rotationsverhinderungseinheit
bricht.
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Vorzugsweise
umfasst die Rotationsverhinderungseinheit eine gerade Anzahl von
gepaarten zusammenarbeitenden spiralseitigen- und gehäuseseitigen
Stiften und eine entsprechende gerade Anzahl von Ringelementen,
die in einem Bereich angeordnet sind, der geeignet ist, zur Verhinderung
von Rotation des beweglichen Spiralelements bezüglich der Linie L1 beizutragen,
welche sich erstreckt, um durch sowohl das Rotationszentrum OR als auch durch das Orbitierungszentrum
OS des beweglichen Spiralelements zu laufen.
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Des
weiteren ist die Mehrzahl von spiralseitigen Stiften der Rotationsverhinderungseinheit äquiangulär auf einem
Kreis angeordnet, der ein Zentrum aufweist, das bei dem Rotationszentrum
OR des beweglichen Spiralelements befindlich
ist, und wobei die Mehrzahl von gehäuseseitigen Stiften der Rotationsverhinderungseinheit äquiangulär auf einem
anderen Kreis angeordnet sind, der ein Zentrum aufweist, das bei
dem Orbitierungszentrum OS des beweglichen
Spiralelements befindlich ist.
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Die
Rotationsverhinderungseinheit kann höchstens vier Paare von zusammenarbeitenden spiral-
und gehäuseseitigen
Stiften und höchstens vier Ringelemente
umfassen, die mit den vier Paaren von zusammenarbeitenden spiral- und gehäuseseitigen
Stiften im Eingriff stehen.
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Wenn
die Verdichtungskammer ein auf 10 bis 22% des ursprünglichen
Volumens der Verdichtungskammer unmittelbar nach der Vervollständigung
des Saugens des Fluids vor der Verdichtung aufweist, können die
zwei spiralseitigen Stifte mit jeweiligen Zentren derselben derart
angeordnet sein, dass die zwei Linien, die durch die jeweiligen
Zentren der zwei spiralseitigen Stifte und durch das Rotationszentrum
OR des beweglichen Spiralelements laufen,
und die Linie L2, welche durch das Rotationszentrum
OR des Spiralelements läuft und senkrecht zu der Linie
L1 ist, die durch sowohl das Rotationszentrum
OR und das Orbitierungszentrum OS des beweglichen Spiralelements läuft, zwei
symmetrische Winkel bezüglich
der Linie L2 begrenzen, wobei die symmetrischen
Winkel im Wesentlichen jeweils +45 Grad und –45 Grad betragen.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Spiralverdichter
zum Verdichten eines Fluids bereitgestellt, welcher umfasst:
eine
Gehäuseeinheit
zur Ausbildung eines äußeren Grundgerüsts des
Verdichters, die mit einer Einlassöffnung zum Einleiten des Fluids
vor der Verdichtung in den Verdichter und mit einem Auslass zum
Liefern des Fluids nach der Verdichtung versehen ist;
eine
Welle, die drehbar in dem Gehäuse
getragen ist und einen inneren Abschnitt davon aufweist, der einen
Antriebsteil des Verdichters bildet;
ein stationäres Spiralelement,
das eine stationäre Endplatte
enthält,
die an der Gehäuseeinheit
zur Bildung eines abgedichteten Hohlraums zwischen der Gehäuseeinheit
und der stationären
Endplatte befestigt ist, und ein stationäres spiralförmiges Teil, welches auf einem
Ende der Endplatte ausgebildet und in dem abgedichteten Hohlraum
angeordnet ist;
ein bewegliches Spiralelement, das eine bewegliche Endplatte
mit einer inneren Endfläche,
welche den abgedichteten Hohlraum bedeckt, und eine äußere Endfläche gegenüber der
inneren Endfläche
aufweist, auf welcher ein Flanschabschnitt operativ an den Antriebsteil
der Welle angeschlossen ist, und ein bewegliches spiralförmiges Teil
enthält,
das auf der inneren Endfläche
der beweglichen Endplatte ausgebildet ist, wobei das bewegliche
spiralförmige
Teil beweglich mit dem stationären
spiralförmigen
Teil im Eingriff steht, und dass eine Verdichtungskammer zwischen
dem stationären
und dem beweglichen Spiralelement begrenzt, welche ein ursprüngliches
Volumen aufweist, welches zur Verdichtung des Fluids reduzierbar
ist; und
eine Rotationsverhinderungseinheit zur Verhinderung
von Rotation des beweglichen Spiralelements um seine eigene Achse
und zum Ermöglichen,
dass das bewegliche Spiralelement eine orbitierende Bewegung um
eine gegebene Achse in Bezug auf Rotation der Welle implementiert,
wobei die Rotationsverhinderungseinheit enthält:
eine Mehrzahl von
spiralseitigen Stiften, die in der äußeren Endoberfläche der
beweglichen Endplatte so angeordnet sind, dass diese aus der äußeren Endoberfläche herausragen,
und jeweils eine zylindrische Fläche
derselben aufweisen; und
eine Mehrzahl von gehäuseseitigen
Stiften, die in der Gehäuseeinheit
angebracht sind, um zu der Mehrzahl von spiralseitigen Stiften zu
ragen und jeweils eine zylindrische Oberfläche derselben aufweisen, wobei
die Mehrzahl von gehäuseseitigen
Stiften und der spiralseitigen Stifte derart angeordnet sind, dass die
zylindrischen Oberflächen
der Mehrzahl von spiralseitigen Stiften und die Mehrzahl von gehäuseseitigen
Stiften in ständigem
Kontakt miteinander stehen, um dadurch Rotation des beweglichen
Spiralelements während
des Betriebs des Verdichters zu verhindern.
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Der
oben beschriebene Spiralverdichter ist dadurch gekennzeichnet, dass,
wenn die Verdichtungskammer ein auf 10 bis 22% des ursprünglichen Volumens
der Verdichtungskammer unmittelbar nach der Beendigung des Saugens
von Fluid vor der Verdichtung aufweist, zumindest zwei der Mehrzahl
von spiralseitigen Stiften der Rotationsverhinderungseinheit derart
angeordnet sind, dass diese miteinander symmetrisch bezüglich einer
Linie L2 sind, welche durch ein Rotationszentrum
OR läuft,
um welches das bewegliche Spiralelement rotiert und senkrecht zu
einer anderen Linie L1 ist, welche durch
das Rotationszentrum OR, um welches das
bewegliche Spiralelement rotiert, und durch ein Orbitierungszentrum
OS des beweglichen Spiralelements läuft.
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Die
gehäuseseitigen
Stifte, die mit den zwei spiralseitigen Stiften zusammenarbeiten,
sind auf einer Führungsseite
zu den zwei spiralseitigen Stiften jeweils angeordnet, in einer
Richtung, die einer Rotationsrichtung des beweglichen Spiralelements
um das Rotationszentrum OR entspricht. Somit
wird, wenn eine Belastung, die durch das auf das bewegliche Spiralelement
während
des Betriebs des Verdichters wirkende Maximalmoment, auf gepaarte
spiral- und gehäuseseitige
Stifte der Rotationsverhinderungseinheit wirkt, die Belastung gleichmäßig auf
jedes Paar von spiral- und gehäuseseitigen
Stiften ohne Auftreten von Konzentration der Belastung auf nur ein
Paar der spiral- und gehäuseseitigen
Stifte ausgeübt.
Somit kann verhindert werden, dass die Rotationsverhinderungseinheit
bricht.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorstehenden und weitere Gegenstände, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen derselben ersichtlich, wobei
auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommnen wird und wobei:
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1 eine Querschnittsansicht
eines Spiralverdichters ist, in welchem eine Rotationsverhinderungseinheit
gemäß einer
ersten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung eingebaut werden kann;
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2 eine teilweise Querschnittsansicht
eines Kurbelabschnitts des Verdichters von 1 ist;
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3 eine vergrößerte Querschnittsansicht der
Rotationsverhinderungseinrichtung ist, welche eine Anordnung der
Stifte darstellt, die auf dem beweglichen Spiralelement angebracht
sind, der Stifte, die auf dem Verdichtergehäuse angebracht sind, und der
Ringelemente, die in das Paar von Stiften eingreifen;
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4 eine schematische Ansicht
eines Paars der Stifte und des zugehörigen Rings der Rotationsverhinderungseinheit
der Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung ist, und stellt dar, wie eine Belastung auf
die jeweiligen Stifte und den Ring einwirkt;
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5 ist eine zu 3 ähnliche Ansicht, aber stellt
eine Anordnung der Stifte dar, die auf dem beweglichen Spiralelement
angebracht sind, der Stifte, die auf dem Verdichtergehäuse angebracht
sind, und der Ringelemente, die in das Paar von Stiften der Rotationsverhinderungseinrichtung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eingreifen; und
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6 ist ein Graph, der ein
Verhältnis
zwischen dem Moment zum Bewirken einer Rotation des beweglichen
Spiralelements um seine eigene Achse und dem Rotationswinkel einer
Antriebswelle eines Spiralverdichters anzeigt, und ebenfalls ein
Verhältnis
zwischen dem Druckzustand in den Verdichtungskammern und dem Rotationswinkel
derselben Antriebswelle anzeigt.
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BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Erste Ausführungsform
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1 stellt einen allgemeinen
Aufbau eines Spiral-Fluidverdichters 1 dar, der ein stationäres Spiralelement
und ein bewegliches Spiralelement enthält. Der Verdichter 1 hat
ein vorderes Gehäuse 2 mit einem
zentralen Abschnitt desselben, in welchem ein Antireibungslager 4 angebracht
ist, um eine Kurbel- oder Antriebswelle 3 zu tragen. Die
Kurbelwelle 3 weist einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser
auf, der sich nach außen
zu einer zentralen Öffnung
des vorderen Gehäuses 2 erstreckt,
einen Abschnitt 3a mit großem Durchmesser, der zu dem
Abschnitt kleinen Durchmessers konzentrisch und mit diesem einstückig und
in der inneren Lauffläche
des Lagers 4 befestigt ist, und einen Antriebskeil 5a auf,
der mit dem Abschnitt 3a großen Durchmessers einstückig und
so angeordnet ist, dass dieser zu der zentralen Achse des Abschnitts 3a großen Durchmessers
der Kurbelwelle 3 exzentrisch ist. Ein bewegliches Spiralelement 6 mit
einem spiralförmigen
Teil 6a, der sich um eine gegebene Achse spiralförmig erstreckt,
ist in einem axialen inneren Endabschnitt des vorderen Gehäuses 2 angebracht.
Das bewegliche Spiralelement 6 weist auch eine bewegliche
Endplatte 6b mit einer inneren Endoberfläche, die
entfernt von dem Antriebskeil 5a ist und die gegenüberliegende äußere Endoberfläche auf,
die nahe bei dem Abschnitt 5a großen Durchmessers angeordnet
ist. Das spiralförmige
Teil 6a ist integral an der inneren Endoberfläche der
Endplatte 6b befestigt. Das bewegliche Spiralelement 6 weist
des weiteren einen Vorsprungsabschnitt 6c auf, der an einem
zentralen Abschnitt der äußeren Endfläche der
Endplatte 6b befestigt ist. Der Vorsprungsabschnitt 6c des
beweglichen Spiralelements 6 weist ein Lager 7 auf,
das in einem zentralen Bohrungsabschnitt, der darin ausgebildet
ist, angebracht ist, und eine Buchse 8 aufweist, welche
eine innere Lauffläche
desselben ausbildet. Die Buchse 8 weist eine Keilnut 8a auf,
in welcher der Antriebskeil 5a der Kurbelwelle 3 fest
verkeilt ist. Die Keilnut 8a des Antriebskeils 5a weist
im Wesentlichen rechteckige Querschnitte auf, wie am besten in 2 zu sehen ist. Bei diesem
Stadium ist im Querschnitt der Keilnut 8a und des Antriebskeils 5a,
wie in 2 gezeigt ist,
die Längslänge der
rechteckig geformten Keilnut 8a der Buchse 8 größer als
die des rechteckig geformten Antriebskeils 5a der Kurbelwelle 3.
Somit ist der Antriebskeil 5a gleitend in der Keilwelle 8a der Buchse 8 in
einer Richtung beweglich, welche der Längsrichtung der Keilnut 8a entspricht.
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Es
ist zu bemerken, dass, wie in 2 gezeigt
ist, die Keilnut 8a der Buchse 8 und der Antriebskeil 5a der
Kurbelwelle 3 derart angeordnet sind, dass die gemeinsame
zentrale Linie der Keilnut 8a und des Antrebskeils 5a um
einen Winkel "w" von einer Achse
gedreht ist, entlang welcher eine Exzentrizität "ε" zwischen der Buchse 8 und
dem Abschnitt 3a großen
Durchmessers der Antriebswelle 3 auftritt. Die oben genannte
Verdrehung der zentralen Linie der Keilnut 8a und des Antriebskeils 5a ist
in einer Richtung gegeben, welche der Richtung "OB" entgegengesetzt
ist, in welcher das bewegliche Spiralelement 6 eine orbitierende
Bewegung ausführt.
Der Antriebskeil 5a, die Buchse 8, und die Keilnut 8a bilden einen
Kurbelabschnitt 5 zum Bewirken der orbitierenden Bewegung
des beweglichen Spiralelements 6 bezüglich eines später beschriebenen
stationären Spiralelements.
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Der
Spiralverdichter 1 enthält
ferner ein stationäres
Spiralelement 9, welches mit einem spiralförmigen Teil 9a und
einer stationären
Endplatte 9b versehen ist. Das stationäre Spiralelement 6 ist
an dem inneren Ende des vorderen Gehäuses 2 mittels Schraubbolzen
(nicht gezeigt in 1)
befestigt, um so einen inneren Hohlraum 10 zu begrenzen,
in welchem das bewegliche Spiralelement 6 die orbitierende
Bewegung bezüglich
des stationären
Spiralelements 9 um eine Rotationsachse der Kurbelwelle 3 ausführt.
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Die
stationäre
Endplatte 9b des stationären Spiralelements 9 ist
in der Mitte mit einer Abgabeöffnung 11 zum
Abgeben eines verdichteten Fluids aus Verdichtungskammern versehen,
welche durch die beweglichen und die stationären spiralförmigen Teile 6a und 9a begrenzt
werden.
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Die
Abgabeöffnung 11 ist
mit einem großen Hohlraum
kommunizierend verbunden, welcher durch das Ende des stationären Spiralelements 9 und
einem hinteren Gehäuse 12 begrenzt
ist. Der große
Hohlraum ist vorgesehen, um als Dämpfkammer zum Dämpfen der
Pulsationen in dem abgegebenen Fluid zu wirken, und entsprechend
wird diese als Dämpfkammer 13 bezeichnet.
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Ein
Rückschlagventil 14,
das aus einer Federstahlplatte hergestellt ist, ist in der Dämpfkammer 13 angeordnet,
um die Abgabeöffnung 11 auf
der Seite, die benachbart zu der Dämpfkammer 13 ist,
zu öffnen
und zu schließen.
Das Rückschlagventil 14 verhindert,
dass das abgegebene Fluid aus der Dämpfkammer 13 in die
Verdichtungskammern zurückströmt. Wie
in 1 klar gezeigt ist,
ist das Rückschlagventil 14 an
einer Endfläche
der stationären
Endplatte 9b angefügt,
wobei es die Dämpfkammer 13 bedeckt.
Das Rückschlagventil 14 ist
durch einen Ventilträger 15 gesichert,
der zur Begrenzung der Öffnungsbewegung
des Rückschlagventils 14 wirkt.
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Die
beweglichen spiralförmigen
Teile 6a des beweglichen Spiralelements 6 und
die stationären spiralförmigen Teile 9a des
stationären
Spiralelements 9 sind mit Dichtungsnuten versehen, die
in den vordersten Enden derselben ausgebildet sind, in welchen ein
Spitzendichtelement 16 befestigt ist, um so die Verdichtungskammern
hermetisch zu dichten, die zwischen sowohl den beweglichen als auch
den stationären
Spiralelementen 6 und 9 begrenzt sind. Das Spitzendichtelement 16 ist
aus synthetischem Harzmaterial hergestellt, typischerweise aus Polytetrafluorethylen.
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Die äußere Endoberfläche der
Endplatte 6b des beweglichen Spiralelements 6 ist
mit einer Mehrzahl von kreisförmigen
Bohrungen 18 versehen, die darin an einem äußeren Abschnitt
des Elements 6 ausgebildet sind, um pressgepasste zylindrische
Stifte 19 aufzunehmen, welche nachfolgend als spiralseitige
Stifte bezeichnet werden. In der beschriebenen Ausführungsform
sind vier kreisförmige
Löcher 18 angeordnet,
um vier zylindrische spiralseitige Stifte 19, wie in 3 gezeigt ist, aufzunehmen.
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Andererseits
ist das Ende des vorderen Gehäuses 2,
welches die Endplatte 6b des beweglichen Spiralelements 6 bedeckt,
mit einer Mehrzahl von kreisförmigen
Löchern 20 bei
Positionen versehen, die so angeordnet sind, dass diese nicht in
Ausrichtung, aber nahe bei den Löchern 18 des
beweglichen Spiralelements 6 sind. Somit sind in der beschriebenen
Ausführungsform
vier kreisförmige
Löcher 20 zur Aufnahme
zylindrischer Stifte 21, die darin pressgepasst sind. Die
zylindrischen Stifte 21 werden nachfolgend als gehäuseseitige
Stifte bezeichnet. Es sollte beachtet werden, dass einer der spiralseitigen
Stifte 19 und einer der gehäuseseitigen Stifte 21,
welche so angeordnet sind, dass diese nahe beieinander sind, ein
Paar von Rotationsverhinderungsstiften der Rotationsverhinderungseinrichtung
bilden. In der beschriebenen Ausführungsform von 3 sind nämlich vier Paare von Rotationsverhinderungsstiften äquiangulär in dem äußeren Abschnitt
der beweglichen Endplatte 6b und der Endfläche des
vorderen Gehäuses 2 angeordnet.
Die spiralseitigen Stifte 19 und die gehäuseseitigen
Stifte 21 sind aus verschleißbeständigem und mechanisch starkem
metallischen Material, beispielsweise einem hochkohlenstoffhaltigen
Chromlagerstahl hergestellt. Das Paar von spiralseitigen und gehäuseseitigen
Stiften 19 und 21 sind mit einem Ringelement 22 in
Eingriff, so dass die letzteren Stifte 19 und 21 durch
das letztere Ringelement 22 umschlossen ist. Das Ringelement 22 ist
aus einem verschleißresistenten
und mechanisch starkem, metallischen Material ähnlich dem Material der spiralseitigen
und gehäuseseitigen
Stifte 19 und 21, beispielsweise einem hochkohlenstoffhaltigen
Chromlagerstahl, hergestellt.
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Es
sollte beachtet werden, dass 3 das relative
Positionsverhältnis
zwischen den vier Paaren von Stift- und Ringzusammensetzungen 19, 21 und 22,
und das der gepaarten Stifte 19 und 21 und dem Ringelement 22 jedes
Paares von Stift- und Ringzusammensetzung darstellt. Somit sind
der Vorsprungsabschnitt 6c des beweglichen Spiralelements 6,
das Lager 7 und der Kurbelabschnitt 5 der Kürze wegen
weggelassen.
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Die
Beschreibung der Rotationsverhinderungseinrichtung für die beweglichen
Spiralelemente 6 wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 3 und 4 gegeben.
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Die
Rotationsverhinderungseinrichtung enthält eine Mehrzahl von Stift-
und Ringzusammensetzungen, d. h. vier Sätze von gehäuse- und spiralseitigen Stiften 19, 20 und
Ringelement 22 in der dargestellten Ausführungsform.
In 4 ist eine der vier Stift-
und Ringzusammensetzungen typischerweise in Beziehung zu dem später beschriebenen
Orbitierungszentrum "OS" des
Spiralelements 6 und zu dem Rotationszentrum "OR" des Lagers 7 gezeigt.
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Während des
Betriebs des Spiralverdichters wirkt ein mechanisches Moment "M" auf das bewegliche Element 6,
um dieses um das Rotationszentrum "OR" des Lagers 7 zu
drehen. In der dargestellten Ausführungsform wird angenommen,
dass das mechanische Moment "M" im Uhrzeigersinn
wirkt. Das Paar von spiral- und gehäuseseitigen Stiften 19 und 21 der
Rotationsverhinderungseinrichtung werden durch unterbrochene Linien
in 4, bevor auf sie das
mechanische Moment "M" wirkt, gezeigt.
Wenn das mechanische Moment "M" auf das bewegliche Spiralelement 6 wirkt,
wird der spiralseitige Stift 19, der an dem Spiralelement 6 befestigt
ist, seinerseits zu einer Position bewegt, die durch eine durchgezogene
Linie in 4 gezeigt ist.
Dann, falls der gehäuseseitige
Stift 21, der an das innere Ende des vorderen Gehäuses 2 befestigt
ist, ähnlich
zu einer Position, die durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist, bewegt
wird, ist das Ringelement 22 nicht durch beide Stifte 19 und 21 gesperrt.
Dennoch, da der gehäuseseitige
Stift 21 befestigt ist, ist das Ringelement 22 durch
die Stifte 19 und 21 gesperrt und wirkt derart, dass
die Rotation des beweglichen Spiralelements 6 um seine
eigene Achse verhindert wird, welche mit dem Rotationszentrum "OR" des Lagers zusammenfällt.
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Wenn
die Rotationsverhinderungseinrichtung dahingehend wirkt, dass die
Rotation des beweglichen Spiralelements 6 verhindert wird,
nehmen die spiral- und gehäuseseitigen
Stifte 19, 20 und das Ringelement 22 ein
relatives Positionsverhältnis
dazwischen ein, wie es nachfolgend beschrieben wird. Wenn das Volumen
jeder der Verdichtungskammern, die zwischen den beweglichen und
stationären
Spiralelementen 6 und 9 begrenzt sind, 10 bis
22% des Volumens erreichen, das durch jede Verdichtungskammer unmittelbar
nach dem Beenden des Saugens des Fluids eingenommen wird, werden
zumindest zwei der vier spiralseitigen Stifte 19, d. h.
die zwei Stifte 19, die an Positionen angeordnet sind,
die durch "A" und "B" in 3 bezeichnet
sind, symmetrisch miteinander bezüglich einer Linie "L2" angeordnet, welche
durch das Rotationszentrum "OR" läuft, um
welches das bewegliche Spiralelement 6 zur Drehung gezwungen
wird, und welche senkrecht zu einer Linie "L1" ist, welche durch
sowohl das Rotationszentrum "OR" und
das Orbitierungszentrum "OS" des beweglichen
Spiralelements 6 läuft.
Somit können die
Winkel "θ1" und "θ2" der symmetrisch
angeordneten zwei Stifte 19, die bei den Positionen "A" und "B" angeordnet
sind, hinsichtlich der Linie "L2" als
gleich ("θ1" = "θ2") betrachtet werden.
In der beschriebenen Ausführungsform
mit vier Sätzen
von Stift- und Ringelementzusammensetzungen entsprechen die Winkel "θ1" und "θ2" der symmetrisch
angeordneten zwei Stifte 19 jeweils 45°.
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Des
weiteren sind die Stifte 19, die in den Positionen "A" und "B" angeordnet
sind, auf einem Kreis angeordnet, dessen Zentrum bei dem Rotationszentrum
OR des beweglichen Spiralelements 6 ist,
und sind auf der Führungsseite
bezüglich
der jeweiligen gehäuseseitigen
Stifte 20, welche mit den zwei spiralseitigen Stiften 19 gepaart
sind, in einer Richtung, in welcher die Drehung des beweglichen
Spiralelements 6 um seine eigene Achse auftritt, gesehen,
angeordnet.
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Bei
diesem Stadium kann die Menge an Rotation des beweglichen Spiralelements 6 um
seine eigene Achse und die Positionen der spiralseitigen Stifte 19 der
Rotationsverhinderungseinrichtung genauer unter Bezugnahme auf 4 beschrieben werden.
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Zunächst werden
die technischen Bedeutungen der jeweiligen Symbole, die in der nachfolgend gegebenen
Beschreibung verwendet werden, wie folgt definiert:
M: Ein
mechanisches Moment, das auf das bewegliche Spiralelement 6 wirkt,
um das Element 6 um seine eigene Achse zu drehen;
d1: Der Durchmesser des spiralseitigen Stiftes 19;
d2: Der Durchmesser des gehäuseseitigen
Stiftes 21;
D: Der innere Durchmesser des Ringelements 22;
ε: Ein Radius
einer orbitierenden Bewegung des beweglichen Spiralelements 6 (ein
Abstand zwischen dem Rotationszentrum "OR" des beweglichen
Spiralelements 6 und des Orbitierungszentrums "OS" des gleichen Elements 6;
R:
Ein Abstand von dem Zentrum des spiralseitigen Stifts 19 zu
dem Rotationszentrum "OR" des
beweglichen Spiralelements 6;
L1:
Eine Linie, welche durch sowohl das Rotationszentrum "OR" und das Orbitierungszentrum
OS des beweglichen Spiralelements 6 läuft;
L2: Eine Linie, welche durch das Rotationszentrum "OR" des beweglichen
Spiralelements 6 läuft
und sich senkrecht zu der Linie L1 erstreckt;
θi: Ein Winkel (Radiant) zwischen einer Linie,
die durch das Zentrum irgendeines der spiralseitigen Stifte 19 und
das Rotationszentrum "OR" und
der Linie L2 läuft, wobei der Zusatz "i" die Anzahl irgendeines der Mehrzahl
(n) von spiralseitigen Stiften 19 bezeichnet (0 ≤ θ ≤ π/2);
dθ: Eine Winkelgröße (Radiant)
der Drehung des beweglichen Spiralelements 6 um seine eigene
Achse oder die Achse der Drehung des Lagers 7;
FPi: Eine Belastung, die auf jeden der spiralseitigen Stifte 19 wirkt;
FMi: Eine Tangentialkomponente der Belastung
FPi;
Si: Eine
Bewegungsgröße des spiralseitigen
Stifts 19, auf welchen die Belastung FPi wirkt;
k:
Ein Widerstand gegen eine Deformation, die durch jeden der spiralseitigen
Stifte 19 und das Ringelement 22 ausgeübt wird.
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In
diesem Stadium sollte bemerkt werden, dass der Winkel "dθ" der Rotation des beweglichen Spiralelements 6 um
seine eigene Achse hinreichend kleiner als der Abstand "R" von dem Zentrum des spiralseitigen
Stifts 19 zu dem Rotationszentrum "OR" des beweglichen
Spiralelements 6 ist. Es sollte ferner bemerkt werden,
dass der Deformationswiderstand "k" der spiralseitigen
Stifte 19 und des Ringelements 22 als gleich zueinander
betrachtet werden kann. Es sollte noch ferner bemerkt werden, dass
während
der Betrachtung einer auf jeden der Paare von Stift- und Ringzusammensetzungen
einwirkenden Belastung, die nachfolgend ausgeführt wird, Herstellungsfehler der
spiral- und gehäuseseitigen
Stifte 19 und 21, und des Ringelements 22 ignoriert
werden können,
und dass die gepaarten Ringe 19 und 21 angeordnet sind,
um in dauerndem Kontakt mit der inneren Wand des zugehörigen Ringelements 22 zu
sein.
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Die
Beschreibung der Berechnung zum Erhalt einer Belastung FPi, die auf jeden der spiralseitigen Stifte 19 der
Rotationsverhinderungseinrichtung wirkt, wird nachfolgend unter
Bezugnahme auf 4 ausgeführt.
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Die
Bewegungsgröße S; des
spiralseitigen Stifts 19, auf welchen eine Belastung FPi wirkt, kann durch eine Gleichung, wie
sie nachfolgend angegeben wird, definiert werden: Si = R × dθ × cosθl (1)
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Die
Belastung FPi, die auf jeden der spiralseitigen
Stifte 19 wirkt, kann durch die Gleichung (1) erhalten,
und durch eine Gleichung (2), wie sie nachfolgend angegeben ist,
definiert werden: FPi = k × Si = k × R × dθ × cosθl (2)
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Die
Tangentialkomponente der Belastung FPi kann
durch eine Gleichung (3), wie sie nachfolgend angegeben ist, definiert
werden: FMi = FPi × cosθl = k × R × dθ × cos2θl (3)
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Des
weiteren kann das mechanische Moment M, das auf das bewegliche Spiralelement 6 wirkt,
durch eine Gleichung (4), wie sie nachfolgend angegeben ist, definiert
werden, wenn ein Gleichgewicht zwischen M und FMi in
Betracht gezogen wird.
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M = FM1 × R + FM2 × R
+ – – – – + FMn × R (4)
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Die
Belastung FPi kann aus den oben angegebenen
Gleichungen (2) bis (4) berechnet und als eine Gleichung (5), wie
sie nachfolgend angegeben ist, definiert werden: FPi = (M × cosθl)/(R × (cos2θ1 + cos2θ2
+ cos2θ3 + – – – + cos2θl + – – – – + cos2θn))
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In
diesem Stadium sollte verstanden werden, dass die Berechnung der
Belastung FPi nur unter Berücksichtigung
der spiral- und gehäuseseitigen
Stifte 19 und 21 ausgeführt wird, welche als die Rotationsverhinderungseinrichtung
bei dem Moment arbeiten, wenn die Berechnung ausgeführt wird,
nämlich
die Stifte, die auf der linken Seite der Linie L1 in 3 angeordnet sind.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung wird verstanden werden, dass, wenn
zwei spiralseitige Stifte 19 so angeordnet sind, dass diese
einander symmetrisch bezüglich
der Linie L2 sind, welche durch das Rotationszentrum
OR des beweglichen Spiralelements 6 läuft und
senkrecht zu der Linie L1 ist, welches durch
das Rotationszentrum OR und das Orbitierungszentrum
OS des beweglichen Spiralelements 6 läuft, die
Belastung FPi nicht auf nur ein einziges
spiralseitiges Element 19 konzentriert sein kann. Wenn
die Belastung FPi, die auf zumindest zwei jeweilige
spiralseitige Stifte 19 wirkt, die sich bei den Positionen
A und B in 3 befinden,
so angeordnet sind, dass sie einen gleichen Kosinus-Wert aufweisen,
können
sich nämlich
die Belastungen, welche auf den Stift wirkt, welcher sich bei der
Position A befindet, und die auf den Stift wirkt, der sich bei der
Position B befindet, einander aufheben, und dem gemäß tritt
eine Konzentration der Belastung FPi auf
nur einen der Stifte 19 nicht auf. Des weiteren kann die Belastung
FPi, die auf irgendeinen der zwei Stifte 19 wirkt,
sehr klein sein. Demzufolge kann, wenn ein solch kleiner Belastungszustand
stets während
des Betriebs des Spiralverdichters aufrechterhalten werden kann,
die Größe des Verdichters
selbst reduziert werden.
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Zweite Ausführungsform
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Bei
der beschriebenen ersten Ausführungsform
enthält
die Rotationsverhinderungseinrichtung für das bewegliche Spiralelement 6 eine
Mehrzahl von Stift- und Ringzusammensetzungen, welche jeweils ein
Paar von spiral- und gehäuseseitigen
Stiften 19, 21 und ein Ringelement 22 enthalten.
Jedoch sollte verstanden werden, dass die vorliegende Erfindung
ebenso auf eine Rotationsverhinderungseinrichtung angewandt werden
kann, welche kein Ringelement aufweist. Genauer enthält eine
andere Art von Rotationsverhinderungseinrichtung für einen Spiralverdichter,
wie in 5 gezeigt ist,
nur eine Mehrzahl von Paaren von spiral- und gehäuseseitigen Stiften 19 und 21.
Bei diesem Stadium sollten die spiralseitigen Stifte 19 der
Rotationsverhinderungseinrichtung so angeordnet sein, dass diese
symmetrisch miteinander bezüglich
der Linie L2 sind, welche durch das Rotationszentrum "OR" des beweglichen Spiralelements 6 läuft, und
senkrecht zu der Linie L1 ist, welche durch
das Rotationszentrum "OR" und
das Orbitierungszentrum "OS" des
beweglichen Spiralelements 6 läuft. Des weiteren sollten die
gehäuseseitigen
Stifte 21, welche mit den spiralseitigen Stiften 19 gepaart
sind, die sich bei Positionen C und D von 5 befinden, auf der Führungsseite zu den gepaarten
spiralseitigen Stiften 19 in einer Rotationsrichtung des
beweglichen Spiralelements um das Zentrum OR angeordnet
sein. Es sollte bemerkt werden, dass in 5 die Darstellung eines Vorsprungabschnitts 6c des
beweglichen Spiralelements 6, des Lagers 7 und
des Kurbelabschnitts 5 der Kürze wegen weggelassen sind.
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Aus
der vorhergehenden Beschreibung sollte verstanden werden, dass in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung, die Rotationsverhinderungseinrichtung
die Konzentration einer Belastung auf irgendeinen der Mehrzahl von
spiralseitigen Stiften derselben verhindert werden kann, und somit
ein Bruch der Rotationsverhinderungseinrichtung sicher verhindert
werden kann.
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Viele
Variationen und Modifikationen werden Fachleuten ersichtlich, ohne
von dem Bereich der Erfindung, der in den begleitenden Ansprüchen festgelegt
ist, abzuweichen.