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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Spiralfluidmaschine wie ein Kompressor, eine Vakuumpumpe
oder einen Dehner, und insbesondere auf einen Mechanismus zum Verhindern
einer Rotation eines bewegbaren Spiralkörpers der Fluidmaschine, der
zu der Zeit des Betriebes der Fluidmaschine umläuft.
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Ein Rotationsverhinderungsmechanismus
für den
bewegbaren Spiralkörper
eines Spiralkompressors nach dem Stand der Technik, wie er in der
Japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
JP 310685/1997 A beschrieben ist, wird beschrieben.
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Am Anfang wird eine erste Technologie
des Spiralkompressors des Standes der Technik unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. In 1 ist ein Gehäuse 10 des Spiralkompressors
mit einem Rückgehäuse 10a in
der Form eines Zylinders mit Boden großen Durchmessers und einem
Vordergehäuses 10b,
das aus einem zylindrischen Abschnitt großen Durchmessers 101b und
einem zylindrischen Abschnitt kleinen Durchmessers 10b2 gebildet
ist und an einem offenen Ende des Rückgehäuses 10a befestigt
ist, versehen. Weiter sind das Rückgehäuse 10a und
das Vordergehäuse 10b konzentrisch
zueinander angeordnet.
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Weiterhin erstreckt sich eine Welle 11 in
das Gehäuse 10 entlang
der Mittelachse des letzteren durch den zylindrischen Abschnitt
kleinen Durchmessers 10b2 des Vordergehäuses 10b. Die Welle 11 ist
mit einem Abschnitt kleinen Durchmessers 11a, der von dem
zylindrischen Abschnitt kleinen Durchmessers 10b2 des Vordergehäuses 10b umgeben
ist, und einem Abschnitt großen
Durchmessers 11b, der von dem zylindrischen Abschnitt großen Durchmessers 10b1 umgeben
ist, versehen. An einer Endoberfläche des Abschnittes großen Durchmessers 11b ist
ein Antriebszapfen 12 befestigt, der sich parallel zu der
Achse X und exzentrisch dazu erstreckt. Die Welle 11 ist
drehbar durch den zylindrischen Abschnitt großen Durchmessers 10b1 des
Vordergehäuses 10b durch
ein Kugellager 13 gelagert, während der Abschnitt kleinen
Durchmessers 11a drehbar durch den zylindrischen Abschnitt
kleinen Durchmessers 10b2 des Vordergehäuses 10b durch ein
Kugellager 14 gelagert ist.
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An einer Position radial und auswärts von
dem zylindrischen Abschnitt kleinen Durchmessers 10b2 des
Vordergehäuses 10b ist
eine elektromagnetische Kupplung 15 angeordnet. Die elektromagnetische
Kupplung 15 passt drehbar um den zylindrischen Abschnitt
kleinen Durchmessers 10b2 des Vordergehäuses 10b und ist mit
einer Riemenscheibe 15a versehen, die mit einer externen
Antriebsquelle (nicht gezeigt) mittels eines V-Riemens (nicht gezeigt)
einer Erregungsspule 15b, die an dem zylindrischen Abschnitt
kleinen Durchmessers 10b2 befestigt ist, und einer Rotationsübertragungsplatte 15c,
die an einem Ende des Abschnittes kleinen Durchmessers 11a der
welle 11 befestigt ist, verbunden ist. Somit wird die Welle 11 durch
die externe Antriebsquelle (nicht gezeigt) durch die elektromagnetische
Kupplung 15 gedreht.
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Innerhalb des Rückgehäuses 10a ist ein fester
Spiralkörper 16 angeordnet.
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Der feste Spiralkörper 16 ist mit einer
plattenförmigen
Endplatte 16a, die in das Rückgehäuse 10a passt und
koaxial zu der Achse X angeordnet ist, einer Spirale 16b,
die auf einer der Oberflächen
der Endplatte 16a gebildet ist, und Beinen
16c,
die auf der anderen Oberfläche.
der Endplatte 16a gebildet sind, versehen. An der Mitte
der Endplatte 16a ist ein Auslassloch 16a1 gebildet.
Der feste Spiralkörper 16 ist
an dem Rückgehäuse 10a mittels
von Schrauben 17 befestigt, während die Beine 16c in
Kontakt mit dem Boden 10a1 des Rückgehäuses 10a gehalten
sind. Der Raum innerhalb des Rückgehäuses 10a wird
in eine Ansaugkammer 18 und eine Auslasskammer 19 mittels
der Endplatte 16a des festen Spiralkörpers 16 unterteilt.
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In dem Rückgehäuse 10a ist ein bewegbarer
Spiralkörper 20 als
umlaufendes Teil vorgesehen, das benachbart zu dem festen Spiralkörper 16 liegt.
Der bewegbare Spiralkörper 20 ist
mit einer plattenförmigen Endplatte 20a,
einer Spirale 20b, die auf einer der Oberflächen der
Endplatte 20 gebildet ist, und einem ringförmigen Vorsprung 20c,
der auf der anderen Oberfläche
der Endplatte 20a gebildet ist, versehen. Die Mittelachse
der Endplatte 20a ist exzentrisch zu der Achse X. Die Spirale 20b des
bewegbaren Spiralkörpers 20 steht
in Eingriff mit der Spirale 16b des festen Spiralkörpers 16.
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Innerhalb des Vorsprungs 20c ist
drehbar durch ein Nadellager 22 eine dicke plattenförmige Buchse 21 eingepasst,
die konzentrisch zu der Endplatte 20a vorgesehen ist. Weiterhin
ist die Buchse 21 mit einem exzentrischen Durchgangsloch 21a versehen,
das sich parallel zu der Achse X erstreckt, und ein Ausgleichsgewicht 23,
das sich in die radiale Richtung erstreckt, ist an der Buchse 21 befestigt.
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Das Durchgangsloch 21a nimmt
den Antriebszapfen 12 auf, der an dem Abschnitt großen Durchmessers 12b der
Welle 11 befestigt ist, so daß der Zapfen 12 darin
gleiten kann.
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Ein fester Laufring 24 ist
an einem Ende des zylindrischen Abschnittes großen Durchmessers 10b1 des
Vordergehäuses 10b be festigt,
und ein bewegbarer Laufring 25 ist an der Endplatte 20a des
bewegbaren Spiralkörpers 20 befestigt.
Weiterhin ist eine Mehrzahl von Kugeln 26 zwischen dem
festen Laufring 24 und dem bewegbaren Laufring 25 in
einer beabstandeten Beziehung zueinander in der Umfangsrichtung
eingefügt, und
eine Kugelkupplung zum Verhindern der Rotation des bewegbaren Spiralkörpers 20,
d. h. ein Rotationsverhinderungsmechanismus ist durch diese Laufringe 24 und 25 und
die Mehrzahl von Kugeln 26 aufgebaut.
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Die oben beschriebene Kugelkupplung
wird unter Bezugnahme auf 2A und 2B beschrieben. Jeder des
festen Laufringes 24 und des bewegbaren Laufringes 25 ist
durch eine Presse unter Benutzung eines Eisenmateriales gebildet
und in der Form eines ringförmigen
Ringes. Der feste Laufring 24 ist auf einer der Oberflächen davon
mit einer Mehrzahl von sich ringförmig erstreckenden Kugelrollrillen 24c versehen,
die voneinander in der Umfangsrichtung beabstandet sind, und entsprechend
ist der bewegbare Laufring 25 auf einer der Oberflächen davon
mit einer Mehrzahl von sich ringförmig erstreckenden Kugelrollrillen 25c versehen,
die voneinander in der Umfangsrichtung beabstandet sind. Die Kugeln 26 sind
aus Lagerstahlmaterial hergestellt und zwischen dem festen Laufring 24 und
dem bewegbaren Laufring 25 in einem Zustand eingefügt, in dem sie
von den Rollrillen 24c des festen Laufringes 24 und
den gegenüberliegenden
Kugelrollrillen 24c des bewegbaren Laufringes 25 eingeschlossen
sind.
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Zum Fortsetzen zum weiteren Beschreiben
der vorliegenden Erfindung wird Bezug genommen auf 3, die Innenoberfläche der Kugelrollrille 25c enthält einen
inneren Umfangsabschnitt 24c1 mit einer gekrümmten Oberfläche eines
Krümmungsradius
R1, einen äußeren Umfangsabschnitt 24c mit
einer gekrümmten
Oberfläche
eines Krümmungsradius
R2 und einen Bodenabschnitt 24c3, der die Abschnitte 24c1 und 24c2 verbindet,
während
die Innenoberfläche
der Kugelrollrille 25c einen inneren Umfangsabschnitt 25c1 mit
einer gekrümmten
Oberfläche
eines Krümmungsradius
R1, einen äußeren Umfangsabschnitt 25c2 mit
einer gekrümmten
Oberfläche
eines Krümmungsradius
R2 und einen Bodenabschnitt 25c3, der die Abschnitte 25c1 und 25c2 verbindet,
aufweist. Der Krümmungsradius
R1 und der Krümmungsradius
R2 können
die gleichen sein oder sich etwas voneinander unterscheiden. Auf
jeden Fall tragen die Krümmungsradien
R1 und R2 eine enge Ähnlichkeit
zu dem Radius einer jeden der Kugeln 26 und werden auf
einen Wert etwas größer als
der wert des Radius der Kugel 26 gesetzt.
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Die Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 sind
jeweils in der Form einer flachen Oberfläche, so daß sie tangential zu den inneren
Umfangsabschnitten 24c1 und 25c1 bzw. den äußeren Umfangsabschnitten 24c2 und 25c2 werden.
Mit anderen Worten, die Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 bilden
selbst geometrische gekrümmte Oberflächen eines
großen
Krümmungsradius,
die sanft die inneren Umfangsabschnitte 24c1 und 25c1 mit
den äußeren Umfangsabschnitten 24c2 bzw. 24c2 verbinden.
Der Zentraldurchmesser eines jeden der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 ist
auf einen Wert im wesentlichen identisch zu dem Radius der umlaufenden
Bewegung des bewegbaren Körpers 20 gesetzt.
weiter ist die Größe der Breite
eines jeden der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 auf
ein Drittel der Breite des effektiven Kugelrollortes gesetzt, und
es ist wünschenswert,
diese Größe auf einen
Wert zu setzen, der bestimmt wird bei dem Vorhersehen eines Fehlers
der Form einer jeden der Spiralkörper
des Spiralkompressors, eines Fehlers der Anbringungsposition eines
jeden der Laufringe und eines Fehlers der Position einer jeden der
Kugelrollrillen.
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Andererseits sind auf den anderen
Oberflächen
des festen Laufringes 24 und des bewegbaren Laufringes 25 flache
Abschnitte
24d bzw. 25d vorgesehen. Diese flachen
Abschnitte 24d und 25d sind in der Breite größer als
die Bodenabschnitte 24c3 und 25c3. Folglich werden
der feste Laufring 24 und der bewegbare Laufring 25 in
Kontakt mit dem zylindrischen Abschnitt großen Durchmessers 10b1 des
Vordergehäuses 10b und der
Endplatte 20a des bewegbaren Spiralkörpers 20 als Laufringtragteile über eine
Breite größer als
die Breite eines jeden der Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 gebracht
und dadurch getragen.
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Zurückkehrend zu 1, der Betrieb des Spiralkompressors
mit der oben beschriebenen Kugelkupplung wird beschrieben. Die Welle 11 des
Kompressors wird durch die externe Antriebsquelle (nicht gezeigt) durch
die elektromagnetische Kupplung 15 gedreht. Wenn die Welle 11 gedreht
wird, dreht sich die Buchse 21 um die Achse X, und der
bewegbare Spiralkörper 20 läuft um die
Achse X um. Somit verschiebt sich durch den Umlauf des bewegbaren
Spiralkörpers 20 der
Raum, der zwischen der Spirale 20b des bewegbaren Spiralkörpers 20 und
der Spirale 16b des festen Spiralkörpers 16 gebildet
ist, d. h. eine Kompressionskammer zu dem Zentrum der Spirale 16b,
während
seine Kapazität
verkleinert wird. Als Resultat wird ein Fluid, das in die Ansaugkammer 18 von
einem externen Fluidkreislauf durch die Ansaugöffnung (nicht gezeigt), die
in dem Gehäuse 10 gebildet
ist, geflossen ist, in die Kompressionskammer von den äußeren Umfangsenden
der beiden Spiralen 16b und 20b genommen, innerhalb
der Kompressionskammer komprimiert, und es fließt in die Auslassöffnung 19 durch
das Auslassloch 16a1, das in dem festen Spiralkörper 16 gebildet
ist. Das unter Druck gesetzte Fluid, das in die Auslasskammer 19 geflossen
ist, fließt
dann nach außerhalb
des externen Fluidkreislaufes durch die Auslassöffnung (nicht gezeigt), die
in dem Rückgehäuse 10a gebildet
ist.
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Die Reaktionskraft, die auf den bewegbaren
Spiralkörper 20 in
die Richtung der Achse X ausgeübt wird,
und die Rotationsverhinderungskraft des bewegbaren Spiralkörpers in
der radialen Richtung zu der Zeit, wenn das Fluid komprimiert wird,
werden auf das Vordergehäuse 10b durch
den bewegbaren Laufring 25, jede der Kugeln 26 und
den festen Laufring 24 übertragen.
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Mit dem Umlauf des bewegbaren Spiralkörpers 20 rollt
jede der Kugeln 26 innerhalb der Kugelrollrillen 24c und 25c,
während
sie einen kreisförmigen
Orbit mit einem Durchmesser im wesentlichen gleich dem Radius des
Umlaufes des bewegbaren Spiralkörpers 20 zieht.
In diesem Fall kann jede der Kugeln 26 glatt innerhalb
der Kugelrollrillen 24c und 25c rollen, da der
Durchmesser des Bodenabschnittes 24c2 (25c3) der
Kugelrollrillen 24c (25c) auf einen Wert im wesentlichen
den gleichen wie der Wert des Radius dem Umlaufes des bewegbaren
Spiralkörpers 20 gesetzt
ist, während
sie einen kreisförmigen
Orbit eines Durchmessers im wesentlichen gleich dem Radius des Umlaufes
des bewegbaren Spiralkörpers 20 in
einem Zustand zieht, in dem sie gegen die Bodenabschnitte 24c3 und 25c3 der
Kugelrollrillen 20c bzw. 25c gepresst wird. Als
Resultat läuft der
bewegbare Spiralkörper 20 um,
während
er eine vorbestimmte Winkelbeziehung zu dem Vordergehäuse 10b und
schließlich
zu dem festen Spiralkörper 16 hält.
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Wenn der bewegbare Spiralkörper 20 umläuft, neigt
der bewegbare Spiralkörper 20 dazu,
sich um die Buchse 21 zu drehen. Da jedoch der Rollbereich
einer jeden der Kugeln 26 auf das Innere der Kugelrollrillen 24c und 25c begrenzt
ist, wird die Drehung des bewegbaren Spiralkörpers 20 verhindert.
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In dem obigen Fall rollt jede der
Kugeln 26 allgemein entlang den Bodenabschnitten 24c3 und 25c3 der
Rollrillen 24c bzw. 25c. Weiterhin fallen die
Wirkungslinien von Druckkräften
F0, die auf den festen und bewegbaren Laufring 24 bzw. 25 von
der Kugel 26 ausgeübt
werden, miteinander allgemein entlang der Axialrichtung zusammen.
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Eine Kugelkupplung als Rotationsverhinderungsmechanismus
gemäß einer
zweiten Technologie des Standes der Technik wird unter Bezugnahme
auf 4 beschrieben, worin
gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen im Bezug auf die in 2A und 2B und 3 gezeigte
Kugelkupplung bezeichnet werden, ohne daß die Beschreibung davon wiederholt
wird.
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In dem Fall der in 4 gezeigten Kugelkupplung ist der Krümmungsradius
R3 des Bodenabschnittes 24c3 (25c3) der Kugelrollrille 24c (25c)
des festen Laufringes 24 (des bewegbaren Laufringes 25)
auf einen Wert viel größer als
irgendeines des Krümmungsradius
R1 des inneren Umfangsabschnittes 24c1 (25c1)
des festen Laufringes 24 (des bewegbaren Laufringes 25)
und des Krümmungsradius
R2 des äußeren Umfangsabschnittes 24c2 (25c2)
des festen Laufringes 24 (des bewegbaren Laufringes 25)
gesetzt. Es ist nicht nötig zu
sagen, daß der
Bodenabschnitt 24c3 (25c3) so gebildet ist, daß er tangential
zu dem inneren Umfangsabschnitt 24c1 (25c1) und
dem äußeren Umfangsabschnitt 24c2 (25c2)
wird. Somit sind gemäß diesem
Aufbau die Innenoberflächen
der Kugelrollrillen 24c und 25c kontinuierlich
so gekrümmt,
daß es
möglich
ist zu verhindern, daß der
Oberflächendruck
lokal ansteigt. Es sei angemerkt, daß der Krümmungsradius R1 und der Krümmungsradius
R2 identisch zueinander oder ein wenig unterschiedlich zueinander
sein können.
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Der Bodenabschnitt 24c3 (25c3)
der Kugelrollrillen 24c (25c) muss nicht immer
flach sein. D. h. dort, wo der innere Umfangsabschnitt 24c1 (25c1)
und der äußere Umfangsabschnitt 24c2 (25c2)
so hergestellt sind, daß sie
gekrümmte
Oberflächen
bilden, deren Krümmungsradien
R1 bzw. R2 sind, kann der Bodenab schnitt 24c3 (25c3)
so hergestellt sein, daß eine
geometrische gekrümmte
Oberfläche
gebildet wird, deren Krümmungsradius
größer als
jeder der Krümmungsradien
von R1 und R2 ist.
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Eine Kugelkupplung des Standes der
Technik als ein Rotationsverhinderungsmechanismus gemäß einer
dritten Technologie des Standes der Technik wird nun unter Bezugnahme
auf 5 beschrieben, worin Teile ähnlich zu
jenen der in 3 und 4 gezeigten Kugelkupplung
mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden, ohne daß die Beschreibung
davon wiederholt wird.
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In dem Fall der in 5 gezeigten Kugelkupplung ist die Innenoberfläche einer
jeden der Kugelrollrillen 24c (25c) des festen
Laufringes 24 (des bewegbaren Laufringes 25) in
der Form einer ringförmigen
Ellipse gekrümmt,
deren große
Achse in der radialen Richtung liegt. Mit anderen Worten, die Innenoberfläche einer jeden
der Kugelrollrillen 24c (25c) des festen Laufringes 24 (des
bewegbaren Laufringes 25) ist durch einen Halbabschnitt
oder einen Teil einer Ellipse gebildet, die zwei Brennpunkte aufweist,
die durch Unterteilen der Ellipse durch ihre große Achse erhalten werden. Somit
wird auch auf diese Weise die Innenoberfläche der Kugelrollrille 24c (25c)
kontinuierlich so gekrümmt,
daß es
möglich
ist zu verhindern, daß der
Oberflächendruck lokal
ansteigt.
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Die Bildung der oben beschriebenen
inneren gekrümmten
Oberfläche
einer jeden der Kugelrollrillen 24c (25c) wird
genauer mit 6 beschrieben.
Es sei angenommen, daß der
Durchmesser einer jeden der Kugeln 26 durch d ausgedrückt ist,
der Abstand H von dem Boden der Kugelrollrille 25c bis
zu den Brennpunkten f1 und f2 einer Ellipse ist, dann ist die folgende
Gleichung (1) erfüllt
H = (d/2) + r (1), worin r ≥ 0 ist.
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Es sei weiter angenommen, daß die Abstände von
einer der Oberflächen
des bewegbaren Laufringes 25 zu den zwei Brennpunkten f1
und f2 gleich A1 und B1 sind, daß die Abstände von dem Boden der Kugelrollrillen 25c zu
den zwei Brennpunkten f1 und f2 gleich A2 und B2 sind, und daß der Raum
zwischen den Brennpunkten f1 und f2 gleich C1 ist, dann wird die
folgende Gleichung (2) aufgestellt: A1 + B1 + C1 = A2 + B2 + C1 (2).
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Folglich ist es möglich, die Positionen von f1
und f2 der Ellipse zu erhalten, wenn die Innenoberfläche einer
jeden der Kugelrollrillen 25c des bewegbaren Laufringes 25 gebildet
werden kann.
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Es soll angemerkt werden, daß, obwohl
der bewegbare Laufring 25 in 6 gezeigt
ist, der gleiche Vorgang genommen werden kann, wenn die Innenoberfläche einer
jeden der Kugelrollrillen 24c des festen Laufringes 24 gebildet
wird.
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In dem Fall des Rotationsverhinderungsmechanismus
des bewegbaren Spiralkörpers
des Spiralkompressors nach dem Stand der Technik ist die Beziehung
S1 = S2 zwischen dem Umlaufradius S1, der von dem bewegbaren Laufring,
der Mehrzahl von Kugeln und dem festen Laufring zu erzielen ist,
und dem Umlaufradius (der Radius des Drehens des bewegbaren Spiralkörpers) S2,
der von den Spiralwänden
des bewegbaren Spiralkörpers
und des festen Spiralkörpers
zu bestimmen ist. Wenn jedoch S1 = S2 ist, kommt jede der Kugeln
in Kontakt mit jedem der Böden
der Kugelrollrillen des bewegbaren und des festen Laufringes, und somit
wird der Kontaktoberflächendruck
einer jeden der Kugeln und jeden des bewegbaren und festen Laufringes
ein Minimum, so daß der
Abrieb und die Verformung des Rotationsverhinderungsmechanismus
kaum stattfindet, und die Dauerhaftigkeit des Mechanismus vergrößert wird.
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Das Herstellen der Teile des Spiralkompressors
zum Erfüllen
der Beziehung von S1 = S2 verlangt jedoch einen hohen Grad der Genauigkeit,
so daß die
Herstellungskosten ansteigen, wodurch es schwierig wird, die Maschine
auf einem großen
Maßstabe
herzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
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Folglich ist es eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, einen Rotationsverhinderungsmechanismus für einen
bewegbaren Spiralkörper
einer Spiralfluidmaschine vorzusehen, bei dem der Kontaktoberflächendruck
zwischen jeweils dem bewegbaren und dem festen Laufring deutlich
klein ist.
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Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Rotationsverhinderungsmechanismus für einen
bewegbaren Spiralkörper
einer Spiralfluidmaschine vorzusehen, der für eine Produktion in großem Maßstabe geeignet
ist.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Rotationsverhinderungsmechanismus vorgesehen für einen bewegbaren
Spiralkörper
einer Spiralfluidmaschine mit einem festen Spiralkörper mit
einem festen Laufring, der mit einer Mehrzahl von ringförmigen Kugelrollrillen
versehen ist, die sich entlang eines Umlaufortes des bewegbaren
Spiralkörpers
erstrecken, wobei der bewegbare Spiralkörper in Bezug auf den festen
Spiralkörper umläuft und
einen bewegbaren Laufring aufweist, der an dem bewegbaren Spiralkörper befestigt
ist und mit einer Mehrzahl von ringför migen Kugelrollrillen versehen
ist, die sich entlang des Umlaufortes des bewegbaren Spiralkörpers erstrecken,
wobei der feste Laufring dem bewegbaren Laufring gegenüberliegt
und mit einer Mehrzahl von Kugeln versehen ist, die zwischen den
Kugelrollrillen des bewegbaren Laufringes und jenen des festen Laufringes
eingeschlossen sind, worin, wenn der Radius des Umlaufes, der durch
den bewegbaren Laufring, die Mehrzahl von Kugeln und den festen
Laufring erzielt wird, gleich S1 ist, und der Radius des Umlaufes,
der von den Wänden
des festen und des bewegbaren Spiralkörpers bestimmt ist, gleich
S2 ist, die Beziehung von S1 < S2
aufgestellt ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN:
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht eines Spiralkompressors des Standes
der Technik, der mit einem Rotationsverhinderungsmechanismus für einen
bewegbaren Spiralkörper
versehen ist gemäß einer
ersten Technologie des Standes der Technik;
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2A ist
eine Vorderansicht des Rotationsverhinderungsmechanismus für den bewegbaren
Spiralkörper
gemäß der ersten
Technologie des Standes der Technik;
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2B ist
eine Querschnittsansicht des Rotationsverhinderungsmechanismus für den bewegbaren Spiralkörper gemäß der ersten
Technologie des Standes der Technik;
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3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines wesentlichen Abschnittes des Rotationsverhinderungsmechanismus
für den
bewegbaren Spiralkörper
gemäß der ersten
Technologie des Standes der Technik;
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4 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines wesentlichen Abschnittes eines Rotationsverhinderungsmechanismus
für einen
bewegbaren Spiralkörper
eines Spiralkompressors gemäß einer
zweiten Technologie des Standes der Technik;
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5 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines wesentlichen Abschnittes eines Rotationsverhinderungsmechanismus
für einen bewegbaren
Spiralkörper
eines Spiralkompressors gemäß einer
dritten Technologie des Standes der Technik;
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6 ist
eine darstellende Ansicht des wesentlichen Abschnittes des Rotationsverhinderungsmechanismus
für den
bewegbaren Spiralkörper
gemäß der dritten
Technologie des Standes der Technik;
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7 ist
eine Schnittansicht eines wesentlichen Abschnittes eines Rotationsverhinderungsmechanismus
für einen
bewegbaren Spiralkörper
eines Spiralkompressors gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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8A ist
eine Vorderansicht (auf verkleinertem Maßstab) eines bewegbaren Laufringes
des bewegbaren Spiralkörpers
gemäß der in 7 gezeigten Ausführungsform
der Erfindung;
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8B ist
eine darstellende Ansicht, die zeigt, wie sich jede der Kugeln innerhalb
einer Mehrzahl von Kugelrollrillen des in 8A gezeigten bewegbaren Laufringes bewegt;
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8C ist
eine Vorderansicht (auf verkleinertem Maßstab) eines festen Laufringes
des in 7 gezeigten Kompressors;
und
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8D ist
eine darstellende Ansicht, die zeigt, wie sich jede der Kugeln innerhalb
einer Mehrzahl von Kugelrollrillen des in 8C gezeigten festen Laufringes bewegt.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORM:
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Ein Spiralkompressor, der mit einer
Kugelkupplung als einem Rotationsverhinderungsmechanismus für einen
bewegbaren Spiralkörper
des Kompressors gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung versehen ist, wird beschrieben.
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Der Grundaufbau des Spiralkompressors
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist der gleiche wie der des Spiralkompressors vom
Stand der Technik. Daher wird der wesentliche Punkt dieser Ausführungsform
unter Bezugnahme auf 7 und 8A bis 8D beschrieben. Der Rotationsverhinderungsmechanismus für den bewegbaren
Spiralkörper
erlaubt. dem bewegbaren Spiralkörper
nicht zu drehen, obwohl er erlaubt, daß der bewegbaren Spiralkörper umläuft, und
er ist zwischen dem bewegbaren Spiralkörper und einem Vordergehäuse angeordnet.
In 7 steht eine Spirale 20b des
bewegbaren Spiralkörpers 20 in
Eingriff mit einer Spirale 16b eines festen Spiralkörpers. Eine
Endplatte 20a des bewegbaren Spiralkörpers 20 und eine
dicke plattenförmige
Buchse 21 sind konzentrisch zueinander angeordnet, und
die Buchse 21 passt drehbar in einen Vorsprung 20c des
bewegbaren Spiralkörpers 20 durch
ein Nadellager 22.
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An der Endplatte 20a des
bewegbaren Spiralkörpers 20 auf
der Seite des Vordergehäuses 10b ist
ein in 8A gezeigter
bewegbarer Laufring 25 befestigt, und an dem Vordergehäuse 10b auf
der Seite des bewegbaren Spiralkörpers 20 ist
ein in 8C gezeigter
fester Laufring befestigt. Weiter sind Kugeln 26 zwischen
sechs Kugelrollrillen 25c des bewegbaren Laufringes 25 und
sechs Kugelrollrillen 24c des festen Laufringes 24 eingefügt. Ein
O-Ring 27 ist zwischen dem Vordergehäuse 10b und einem
Rückgehäuse vorgesehen.
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In 8A sind
auf dem Umfang des ringförmigen
bewegbaren Laufringes 25 mit einem Radius r sechs ringförmige Kugelrollrillen 25c in
gleichen Intervallen vorgesehen. An dem Zentrum einer jeden der
Kugelrollrillen 25c ist ein Vorsprung 25e gebildet,
um den die Kugel rollt. Ähnlich
sind in 8C auf dem Umfang
des ringförmigen
festen Laufringes 24 die sechs kreisförmigen Kugelrollrillen 24c in
gleichen Abständen
vorgesehen. An dem Zentrum einer jeden der Kugelrollrillen 24c ist
ein Vorsprung 24e gebildet, um den die Kugel rollt.
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Der Rotationsverhinderungsmechanismus
für den
bewegbaren Spiralkörper
weist den bewegbaren Laufring 25, die sechs Kugeln 26 und
den festen Laufring 24 auf. Es sei angenommen, daß der Radius
des Umlaufens des bewegbaren Spiralkörpers 20, der durch
den Rotationsverhinderungsmechanismus erhalten wird, gleich S1 ist,
der Radius des Umlaufens (der Radius des Drehens des bewegbaren
Spiralkörpers),
der von den Spiralwänden
des bewegbaren und des festen Spiralkörpers 20 und 16 bestimmt
ist, gleich S2 ist, der Durchmesser der Umfangsspur einer jeden
der Kugeln 26 in jeder der Kugelrollrillen 24c des
festen Laufringes 24 gleich A ist und der Durchmesser der
Umfangsspur einer jeden der Kugeln 26 in jeder der Kugelrollrillen 25c des
bewegbaren Laufringes 25 gleich B ist, dann wird die folgende
Beziehung in der vorliegenden Erfindung aufgestellt: S1
= (A/2) + (B/2) S1 < S2.
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Gemäß einem Experiment wird von
dem Unterschied zwischen S1 und S2 gewünscht, daß sie innerhalb des Bereiches
von 0,3 mm ist.
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Da weiter die Schnittkonfiguration
einer jeden der Kugelrollrillen 25c des bewegbaren Laufringes 25 und
die eines jeden der Kugelrollrillen 24c des festen Laufringes 24 in
der Form eines Kreisbogens oder in einer Form, die nahe einem Kreisbogen ähnelt, gekrümmt ist,
kann der Rotationsverhinderungsmechanismus mit Leichtigkeit hergestellt
werden. Zusätzlich
ist der Betrag des Laufens einer jeden der Kugeln auf den äußeren Kanten 24f und 25f der
Kugelrollrillen 24c und 25c aufgrund der Differenz
zwischen S1 und S2 unter der minimalen Auflösung einer Gehäuseausgleichsscheibe,
die zum Einstellen der Lücke
zwischen dem bewegbaren Spiralkörper
und dem festen Spiralkörper
des Kompressors in der axialen Richtung benutzt wird, ist, sinkt
die Produktivität
des Kompressors nicht ab. Weiterhin ist die Variation des Kontaktwinkels
einer jeden der Kugeln 26 in Bezug auf den festen und den
bewegbaren Laufring 24 und 25, wenn die Kugel
auf den oben erwähnten äußeren Kanten
der Kugelrollrillen 24c und 25c läuft, so
klein, daß keine
starke Komponentenkraft, die mit dem bevorzugten Kontakt zwischen
der Spiralwand des bewegbaren Spiralkörpers 25 und der Spiralwand
des festen Spiralkörpers 24 zu
der Zeit der Kompressionstätigkeit
so erzeugt wird, daß sie
stört.
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Experimentelle Daten im Hinblick
auf die Vergrößerung des
Kugelkontaktbereiches und der Verteilung des Kontaktoberflächendruckes
sind in der unten angegebenen Tabelle gezeigt. Die Art des Kontaktes
zwischen den Kugeln und dem bewegbaren und dem festen Laufring des
Rotationsverhinderungsmechanismus für den bewegbaren Spiralkörper unterscheidet
sich für
die Fälle
von S1 = S2, S1 > S2
und S1 < S2. Wenn
S1 = S2 ist, berührt
jede der Kugeln 26 die Bodenabschnitte der Kugelrollrillen 24c und 25c des
festen und des bewegbaren Laufringes 24 und 25 so,
daß der
Kontaktoberflächendruck
der Kugel 26 in Bezug auf den festen und den bewegbaren
Laufring 24 und 25 minimal ist. Wenn S1 > S2 ist, berührt die
Kugel 26 die mittleren Vorsprünge 24e und 25e der
Kugelrollrillen 24c und 25c, der Kontaktoberflächendruck
der Kugel 26 in Bezug auf den festen und den bewegbaren
Laufring 24 und 25 wird ein Maximum. Wenn schließlich S1 < S2 ist, wird, da die
Kugel 26 die äußeren Kanten 24f und 25f der
Kugelrollrillen 24c und 25c des festen und den
bewegbaren Laufringes 24 und 25 berührt, die
Kontaktfläche
der Kugel 26 in Bezug auf den festen und den bewegbaren Laufring 24 und 25 größer, als
wenn S1 > S2 ist,
der Kontaktoberflächendruck
der Kugel 26 wird kleiner, als wenn S1 > S2 ist, und größer, als wenn S1 = S2 ist.
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Gemäß der Tabelle wird erkannt,
daß, wenn
S – 1 < S2 ist, die Kugel 26 auf
der äußeren Kante
läuft, der
mittlere Druck ist klein, und die Kontaktfläche ist groß. Zusätzlich wurde ein Haltbarkeitstest
des Kompressors durchgeführt,
wobei die Differenz zwischen S1 und S2 bei mehreren Werten von 0
mm bis 0,3 mm variierte. Als Resultat löste sich die Kugelrolloberfläche eines
jeden des bewegbaren und des festen Laufringes früher ab,
wenn sich die Differenz zwischen S1 und S2 dem 0,3 mm näherte. Aus
dem obigen ist zu wünschen, da
die Kugelrolloberfläche
von jedem des bewegbaren und des festen Laufringes sich früher löst, wenn
die Differenz zwischen S1 und S2 größer als 0,3 mm ist, daß die obige
Differenz kleiner als 0,3 mm ist (S2 – S1 < 0, 3 mm).
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Aus der obigen Beschreibung wird
klar, daß die
vorliegende Erfindung die folgenden Wirkungen aufweist.
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- 1. Da der Umlaufradius S1, der durch den Rotationsverhinderungsmechanismus
mit dem bewegbaren Laufring, einer Mehrzahl von Kugeln und dem festen
Laufring zu erhalten ist, kleiner als der Umlaufradius (der Radius
des Drehens des bewegbaren Spiralkörpers) S2 ist, der durch die
Spiralwände
des bewegbaren und des festen Spiralkörpers zu bestimmen ist, verbessert
sich die Produktivität
(in Bezug auf die Teilegenauigkeit und die Zusammenbaugenauigkeit).
- 2. Da die Schnittkonfiguration der Kugelrollrillen eines jeden
des bewegbaren und des festen Laufringes in der Form eines einfachen
kreisförmigen
Bogens oder einer gekrümmten
Linie, die eng einem kreisförmigen
Bogen ähnelt,
hergestellt ist, ist das Herstellen des Mechanismus im Vergleich
mit der herkömmlichen
komplizierten Konfiguration wie ein Ellipse oder eine Kombination
einer Mehrzahl von gekrümmten
Linien vereinfacht.
- 3. Der Oberflächendruck
des Kontaktes zwischen jeder der Kugeln und jedem des bewegbaren
und des festen Laufringes bei der vorliegenden Erfindung ist größer, wenn
S1 = S2 ist, aber die Differenz ist nicht so groß, das ein tatsächliches
Hindernis verursacht wird, und weiter ist der Oberflächendruck
kleiner als wenn S1 > S2. Folglich
wird die Haltbarkeit des Rotationsverhinderungsmechanismus verbessert.
