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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Klimaanlagenvorrichtung, um eine Raumumgebung in einem angenehmen
Zustand zu halten. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung
einen Spiralverdichter, der einen Bestandteil der Klimaanlagenvorrichtung
darstellt.
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Mit einer Klimaanlagenvorrichtung
wird ein Kompressor als Bestandteil eines Kühlkreises vorgesehen. Der Kompressor
dient einer Komprimierung eines Kühlmittels, das von einem inneren
Wärmetauscher
(oder einem äußeren Wärmetauscher)
geliefert wird, und einer Ausgabe davon als ein eine hohe Temperatur
aufweisendes und unter einem hohen Druck stehendes Kühlmittel.
Somit kann das Kühlmittel
zur Zeit des Kühlens,
sogar wenn die äußere Lufttemperatur
hoch ist, Wärme
an die äußere Luft
durch das Mittel des äußeren Wärmetauschers
abgeben, während
es zum Zeitpunkt der Erwärmung
an die innere Luft durch das Mittel des inneren Wärmetauschers übertragen
kann. Außerdem
kann eine Kühlmittelzirkulation
mit einer Wärmeausgabe
und/oder Wärmeübertragung
realisiert werden.
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Verschiedene Arten von Kompressoren
wurden vorgeschlagen, wobei eine davon der Spiralverdichter darstellt.
Dieser Kompressor besteht hauptsächlich
aus zwei Teilen, nämlich
einem festen Spiralteil und einem kreisenden Spiralteil, von dem
jedes mit Spiralwindungsabschnitten ausgestattet ist. Diese Teile
sind derart zusammengebaut, dass die Windungen jedes Teils sich
miteinander in Eingriff befinden. Der zusammengebaute Zustand ist
derart, dass das kreisende Spiralteil und das feste Spiralteil durch einen
Bahnradius exzentrisch zueinander hergestellt sind und derart, dass
sich die Spiralwindungen um 180° gedreht
miteinander in Eingriff befinden. Das Kühlmittel wird in einen Raum
(Kompressionskammer) zwischen den sich in Eingriff befindenden Windungen
eingeführt.
Die Kompression des Kühlmittels wird
entsprechend der Bewegung der Kompressionskammer in Richtung der
Mitte der Spiralen aufgrund des kreisenden Spiralteils realisiert,
welches exzentrisch bezüglich
dem festen Spiralteil derart gedreht wird, dass sich das Volumen
schrittweise verringert.
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Ein Drehschaft zum Übertragen
der Drehkraft ist mit dem kreisenden Spiralteil in dem Spiralverdichter
verbunden. Der Drehschaft ist mit dem kreisenden Spiralteil in einem
exzentrischen Zustand der Mittelachse des Drehschafts entsprechend
der exzentrischen Verbindung des kreisenden Spiralteils und des
festen Spiralteils verbunden. Außerdem ist der Drehschaft insbesondere
bei einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Motorriemen über eine
elektromagnetische Kupplung oder dergleichen verbunden, um dadurch
die Kraft des Drehschaftes zu übertragen.
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Dem oben beschriebenen Spiralverdichter wird
immer Schmieröl
zugeführt,
da die jeweiligen Spiralwindungsabschnitte des festen Spiralteils
und des kreisenden Spiralteils Abschnitte aufweisen, welche mit
einer relativ hohen Geschwindigkeit rotieren und miteinander in
Berührung
kommen. Jedoch kann aufgrund eines Unterbrechens der Zufuhr des Schmieröls oder
aufgrund eines anderen aus einem Problem resultierenden Grundes
der Fall einer Reibung, d. h. eines Blockierens zwischen dem festen Spiralteil
und dem kreisenden Spiralteil durch ihre Spiralwindungsabschnitte
auftreten.
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Falls ein Blockieren zwischen den
beiden Teilen auftritt, kann das kreisende Spiralteil sich nicht drehen,
was in einem großen
Widerstand gegen die durch den Drehschaft übertragene Kraft resultiert. Daraus
resultierend wird eine Überlast
an die elektromagnetische Kupplung derart angelegt, dass die inneren
Windungen davon durchbrennen bzw. durchschlagen und der Motorriemen
durchrutscht. Außerdem
kann im schlimmsten Fall, wenn die obige Situation extrem wird,
der Fall auftreten, dass der Motorriemen reißt oder sich in einem vollständig verriegelten
Zustand befindet, und somit ein Betrieb des Motors unmöglich wird.
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Die Druckschrift EP-A-643 224 beschreibt
einen Spiralverdichter, der das Auftreten eines abnormal hohen Druckes
aufgrund einer Flüssigkeitskompression
zum Startzeitpunkt verhindert, um die Motorlast zu entlasten, indem
die Flüssigkeit
aus Lücken an
Kontaktlinien der Seitenwände
der Spiralteile verschwinden kann.
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Das Dokument GB-A-879 063 beschreibt eine Überlastkupplung,
welche ausgestaltet ist, um eine Drehkraft bis zu einem vorbestimmten
Maximum ohne einem Rutschen zu übertragen,
jedoch mit einem Rutschen, falls das Maximum der Drehkraft überschritten
wird. Jedoch würde
eine Modifizierung des Spiralverdichters durch einen Einbau der Überlastkupplung
unvorteilhaft die äußere Abmessung des
gesamten Kompressors vergrößern, welcher
in einem engen und einem umschlossenen Motorraum eingebaut werden
muß.
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Hinsichtlich der oben beschriebenen
Situation ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Spiralverdichter
zu schaffen, der keinen unerwünschten
Einfluß auf
die Kraftquelle des Rotationsschaftes ausübt, sogar falls ein Blockieren zwischen dem
kreisenden Spiralteil und dem festen Spiralteil auftritt.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe durch einen Spiralverdichter mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele des
Spiralverdichters sind in den abhängigen Ansprüchen 2 und
3 beschrieben.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
befindet sich der Rotationsschaft im Leerlauf, wenn das kreisende
Spiralteil durch den Kraftübertragungsmechanismus
nicht betrieben werden kann. Somit tritt kein Problem auf, wie beispielsweise
eine an die Kraftquelle angelegte Überlast, welche eine Kraft
auf den Rotationsschaft überträgt.
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht eines Kraftübertragungsmechanismus zum
Verbinden eines Drehschaftes und eines exzentrischen Antriebsbolzens.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang der Linie C-C in 1.
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3 illustriert
eine Querschnittsansicht, welche den gesamten Aufbau des Spiralverdichters zeigt.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Erläuterung
unter Berücksichtigung
eines in einer Kraftfahrzeugklimaanlage montierten Spiralverdichters
getätigt.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht, welche den gesamten Aufbau eines Spiralverdichters
illustriert. Die äußere Form
ist aus einem abgedichteten Gehäuse 1 hergestellt,
mit einem kastenförmigen Körper 2,
einer Abdeckung 4, welche fest an dem kastenförmigen Körper 2 mit
Schrauben 3 befestigt ist, und einem zylindrischen Teil 6,
welches ebenfalls fest an dem kastenförmigen Körper 2 mit Schrauben (in
der Figur nicht dargestellt) befestigt ist.
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Im Inneren des abgedichteten Gehäuses 1 sind
ein festes Spiralteil 10 und ein kreisendes Spiralteil 14 angeordnet.
Diese Teile sind Hauptbestandteil des Aufbaus des Spiralverdichters.
Das feste Spiralteil 10 weist eine im wesentlichen scheibenförmige Endplatte 11 und
eine Spiralwindung 12 auf, welche von einer inneren Seite
davon wegsteht. Die Endplatte 11 ist fest an dem tassenförmigen Körper 2 mittels Schrauben 13 befestigt.
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Das Innere des abgedichteten Gehäuses 1 ist
durch einen engen Kontakt der äußeren Umfangsseite
der Endplatte 11 mit der inneren Umfangsseite des tassenförmigen Körpers 2 unterteilt.
Der unterteilte Raum ist derart aufgeteilt, dass eine äußere Seite
der Endplatte 11 als hochdruckseitige Kammer 31 und
eine innere Seite der Endplatte 11 als niedrigdruckseitige
Kammer 28 dient. Eine Einlaßkammer 32 und eine
Ausgabekammer 33 sind in einem Verbindungsabschnitt zwischen
der Abdeckung 4 und dem tassenförmigen Körper 2 gebildet. Die
hochdruckseitige Kammer 31 ist mit der Ausgabekammer 33 durch
einen Durchgang (in der Figur nicht dargestellt) verbunden, und
die niedrigdruckseitige Kammer 28 ist direkt mit der Einlaßkammer 32 verbunden.
Eine Ausgabeöffnung 29 ist
in der Mitte der Endplatte 11 gebildet. Die Ausgabeöffnung 29 wird
durch ein Ausgabeventil 30 geöffnet und geschlossen.
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Das kreisende Spiralteil 14 weist
eine im wesentlichen scheibenförmige
Endplatte 15 und eine Spiralwindung 16 auf, die
von einer inneren Seite davon wegsteht. Die Spiralwindung 16 besitzt
im wesentlichen dieselbe Form wie die Spiralwindung 12 des
festen Spiralteils 10.
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Das kreisende Spiralteil 14 und
das feste Spiralteil 10 sind durch einen Bahnradius zueinander exzentrisch
ausgebildet und derart zusammengebaut, dass die Spiralwindungen 12 und 16 miteinander
um 180° versetzt
in Eingriff sind, wie in der Figur dargestellt ist. Somit gelangt
eine Enddichtung 17, welche in einer Endfläche der
Spiralwindung 12 eingebettet ist, in engen Kontakt mit
der Innenfläche
der Endplatte 15, und eine Enddichtung 18, welche
in einer Endfläche
der Spiralwindung 16 eingebettet ist, gelangt in engen
Kontakt mit der Innenfläche
der Endplatte 11, und die Seitenflächen der Spiralwindungen 12 und 16 werden
in geraden Kontakt miteinander an mehreren Stellen gebracht, wodurch
mehrere Kompressionskammern 19a und 19b gebildet werden,
welche eine Punktsymmetrie bezüglich
der Mitte der Spirale aufweisen.
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Eine Antriebsbuchse 21 ist
drehbar über
ein Umlauflager 23 in einem zylindrischen Vorsprung 20 befestigt,
welcher in einem mittigen Abschnitt der äußeren Fläche der Endplatte 15 gebohrt
ist. Außerdem ist
ein Drehschaft 7 durch das hintere Teil 6 hindurchgeführt und
drehbar innerhalb des abgedichteten Gehäuses 1 mittels Lager 8 und 9 gelagert.
Eine elektromagnetische Kupplung 37 ist über eine
Läuferplatte 39 mit
einem Ende des Drehschafts 7 verbunden, welches außerhalb
des zylindrischen Teils 6 angeordnet ist, und ein Motorriemen 38 ist
mit der elektromagnetischen Kupplung 37 verbunden. Der
Motorriemen 38 dient einer Übertragung der Kraft von einem Kraftfahrzeugantriebsmotor
(nicht dargestellt). Ein exzentrischer Antriebsbolzen 25,
an welchen die Drehung des Drehschafts 7 übertragen
wird, ist an einem gegenüberliegenden
Ende des Drehschafts 7 (d. h. das Ende in dem abgedichteten
Bohrloch 1) vorgesehen, an einer Stelle exzentrisch zu
der axialen Mitte des Drehschafts 7. Der exzentrische Antriebsbolzen 25 ist
gleitend verschiebbar in einer Gleitrille 24 befestigt,
welche an einer Innenfläche der
Antriebsbuchse 21 gebildet ist.
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Der Drehschaft 7 und der
exzentrische Antriebsbolzen 25 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind als getrennte Körper
ausgebildet und durch einen Kraftübertragungsmechanismus P miteinander
verbunden. Wie in den 1 und 2 illustriert ist, sind Schlitze 41 vorstehend
an dem Ende des Drehschafts 7 vorgesehen und ein abgeschlossen
endendes zylindrisches Teil 40 ist an einem Basisende des
exzentrischen Antriebsbolzens 25 vorgesehen, und der Schlitz 41 und
das abgeschlossen endende zylindrische Teil 40 sind miteinander
durch die Trommeln 42 verbunden. Demgemäß ist der exzentrische Antriebsbolzen 25 vorstehend
an einer Position exzentrisch zu der Mitte des abgeschlossen endenden
zylindrischen Teils 40 vorgesehen.
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Der Aufbau des Kraftübertragungsmechanismus
P wird im folgenden beschrieben.
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Rillen 44 mit einem im wesentlichen
halbkreisförmigen
Querschnitt sind in einer inneren Wand einer Bohrung des abgeschlossen
endenden zylindrischen Teils 40 gebildet, in der Höhenrichtung
des Zylinders. Die Rillen 44 sind mehrfach an den Uhrzeigerstellungen
0, 3, 6 und 9 auf dem Zylinderquerschnitt gebildet. Außerdem ist
eine zylindrische elastische Trommel 43 mittig auf dem
abgeschlossenen Ende vorgesehen, dereren Höhe ungefähr derjenigen des zylindrischen
Teils 40 entspricht. Als Material für die elastische Trommel 43 wird
Federstahl verwendet. Plastik oder Harzmaterialien, wie beispielsweise
starrer Gummi, können
ebenfalls als Material für
die elastische Trommel verwendet werden, und andere Materialien
sind ebenfalls möglich.
Die Trommeln 92 sind zum Eingepaßtwerden in jede Rille 44 zum
In-Kontakt-Gelangen mit einer äußeren Umfangsfläche der
elastischen Trommel 43 vorgesehen. Die Schlitze 41 sind
zum Füllen
der Zwischenräume zwischen
den Trommeln 42 eingepaßt. Die Kraftübertragung
von dem Drehschaft 7 an das kreisende Spiralteil 14 wird
durch den Kraftübertragungsmechanismus
P erreicht, der wie oben beschrieben ausgebildet ist.
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Außerdem ist ein Ausgleichsgewicht 27,
um das dynamische Ungleichgewicht aufgrund der kreisenden Bewegung
des kreisenden Spiralteils 14 auszugleichen, an der Antriebsbuchse 21 angebracht, um
das Gravitationszenter in eine Richtung um 180° zu der des exzentrischen Antriebsbolzens 25 um
den Drehschaft 7 zu bewegen. Für denselben Zweck ist ein Ausgleichsgewicht 35 an
der Außenseite
des Lagers 9 vorgesehen. Außerdem ist ein Axiallager 36 zwischen
dem äußeren Seitenumfang
der Endplatte 15 des kreisenden Spiralteils 14 und
der inneren Endfläche
des zylindrischen Teils 6 vorgesehen. Eine Oldham-Verbindung 26,
welche eine kreisende Bewegung des kreisenden Spiralteils 14 ermöglicht,
jedoch eine Drehung um seine Achse verhindert, ist an der Außenseite
der Endplatte 15 vorgesehen.
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Der Betrieb und die Wirkung des Spiralverdichters,
der wie oben beschrieben aufgebaut ist, wird im folgenden beschrieben.
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Wenn der Drehschaft 7 durch
die über
den Motorriemen 38 und die elektromagnetische Kupplung 37 übertragene
Kraft gedreht wird, wird das kreisende Spiralteil 14 auf
dem Bahnradius, d. h. auf einer kreisrunden Bahn des exzentrischen
Betrages zwischen dem Rotationsschaft 7 und dem exzentrischen
Antriebsbolzen 25 als Radius, mittels eines Kreisbahn-Antriebsmechanismus
bewegt, welcher den exzentrischen Antriebsbolzen 25, die
Antriebsbuchse 21 und den zylindrischen Vorsprung 20 aufweist.
Zu diesem Zeitpunkt wird eine Drehung des kreisenden Spiralteils 14 um
seine Achse durch die Oldham-Verbindung 26 verhindert.
Daher bewegen sich die geradlinig berührenden Abschnitte an den Seitenflächen der
Spiralwindungen 12 und 16 schrittweise in Richtung
der Mitte der Spirale und als Ergebnis daraus bewegen sich die Kompressionskammern 19a und 19b in
Richtung der Mitte der Spirale, während eine Reduzierung des
Volumens auftritt. Als Begleiterscheinung wird Gas, welches von
einer Einlaßöffnung (in
der Figur nicht dargestellt) einströmt und durch die Einlaßkammer 32 zu
der niederdruckseitigen Kammer 28 strömt, in jede Kompressionskammer 19a, 19b von
einer äußeren Endöffnung der Spiralwindungen 12 und 16 gezogen,
und erreicht die mittlere Kammer 22, während es komprimiert wird. Das
Gas tritt dann durch die Ausgabeöffnung 29 hindurch,
wobei es das Ausgabeventil 30 öffnet, und wird in Richtung
der hochdruckseitigen Kammer 31 ausgegeben und fließt durch
die Ausgabeöffnung (nicht
gezeigt) über
die Ausgabekammer 33 zu der Außenseite.
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Zu diesem Zeitpunkt wird die Kraftübertragung
von dem Drehschaft 7 an das kreisende Spiralteil 14 durch
den Kraftübertragungsmechanismus P
realisiert. Das an die Schlitze 41 angelegte Drehmoment
wird an die Trommeln 42 übertragen, welche dann in die
Rillen 44 drücken,
um dadurch das abgeschlossen endende zylindrische Teil 40 zu
drehen. Da der exzentrische Antriebsbolzen 25 vorstehend einteilig
mit dem abgeschlossen endenden zylindrischen Teil 40 ausgebildet
ist, dreht sich auch der exzentrische Antriebsbolzen 25,
um die Drehkraft an die Antriebsbuchse 21 in dem zylindrischen
Vorsprung 20 zu übertragen,
wodurch das kreisende Spiralteil 14 gedreht wird.
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Es wird der Fall angenommen, in welchem eine
Situation wie beispielsweise ein Blockieren zwischen den Spiralwindungen 16 und 17 des
kreisenden Spiralteils 14 und des festen Spiralteils 10 jeweils auftritt.
In diesem Fall wird das kreisende Spiralteil 14 bezüglich dem
festen Spiralteil 10 gesperrt und somit können sich
das kreisende Spiralteil 14, die Antriebsbuchse 21,
der exzentrische Antriebsbolzen 25 und das abgeschlossen
endende zylindrische Teil 40 nicht drehen. Jedoch wird
die Drehkraft, welche von dem Motorriemen 38, d. h. von
dem Motor (nicht dargestellt), herrührt, weiterhin an dem Drehschaft 7 angelegt.
Zu diesem Zeitpunkt wird die Drehkraft zu einer Kraft, welche die
Trommeln 42 aus den Rillen 44 löst. Somit
werden die Trommeln 42 in Berührung mit der elastischen Trommel 43 gebracht.
Somit verformen die Trommeln 42 die elastische Rolle 43,
welche sich in Richtung der axialen Mitte des Drehschaftes 7 bewegt.
Daraus resultierend lösen
sich die Trommeln 42 aus den Rillen 44 und rutschen
um die Innenseite derart herum, dass der Drehschaft 7 anfängt leerzulaufen.
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Aufgrund einer derartigen Wirkung
können
in dem Falle, in welchem der Drehschaft 7 des Spiralverdichters
nicht betrieben werden kann, durch Ermöglichen eines Leerlaufs desselben
die elektromagnetische Kupplung 37 und der Motorriemen 38 einen
normalen Betrieb fortfahren. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass
ein Ausbrennen der Windungen im Inneren der e lektromagnetischen
Kupplung 37 oder ein Rutschen des Motorriemens 38 nicht
auftritt und somit eine Situation vermieden wird, bei welcher der
Motor nicht betrieben werden kann.
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In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde
ein in einer Fahrzeugklimaanlage montierter Spiralverdichter exemplarisch
beschrieben. Die vorliegende Erfindung jedoch ist keinesfalls auf
dieses Ausführungsbeispiel
begrenzt. Beispielsweise ist die vorliegende Erfindung auf eine
Raumklimaanlage, welche in einem Haus installiert ist, oder auf
jede andere Art von Klimaanlage anwendbar.
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Ferner ist bei der vorliegenden Erfindung
der Aufbau des Kraftübertragungsmechanismus
P, die Anordnung der Rillen 44 und der Trommeln 42 und die
vorgesehene Anzahl davon nicht auf den in den 1 und 2 illustrierten
Fall beschränkt.
Es sei an dieser Stelle erwähnt,
dass die Anzahl der Rillen 44 und der Trommeln 42 beispielsweise
jeweils drei oder jeweils sechs sein kann.
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Wie oben beschrieben wurde, beinhaltet
der Spiralverdichter der vorliegenden Erfindung einen Kraftübertragungsmechanismus
mit einer Funktion zum Leerlaufen des Drehschaftes, wenn das kreisende
Spiralteil nicht betrieben werden kann. Somit tritt die unerwünschte Situation
nicht auf, in welcher eine Überlast
an die Kraftquelle angelegt wird, welche die Kraft an den Drehschaft überträgt. Folglich
können
irreparable Schäden
an einer Klimaanlage, in welcher dieser Spiralverdichter eingebaut
ist, vermieden werden.