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Die Erfindung betrifft einen Spiralverdichter, mit mindestens einer an einer inneren Stirnwand eines Verdichtergehäuses befestigten oder ausgebildeten spiralförmigen Statorschaufel und mindestens einer an einer Verdrängerscheibe befestigten oder ausgebildeten spiralförmigen Verdrängerschaufel, wobei die Statorschaufel und die Verdrängerschaufel axial ineinandergreifen sowie zwischen einander sichelförmige Druckräume begrenzen, wobei die Verdrängerscheibe drehbar auf einem Exzenterzapfen einer Antriebswelle gelagert ist und bei rotierender Antriebswelle mittels einer Führungseinrichtung in einer translatorischen Orbitalbewegung geführt wird.
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Spiralverdichter, die auch als Scrollverdichter bezeichnet werden, kommen bevorzugt bei stationären und mobilen Kühlaggregaten, bei Wärmepumpen und auch bei Verbrennungsmotoren zur Erhöhung deren Ladedrucks zur Anwendung. Ein Spiralverdichter weist mindestens eine gehäusefest angeordnete spiralförmige Statorschaufel und eine beweglich angeordnete spiralförmige Verdrängerschaufel auf, welche zwischen sich mehrere sichelförmige Druckräume begrenzen. Die Statorschaufel ist an einer inneren Stirnwand eines Verdichtergehäuses befestigt. Die Verdrängerschaufel ist hingegen an einer Verdrängerscheibe angeordnet, welche drehbar auf einem Exzenterzapfen einer Antriebswelle gelagert ist. Bei rotierender, also von einem Antriebsmotor angetriebener Antriebswelle soll die Verdrängerscheibe mit der Verdrängerschaufel zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades eine translatorische Orbitalbewegung ausführen, also entsprechend der umlaufenden Verlagerung des Exzenterzapfens radial ausgelenkt werden. Dabei soll die Verdrängerschaufel jedoch ihre umfangsseitige Orientierung weitgehend beibehalten, also möglichst keine Verschwenkung um die eigene Nabenachse durchführen. Wenn dies gewährleistet ist können die Schaufeln derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sich die Verdrängerschaufel der Statorschaufel stellenweise bis auf wenige Mikrometer annähert. Hierdurch sind die Druckräume, welche bei rotierender Antriebswelle unter Verringerung ihres Volumens umfangsseitig in Drehrichtung der Antriebswelle und radial von außen nach innen verlagert werden, relativ gut abgedichtet. Zur Gewährleistung der translatorischen Orbitalbewegung der Verdrängerscheibe ist jedoch eine Führungseinrichtung erforderlich, welche unterschiedlich ausgebildet sein kann.
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Bei einem aus der
DE 33 13 000 A1 bekannten Spiralverdichter ist die Führungseinrichtung als ein Führungsgetriebe mit einer Führungswelle und einem Zahnriementrieb ausgebildet. Die Führungswelle ist nahe des Außenumfangs der Verdrängerscheibe über zwei Wälzlager drehbar in einem Verdichtergehäuse gelagert. An dem der Verdrängerscheibe zugewandten Ende ist die Führungswelle mit einem Exzenterzapfen versehen, welcher die gleiche Exzentrizität wie der Exzenterzapfen der Antriebswelle aufweist. Der Exzenterzapfen der Führungswelle ist mittels eines Wälzlagers drehbar in einer axialen Führungsbohrung der Verdrängerscheibe gelagert. Über den Zahnriementrieb steht die Führungswelle in Triebverbindung mit der Antriebswelle. Bei gleicher umfangsseitiger Orientierung des Exzenterzapfens der Antriebswelle und der Führungswelle ist durch das Führungsgetriebe bei rotierender Antriebswelle eine exakte Führung der Verdrängerscheibe in einer translatorischen Orbitalbewegung gegeben. Nachteilig an einem derartigen Führungsgetriebe sind allerdings der hohe konstruktive Aufwand, der große Bauraumbedarf und das erforderliche hohe Antriebsmoment der Führungswelle.
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In der
DE 34 07 939 C1 ist ein Spiralverdichter beschrieben, bei dem die Führungseinrichtung durch eine Kurbelschwinge gebildet ist, welche am Au ßenumfang der Verdrängerscheibe tangential in Verlängerung einer Verdrängerschaufel angeordnet ist. Die Kurbelschwinge ist an beiden Enden, also außen am Verdichtergehäuse und innen an der Verdrängerscheibe, gelenkig gelagert. Bei rotierender Antriebswelle wird die Kurbelschwinge um ihre äußere Lagerung wechselweise radial nach außen oder innen ausgelenkt, welches eine periodische Verschwenkung der Verdrängerscheibe in Umfangsrichtung bewirkt. Der kompakten Bauweise dieser bekannten Führungseinrichtung stehen die Nachteile der verschleißbehafteten Lagerung der Kurbelschwinge und des aufgrund der Verschwenkung der Verdrängerscheibe verringerten Wirkungsgrades des Spiralverdichters gegenüber.
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Bei dem aus der
DE 10 2013 218 430 A1 bekannten Spiralverdichter umfasst die Führungseinrichtung einen gehäusefesten äußeren Ringkörper mit einer zylindrischen Innenwand, einen koaxial innerhalb dieses äußeren Ringkörpers angeordneten, mit der Verdrängerscheibe verbundenen inneren Ringkörper mit einer zylindrischen Außenwand und mehrere kegelförmige Schubhebel mit zylindrischen Köpfen und balligen Füßen. In der Innenwand des äußeren Ringkörpers sind umfangsseitig verteilt mehrere zylindrische Ausnehmungen ausgebildet, welche achsparallel zu der Antriebsachse ausgerichtet sind. In der Außenwand des inneren Ringkörpers sind umfangsseitig verteilt dieselbe Anzahl von radialen Führungsöffnungen ausgebildet. Die Schubhebel sind mit ihren Köpfen schwenkbar in den Ausnehmungen des äußeren Ringkörpers gelagert sowie mit ihren Füßen radial verschiebbar und schwenkbar in den Führungsöffnungen des inneren Ringkörpers geführt. Diese bekannte Führungseinrichtung erfordert einen vergleichsweise gro-ßen Bauraum und weist zu deren Fertigstellung einen hohen Montageaufwand auf. Zudem ist die Führungseinrichtung aufgrund des Reibkontaktes der vielen Schubhebel mit den Innenwänden der Ausnehmungen und der Führungsöffnungen verschleißbehaftet und erfordert eine intensive Versorgung der Kontaktbereiche mit einem Schmiermittel.
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Angesichts der Nachteile der bekannten Führungseinrichtungen von Spiralverdichtern liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Spiralverdichter mit einer einfach aufgebauten, einen geringen Bauraum einnehmenden, möglichst verschleißfreien Führungseinrichtung vorzustellen.
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Diese Aufgabe ist durch einen Spiralverdichter gelöst, welcher die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Demnach betrifft die Erfindung einen Spiralverdichter, mit mindestens einer an einer inneren Stirnwand eines Verdichtergehäuses befestigten oder ausgebildeten spiralförmigen Statorschaufel und mindestens einer an einer Verdrängerscheibe befestigten oder ausgebildeten spiralförmigen Verdrängerschaufel, wobei die Statorschaufel und die Verdrängerschaufel axial ineinandergreifen sowie zwischen einander sichelförmige Druckräume begrenzen, wobei die Verdrängerscheibe drehbar auf einem Exzenterzapfen einer Antriebswelle gelagert ist und bei rotierender Antriebswelle mittels einer Führungseinrichtung in einer translatorischen Orbitalbewegung geführt wird.
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Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist bei diesem Spiralverdichter vorgesehen, dass die Führungseinrichtung einen Führungshebel und einen Stützhebel aufweist, dass der Führungshebel bezüglich der Nabenachse der Verdrängerscheibe radial ausgerichtet und mit seinem inneren Ende starr an der Verdrängerscheibe befestigt ist, dass der Stützhebel federelastische Eigenschaften aufweist, und dass der Stützhebel bezüglich der Nabenachse der Verdrängerscheibe mit tangentialer Ausrichtung zwischen dem äußeren Ende des Führungshebels und dem Verdichtergehäuse angeordnet sowie mit diesen beiden fest verbunden ist.
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Mit dem radial an der Verdrängerscheibe befestigten Führungshebel und dem zwischen dem Führungshebel und dem Verdichtergehäuse angeordneten elastischen Stützhebel weist diese Führungseinrichtung einen relativ einfachen Aufbau, wenig Bauteile und einen geringen Bauraumbedarf auf. Sie funktioniert zudem reibungslos und verschleißfrei. Bei rotierender Antriebswelle wird der Führungshebel radial innen entsprechend der Auslenkung durch den umlaufenden Exzenterzapfen der Antriebswelle ausgelenkt und überträgt diese Auslenkung radial außen auf den Stützhebel, welcher diese Bewegung durch eine federelastische Biegung, Dehnung und Stauchung zumindest teilweise aufnimmt. Da dies nicht vollständig möglich ist, ergibt sich dabei eine periodische Schwenkbewegung der Verdrängerscheibe um die Nabenachse, die jedoch nur wenige Grad beträgt. Die Schwenkbewegung der Verdrängerscheibe ist dabei umso geringer, je länger der Führungshebel und je elastischer der Stützhebel ausgebildet sind. Der Führungshebel ist daher bevorzugt möglichst lang ausgebildet, welches insofern kein großes Problem darstellt, als dessen umfangsseitige Anordnung beliebig wählbar ist.
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Der Stützhebel kann aus Gummi oder einem anderen federelastischen Material bestehen. Der Stützhebel kann alternativ dazu zumindest einen Abschnitt aufweisen, welcher aus einem federelastischen Material besteht und daher federelastische Eigenschaften aufweist. Da die Elastizität von Gummi bei Temperaturen unter der Frostgrenze stark abnimmt, ist ein elastomerer Kunststoff, der diese Eigenschaft nicht aufweist, für den Stützhebel vorzuziehen.
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Der Stützhebel oder der elastische Abschnitt des Stützhebels kann einen kreisrunden Querschnitt aufweisen.
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Möglich ist es aber auch, dass der Stützhebel oder der elastische Abschnitt des Stützhebels einen elliptischen Querschnitt aufweist und zur Erzielung einer geringeren Biegesteifigkeit in radialer Richtung derart angeordnet ist, dass der kleinere Durchmesser des elliptischen Querschnitts des Stützhebels in Längsrichtung des Führungshebels ausgerichtet ist.
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Alternativ zu gerundeten Querschnitten kann der Stützhebel oder der elastische Abschnitt des Stützhebels auch einen quadratischen Querschnitt aufweisen und zur Erzielung einer geringeren Biegesteifigkeit in radialer Richtung derart angeordnet sein, dass zwei gegenüberliegende parallele Außenseiten des quadratischen Querschnitts in Längsrichtung des Führungshebels ausgerichtet sind.
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Alternativ dazu ist es auch möglich, dass der Stützhebel oder der elastische Abschnitt des Stützhebels einen quaderförmigen Querschnitt aufweist und zur Erzielung einer geringeren Biegesteifigkeit in radialer Richtung derart angeordnet ist, dass die geringere Dicke des quaderförmigen Querschnitts in Längsrichtung des Führungshebels ausgerichtet ist.
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Unabhängig von dessen Querschnittsform kann der Stützhebel oder der elastische Abschnitt des Stützhebels auch eine in Längsrichtung des Führungshebels ausgerichtete Einschnürung aufweisen. Eine derartige Einschnürung ist als elastisches Knickscharnier wirksam und verringert dadurch die Biegesteifigkeit des Stützhebels beziehungsweise des elastischen Abschnitts in radialer Richtung weiter.
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Der Stützhebel kann starr an dem Führungshebel und/oder dem Verdichtergehäuse befestigt sein. Dies kann zum Beispiel dadurch erreicht werden, dass der Stützhebel mittels Vulkanisation oder Spritzguss an einen Beschlag des Führungshebels und/oder des Verdichtergehäuses angeformt ist.
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Alternativ zu einer Ausführungsform aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff kann der Stützhebel auch aus einem Federblech, also zum Beispiel aus Federstahl, bestehen, welcher zur Ermöglichung einer Biegung, Dehnung und Stauchung bezüglich der Nabenachse der Verdrängerscheibe radial bogenförmig nach außen oder innen gewölbt ist.
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Alle genannten Bauarten von Stützhebeln können auch über eine Bolzenverbindung, also mittels einer Schraub-, Niet- oder Splintverbindung, an einem Beschlag des Führungshebels und/oder des Verdichtergehäuses befestigt sein. Bei einer Ausführungsform des Stützhebels mit Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff ist dieser hierzu endseitig mit mindestens einem einvulkanisierten oder umspritzten Beschlag versehen.
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Der Stützhebel kann jedoch auch gelenkig an dem Führungshebel und/oder dem Verdichtergehäuse befestigt sein.
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Hierzu kann der Stützhebel endseitig mit einer mittig zylindrischen sowie beidseitig außen V-förmig erweiterten Durchgangsöffnung formschlüssig schwenkbar auf einem zentralen zylindrischen Lagerbolzen des Führungshebels gelagert sein, wobei der Lagerbolzen achsparallel zu der Nabenachse der Verdrängerscheibe ausgerichtet ist.
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Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass der Stützhebel, der hierzu endseitig mit mindestens einem einvulkanisierten oder umspritzten Beschlag versehen sein kann, mit mindestens einer endseitigen Lagerachse schwenkbar in einer achsparallel zu der Nabenachse der Verdrängerscheibe ausgerichteten, starr an dem Führungshebel und/oder dem Verdichtergehäuse befestigten Lagerbuchse gelagert ist.
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Die erfindungsgemäße Konstruktion kann auch in einem zweistufigen Spiralverdichter realisiert sein, welcher eine erste Verdichterstufe und eine zweite Verdichterstufe aufweist. Die beiden Verdichterstufen weisen jeweils eine an einer inneren Stirnwand eines Verdichtergehäuses befestigte oder ausgebildete spiralförmige Statorschaufel sowie jeweils eine an einer Verdrängerscheibe befestigte oder ausgebildete spiralförmige Verdrängerschaufel auf. Die jeweilige Statorschaufel und die dieser zugeordnete Verdrängerschaufel greifen axial ineinander und begrenzen zwischen einander sichelförmige Druckräume. Die beiden Verdrängerscheiben sind an gegenüberliegenden Enden des Verdichtergehäuses drehbar auf jeweils einem Exzenterzapfen einer gemeinsamen Antriebswelle gelagert und werden bei rotierender Antriebswelle mittels jeweils einer Führungseinrichtung in einer translatorischen Orbitalbewegung geführt. Die zumindest eine Führungseinrichtung weist gemäß der Erfindung einen Führungshebel sowie einen Stützhebel entsprechend der beschriebenen Bauart auf.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer in der beigefügten Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele weiter erläutert. In der Zeichnung zeigt
- 1 einen Spiralverdichter mit einer erfindungsgemäßen Führungseinrichtung in einer ersten Funktionsstellung in einer vereinfachten Axialansicht,
- 1a den Spiralverdichter gemäß 1 in einer zweiten Funktionsstellung in einer vereinfachten Axialansicht,
- 1b den Spiralverdichter gemäß den 1 und 1a in einer dritten Funktionsstellung in einer vereinfachten Axialansicht,
- 1c den Spiralverdichter gemäß den 1 bis 1 b in einer vierten Funktionsstellung in einer vereinfachten Axialansicht,
- 2 eine erste Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 2a die Führungseinrichtung in einer Querschnittansicht A-A gemäß 2,
- 3 eine zweite Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 3a die Führungseinrichtung in einer Querschnittansicht B-B gemäß 3,
- 4 eine dritte Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 4a die Führungseinrichtung in einer Querschnittansicht C-C gemäß 4,
- 5 eine vierte Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 5a die Führungseinrichtung in einer Querschnittansicht D-D gemäß 5,
- 6 eine fünfte Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 7 eine sechste Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 8 eine siebte Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 9 eine achte Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 10 eine neunte Ausführungsform einer Führungseinrichtung eines Spiralverdichters in einer ausschnittweisen Axialansicht,
- 11 einen zweistufigen Spiralverdichter mit bekannten Führungseinrichtungen in einem schematischen Längsmittenschnitt, und
- 12 den zweistufigen Spiralverdichter gemäß 11 mit erfindungsgemäßen Führungseinrichtungen in einem Längsmittenschnitt.
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In der vereinfacht dargestellten Axialansicht gemäß 1 ist ein Spiralverdichter 2 abgebildet, welcher eine an einer nicht abgebildeten inneren Stirnwand eines Verdichtergehäuses 4 befestigte spiralförmige Statorschaufel 6 und eine an einer Verdrängerscheibe 8 angeordnete spiralförmige Verdrängerschaufel 12 aufweist. Die Statorschaufel 6 und die Verdrängerschaufel 12 greifen axial ineinander und begrenzen vier sichelförmige Druckräume 14a, 14b, 16a, 16b. Die Verdrängerscheibe 8 ist drehbar auf einem Exzenterzapfen 20 einer Antriebswelle 18 gelagert und wird bei rotierender Antriebswelle 18 mittels einer Führungseinrichtung 22 in einer translatorischen Orbitalbewegung geführt.
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Die Führungseinrichtung 22 umfasst einen Führungshebel 24 und einen Stützhebel 30. Der Führungshebel 24 ist bezüglich der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 radial ausgerichtet und mit seinem radial inneren Ende 26 starr an der Verdrängerscheibe 8 befestigt. Der Stützhebel 30 ist bezüglich der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 mit tangentialer Ausrichtung zwischen dem radial äußeren Ende 28 des Führungshebels 24 und dem Verdichtergehäuse 4 angeordnet sowie mit diesen beiden fest verbunden. Der Stützhebel 30 weist zudem federelastische Eigenschaften auf.
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In der 1 befindet sich der Spiralverdichter 2 in einer ersten Funktionsstellung, in welcher sich der Exzenterzapfen 20 der Antriebswelle 18 in einer 270°-Position befindet. In dieser Funktionsstellung sind die radial äußeren Druckräume 14a, 14b mit einem in der 1 nicht erkennbaren Eingangsraum des Spiralverdichters 2 strömungstechnisch verbunden, während die radial inneren Druckräume 16a, 16b vollständig geschlossen sind. Durch die Auslenkung der Verdrängerscheibe 8 mittels des Exzenterzapfens 20 ist der Stützhebel 30 in der 270°-Position federelastisch geringfügig gestaucht sowie hin zur Verdrängerscheibe 8 gebogen. Zudem führte die Verdrängerscheibe 8 im Vergleich zu einer fiktiven Neutralposition, welche die Führungseinrichtung 22 bei mittig an der Antriebswelle 18 angeordnetem Exzenterzapfen 20 einnehmen würde, eine geringfügige Schwenkbewegung von weniger als einem Grad im Uhrzeigersinn durch.
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Bei der in der 1 a gezeigten Darstellung ist die Antriebswelle 18 im Vergleich zur 1 im Uhrzeigersinn um 90° gedreht worden. Hierbei befindet sich der Spiralverdichter 2 in einer zweiten Funktionsstellung, in welcher sich der Exzenterzapfen 20 der Antriebswelle 18 in der 0°-Position steht. In dieser Funktionsstellung sind die radial äußeren Druckräume 14a, 14b deutlich vergrößert und haben Luft oder ein anderes Gas aus dem erwähnten Eingangsraum des Spiralverdichters 2 aufgenommen. Die radial inneren Druckräume 16a, 16b sind weiterhin geschlossen, haben aber unter Reduzierung ihrer Volumina das eingeschlossene Gas weiter verdichtet. Durch die vertikale Auslenkung der Verdrängerscheibe 8 mittels des Exzenterzapfens 20 nach oben beziehungsweise radial außen wurde der Stützhebel 30 federelastisch gedehnt sowie mit seinem einen Ende von der Verdrängerscheibe 8 weg gebogen. Zudem führte die Verdrängerscheibe 8 hierbei in Bezug zu der fiktiven Neutralposition eine Schwenkbewegung von zwei bis drei Grad im Uhrzeigersinn durch.
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In der 1 b ist die Antriebswelle 18 im Vergleich zu der in der 1a gezeigten Situation im Uhrzeigersinn um 90° weiter gedreht worden, und der Spiralverdichter 2 befindet sich hierbei in einer dritten Funktionsstellung, in welcher sich der Exzenterzapfen 20 der Antriebswelle 18 in einer 90°-Position befindet. In dieser Funktionsstellung sind die radial äußeren Druckräume 14a, 14b von dem Eingangsraum des Spiralverdichters 2 getrennt und weisen unter Komprimierung des eingeschlossenen Gases geringere Volumina auf. Die radial inneren Druckräume 16a, 16b weisen weiter verringerte Volumina sowie eine erste kleinere Verbindungen zu einem radial innen ausgebildeten und in der 1b nicht sichtbaren Ausgangsraum des Spiralverdichters 2 auf. Durch die beschriebene Auslenkung der Verdrängerscheibe 8 mittels des Exzenterzapfens 20 wurde der Stützhebel 30 von der Antriebswelle 18 weg gebogen sowie federelastisch geringfügig gedehnt. Zudem führte die Verdrängerscheibe 8 in Bezug zur fiktiven Neutralposition eine geringfügige Schwenkbewegung von weniger als einem Grad aus.
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Gemäß der Darstellung der 1c ist die Antriebswelle 18 im Vergleich zur 1b im Uhrzeigersinn um 90° weiter gedreht worden, und der Spiralverdichter 2 befindet sich dadurch in einer dritten Funktionsstellung, in welcher sich der Exzenterzapfen 20 der Antriebswelle 18 in einer 180°-Position befindet. In dieser Funktionsstellung sind die radial äußeren Druckräume 14a, 14b deutlich verkleinert und haben das dort eingeschlossene Gas weiter verdichtet. Die radial inneren Druckräume 16a, 16b sind nun vollständig mit dem hier nicht erkennbaren Ausgangsraum des Spiralverdichters 2 verbunden und haben das zuvor eingeschlossene Gas fast vollständig in den Ausgangsraum ausgeschoben. Durch die vertikale Auslenkung der Verdrängerscheibe 8 mittels des Exzenterzapfens 20 nach unten wurde der Stützhebel 30 federelastisch gestaucht sowie nach unten gebogen. Zudem führte die Verdrängerscheibe 8 in Bezug zur fiktiven Neutralposition eine größere Schwenkbewegung von zwei bis drei Grad durch.
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Nachfolgend werden anhand der 2 bis 10 mehrere mögliche Ausführungsformen des Stützhebels 30 erläutert.
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In der ausschnittweisen Axialansicht der 2 und der Querschnittansicht der 2a gemäß der Schnittebene A-A der 2 besteht der Stützhebel 30.1 in einer ersten Ausführungsform aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff und weist einen kreisrunden Querschnitt auf.
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In der ausschnittweisen Axialansicht der 3 und der Querschnittansicht der 3a gemäß der Schnittebene B-B der 3 besteht der Stützhebel 30.2 in einer zweiten Ausführungsform ebenfalls aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff, er weist jedoch einen elliptischen Querschnitt auf. Um bezüglich der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 in radialer Richtung eine geringere Federsteifigkeit zu erzielen, ist dieser Stützhebel 30.2 derart angeordnet, dass der kleinere Durchmesser d seines elliptischen Querschnitts in Längsrichtung des Führungshebels 24 ausgerichtet ist.
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In der ausschnittweisen Axialansicht der 4 und der Querschnittansicht der 4a gemäß der Schnittebene C-C der 4 besteht der Stützhebel 30.3 in einer dritten Ausführungsform auch aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff, er weist nun jedoch einen quadratischen Querschnitt auf. Um bezüglich der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 in radialer Richtung eine geringere Federsteifigkeit zu erzielen, ist der Stützhebel 30.3 derart angeordnet, dass zwei gegenüberliegende parallele Außenseiten 36, 36' seiner quadratischen Querschnittsfläche in Längsrichtung des Führungshebels 24 ausgerichtet sind.
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In der ausschnittweisen Axialansicht der 5 und der Querschnittansicht der 5a gemäß der Schnittebene D-D der 5 besteht der Stützhebel 30.4 in einer vierten Ausführungsform ebenfalls aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff, er weist jedoch einen quaderförmigen Querschnitt auf. Um bezüglich der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 in radialer Richtung eine geringere Federsteifigkeit zu erzielen, ist dieser Stützhebel 30.4 derart angeordnet, dass die geringere Dicke t der quaderförmigen Querschnittsfläche in Längsrichtung des Führungshebels 24 ausgerichtet ist.
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In der ausschnittweisen Axialansicht der 6 weist der aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff bestehende Stützhebel 30.5 in einer fünften Ausführungsform eine in Längsrichtung des Stützhebel 30.5 ausgerichtete Einschnürung 38 auf. Eine derartige Einschnürung 38 ist als elastisches Knickscharnier wirksam und verringert dadurch die Biegesteifigkeit des Stützhebels 30.5 in radialer Richtung.
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Die bisher vorgestellten Stützhebel 30.1, 30.2, 30.3, 30.4, 30.5 können starr an dem Führungshebel 24 und/oder dem Verdichtergehäuse 4 befestigt und hierzu mittels Vulkanisation oder Spritzguss an einen Beschlag des Führungshebels 24 und/oder des Verdichtergehäuses 4 angeformt sein.
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In einer dazu alternativen Befestigungsart ist der Stützhebel 30.6 gemäß der in der 7 abgebildeten sechsten Ausführungsform beispielhaft mittels eines einvulkanisierten oder umspritzten ersten Beschlags 40 über eine Bolzenverbindung 44 an einem Beschlag 42 des Führungshebels 24 befestigt. Diese Bolzenverbindung 44 ist beispielhaft durch einen in Bohrungen in den beiden Beschlägen 40, 42 eingesetzten Niet 46 gebildet.
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In der ausschnittweisen Axialansicht der 8 ist der aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff bestehende Stützhebel 30.7 in einer siebten Ausführungsform mittels einer mittig zylindrischen sowie außenseitig V-förmig erweiterten Durchgangsöffnung 48 formschlüssig schwenkbar auf einem zentralen zylindrischen Lagerbolzen 50 des Führungshebels 24 gelagert, wobei der Lagerbolzen 50 achsparallel zu der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 ausgerichtet ist.
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Gemäß einer dazu alternativen achten Ausführungsform ist ein in einer teilweisen Axialansicht der 9 abgebildete, aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff bestehende Stützhebel 30.8 mittels einer an diesem befestigten endseitigen Lagerachse 52 schwenkbar in einer starr an dem Führungshebel 24 befestigten, achsparallel zu der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 ausgerichteten Lagerbuchse 54 gelagert. Die Lagerachse 52 des Stützhebels 30.8 kann hierzu Bestandteil eines endseitig in den Stützhebel 30.8 einvulkanisierten oder umspritzten Beschlags sein.
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Bei der ausschnittweisen Axialansicht der 10 besteht der Stützhebel 30.9 gemäß einer neunten Ausführungsform aus einem Federblech, welches zur Ermöglichung seiner Biegung, Dehnung und Stauchung bezüglich der Nabenachse 10 der Verdrängerscheibe 8 radial bogenförmig nach außen gewölbt ist. Der Stützhebel 30.9 ist vorliegend beispielhaft analog zur sechsten Ausführungsform des Stützhebels 30.6 gemäß 7 über eine Bolzenverbindung 44 an einem Beschlag 42 des Führungshebels 24 befestigt, wobei die Bolzenverbindung 44 durch einen in Bohrungen in dem Stützhebel 30.9 und dem Beschlag 42 eingesetzten Niet 46 gebildet ist.
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Die 11 zeigt schematisch einen Längsmittenschnitt durch einen bekannten zweistufigen Spiralverdichter 56, welcher ein Verdichtergehäuse 58, einen Elektromotor 66, eine Antriebswelle 72, eine als Spiralverdichter ausgebildete erste Verdichterstufe 82 und eine als Spiralverdichter ausgebildete zweite Verdichterstufe 110 aufweist.
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Das mehrteilige Verdichtergehäuse 58 besteht aus einem weitgehend hohlzylindrischen Zentralgehäuse 60 und zwei beidseitig daran angeordneten topfförmige Seitengehäusen 62, 64. In dem Zentralgehäuse 60 ist die Antriebswelle 72 über zwei endseitig angeordnete, als Rillenkugellager ausgebildete Wälzlager 78, 80 drehbar gelagert. Der Elektromotor 66 weist einen Stator 68 sowie einen koaxial innerhalb des Stators 68 angeordneten Rotor 70 auf und ist axial mittig zwischen den beiden genannten Wälzlagern 78, 80 angeordnet. Während der Stator 68 drehfest und axialfest an dem Zentralgehäuse 60 angeordnet ist, ist der Rotor 70 starr auf der Antriebswelle 72 befestigt.
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In dem ersten Seitengehäuse 62 ist die erste Verdichterstufe 82 angeordnet. Hierzu ist an einer inneren Stirnwand 84 des ersten Seitengehäuses 62 mindestens eine erste spiralförmige Statorschaufel 86 ausgebildet. Mindestens eine mit dieser ersten Statorschaufel 86 axial in Eingriff stehende erste Verdrängerschaufel 90 ist an einer ersten Verdrängerscheibe 88 ausgebildet. Diese erste Verdrängerscheibe 88 ist über ein als Zylinderrollenlager ausgebildetes drittes Wälzlager 92 drehbar auf einem axial benachbarten ersten Exzenterzapfen 74 der Antriebswelle 72 gelagert. Zur Führung der ersten Verdrängerscheibe 88 bei rotierender Antriebswelle 72 in einer translatorischen Orbitalbewegung ist eine bekannte Führungseinrichtung 94 vorgesehen, welche eine am Außenumfang der ersten Verdrängerscheibe 88 angeordnete erste Führungswelle 96 mit einem dritten Exzenterzapfen 98 umfasst.
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Die Exzentrizität des dritten Exzenterzapfens 98 der ersten Führungswelle 96 ist identisch zu derjenigen des ersten Exzenterzapfens 74 an der Antriebswelle 72. Der Hauptschaft dieser Führungswelle 96 ist über zwei als Schrägkugellager ausgeführte Wälzlager 100 drehbar in einer ersten Lagerbohrung 102 des Zentralgehäuses 60 gelagert, während der Exzenterzapfen 98 der ersten Führungswelle 96 über zwei als Schrägkugellager ausgeführte Wälzlager 104 drehbar in einer Lagerbohrung 106 der ersten Verdrängerscheibe 88 gelagert ist.
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Bei rotierender, also von dem Elektromotor 66 angetriebener Antriebswelle 72, soll die erste Führungswelle 96 synchron mitdrehen und dadurch für eine exakte translatorische Orbitalbewegung der ersten Verdrängerscheibe 88 sorgen. Um dabei eine Drehung der ersten Führungswelle 96 entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle 72 und damit eine Verschwenkung der ersten Verdrängerscheibe 88 um ihre Nabenachse 108 zu vermeiden, kann zwischen der Führungswelle 96 und dem Zentralgehäuse 60 eine Rücklaufsperre (nicht abgebildet) angeordnet oder ausgebildet sein.
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In dem zweiten Seitengehäuse 64 ist die zweite Verdichterstufe 110 angeordnet. Hierzu ist an einer inneren Stirnwand 112 des zweiten Seitengehäuses 64 eine zweite spiralförmige Statorschaufel 114 ausgebildet. Mindestens eine mit der zweiten Statorschaufel 114 axial in Eingriff stehende zweite Verdrängerschaufel 118 ist an einer zweiten Verdrängerscheibe 116 ausgebildet, welche über ein als Zylinderrollenlager ausgebildetes Wälzlager 120 drehbar auf einem axial benachbarten zweiten Exzenterzapfen 76 der Antriebswelle 72 gelagert ist. Zur Führung der zweiten Verdrängerscheibe 116 bei rotierender Antriebswelle 72 in einer translatorischen Orbitalbewegung ist eine zweite Führungseinrichtung 122 vorhanden, welche eine am Außenumfang der zweiten Verdrängerscheibe 116 angeordnete zweite Führungswelle 124 mit einem vierten Exzenterzapfen 126 aufweist.
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Die Exzentrizität des vierten Exzenterzapfens 126 der zweiten Führungswelle 124 ist identisch zu derjenigen des zweiten Exzenterzapfens 76 der Antriebswelle 72. Der Hauptschaft der zweiten Führungswelle 124 ist über zwei als Schrägkugellager ausgeführte Wälzlager 128 drehbar in einer zweiten Lagerbohrung 130 des Zentralgehäuses 60 gelagert. Der vierte Exzenterzapfen 126 an der zweiten Führungswelle 124 ist über zwei als Schrägkugellager ausgeführte Wälzlager 132 drehbar in einer Lagerbohrung 134 der Verdrängerscheibe 116 gelagert. Bei rotierender, also von dem Elektromotor 66 angetriebener Antriebswelle 72 soll die zweite Führungswelle 124 synchron mitdrehen und dadurch für eine exakte translatorische Orbitalbewegung der zweiten Verdrängerscheibe 116 sorgen. Um dabei eine Drehung der zweiten Führungswelle 124 entgegen der Drehrichtung der Antriebswelle 72 und damit eine Verschwenkung der zweiten Verdrängerscheibe 116 um ihre Nabenachse 136 zu vermeiden, kann zwischen der zweiten Führungswelle 124 und dem Zentralgehäuse 60 eine Rücklaufsperre (nicht abgebildet) angeordnet oder ausgebildet sein.
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Bei rotierender Antriebswelle 72 wird Luft oder ein anderes Gas über einen ersten Eingangsanschluss 138 in einen ringförmig um die Schaufeln 86, 90 der ersten Verdichterstufe 82 angeordneten ersten Eingangsraum 140 gesaugt und unter Verdichtung in einen zentral innerhalb der Schaufeln 86, 90 der ersten Verdichterstufe 82 angeordneten Ausgangsraum 142 gefördert. Von dort gelangt das entsprechend vorverdichtete Gas über einen Ausgangsanschluss 144, eine Rohrleitung 146 und einen zweiten Eingangsanschluss 148 in einen ringförmig um die Schaufeln 114, 118 der zweiten Verdichterstufe 110 angeordneten zweiten Eingangsraum 150. Von dort wird das Gas unter weiterer Verdichtung in einen zentral innerhalb der Schaufeln 114, 118 der zweiten Verdichterstufe 110 angeordneten Ausgangsraum 152 und einen von diesem nach außen führenden Ausgangsanschluss 154 gefördert.
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Der in der 12 in einem schematischen Längsmittenschnitt abgebildete zweistufige Spiralverdichter 156 unterscheidet sich von dem in der 11 dargestellten Spiralverdichter 56 durch zwei gemäß der Erfindung ausgebildete Führungseinrichtungen 166, 178 der beiden Verdichterstufen 82, 110 sowie entsprechend vereinfachte Gehäuseteile des Verdichtergehäuses 158, also dessen Zentralgehäuse 160, erstes Seitengehäuse 162 und zweites Seitengehäuse 164. Verschiedene Ausführungsformen dieser beiden Führungseinrichtungen 166, 178 sind, wie bereits im Detail beschrieben, in den 1 bis 1c und den 2 bis 9 dargestellt.
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Die Führungseinrichtung 166 der ersten Verdichterstufe 82 umfasst einen ersten Führungshebel 168 und einen ersten Stützhebel 174. Der erste Führungshebel 168 ist bezüglich der Nabenachse 108 der ersten Verdrängerscheibe 88' radial ausgerichtet und an seinem inneren Ende 170 starr an der ersten Verdrängerscheibe 88' befestigt. Der erste Stützhebel 174 weist federelastische Eigenschaften auf und besteht hierzu vorliegend beispielhaft aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff. Der erste Stützhebel 174 ist mit zur Nabenachse 108 der ersten Verdrängerscheibe 88' tangentialer Ausrichtung zwischen dem radial äußeren Ende 172 des ersten Führungshebels 168 und einem Vorsprung 176 an dem ersten Seitengehäuse 162 des Verdichtergehäuses 158 angeordnet sowie mit diesen jeweils endseitig fest verbunden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind der erste Führungshebel 168 und der erste Stützhebel 174 aus einer diagonalen Anordnung unter optischer Verkürzung des ersten Führungshebels 168 in die Zeichnungsebene gedreht dargestellt.
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In gleicher Konstruktion umfasst die Führungseinrichtung 178 der zweiten Verdichterstufe 110 einen zweiten Führungshebel 180 und einen zweiten Stützhebel 186. Der zweite Führungshebel 180 ist bezüglich der Nabenachse 136 der zweiten Verdrängerscheibe 116' radial ausgerichtet und an seinem inneren Ende 182 starr an der zweiten Verdrängerscheibe 116' befestigt. Der zweite Stützhebel 186 weist federelastische Eigenschaften auf und besteht hierzu vorliegend beispielhaft aus Gummi oder einem anderen elastomeren Kunststoff. Der zweite Stützhebel 186 ist mit zu der Nabenachse 136 der zweiten Verdrängerscheibe 116' tangentialer Ausrichtung zwischen dem äußeren Ende 184 des zweiten Führungshebels 180 und einem Vorsprung 188 an dem zweiten Seitengehäuse 164 des Verdichtergehäuses 158 angeordnet sowie mit diesen jeweils endseitig fest verbunden. Zur Vereinfachung der Darstellung sind auch hier der zweite Führungshebel 180 sowie der zweite Stützhebel 186 aus einer diagonalen Anordnung unter optischer Verkürzung des zweiten Führungshebels 180 in die Zeichnungsebene gedreht dargestellt.
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Aus dem Vergleich des bekannten zweistufigen Spiralverdichters 56 mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Spiralverdichter 156 gemäß den 11 und 12 ist ersichtlich, dass die gemäß der Erfindung ausgebildeten Führungseinrichtungen 166, 178 der Verdichterstufen 82, 110 (12) deutlich einfacher und platzsparender aufgebaut sowie leichter montierbar sind. Zudem sind die vorgeschlagenen Führungseinrichtungen 166, 178 reibungsfrei und damit verschleißfrei wirksam.
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Bezugszeichenliste (Bestandteil der Beschreibung)
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- 2
- Spiralverdichter, Scrollverdichter
- 4
- Verdichtergehäuse
- 6
- Statorschaufel
- 8
- Verdrängerscheibe
- 10
- Nabenachse der Verdrängerscheibe
- 12
- Verdrängerschaufel
- 14a, 14b
- Äußere sichelförmige Druckräume
- 16a, 16b
- Innere sichelförmige Druckräume
- 18
- Antriebswelle
- 20
- Exzenterzapfen
- 22
- Führungseinrichtung
- 24
- Führungshebel
- 26
- Inneres Ende des Führungshebels
- 28
- Äußeres Ende des Führungshebels
- 30
- Stützhebel
- 30.1
- Stützhebel (erste Ausführungsform)
- 30.2
- Stützhebel (zweite Ausführungsform)
- 30.3
- Stützhebel (dritte Ausführungsform)
- 30.4
- Stützhebel (vierte Ausführungsform)
- 30.5
- Stützhebel (fünfte Ausführungsform)
- 30.6
- Stützhebel (sechste Ausführungsform)
- 30.7
- Stützhebel (siebte Ausführungsform)
- 30.8
- Stützhebel (achte Ausführungsform)
- 30.9
- Stützhebel (neunte Ausführungsform)
- 36, 36'
- Parallele Außenseiten des Stützhebels 30.3
- 38
- Einschnürung am Stützhebel 30.5
- 40
- Erster Beschlag am Stützhebel 30.6
- 42
- Zweiter Beschlag am Stützhebel 30.6
- 44
- Bolzenverbindung am Stützhebel 30.6
- 46
- Niet zur Bolzenverbindung am Stützhebel 30.6
- 48
- Durchgangsöffnung am Stützhebel 30.7
- 50
- Lagerbolzen am Führungshebel 24
- 52
- Lagerachse am Stützhebel 30.8
- 54
- Lagerbuchse am Führungshebel 24
- 56
- Zweistufiger Spiralverdichter (Stand der Technik)
- 58
- Verdichtergehäuse des Spiralverdichters 56
- 60
- Zentralgehäuse des Spiralverdichters 56
- 62
- Erstes Seitengehäuse des Verdichtergehäuses 58
- 64
- Zweites Seitengehäuse des Verdichtergehäuses 58
- 66
- Elektromotor
- 68
- Stator des Elektromotors
- 70
- Rotor des Elektromotors
- 72
- Antriebswelle
- 74
- Erster Exzenterzapfen
- 76
- Zweiter Exzenterzapfen
- 78
- Erstes Wälzlager, Rillenkugellager
- 80
- Zweites Wälzlager, Rillenkugellager
- 82
- Erste Verdichterstufe des Spiralverdichters
- 84
- Innere Stirnwand des ersten Seitengehäuses
- 86
- Erste Statorschaufel
- 88, 88'
- Erste Verdrängerscheibe
- 90
- Erste Verdrängerschaufel
- 92
- Drittes Wälzlager, Zylinderrollenlager
- 94
- Erste Führungseinrichtung (Stand der Technik)
- 96
- Erste Führungswelle
- 98
- Dritter Exzenterzapfen
- 100
- Wälzlager, Schrägkugellager
- 102
- Erste Lagerbohrung im Zentralgehäuse 60
- 104
- Wälzlager, Schrägkugellager
- 106
- Lagerbohrung in der ersten Verdrängerscheibe 88
- 108
- Erste Nabenachse
- 110
- Zweite Verdichterstufe des Spiralverdichters
- 112
- Innere Stirnwand des zweiten Seitengehäuses
- 114
- Zweite Statorschaufel
- 116, 116'
- Zweite Verdrängerscheibe
- 118
- Zweite Verdrängerschaufel
- 120
- Wälzlager, Zylinderrollenlager
- 122
- Zweite Führungseinrichtung (Stand der Technik)
- 124
- Zweite Führungswelle
- 126
- Vierter Exzenterzapfen
- 128
- Wälzlager, Schrägkugellager
- 130
- Zweite Lagerbohrung im Zentralgehäuse 60
- 132
- Wälzlager, Schrägkugellager
- 134
- Lagerbohrung in der zweiten Verdrängerscheibe 116
- 136
- Zweite Nabenachse
- 138
- Erster Eingangsanschluss
- 140
- Erster Eingangsraum
- 142
- Erster Ausgangsraum
- 144
- Erster Ausgangsanschluss
- 146
- Rohrleitung
- 148
- Zweiter Eingangsanschluss
- 150
- Zweiter Eingangsraum
- 152
- Zweiter Ausgangsraum
- 154
- Zweiter Ausgangsanschluss
- 156
- Zweistufiger Spiralverdichter (erfindungsgemäß)
- 158
- Verdichtergehäuse (erfindungsgemäß)
- 160
- Zentralgehäuse des Verdichtergehäuses 158
- 162
- Erstes Seitengehäuse des Verdichtergehäuses 158
- 164
- Zweites Seitengehäuse des Verdichtergehäuses 158
- 166
- Führungseinrichtung der ersten Verdichterstufe 82 (erfindungsgemäß)
- 168
- Führungshebel der Führungseinrichtung 166
- 170
- Inneres Ende des Führungshebels 168
- 172
- Äußeres Ende des Führungshebels 168
- 174
- Erster Stützhebel
- 176
- Vorsprung am ersten Seitengehäuse 162
- 178
- Führungseinrichtung der zweiten Verdichterstufe 110 (erfindungsgemäß)
- 180
- Führungshebel der Führungseinrichtung 178
- 182
- Inneres Ende des Führungshebels 180
- 184
- Äußeres Ende des Führungshebels 180
- 186
- Zweiter Stützhebel
- 188
- Vorsprung am zweiten Seitengehäuse 164
- d
- Kleinerer Durchmesser des Stützhebels 30.2
- t
- Geringere Dicke des Stützhebels 30.4
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3313000 A1 [0003]
- DE 3407939 C1 [0004]
- DE 102013218430 A1 [0005]