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Die
Erfindung betrifft einen Akkumulator für eine Klimaanlage, insbesondere
Fahrzeugklimaanlage, mit
- a) einem Gehäuse, das
einen Einlaß und
einen Auslaß für ein Kältemittel
aufweist;
- b) im Innenraum des Gehäuses
einem Strömungsweg
für das
Kältemittel,
welcher umfaßt:
ba)
einen absteigenden Rohrabschnitt, welcher sich an oberen Ende in
den Innenraum des Gehäuses öffnet;
bb)
einen aufsteigenden Rohrabschnitt, der an seinem oberen Ende mit
dem Auslaß kommuniziert;
bc)
einen Überleitungsabschnitt,
der die unteren Enden des absteigenden und des aufsteigenden Rohrabschnittes
miteinander verbindet und eine Durchgangsöffnung zum Ansaugen von Öl aus dem
unteren Bereich des Innenraumes des Gehäuses aufweist.
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Ein
Akkumulator dieser Art ist aus der
EP 1 132 696 A1 bekannt. Bei diesem besitzt
der absteigende Rohrabschnitt des Strömungsweges, auf dem das Kältemittel
in den unteren Bereich des Innenraumes des Gehäuses geführt wird, über seine gesamte axiale Länge hinweg
denselben Querschnitt, sieht man von einem oberen, axial kurzen
und im Durchmes ser verkleinerten Einlaßstutzen ab. Konstanter Querschnitt
des absteigenden Rohrabschnittes bedeutet im wesentlichen konstante
Geschwindigkeit über
die gesamte axiale Länge
hinweg. Diese Strömungsgeschwindigkeit
darf nicht zu gering sein, damit an der im Überleitungsabschnitt befindlichen Durchgangsbohrung
eine ausreichende Saugwirkung auf das im Sumpf befindliche Öl ausgeübt wird, der
im unteren Gehäusebereich
steht. Die verhältnismäßig große Strömungsgeschwindigkeit,
mit der deshalb das Kältemittel
oben in den absteigenden Rohrabschnitt eintritt, kann zur Folge
haben, daß ein Teil
der flüssigen
Phase, die das Kältemittel
bei seinem Eintritt in den Akkumulator neben der gasförmigen Phase
enthält,
mitgerissen und in den absteigenden Rohrabschnitt eingeführt wird.
Dies ist unerwünscht.
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Ein
weiterer Akkumulator dieser Art ist aus der
US 5 746 065 bekannt geworden. Dort
ist das Auslaßrohr
J-förmig
ausgebildet; dessen Querschnittsfläche ist entlang seines Verlaufs
ebenfalls weitgehend konstant.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, einen Akkumulator der eingangs
genannten Art so auszugestalten, daß möglichst wenig flüssiges Kältemittel
in den Strömungsweg
gelangt, auf dem das gasförmige
Kältemittel
nach unten zur Durchgangsöffnung
geführt
wird.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
im Patentanspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Verringerung des
Querschnittes des absteigenden Rohrabschnittes gelingt es, die Geschwindigkeit
im Einlaßbereich zu
dem absteigenden Rohrabschnitt gering zu halten, damit auch kein
oder sehr wenig flüssiges
Kältemittel
in den absteigenden Rohrabschnitt einzutragen, durch die innerhalb
des absteigenden Rohrabschnittes stattfindende Beschleunigung aber
an der Durchgangsöffnung
eine so hohe Strömungsgeschwindigkeit
zu erzielen, daß eine
gute Saugwirkung auf das Öl
im Ölsumpf
gewährleistet
ist.
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Zweckmäßig ist,
wenn der aufsteigende Rohrabschnitt denselben Querschnitt wie der
untere Bereich des absteigenden Rohrabschnittes aufweist. Auf diese
Weise gibt es im Bereich des aufsteigenden Rohrabschnittes keine
unnötige
Drosselung, aber auch keine Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit,
die zu einer Wieder-Abscheidung von Öl an den Wänden des aufsteigenden Rohrabschnittes
führen
könnte.
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Der
Strömungsweg
ist vorteilhafterweise in einem in das Gehäuse eingesetzten Rohreinsatz ausgebildet.
Dieser kann aus Kunststoff auf spritztechnischem Weg preisgünstig hergestellt
werden.
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Da
die inneren Formen des Rohreinsatzes verhältnismäßig kompliziert sein können, empfiehlt sich,
daß der
Rohreinsatz aus zwei Teilschalen zusammengesetzt ist. Deren spritztechnische
Herstellung ist sehr viel einfacher als diejenige eines einstückigen Rohreinsatzes;
sie werden nach getrennter Herstellung einfach aneinander befestigt,
beispielsweise verklipst.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es
zeigen
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1 einen
Axialschnitt durch einen Akkumulator;
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2 einen
Schnitt durch den Akkumulator von 1 gemäß der dortigen
Linie II-II;
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3 die
perspektivische Ansicht eines Schikaneneinsatzes, wie er in dem
Akkumulator der 1 und 2 verwendet
wird;
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4 die
Draufsicht auf den Schikaneneinsatz der 3;
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5 perspektivisch
die beiden Hälften
eines Rohreinsatzes, wie er in dem Akkumulator der 1 und 2 verwendet
wird;
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6 perspektivisch
das Oberteil eines Trockenmitteleinssatzes des Akkumulators der 1 und;
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7 das
zum Oberteil von 6 gehörende Unterteil des Trockenmitteleinsatzes.
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Zunächst wird
auf die 1 und 2 Bezug
genommen. Der hier dargestellte und insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete
Akkumulator umfaßt
ein Gehäuse 2,
das aus einem nach unten offenen Gehäuseoberteil 2a und
einem an diesem befestigten Gehäuseunterteil 2b zusammengesetzt
ist. Das Gehäuseoberteil 2a besitzt über den größten Teil
seiner axialen Erstreckung eine im Querschnitt kreisförmige Außenkontur,
weist jedoch an seiner oberen Stirnwand einen im Querschnitt rechteckigen,
massiven Vorsprung 2c auf, in welchem eine gewinkelt zu
einer Seitenfläche
des Vorsprunges 2c verlaufende Einlaßöffnung 3 und eine
in ähnlicher
Weise gewinkelt verlaufende Auslaßöffnung 4 für das Kältemittel
vorgesehen sind. An den Mündungsstellen
der Einlaßöffnung 3 bzw.
der Auslaßöffnung 4 in
die Seitenflächen
des Vorsprunges 2c können
die Anschlußleitungen
des Akkumulators 1 befestigt werden, wozu in dem Vorsprung 2c zwei
Gewindebohrungen 5, 6 eingebracht sind.
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Das
Gehäuseunterteil 2b ist
nach unten kuppelartig ausgebaucht und mit einer Art Bajonettverschluß 7 am
offenen unteren Ende des Gehäuseoberteils 2a befestigt.
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Zusätzlich können die
Gehäuseteile 2a und 2b miteinander
verschweißt
sein.
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Im
Inneren des Gehäuses 2 befinden
sich von oben nach unten ein Schikaneneinsatz 8, ein Rohreinsatz 9 und
ein Trockenmitteleinsatz 10, die in noch zu beschreibender
Weise ineinandergesteckt sind.
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Zur
Beschreibung des Schikaneneinsatzes 8 wird nunmehr auf
die 3 und 4 Bezug genommen, welche diesen
Schikaneneinsatz 8 perspektivisch bzw. in Draufsicht zeigen.
Er umfaßt
eine zylindrische Umfangswand 11, deren Außendurchmesser
so bemessen ist, daß sie
im eingebauten Zustand an der Innenmantelfläche des Gehäuseoberteiles 2a anliegt.
Die Umfangswand 11 verläuft
im unteren Bereich des Schikaneneinsatzes 8 über den gesamten
Umfang, also über
360°, während sie
im axial oberen Bereich an zwei vertikalen Wandabschnitten 12a, 12b endet,
die außeraxial
verlaufen und in der Draufsicht der 4 zwei ungleich große Kreissegmente
von einander trennen. Dies ist gleichbedeutend mit der Aussage,
daß die Wandabschnitte 12a und 12b zwar
fluchten, jedoch nicht in einer Axialebene des Schikaneneinsatzes 8 liegen.
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In
dem in den 3 und 4 links
von den Wandabschnitten 12a, 12b liegenden Bereich,
in dem die Umfangswandung 11 eine geringere axiale Höhe aufweist,
ist der obere Rand der Umfangswand 11 durch eine horizontale
Wand 13 in Form eines Kreisringsegmentes mit den Wandabschnitten 12a, 12b verbunden.
Die horizontale Wand 13 des Schikaneneinsatzes 8 ist
mit einer Vielzahl von Sieböffnungen 14 versehen,
die bei der Herstellung des Schikaneneinsatzes 8 mit eingespritzt
oder in einem Siebgewebe ausgebildet sein können, das entweder die horizontale
Wand 13 selbst bildet oder auf verhältnismäßig große Fenster in dieser horizontalen
Wand 13 aufgelegt ist.
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Im
radial mittleren Bereich ist an den Schikaneneinsatz 8 zwischen
den Wandabschnitten 12a, 12b ein sich nach unten
(vgl. 1) öffnender
kuppelartiger Einlaßbereich 15 angespritzt,
der sich auf der der horizontalen Wand 13 benachbarten
Seite der Wandabschnitte 12a, 12b oberhalb der
horizontalen Wand 13 über
ein großflächiges,
durch ein Sieb 17 abgedecktes Fenster 16 in den
Innenraum des Gehäuses 2 öffnet. Die
Anordnung ist also so, daß der
oberhalb der horizontalen Wand 13 des Schikaneneinsatzes 8 liegende
Innenraumbereich des Gehäuses 2 von
dem in der Nähe
der Einlaßöffnung 3 liegenden
Innenraumbereich des Gehäuses 2 durch den
Einlaßbereich 15 sowie
die von diesem seitlich nach außen
ragenden Wandabschnitte 12a, 12b des Schikaneneinsatzes 8 getrennt
sind. Der oberhalb der horizontalen Wand 13 liegende Innenraumbereich
des Gehäuses 2 steht
jedoch über
das Fenster 16 mit dem Innenraum des Einlaßbereiches 15 des Schikaneneinsatzes 8 in
Verbindung.
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Der
Einlaßbereich 15 des
Schikaneneinsatzes 8 wird von einem einstückig angeformten, achsparallelen
Auslaßrohrabschnitt 18 durchzogen, der
oben etwas über
die Kuppelfläche
des Einlaßbereiches 15 hinausragt
und in montiertem Zustand in eine Stufe der Auslaßbohrung 4 eingeschoben
ist, wie dies der 1 zu entnehmen ist.
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In
dem in den 3 und 4 rechts
von den Wandabschnit ten 12a, 12b und rechts von
dem Einlaßbereich 15 gelegenen
und von dem die größere axiale
Höhe aufweisenden
Teil der Umfangswand 11 begrenzten Raum ist eine wendelförmige, schräg zur Achse
des Gehäuses 2 angestellte
Führungswand 19 vorgesehen.
Die Führungswand 19 geht
von dem Wandabschnitt 12a in einer axialen Höhe aus, die
nahezu der maximalen Höhe
der Umfangswand 11 entspricht, und senkt sich spiralig
bis zu einer Stelle, die unterhalb des Wandabschnittes 12b liegt,
auf eine axiale Höhe,
die in der Nähe
des unteren Randes der Umfangswand 11 liegt. Auf diese
Weise entsteht zwischen dem unteren Rand des Wandabschnittes 12b,
der in der Höhe
der horizontalen Wand 13 liegt, und dem unteren Ende der
Führungswand 19 ein
Fenster 20, welches den Raum, in dem die Führungswand 19 verläuft, mit
dem unterhalb der horizontalen Wand 13 befindlichen Innenraum
des Schikaneneinsatzes 8 verbindet.
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Die
Führungsfläche 19 trägt an ihrer
Oberseite eine Vielzahl paralleler, ebenfalls spiraliger Führungsrippen 44.
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Die
genauere Funktion des Schikaneneinsatzes 8 wird weiter
unten erläutert.
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Zur
Beschreibung des Rohreinsatzes 9 wird nunmehr auf die 1, 2 und 5 Bezug
genommen. Dieser Rohreinsatz 9 ist aus herstellungstechnischen
Gründen
aus zwei Teilschalen 9a, 9b gespritzt, könnte aber
grundsätzlich
auch einstückig sein.
Zusammengebaut besitzt der Rohreinsatz 9 eine in etwa zylindrische
Außenkontur
mit einem abgerundeten Boden. Durch eine innere Trennwand 21 ist
der Innenraum des Rohreinsatzes 9 in einen Einlaßbereich 22 und
einen Auslaßbereich 23 unterteilt. Der
Einlaßbereich 22 und
der Auslaßbereich 23 sind am
unteren Ende des Rohreinsatzes 9 durch einen gekrümmten Übergangs bereich 24 miteinander
verbunden, an dessen tiefster Stelle eine Durchgangsbohrung 25 vorgesehen
ist. Durch eine entsprechende Formung der Trennwand 21 ist
der Querschnitt des Einlaßbereiches 22 im
oberen Bereich 22a deutlich größer als im unteren Bereich 22b,
wo der Querschnitt im wesentlichen mit dem Querschnitt des Übergangsbereiches 24 und
des Auslaßbereiches 23 übereinstimmt.
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Um
dies zu erreichen, umschließt
die Trennwand 21 einen nicht von Kältemittel durchströmten Hohlraum 26.
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Auf
seiner Außenmantelfläche trägt der Rohreinsatz 9 einen
radialen, in der Außenkontur
kreisförmigen
Flansch 27, dessen Funktion weiter unten deutlich wird.
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Der
obere Endbereich des Rohreinsatzes 9 ist, wie den 1 und 2 zu
entnehmen ist, so in den Schikaneneinsatz 8, insbesondere
dessen Einlaßbereich 15,
von unten her eingeführt
und geformt, daß der
obere Einlaßbereich 22a des
Rohreinsatzes 9 mit dem Innenraum des Einlaßbereiches 15 des Schikaneneinsatzes 8 und
der Auslaßbereich 23 des Rohreinssatzes 8 mit
dem Auslaßrohrabschnitt 18 des
Schikaneneinsatzes 8 kommuniziert.
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In
montiertem Zustand, der in den 1 und 2 dargestellt
ist, erstreckt sich der Rohreinsatz 8 bis in die Nähe des tiefsten
Punktes des Gehäuseunterteiles 2b.
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Im
unteren Bereich des Gehäuses 2 ist,
den Rohreinsatz 9 umgebend, der ringförmige Trockenmitteleinsatz 10 angeordnet.
Zu dessen Beschreibung wird neben den 1 und 2 nachfolgend auf
die 6 und 7 Bezug genommen. Der Trockenmitteleinsatz 10 umfaßt ein ringförmiges Oberteil 10a,
das in 6 perspektivisch dargestellt ist. Dieses Oberteil 10a weist
eine äußere Zylinderwand 28,
deren Außendurchmesser
mit dem Innendurchmesser des Gehäuseoberteils 2a übereinstimmt,
und eine innere Zylinderwand 29, die bereichsweise an der
Außenfläche des
Rohreinsatzes 9 anliegt, auf. An ihren oberen Rändern sind
die äußere Zylinderwand 28 und
die innere Zylinderwand 29 durch eine ringförmige horizontale
Stirnfläche 30 miteinander
verbunden, die eine Vielzahl von schlitzförmigen Durchtrittsöffnungen 31 besitzt.
Die schlitzförmigen
Durchtrittsöffnungen 31 sind
auf vier Bereiche aufgeteilt, die durch radial verlaufende, keine
Schlitze aufweisende Stege 32 voneinander getrennt sind.
Die Stege 32 tragen in ihrem radial außenliegenden Bereich Rastnasen 33,
die so dimensioniert und geformt sind, daß unter ihnen der Flansch 27 des
Rohreinsatzes 9 eingerastet werden kann, wie dies in den 1 und 2 gezeigt
ist.
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Das
untere Ende des Oberteiles 10a des Kältemitteleinsatzes 10 wird
durch das in 7 dargestellte Unterteil 10b verschlossen.
Dieses weist einen ringförmigen
Boden 34 auf, in dem eine Vielzahl von Sieböffnungen 35 vorgesehen
sind. Diese Sieböffnungen 35 werden
beim Spritzen des Unterteiles 10b mit eingeformt.
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Von
dem Boden 34 erstreckt sich einstückig ein Siebträger 36 nach
unten, der vier achsparallele Streben 37 und ein diese
an ihren unteren Enden verbindendes Ringteil 38 besitzt.
Die vier Fenster, die nach unten durch das Ringteil 38,
nach oben durch den Boden 34 und seitlich durch die Streben 37 begrenzt
sind, sind mit einem Siebgewebe 39 abgedeckt. Der Boden 34 des
Unterteiles 10b des Trockenmitteleinsatzes 10 kann
von unten her in das Oberteil 10a eingeführt und
dort hinter Rastnasen 40 am inneren, unteren Endbereich
der äußeren Zylinderwand 28 verrastet
werden. In der montierten Stellung des Akkumulators 1 liegt
der äußere Rand
des Ringteiles 38 an einem zylindrischen Innenwandbereich
des Gehäuseunterteiles 2a an,
wodurch eine Zentrierung stattfindet.
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Wie
die 1 und 2 zeigen, durchsetzt der Rohreinsatz 9 in
montiertem Zustand den gesamten Trockenmitteleinsatz 10 einschließlich des
Siebträgers 16 von
oben nach unten, so daß also
die tiefste Stelle des Rohreinsatzes 9, nämlich die
Durchgangsbohrung 25, in geringem Abstand von dem Gehäuseunterteiles 2b liegt.
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Zwischen
einer Stufe an der Innenwand des Gehäuseunterteiles 2b und
der Unterseite des Bodens 34 des Trockenmitteleinsatzes 10 ist
eine Druckfeder 41 verspannt, welche den Trockenmitteleinsatz 10 nach
oben gegen den Flansch 27 des Rohreinsatzes 9 und
hierdurch den Rohreinsatz 9 nach oben gegen den Schikaneneinsatz 8 und
letztendlich den Schikaneneinsatz 8 nach oben bis zum Anschlag
an die Innenwand des Gehäuseoberteiles 2a drückt. Auf
diese Weise bleiben alle Einsätze 8, 9, 10 in
ständigem
Kraftschluß,
so daß Klappergeräusche vermieden
werden können.
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Der
ringförmige
Innenraum 42 des Trockenmitteleinsatzes 10 ist
mit einer Trockenmittelschüttung 43 gefüllt, die
nur in 2 teilweise angedeutet ist.
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Die
Funktion des oben beschriebenen Akkumulators 1 ist wie
folgt:
Kältemittel,
welches sowohl eine gasförmige
als auch eine flüssige
Phase aufweist, gelangt über
die Einlaßöffnung 3 in
denjenigen oberen Bereich des Innenraumes des Gehäuses 2,
der oberhalb der Führungsfläche 19 liegt.
Dieses Kältemittel
bewegt sich nunmehr entlang der Führungsfläche 19 nach unten, wodurch
es einen "Drall" erfährt, also
sich in einer Art Wirbel- oder Kreisströmung bewegt. Die mit diesem "Drall" verbundene Zentrifugalkraft
hilft, die flüssige von
der gasförmigen
Phase des Kältemittels
zu trennen. Das Kältemittel
tritt nunmehr durch das Fenster 20 in denjenigen Bereich
des Innenraumes des Gehäuses 2 ein,
der unterhalb der horizontalen Wand 13 des Schikaneneinsatzes 8 liegt.
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Die
flüssige
Phase des Kältemittels
sinkt in dem Ringraum zwischen dem Rohreinsatz 9 und der Innenwand
des Gehäuseoberteiles 2a nach
unten und durchsetzt den Ringraum 42 des Trockenmitteleinsatzes 10,
wobei das Kältemittel
in bekannter Weise von Feuchtigkeit befreit wird. Es bildet im unteren
Bereich des Innenraumes des Gehäuses 2 einen "Sumpf", wo es ständig absiedet.
Eventuell in der flüssigen
Phase des Kältemittels
enthaltenes Maschinenöl
tritt durch die Siebe 39 im Siebträger 36 des Unterteiles 10b des
Trockenmitteleinsatzes 10 hindurch und sammelt sich in
einem Sumpf in dem nach unten ausgebauchten Bereich des Gehäuseunterteiles 2b.
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Gasförmiges Kältemittel,
welches sich unterhalb der horizontalen Wand 13 des Schikaneneinsatzes 8 befindet,
steigt nach oben und durchsetzt dabei die Sieböffnungen 14. Es fließt weiter
durch das Sieb 16 im Fenster 16 des Einlaßbereiches 15 des
Schikaneneinsatzes 8 und von dort in den oberen Einlaßbereich 22a des
Rohreinsatzes 9b. Da der Querschnitt des oberen Einlaßbereiches 22a noch
verhältnismäßig groß ist, ist
die Strömungsgeschwindigkeit
des gasförmigen
Kältemittels
in diesem Bereich 22a vergleichsweise niedrig. Dies reduziert
die Gefahr, daß das
gasförmige
Kältemittel
beim Eintritt in den Einlaßbereich 15 des
Schikaneneinsatzes 8 flüssiges Kältemittel
mitreißt.
Wenn jedoch das gasförmige Kältemittel
auf dem weiteren Weg durch den Einlaßbereich 22 des Rohreinsatzes 9 nach
unten durch die beschriebene Verjüngung des Strö mungsquerschnittes
beschleunigt wird, erreicht es im unteren Einlaßbereich 22b und insbesondere
im Übergangsbereich 24 in
der Nähe
der Durchgangsbohrung 25 diejenige hohe Geschwindigkeit,
die erforderlich ist, um durch die Durchgangsbohrung 25 hindurch
das Maschinenöl
aus dem über
dem Gehäuseunterteil 2b stehenden Sumpf
ansaugen und mitnehmen zu können.
Da so mit Öl
beladene gasförmige
Kältemittel
fließt
nunmehr durch den Auslaßbereich 23 des
Rohreinsatzes 9 nach oben in den Auslaßrohrabschnitt 18 des
Schikaneneinsatzes 8 und von dort zur Auslaßöffnung 4.