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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Fluidverdrängungsanlage mit einem Ventilauslaßmechanismus und insbesondere
auf einen Ventilauslaßmechanismus eines Kühlkompressors, wie
er in einer Kraftfahrzeugklimaanlage benutzt wird.
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Ventilauslaßmechanismen von Kühlkompressoren sind im Stand der
Technik gut bekannt. Zum Beispiel zeigt Fig. 1 einen
Ansaugöffnungsmechanismus, wie er in einem Kühlkompressor benutzt
wird, wie in dem US-Patent 4 596 520 beschrieben ist. Wie
darin offenbart ist, enthält der Kühlkompressor ein
Kompressorgehäuse, das eine Kompressionskammer abgrenzt, in der
aufeinanderfolgende Hübe des Einnehmens, Komprimierens und Ausgebens
eines Kühlmittelgases wiederholt ausgeführt werden. Weiter
enthält der Kompressor eine Ventilplatte 25, die die
Kompressionskammer und die Auslaßkammer trennt, und eine
Auslaßventilanordnung, die auf einer Endoberfläche der Ventilplatte 25
angebracht ist. Die Ventilplatte 25 weist ein sich dadurch
erstreckendes Auslaßloch 252 auf zum Ermöglichen der Verbindung
zwischen der Kompressionskammer mit der Auslaßkammer. Die
Auslaßventilanordnung enthält ein Auslaßventil 81 und einen
Ventilrückhalter 80, die an einer Endoberfläche 25a der
Ventilplatte 25 durch eine Schraube 82 befestigt sind. Das
Auslaßblattventil 21, das aus einem elastischen Material gemacht
ist, regelt die Flüsse des Kühlmittelgases und steht
abdichtend in Eingriff mit der Endoberfläche 25a der Ventilplatte
25, wenn der Betrieb des Kompressors gestoppt ist.
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Der Ventilrückhalter 80 begrenzt die Biegebewegung des
Auslaßblattventiles 81 in die Richtung, in der das Kühlmittelgas aus
der Kompressionskammer austritt und in die Auslaßkammer durch
das Auslaßloch 252 tritt. Das Auslaßblattventil 81 weist einen
Elastizitätsmodul auf, der das Auslaßloch 252 geschlossen
hält, bis der Druck in der Kompressionskammer einen
vorbestimmten Wert erreicht. Das Auslaßblattventil 81 schlägt gegen
den Ventilrückhalter 80, wenn es sich öffnet, und es schlägt
gegen die Endoberfläche 25a der Ventilplatte 25, wenn es sich
schließt. Dieses Schlagen erzeugt Vibrationen und Geräusche
während der Tätigkeit des Kompressors. Die Vibrationen, die
dadurch erzeugt wird, daß das Blattventil 81 gegen die
Endoberfläche 25a der Ventilplatte 25 schlägt, wird leicht zu
dem Kompressorgehäuse übertragen.
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Eine Lösung, die von dem Abtretenden der vorliegenden
Anmeldung versucht ist, ist in Fig. 2 gezeigt. Obwohl es nicht
Stand der Technik ist, ist dieser Versuch bezeichnend für den
Fortschritt auf diesem Gebiet. Dort enthält die Ventilplatte
25 eine ausgesparten Abschnitt 350, der so gebildet ist, daß
seine Tiefe mit dem Abstand von einem Punkt B zunimmt, der auf
der Ventilplatte 25 angeordnet ist und um einen Abstand L von
der Schraube 82 beabstandet ist. Der ausgesparte Abschnitt 350
enthält eine gekrümmte Oberfläche 351, die ein Auslaßloch 352
umgibt. Wenn sich das Auslaßblattventil 81 in seiner
geschlossenen Position befindet, steht es abdichtend in Eingriff mit
der gekrümmten Oberfläche 351. Die gekrümmte Oberfläche 351
weist einen Krümmungsradius R1, der die Schließdeformation des
Auslaßblattventiles 81 definiert.
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Weiter enthält der Ventilrückhalter 80 eine gekrümmte
Oberfläche 80a mit einem Krümmungsradius R2, der die
Öffnungsdeformation des Auslaßblattventiles 81 definiert. Der Krümmungsradius
R1 ist so ausgelegt, daß er gleich oder kleiner als der
Krümmungsradius R2 so ist, daß, wenn sich das Auslaßblattventil 81
schließt, seine elastische Rückstellkraft nicht bewirkt, daß
die Endoberfläche 25a der Ventilplatte 25 mit beträchtlicher
Kraft geschlagen wir. Die gekrümmte Oberfläche 80a des
Ventilrückhalters 80 beginnt, sich von der Ventilplatte 25 an einem
Punkt A wegzukrümmen, der sich ebenfalls in einem Abstand L
von der Schraube 82 befindet.
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Die Aufschlagkraft, mit der das Auslaßblattventil 81 die
gekrümmte Oberfläche 351 der Ventilplatte 25 in Fig. 2 schlägt,
ist kleiner als die, mit der das Auslaßblattventil 81 die
Endoberfläche 25a der Ventilplatte 25 in Fig. 1 schlägt.
Währen das Geräusch und die Vibrationen, die durch das
Auslaßblattventil 81 verursacht werden, im Vergleich mit dem Aufbau
von Fig. 1 verringert sind, ist das Schließen des
Auslaßblattventiles im Vergleich mit Fig. 1 aufgrund des
ausgesparten Abschnittes 350 verzögert. Als Resultat ist die
volumetrische Effektivität des Kompressors verringert.
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Fluidverdrängungsanlage zur Benutzung in einer
Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Ventilauslaßmechanismus vorzusehen, die effektiv
das von einer Ventilauslaßanordnung emittierte
Vibrationsgeräusch verringern kann und somit das Ausbreiten störenden
Geräusches in den Fahrgastraum eines Fahrzeuges verringern kann.
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Es ist weiter Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine
Fluidverdrängungsanlage vorzusehen, bei der die volumetrische
Effektivität verbessert ist.
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Die US 2 065 062 offenbart eine Fluidverdrängungsanlage mit
einer Auslaßkammer und einer Kompressionskammer auf
gegenüberliegenden Seiten einer Ventilplatte, einem in der Ventilplatte
gebildeten und sich zwischen der Kompressions- und
Auslaßkammer erstreckenden Durchgang, einem auf der Ventilplatte
vorgesehenen Ventilteil, das zu der und weg von der Ventilplatte
zum Öffnen bzw. Schließen des Durchganges biegbar ist, und
einem an der Ventilplatte befestigten Begrenzungsmittel zum
Begrenzen der Biegebewegung des Ventilteiles weg von der
Ventilplatte;
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wobei bei der Abwesenheit von externen Druckeinflüssen das
Ventilteil eine natürliche Position annimmt, in der es von der
Ventilplatte weggebogen ist und sowohl von der Ventilplatte
als auch von dem Ventilbegrenzungsmittel beabstandet ist.
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Die Erfindung ist in Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte
Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
2 und 3 ausgeführt.
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In den begleitenden Zeichnungen:
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Fig. 1 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht einer
Auslaßventilanordnung gemäß dem Stand der Technik;
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Fig. 2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht einer anderen
bekannten Auslaßventilanordnung;
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Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht eines
Schiefscheibenkühlkompressors derart, auf den die Erfindung anwendbar ist;
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Fig. 4 ist eine vergrößerte Schnittansicht einer
Auslaßventilanordnung in dem Kompressor von Fig. 3;
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Fig. 5 ist eine Teilquerschnittsansicht der
Auslaßventilanordnung, die entlang der Linie 5-5 von Fig. 3 genommen
ist;
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Fig. 6 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht einer
Auslaßventilanordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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Fig. 7 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht der
Auslaßventilanordnung von Fig. 6, die entlang einer Schnittlinie
ähnlich der Linie 5-5 von Fig. 3 genommen ist;
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Fig. 8 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der
Auslaßventilanordnung von Fig. 6, die in einer geschlossenen Position
gezeigt ist;
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Fig. 9 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der
Auslaßventilanordnung von Fig. 6, die in einer offenen Position
gezeigt ist;
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Fig. 10 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht der
Auslaßventilanordnung gemäß einer zweiten bevorzugten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Es wird Bezug genommen auf Fig. 3, eine
Fluidverdrängungsanlage ist gezeigt. Die Fluidverdrängungsanlage wird in
Begriffen eines Kolbenkompressors beschrieben, aber es ist für den
Fachmann leicht ersichtlich, daß die Erfindung auf andere
Fluidverdrängungsanlagen angewendet werden könnte.
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Der Kompressor weist eine zylindrische Gehäuseanordnung 20 mit
einem Zylinderblock 21, einer Kurbelkammer 22, einer vorderen
Endplatte 23, einer hinteren Endplatte 24 und einer
Ventilplatte 25 auf. Die Kurbelkammer 22 ist zwischen den
Zylinderblock 21 und der vorderen Endplatte 23 gebildet. Die vordere
Endplatte 23 ist auf einem Ende des Zylinderblockes 21 durch
eine Mehrzahl von Schrauben (nicht gezeigt) angebracht. Die
hintere Endplatte 24 ist auf dem gegenüberliegenden Ende des
Zylinderblockes 21 durch eine Mehrzahl von Schrauben 241
angebracht. Die Ventilplatte 25 ist zwischen der hinteren
Endplatte 24 und dem Zylinderblock 21 angeordnet.
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Eine Öffnung 231 ist mittig in der vorderen Endplatte 23
gebildet und lagert eine Antriebswelle 26 durch ein in der
Öffnung 231 vorgesehenes Lager 30. Der innere Endabschnitt der
Antriebswelle 26 ist drehbar durch ein Lager 31 gelagert, das
in einer Mittelbohrung 210 des Zylinderblockes 21 vorgesehen
ist. Die Bohrung 210 erstreckt sich zu einer hinteren
Endoberfläche des Zylinderblockes 21, in dem ein
Ventilsteuermechanismus 212 vorgesehen ist.
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Ein Nockenrotor 40 ist auf der Antriebswelle 26 durch ein
Stiftteil 261 befestigt und dreht sich mit der Antriebswelle
26. Ein Drucknadellager 32 ist zwischen der inneren
Endoberfläche der vorderen Endplatte 23 und der benachbarten axialen
Endoberfläche des Nockenrotors 40 vorgesehen. Der Nockenrotor
40 enthält einen Arm 41 mit einem sich davon erstreckenden
Stiftteil 42. Eine Schiefscheibe 50 ist benachbart zu dem
Nockenrotor 40 vorgesehen und enthält eine Öffnung 53, durch die
die Antriebswelle 26 geht. Die Schiefscheibe 50 enthält einen
Arm 51 mit einem darin gebildeten Schlitz 52. Der Nockenrotor
40 und die Schiefscheibe 50 sind durch das Stiftteil 42
verbunden. Der Schlitz 52 ermöglicht das Einstellen der
Winkelposition der Schiefscheibe 50 in bezug auf die Längsachse der
Antriebswelle 26.
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Eine Taumelscheibe 60 ist nutierfähig auf der Schiefscheibe 50
durch Lager 61 und 62 angebracht. Ein gabelförmiges Gleitstück
63 ist an dem äußeren Umfangsende der Taumelscheibe 60
angebracht und gleitfähig auf einer Schiene 64 angebracht, die
zwischen der vorderen Endplatte 23 und den Zylinderblock 21
gehalten ist. Das gabelförmige Gleitstück 63 verhindert die
Rotation der Taumelscheibe 60 und gleitet entlang der Schiene
64, wenn sich der Nockenrotor 40 dreht. Der Zylinderblock 21
enthält eine Mehrzahl von umfangsmäßig angeordneten
Zylinderkammern 70, in denen Kolben 72 hin- und hergehen. Jeder Kolben
72 ist mit der Taumelscheibe 60 durch eine entsprechende
Verbindungsstange 73 verbunden.
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Die hintere Endplatte 24 enthält eine umfangsmäßig angeordnete
ringförmige Ansaugkammer 142 und eine mittig angeordnete
Auslaßkammer 152. Die Ventilplatte 25 ist zwischen dem
Zylinderblock 21 und der hinteren Endplatte 24 angeordnet und enthält
eine Mehrzahl von Ventilansauglöchern 242, die die
Ansaugkammer 142 mit den Zylinderkammern 70 verbinden. Die Ventilplatte
25 enthält auch eine Mehrzahl von Ventilauslaßlöchern 252, die
die Auslaßkammer 152 mit den Zylinderkammern 70 verbinden. Die
Ansaugkammer 142 enthält eine Einlaßöffnung, die mit einem
Verdampfer eines externen Kühlkreislaufes (nicht gezeigt)
verbunden ist. Die Auslaßkammer 152 ist mit einer Auslaßöffnung
versehen, die mit einem Kondensator des Kühlkreislaufes (nicht
gezeigt) verbunden ist. Dichtungen 27 und 28 dichten die
zueinander gehörigen Oberflächen des Zylinderblockes 21, der
Ventilplatte 25 und der hinteren Endplatte 24 ab.
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Ein scheibenförmiges Einstellschraubenteil 33 ist in einem
Mittenbereich der Bohrung 210 zwischen dem inneren
Endabschnitt der Antriebswelle 26 und dem Ventilsteuermechanismus
212 vorgesehen. Das scheibenförmige Einstellschraubenteil 33
ist in die Bohrung 210 so geschraubt, daß es die innere
Endoberfläche der Antriebswelle 26 durch eine Unterlegscheibe
214 berührt und die Einstellung der axialen Position der
Antriebswelle 26 ermöglicht. Eine Kolbenanordnung 71 enthält die
Verbindungsstange 73, die ein Paar von Kugelabschnitten 73a
und 73b enthält, die an beiden Enden davon gebildet sind, und
den zylindrisch geformten Kolben 72, der mit dem
Kugelabschnitt 73b verbunden ist.
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Es wird Bezug genommen auf Fig. 4 und 5, die
Auslaßventilanordnung enthält ein Auslaßblattventil 181 und einen
Ventilrückhalter 180, die an der Ventilplatte 85 durch eine Schraube
82 befestigt sind. Das Auslaßblattventil 181, das aus einem
elastischen Material, z. B. dünnem Federmaterial hergestellt
ist, reguliert den Fluß des Kühlmittelgases. Das
Auslaßblattventil 181 weist einen im wesentlichen flachen Abschnitt 181a,
der auf der Seite der Schraube 82 gebildet ist, und einen
abdichtenden Abschnitt 181b, der sich von dem flachen Abschnitt
181a erstreckt, auf. Wenn sich das Auslaßblattventil 181 in
seinem natürlichen Zustand befindet, d. h. ohne den Einfluß des
Fluiddruckes, biegt sich der abdichtende Abschnitt 181b
natürlich zu dem Ventilrückhalter 180. Der abdichtende Abschnitt
181b weist somit einen Krümmungsradius R3 auf, der durch einen
Punkt C geht, der in einem Abstand L von der Schraube 82
angeordnet ist.
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Der Ventilrückhalter 180 enthält ebenfalls zwei Abschnitte.
Ein flacher Abschnitt 180a geht durch einen Punkt D, der in
einem Abstand L von der Schraube 82 angeordnet ist. Ein
gekrümmter Abschnitt 180b weist einen gekrümmten Querschnitt
auf, der durch den Punkt D geht und einen Krümmungsradius R4
aufweist. Der Ventilrückhalter 180 ist bevorzugt aus Harz oder
technischem Kunststoff, z. B. Polyalcetalharz hergestellt. Der
Ventilrückhalter 180 begrenzt die Biegebewegung des
Auslaßblattventiles 181 in der Richtung, in der das Kühlmittelgas
aus dem Auslaßloch 252 austritt. Das Auslaßblattventil 181
biegt sich, während es das Auslaßloch 252 öffnet und schließt,
und es weist eine Federkonstante auf, die dem
Auslaßblattventil 181 ermöglicht, das Auslaßloch 252 zu blockieren, bis der
Druck in der Zylinderkammer 70 einen vorbestimmten Wert
erreicht. Die Beziehung zwischen R3 und R4 ist derart, daß
R4 < R3 ist.
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Während des Betriebes der Fluidverdrängungsanlage dreht sich
die Antriebswelle 26 durch den Fahrzeugmotor durch eine
elektromagnetische Kupplung 300. Der Nockenrotor 40 wird durch die
Antriebswelle 26 angetrieben, die die Schiefscheibe 50
ebenfalls dreht, die wiederum bewirkt, daß die Taumelscheibe 60
nutiert. Die Nutationsbewegung der Taumelscheibe 60 bewegt die
Kolben 72 in ihren entsprechenden Zylindern 70 hin und her.
Währen sich die Kolben 72 hin- und herbewegen, wird
Kühlmittelgas, das in die Ansaugkammer 142 durch die Einlaßöffnung
eingeführt ist, dann komprimiert. Das komprimierte
Kühlmittelgas wird zu der Auslaßkammer 152 aus jedem Zylinder 70 durch
die Auslaßlöcher 252 ausgegeben und dann in den Kühlkreislauf
durch die Auslaßöffnung.
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Die Aufschlagkraft, mit der das Auslaßblattventil 181 die
Endoberfläche 25a der Ventilplatte 25 schlägt, ist kleiner als
die, mit der das Auslaßblattventil 81 die Endoberfläche 25a
der Ventilplatte 25 in der Anordnung von Fig. 1 schlägt. In
dem Fall von Fig. 4 biegt sich das Auslaßblattventil 131
leichter zu der Endoberfläche 25a der Ventilplatte 25, während
sich das Auslaßblattventil 81 in dem Aufbau von Fig. 1
leichter zu dem Ventilrückhalter 80 biegt. Wenn der
Druckunterschied zwischen der Zylinderkammer 70 und der Auslaßkammer 152
das Auslaßblattventil 181 zum Biegen zur der Endoberfläche 25a
der Ventilplatte 25 zwingt, wird folglich das
Auslaßblattventil 181 durch seine elastische Rückstellkraft beeinflußt und
ein kleinerer Aufprall gegen die Endoberfläche 25a der
Ventilplatte 25 resultiert. Als Konsequenz nehmen Geräusch und
Vibration, die durch das die Endoberfläche 25a der Ventilplatte
25 schlagende Auslaßblattventil 181 erzeugt sind, ab.
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Fig. 6 und 7 stellen eine bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar. Elemente in Fig. 6 ähnlich zu
jenen in Fig. 4 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Der Ventilrückhalter 180 enthält ein darin gebildetes Loch
185. Eine Federplatte 190, die aus einem elastischen Material
wie dünner Stahl hergestellt ist, ist an der Schraube 82
befestigt und auf dem Ventilrückhalter 180 auf der
gegenüberliegenden Seite des Ventilrückhalters 180 angeordnet, auf der das
Auslaßventil 181 angeordnet ist. Die Federplatte 190 enthält
einen Vorsprungsabschnitt 191, der durch das Loch 185 des
Rückhalters 180 vorsteht. Der Vorsprungsabschnitt 191 ist
konisch geformt und durch einen Preßwerkvorgang geformt. Ein
Endabschnitt 191a des Vorsprunges 191 berührt das Auslaßventil
181, wenn alle externen Druckeinflüsse entfernt sind. Der
Kontaktpunkt ist bevorzugt links von der Mitte des Auslaßloches
252 positioniert. Alternativ könnte der Kontaktpunkt in der
Mitte des Auslaßloches 252 positioniert sein.
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Fig. 8 stellt die Ventilauslaßanordnung dar, bei der das
Auslaßblattventil 181 das Auslaßloch 252 zum vollständigen
Blockieren schließt. Eine Lücke G ist zwischen dem Endabschnitt
191a des Vorsprunges 191 und dem Auslaßblattventil 181
gebil
det. Fig. 9 stellt die Auslaßventilanordnung dar, bei der das
Auslaßblattventil 181 vollständig geöffnet ist. Das
Auslaßblattventil 181 überwindet die Vorspannkraft der Federplatte
190 und berührt den Ventilrückhalter 180.
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Bei der bevorzugten Ausführungsform kehrt das
Auslaßblattventil 181 schnell zu der Endoberfläche 25 der Ventilplatte 25 an
dem Beginn der Ansaugstufe zurück, da der Vorsprungsabschnitt
191 der Federplatte 190 das Auslaßblattventil 181 schiebt,
gerade bevor sich das Auslaßblattventil 181 schließt. Diese
Verbesserung vermindert die Verzögerung des Schließens des
Auslaßblattventiles 181. Volumetrische Effektivität des
Kompressors erhöht sich daher. Allgemein ist die volumetrische
Effektivität durch ein Verhältnis des theoretischen
Kolbenverdrängungsvolumens zu dem tatsächlichen Kolbenverdrängungsvolumen
definiert.
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Weiterhin ist die Aufprallkraft, mit der das Auslaßblattventil
181 den Ventilrückhalter 180 schlägt, kleiner als die, mit der
das Auslaßblattventil 81 den Ventilrückhalter 80 in der
Anordnung von Fig. 1 schlägt. Dies beruht darauf, daß das
Auslaßblattventil 181 der Federrückstellkraft der Federplatte 190
unterliegt, wenn der Druckunterschied zwischen der
Kompressionskammer 70 und der Auslaßkammer 152 das Auslaßventil 181
dazu zwingt, sich zu dem Ventilrückhalter 180 zu biegen. Daher
nimmt Geräusch und Vibration, die dadurch verursacht werden,
daß das Auslaßblattventil 181 die Endoberfläche 25a der
Ventilplatte 25 und den Ventilrückhalter 180 schlägt, ab.
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Fig. 10 stellt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung dar. Elemente in Fig. 10 ähnlich zu
jenen in Fig. 6 sind mit den gleichen Bezugszeichen
bezeichnet. Eine Federplatte 290, die aus einem elastischen Material
wie dünnem Stahl hergestellt ist, ist an der Schraube 82
befestigt und auf dem Ventilrückhalter 180 gegenüber der Seite des
Ventilrückhalters 180, auf der das Auslaßventil 181 angeordnet
ist, angeordnet. Die Federplatte 290 enthält ein Loch 290a
darin. Ein Nietenteil 291 ist an der Federplatte 290 befestigt
und dringt durch das Loch 290a vor. Das Nietenteil 291 steht
aus dem Loch 185 des Ventilrückhalters 180 vor, und ein
Endabschnitt 291b des Nietenteiles 291 berührt das
Auslaßblattventil 181, wenn der gesamte externe Druckeinfluß entfernt ist.
Der Kontaktpunkt zwischen dem Nietenteil 291 und dem
Auslaßblattventil 181 ist bevorzugt links von der Mitte des
Auslaßloches 252 positioniert, oder alternativ an der Mitte des
Auslaßloches 252. Im wesentlichen die gleichen Vorteil wie jene
bei der ersten Ausführungsform sind bei der zweiten
Ausführungsform realisiert.
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Während die bevorzugten Ausführungsform die Erfindung in einem
speziellen Typ einer Fluidverdrängungsanlage darstellen, d. h.
eines Schiefscheibenkompressors, könnte die Erfindung auch in
irgendeiner anderen Fluidverdrängungsanlage wie eine
Spiralfluidverdrängungsanlage benutzt werden.