DE2742331C2

DE2742331C2 - Volume compensation tank for a closed fluid circulation system

Info

Publication number: DE2742331C2
Application number: DE19772742331
Authority: DE
Inventors: Frederick W. Kenton Ohio Haushalter; Thomas J. Dayton Ohio Lord
Original assignee: United Aircraft Products Inc
Current assignee: United Aircraft Products Inc
Priority date: 1976-11-17
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1982-12-16
Also published as: IT1113276B; DE2742331A1; GB1545668A

Description

Die Erfindung betrifft einen Volumenausgleichsbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a volume compensation container according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger bekannter Volumenausgleichsbehälter wird auch als sog. »Bootstrapw-Reservoir bezeichnet. Diese Art von Volumenausgleichsbehälter zeichnet sich dadurch aus, daß ihre Betätigungskraft extern von dem Pumpendruck geliefert wird. Ein derartiger Volumenausgleichsbehälter weist also keine interne eigene Kraftquelle, wie beispielsweise eine Feder, auf.Such a known volume compensation container is also referred to as a so-called »bootstrap reservoir. This type of volume compensating tank is characterized in that its actuation force is external to the Pump pressure is supplied. Such a volume compensation tank does not have its own internal one Power source, such as a spring, on.

Ein derartiger Volumenausgleichsbehälter nimmt eine durch Temperaturerhöhung bedingte Ausdehnung des Fluids dadurch auf, daß der Kolben innerhalb des Gehäuses verschoben wird.Such a volume compensating tank expands due to an increase in temperature of the fluid in that the piston is displaced within the housing.

Eine Dichtezunahme des Fluids aufgrund einer Abnahme der Temperatur wird durch eine Bewegung des Kolbens in entgegengesetzter Richtung kompensiert. Diese Kolbenbewegung wird durch den Druck der Pumpe herbeigeführt, deren Auslaßseite mit dem Volumenausgleichsbehälter verbunden ist. Wenn die Pumpe im Betrieb ist, wird durch den Fluiddruck der Kolben im Volumenausgleichsbehälter vorgespannt, so daß die als Abwälzmembran ausgebildete Membran in einer der Kolbenstellung entsprechenden gefalteten Lage steht. Unter normalen Betriebsbedingungen des Systems ist der Kolben um eine bestimmte Strecke entgegen der Wirkung des Pumpendrucks verschoben, da in diesem Zustand das Fluid warm und ausgedehnt ist. Wenn die Pumpe abgeschaltet wird, kühlt sich das System ab und die Fluiddichte wird vermindert. Dadurch bewegt der auf den Kolben einwirkende Umgebungsdruck den Kolben im Volumenausgleichsbehälter derart, daß der Druck im Volumenausgleichsbehälter nicht unter den Umgebungsdruck absinkt.An increase in density of the fluid due to a decrease in temperature is caused by movement of the piston compensated in the opposite direction. This piston movement is caused by the pressure of the Pump brought about, the outlet side of which is connected to the volume compensation tank. If the Pump is in operation, the piston in the volume compensating tank is pretensioned by the fluid pressure, see above that the membrane designed as a rolling membrane is folded in a position corresponding to the piston position Location stands. Under normal system operating conditions, the piston is a certain distance shifted against the effect of the pump pressure, since in this state the fluid is warm and expanded. When the pump is turned off, the system cools and the fluid density is reduced. As a result, the ambient pressure acting on the piston moves the piston in the volume compensation tank in such a way that the pressure in the volume compensation tank does not drop below ambient pressure.

In der Praxis zeigt sich bei derartigen Volumenausgleichsbehältern das Problem, daß häufig eine Beschädigung oder Zerstörung der Membran auftritt, ohne daß die Ursache für diese Zerstörung ohne weiteres erkennbar ist.In practice, volume expansion tanks of this type are found the problem that damage or destruction of the membrane often occurs without the cause of this destruction is readily apparent.

Von der vorstehend erläuterten Gattung von ίο Volumenausgleichsbehältern sind hydraulische Druckspeicher zu unterscheiden, deren Betätigungskraft von einem internen Antriebselement geliefert wird, beispielsweise von einer Feder oder einer anderen Kraftquelle. Ein Beispiel eines derartigen hydraulischen Speichers ist in DE-GM 69 23 731 beschrieben. Dieser Speicher dient ebenfalls zum Ausgleichen temperaturbedingter Volumenschwankungen in einem hydraulischen Fluidsystem mit einer Pumpe. Er weist ein durch einen bewegbaren Kolben in eine vom Druck der Pumpe beaufschlagte erste Kammer und eine zweite Kammer unterteiltes Gehäuse auf und eine die als Ringraum zwischen den Kolben und einer Gehäusewand geformte zweite Kammer abdichtende, den Kolben mit der Gehäusewand verbindende Membran. Ferner ist zur Betätigung des Kolbens eine am Kolben angreifende, als Feder ausgebildete Vorspanneinrichtung vorgesehen.Hydraulic pressure accumulators are of the type of ίο volume compensation containers explained above to distinguish whose actuating force is supplied by an internal drive element, for example from a spring or other power source. An example of such a hydraulic Memory is described in DE-GM 69 23 731. This memory is also used to compensate for temperature-related Volume fluctuations in a hydraulic fluid system with a pump. He shows one through a movable piston in a first chamber acted upon by the pressure of the pump and a second chamber Chamber divided on housing and one as an annular space between the piston and a housing wall shaped second chamber sealing membrane connecting the piston to the housing wall. Furthermore, a pretensioning device designed as a spring and engaging the piston is used to actuate the piston intended.

Die Verwendung einer Feder als Vorspanneinrichtung zur Betätigung des Kolbens in einem Volumenausglasbehälter ist auch in der US-PS 36 77 334 beschrieben.The use of a spring as a biasing device to actuate the piston in a volumetric glass container is also described in US Pat. No. 3,677,334.

Aus der FR-PS 20 55 597 ist eine Konstruktion bekannt, deren Antriebskraft von einer Feder geliefert wird. Dabei wird in einer expandierbaren Kammer der Jj Druck mittels einer durch eine Feder betätigte Membran aufrechterhalten. Der Pumpendruck kann bei dieser Ausbildung keine Wirkung entfalten, da der Einlaß und der Auslaß der Pumpe mit ein und derselben Kammer des Reservoirs verbunden sind.
Aus der DE-AS 21 03 552 ist ein hydropneumatiseher Energiespeicher bekannt, bei dem die Betätigungskraft von einem Druckgaspolster als Feder geliefert wird. Auch die DE-OS 24 31 605 beschreibt einen gasgefederten Flüssigkeitsdruckspeicher, bei dem eine Feder vorgesehen ist, die als Rückstellvorrichtung für ein als Magnetschalter arbeitendes Teleskopteil dient.From FR-PS 20 55 597 a construction is known, the driving force of which is supplied by a spring. The pressure is maintained in an expandable chamber by means of a diaphragm operated by a spring. The pump pressure cannot develop any effect in this design, since the inlet and the outlet of the pump are connected to one and the same chamber of the reservoir.
From DE-AS 21 03 552 a hydropneumatic energy store is known in which the actuating force is supplied by a compressed gas cushion as a spring. DE-OS 24 31 605 also describes a gas-sprung liquid pressure accumulator in which a spring is provided which serves as a return device for a telescopic part operating as a magnetic switch.

Die der Erfindung zugrunde liegende AufgabeThe object on which the invention is based

besteht darin, einen Volumenausgleichsbehälter der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Gattungconsists in a volume expansion tank of the type mentioned in the preamble of claim 1

so dahingehend weiterzubilden, daß eine Beschädigung der Membran verhindert wird.to be further developed in such a way that damage to the membrane is prevented.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Ausbildung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by an embodiment according to the characterizing part of Claim 1 solved.

Dieser erfindungsgemäßen Ausbildung liegt die Erkenntnis zugrunde, wie die Beschädigung bzw. Zerstörung der Membran im Betrieb erfolgt. Dabei ist zunächst ein Zustand des Volumenausgleichsbehälters zu betrachten, bei dem ausgehend von einer erhöhten Fluidtemperatur die Pumpe abgeschaltet wird. Wie vorstehend bereits erläutert, bewegt sich in diesem Fall der Kolben unter dem Einfluß des Umgebungsdrucks aus seiner Betriebsstellung derart, daß ein unter den Umgebungsdruck absinkender Druck im Volumenausgieichsbehälter beim Abkühlen des Fluids verhindert wird. Wenn dabei wegen der Reibung des Kolbens im Gehäuse diese Bewegung gehemmt oder gar verhindert wird, dann drückt der Umgebungsdruck die Membran inThis training according to the invention is based on the knowledge of how the damage or Destruction of the membrane occurs during operation. First of all, there is a state of the volume compensation tank should be considered, in which the pump is switched off based on an increased fluid temperature. As already explained above, in this case the piston moves under the influence of the ambient pressure from its operating position in such a way that a pressure in the volume equalizing container which drops below ambient pressure is prevented when the fluid cools. If because of the friction of the piston in the Housing this movement is inhibited or even prevented, then the ambient pressure pushes the membrane in

den Ringraum zwischen Kolben und Gehäusewand hinein. Wenn nun ausgehend von diesem Zustand die Pumpe wieder eingeschaltet und das System in Betrieb kcnommen wird, dann wird durch den Fluiddruck die Membran wieder aus dem Ringraum herausgequetscht und kann dabei beschädigt werden.into the annular space between the piston and the housing wall. If, based on this state, the The pump is switched on again and the system is started up, then the fluid pressure causes the The membrane is squeezed out of the annular space again and can be damaged in the process.

Zur Verhinderung dieser unerwünschten Erscheinung ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß ώ-.r Kolben bei abgeschalteter Pumpe nach Abkühlung des Fluids durch die Vorspanneinrichtung entgegen der ihn hemmenden Reibung in Richtung auf die erste Kammer hin beweg-, wird, so daß die Einfaltung der Membran in den Ringraum unter dem Einfluß des überwiegenden Außendrucks sicher verändert wird.To prevent this undesirable phenomenon, the invention provides that ώ-.r piston with the pump switched off after cooling the fluid by the biasing device against the friction inhibiting it is moved in the direction of the first chamber, so that the folding of the membrane in the Annular space is safely changed under the influence of the predominant external pressure.

Diese Vorspannungseinrichtung ist bei der erfin- '5 dungsgemäßen Ausbildung mit einer Kraft ausgestattet, die zwar zur Überwindung der Reibungskräfte am Kolben ausreicht, die jedoch praktisch keinen Einfluß auf die sonstige Funktion des Volumenausgleichsbehälters hat, also insbesondere keine Antriebskraft für den Kolben im Sinne der Funktion des Volumenausgieichsbehälters bildet. Die Antriebskraft des erfindungsgemäßen Volumenausgleichsbehälters wird also wie es der speziellen, vorstehend erläuterten Gattung entspricht, vom Pumpendruck des Fluid-Umwälzsystems geliefert. Die Vorspannungseinrichtung, also beispielsweise eine Feder, hat ausschließlich die Aufgabe, eine Bewegung des Kolbens entgegen seiner Reibung herbeizuführen und dadurch eine Einklemmung der Membran zu verhindern. ⁱⁿ In the design according to the invention, this pretensioning device is equipped with a force which is sufficient to overcome the frictional forces on the piston, but which has practically no effect on the rest of the function of the volume expansion tank, i.e. in particular no driving force for the piston in terms of its function of the volume equalizing container. The driving force of the volume compensating tank according to the invention is thus supplied by the pump pressure of the fluid circulation system, as corresponds to the special type explained above. The pretensioning device, for example a spring, has the sole task of bringing about a movement of the piston against its friction and thereby preventing the diaphragm from becoming trapped. ⁱⁿ

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Vclumenausgleichsbehälters sind in den Unteransprü chen gekennzeichnet.Preferred configurations of the volume expansion tank according to the invention are set out in the subclaims marked.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden beispielsweise unter Bezugnahme auf die J5 Zeichnung näher erläutert; es zeigtEmbodiments of the invention are described below, for example, with reference to J5 Drawing explained in more detail; it shows

Fig. 1 eine teilweise schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Volumenausgleichsbehälters in einem geschlossenen Fluid-Umwälzsystem, das im leeren bzw. teilweise leeren to Zustand gezeigt ist;Fig. 1 is a partially schematic view of an embodiment of a volume compensation container according to the invention in a closed fluid circulation system, which is shown in the empty or partially empty to state;

Fi g. 2 eine Teilansicht des Volumenausgleichsbehälters der Fig. 1, wobei die Teile in der Lage dargestellt sind, die sie im normalen Betrieb des Systems annehmen;Fi g. 2 is a partial view of the volume compensation tank of Fig. 1, with the parts shown in the position that they would in normal operation of the system accept;

Fig.3 eine der Fig.2 ähnliche Ansicht, wobei die Teile in der Lage gezeigt sind, die sie bei einer maximal zu erwartenden Temperatur annehmen;FIG. 3 is a view similar to FIG. 2, the Parts are shown in the position they will assume at a maximum expected temperature;

F i g. 4 eine den F i g. 2 und 3 ähnlichen Ansicht eines bekannten Volumenausgleichsbehälters; undF i g. 4 a FIG. 2 and 3 similar view of a known volume compensating container; and

F i g. 5 eine vergrößerte Teilansicht eines Teils des erfindungsgemäßen Volumenausgleichsbehälters.F i g. 5 is an enlarged partial view of part of the volume compensating container according to the invention.

In dem dargestellten Umwälzsystem zirkuliert ein flüssiges Kühlmittel für Kühlzwecke, beispielsweise zur Kühlung der elektronischen Geräte in einem Flugzeug. Das System wälzt ein geeignetes flüssiges Kühl.nittel durch die als Wärmequelle 10 wirkende elektronische Anlage, wobei die erzeugte Wärme vom Kühlmittel aufgenommen wird. Von der Wärmequelle 10 aus wird das Kühlmittel zum Kühlsystem geführt, wo e? in einem Wärmeaustauscher die Wärme an Luft, eine andere Flüssigkeit oder an ein anderes Medium abgibt, das als Wärmesenke wirkt. Das Kühlmittel wird dann zur Wärmequelle zurückgeführt, wo es erneut Wärme aufnimmt; dpnach wird es wieder in das Kühlsystem ^b) zurückgeleitet. Das Verfahren läuft also in einem geschlossenen Strömungskreis ab, wobei die Pumpe im Betrieb kontinuierlich den Druck im strömenden Kühlmitte! aufrechterhält und dieses kontinuierlich umwälztIn the circulating system shown, a liquid coolant circulates for cooling purposes, for example for cooling the electronic devices in an aircraft. The system circulates a suitable liquid coolant through the electronic system acting as a heat source 10, the generated heat being absorbed by the coolant. From the heat source 10, the coolant is fed to the cooling system, where e? in a heat exchanger, the heat is transferred to air, another liquid or another medium that acts as a heat sink. The coolant is then returned to the heat source, where it again absorbs heat; Afterwards it is fed back into the cooling system ^b) . The process thus takes place in a closed flow circuit, with the pump continuously increasing the pressure in the flowing coolant during operation! maintains and circulates this continuously

Wie in der schematischen Darstellung der F i g. 1 gezeigt ist, wird das flüssige Kühlmittel zur Wärmequelle 10 über eine Leitung 11 geführt und kehrt davon über die Leitung 12 zurück. Diese Leitung verläuft bis zur Saugseire einer Pumpe 13. Die Auslaßseite der Pumpe ist über eine Leitung 12a mit einer Seite eines Wärmetauschers 14 verbunden. In dem Wärmeaustauscher 14 wird das Kühlmittel in Wärmeübertragungskontakt mit einem anderen relativ kühleren Fluid gebracht und wird dabei kontinuierlich durch den Wärmetauscher hindurch in eine Leitung 11a abgegeben, die zur Leitung 11 führt und einen Teil dieser Leitung darstellt. Das Strömungssystem kann noch andere Komponenten aufweisen, beispielsweise einen Schieber, der einen Nebenschluß um den Wärmetauscher 14 herum steuertAs in the schematic representation of FIG. 1, the liquid coolant becomes the heat source 10 guided over a line 11 and returns therefrom the line 12 back. This line runs up to the suction line of a pump 13. The outlet side of the pump is connected to one side of a heat exchanger 14 via a line 12a. In the heat exchanger 14, the coolant is in heat transferring contact with another relatively cooler fluid brought and is continuously released through the heat exchanger into a line 11a, which leads to line 11 and is part of this line. The flow system can still have other components, such as a slider that is shunted around the heat exchanger 14 steers around

Ein Volumenausgleichsbehälter 15 ist mit dem Strömungssystem über Leitungen 16 und 17 an der Einlaßseite und der Auslaßseite der Pumpe 13 verbunden. Der Volumenausgleichsbehälter 15 weist einen Innenraum auf, der die Ausdehnung des Kühlmittels aufnimmt, wenn eine Zunahme der Kühlmitteltemperatur dessen Dichte verringert. Eine Druckbeaufschlagungseinrichtung innerhalb des Volumenausgleichsbehälters erhält den Druck im System aufrecht. Eine zunehmende Dichte des Kühlmittels läßt auf diese Weise den Pumpensaugdruck nicht unter den gewünschten Wert fallen, da ein Druckverlust durch die Bewegung der Druckbeaufschlagungseinrichtung kompensiert wird. Die Erreichung eines Druckwertes in dem Volumenausgleichsbehälter, der größer ist als ein ausgewählter vorbestimmter Wert, kann durch ein nicht dargestelltes Sicherheits- oder Überströmventil verhindert werden.A volume compensation tank 15 is connected to the flow system via lines 16 and 17 The inlet side and the outlet side of the pump 13 are connected. The volume compensation tank 15 has an interior space that absorbs the expansion of the coolant when an increase in the Coolant temperature decreases its density. A pressurization device within the volume compensation tank maintains the pressure in the system. An increasing density of the coolant leaves in this way the pump suction pressure does not fall below the desired value, as a pressure loss through the Movement of the pressurizing device is compensated. The achievement of a pressure value in the Volume expansion tank that is larger than a selected predetermined value can not be replaced by a shown safety or overflow valve can be prevented.

Der Volumenausgleichsbehälter 15 gehört dem sog. ,Bootstrap«-Typ an, d. h. er ist eine Vorrichtung, in welcher der Betriebsdruck zum Betrieb durch die Pumpe 13 aufgebracht wird. Bei der dargestellten Ausführungsform sind zylindrische Gehäusewände 18 und 19 vorgesehen, die mit ihren Enden aneinanderliegen und einen Stoß 21 bilden. Schrauben 22 sind in gegeneinander anliegende Flansche 23 und 24 dieser Gehäusewände eingeschraubt und halten die Gehäusewände im zusammengesetzten Zustand. Am äußeren Ende der Gehäusewand 18 ist eine Endverschlußplatte 25 angesetzt. In der Umgebung des äußeren Endes der Gehäusewand 19 sind radiale Öffnungen 26 vorgesehen. Das dargestellte Gehäuse weist im wesentlichen zylindrische Form auf und ist an einem Ende abgeschlossen und am anderen Ende zur Umgebung hin offen.The volume compensating container 15 belongs to the so-called "Bootstrap" type, i. H. he is a device in which the operating pressure is applied by the pump 13 for operation. In the case of the Embodiment cylindrical housing walls 18 and 19 are provided, which rest with their ends and form a joint 21. Screws 22 are in mutually abutting flanges 23 and 24 of these Housing walls screwed in and keep the housing walls in the assembled state. On the outside An end closure plate 25 is attached to the end of the housing wall 18. In the vicinity of the outer end of the Housing wall 19 are provided with radial openings 26. The housing shown has essentially cylindrical shape and is closed at one end and to the environment at the other end open minded.

Innerhalb des Gehäuses ist ein hin- und herbeweglicher Kolben 27 angeordnet. Der rohrförmige Körper 28 des Kolbens ist konzentrisch im Abstand zur Innenwand der Gehäusewand 18 angeordnet. Ein kappenartiger Kolbenkopf 29 schließt ein Ende des Körpers 28 ab. Ein Innenflansch 31 am anderen Ende begrenzt eine Öffnung 32. Am Körper 28 ist an oder neben dem Kolbenkopf 29 ein Außenflansch 33 angeordnet, der gegen die Innenseite der Gehäusewand 18 anliegt. In einer Nut am Umfang des Außenflansches 33 ist eine Dichtung 34 angeordnet, die sich in direktem Gleichkontakt mit der Gehäusewand befindet.A reciprocating piston 27 is disposed within the housing. The tubular body 28 of the piston is arranged concentrically at a distance from the inner wall of the housing wall 18. A cap-like one Piston head 29 closes off one end of body 28. An inner flange 31 at the other end defines one Opening 32. On the body 28, an outer flange 33 is arranged on or next to the piston head 29, the against the inside of the housing wall 18. In a groove on the circumference of the outer flange 33 is a Seal 34 arranged, which is in direct contact with the housing wall.

Eine Kolbenführung 35 ist als offenes rohrförmiges Bauteil als Verlängerung des Kolbens 27 ausgebildet. An einem Ende ist ein nach innen Beboeener Flansch 36 anA piston guide 35 is designed as an open tubular component as an extension of the piston 27. At an inwardly beveled flange 36 is at one end

dem nach innen gebogenen Innenflansch 31 mittels Schrauben 37 befestigt. Am anderen Ende weist diese Kolbenführung 35 einen sich nach außen verbreiternden Abschnitt 38 auf, der gegen die Innenseite der Gehäusewand 19 anliegt. In dem Flanschende und dem ϊ sich verbreiternden Ende ist diese Führung konzentrisch im Abstand von der Gehäusewand angeordnet.attached to the inwardly bent inner flange 31 by means of screws 37. At the other end this points Piston guide 35 has an outwardly widening portion 38 which is against the inside of the Housing wall 19 rests. In the flange end and the ϊ widening end, this guide is arranged concentrically at a distance from the housing wall.

Der Flansch 23 bildet am Stoß 21 einen sich nach innen erstreckenden radialen Vorsprung im Gehäuse. In seiner radial nach innen gerichteten Erstreckung nähert in sich dieser Flansch dem Körper 28 des Kolbens 27 an, berührt diesen jedoch nicht. Der Flansch berührt auch nicht den Körper der Kolbenführung 35, so daß zwischen diesen Teilen ein Spalt 39 verbleibt. Der Stoß 21 nimmt den Außenrand einer ringförmigen Membran r>The flange 23 forms an inwardly extending radial projection in the housing at the joint 21. In in its radially inward extension, this flange approaches the body 28 of the piston 27, does not affect this, however. The flange also does not contact the body of the piston guide 35, so that a gap 39 remains between these parts. The joint 21 takes the outer edge of an annular membrane r>

41 auf und spannt diesen fest. Ein innerer Rand der Membran liegt zwischen den nach innen umgebogenen Flanschen 31 und 36 und wird zwischen diesen durch die Schrauben 37 festgespannt. Die Membran 41 ist zwischen ihrer Innen- und Außenkante verhältnismäßig :u breit und bildet eine gefaltete Form oder Wellenform und liegt an der Oberfläche der Kolbenführung 35 und an der Innenseite der Gehäusewand 19 an. Dadurch wird einerseits die freie Längsbewegung des Kolbens 27 ermöglicht, während andererseits der innere Gehäuse- _>-> raum zwischen der Membran und dem Außenflansch 33 abgedichtet wird. Der Spalt 39 ermöglicht eine Bewegung der Membran am Stoß 21.41 and tighten it. An inner edge of the membrane lies between the inwardly bent ones Flanges 31 and 36 and is clamped between these by the screws 37. The membrane 41 is between its inner and outer edge proportionally: u wide and forms a folded shape or wave shape and rests on the surface of the piston guide 35 and on the inside of the housing wall 19. Through this on the one hand, the free longitudinal movement of the piston 27 is enabled, while on the other hand the inner housing _> -> space between the membrane and the outer flange 33 is sealed. The gap 39 allows a Movement of the membrane at joint 21.

Der sich nach innen erstreckende Flansch 23 liegt im allgemeinen dem Außenflansch 33 gegenüber, so daß tu zwischen diesen eine als Ringraum geformte KammerWhich is inwardly extending flange 23 in general, the outer flange 33 opposite so that tu between them a shaped as an annular space chamber

42 ausgebildet wird, die den Kolben 27 und die Kolbenführung 35 umgibt. Innerhalb der Kammer 42 ist eine als Schraubfeder ausgebildete Feder 43 angeordnet, die sich rnii einem Ende am Flansch 23 abstützt und » mit dem anderen Ende am Außenflansch 33 des Kolbens. Im einzelnen ist ein Basisende der Feder 43 in einer ringförmigen Führung 44· aufgenommen, die am Flansch 23 anliegt, während das entgegengesetzte Ende der Feder in eine ringförmige Führung 45 hineiner- w streckt, die am Außenflansch 33 anliegt. In der Führung 45 sind mehrere Lagerkugeln 46 und eine Reibungsplatte 47 angeordnet. Diese Reibungsplatte 47 liegt direkt an der Feder 43 an. Durch diese Anordnung ist es möglich, daß die Feder 43 axial zusammengedrückt und ausgedehnt werden kann, ohne daß sie sich von ihrem Sitz am Flansch 23 löst und ohne daß sie durch eine relative Drehbewegung des Kolbens 27 beeinflußt wird. Die Feder 43 weist eine relativ geringe Kraft auf und im weiten Abstand voneinander angeordnete Windungen. Die Feder erzeugt einen relativ kleinen Widerstand gegen eine Bewegung des Kolbens 27 in der einen Richiuiig und erzeugt eine Rückfiihrurigskrafi für den Kolben in der entgegengesetzten Richtung, die im Betrieb des Systems unerheblich ist, die jedoch beim Abschalten des Systems ihren Zweck erfüllt.42 is formed, which surrounds the piston 27 and the piston guide 35. Inside the chamber 42 is a spring 43 designed as a helical spring is arranged, which is supported at one end on the flange 23 and the other end on the outer flange 33 of the Piston. In particular, a base end of the spring 43 is received in an annular guide 44 which extends on the Flange 23 rests, while the opposite end of the spring rests in an annular guide 45 stretches, which rests on the outer flange 33. In leadership 45 a plurality of bearing balls 46 and a friction plate 47 are arranged. This friction plate 47 lies directly on the spring 43. This arrangement makes it possible for the spring 43 to be axially compressed and can be expanded without it becoming detached from its seat on the flange 23 and without it by a relative rotational movement of the piston 27 is influenced. The spring 43 has a relatively low force and im wide spaced turns. The spring creates a relatively small resistance against a movement of the piston 27 in one direction and generates a return force for the Piston in the opposite direction, which is insignificant in the operation of the system, but which in the Shutting down the system served its purpose.

Zwischen dem Kolbenkopf 29 und der Endverschlußplatte 25 begrenzt der Kolben im Gehäuse eine geschlossene Kammer 48. Eine Leitung 16 für Kühlmittel erstreckt sich durch die Endverschlußplatte "" hindurch und steht mit der Kammer 48 in Verbindung. Eine Leitung 17 für Kühlmittel erstreckt sich durch die Gehäu^ewand 18 hindurch und steht mit der als Ringraum geformten Kammer 42 in Verbindung. Die in Fig. 1 dargestellten Teile befinden sich in einer "=> Lage, in welcher die Pumpe 13 abgeschaltet ist und das System leer oder wenigstens fast leer ist. Der Kolben 27 steht zu diesem Zeitpunkt unter dem Einfluß des Umgebungsdrucks, der durch die öffnungen 2 einwirkt, sowie unter dem Einfluß der Feder 23 un< nimmt deshalb die dargestellte Lage ein, in welcher de Außenflansch 33 an der Endverschlußplatte 25 anliegi In einer Weise, die hier nicht erörtert werden muß, wire ein Fluidkühlmittel in das System eingeführt. Dies Einführung erfolgt unter Druck, so daß der Kolben 2\ aus seiner in F i g. 1 dargestellten Stellung herausbeweg wird und dabei die Kammer 48 expandiert, so daß si« überschüssiges Kühlmittel aufnehmen kann, das übei diejenige Menge hinausgeht, die zum Füllen de Wärmequelle 10, der Pumpe 13 und des Wärmeaustau schers 14, sowie der Verbindungsleitungen erforderlich ist. Es können temperaturkompensierte Anzeigeeinrich tungen vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß da« System mit einer Menge gefüllt wird, die nicht zu einer Überexpansion des Kühlmittels bei Temperaturen vor zu erwartenden hohen Werten führt und die anderer seits ausreicht, damit nicht die Kammer 48 be; Temperaturen mit zu erwartenden niedrigen Werten entleert wird. Bei einer erwartenden hohen Temperatur kann die Verschiebung des Kolbens 27 in eine in der Fig. 3 dargestellte Lage erfolgen, während bei den zu erwartenden niedrigen Temperaturen die Stellung des Kolbens knapp vor der Endverschlußplatte 25 liegt Zwischen diesen Endlagen kann der Kolben 27 beliebige verschiedene Lagen entsprechend der Kühlmitteltemperatur annehmen. Der Umgebungsdruck und der Druck der Feder 43 wirken der Auslenkung des Kolbens 27 entgegen, insbesondere wirkt der über die Leitung 17 aufgebrachte Druck in der Kammer 42 der Bewegung des Kolbens entgegen, so daß auf das Kühlmittel in der Kammer 48 ein entsprechender Druck ausgeübt wird Im Betrieb wälzt die Pumpe 13 das Kühlmittel über die Leitung 12a und durch den Wärmeaustauscher 14 hindurch um. Die Temperatur des strömenden Kühlmittels wird im Wärmeaustauscher 14 vermindert; das Kühlmittel fließt über die Leitungen 11a und 11 zur Wärmequelle 10, wo es von den Wärme erzeugenden Komponenten Wärme aufnimmt. Danach strömt das Kühlmittel über die Leitung 12 zur Pumpe 13 zurück. Das Kühlmittel in der Kammer 48 steht unter Druck, der kontinuierlich durch den Kolben 27 ausgeübt wird. Dieser kontinuierliche Druck ist eine Funktion des Druckes in der Kammer 42, die mit der Auslaßseite der Pumpe 13 in Verbindung steht. Das der Kammer 42 zugeführte Kühlmittel wirkt auf den Flansch 23 ein und drückt den Außenflansch 33 in einer solchen Richtung, daß der Kolben zur Endverschlußplatte 25 hin beaufschlagt wird. Wenn die Gesamttemperatur des Kühlmittels im System ansteigt, muß eine Anpassung an die Kühlmittelausdehnung erfolgen. In diesem System erfolgt das in der Weise, daß der Kolben 27 von der Endverschlußplatte 25 weg bzw. bei der in der Fig. 1 dargestellten Lage nach rechts bewegt wird. Dadurch vergrößert sich das Volumen der Kammer 48 und die Kolbenbewegung wird so lange fortgesetzt, bis das System einen Zustand erreicht, der einer normalen Betriebstemperatur entspricht.Between the piston head 29 and the end closure plate 25, the piston delimits a closed chamber 48 in the housing. A conduit 16 for coolant extends through the end closure plate "" and is in communication with the chamber 48. A line 17 for coolant extends through the housing wall 18 and is in communication with the chamber 42 shaped as an annular space. The parts shown in FIG. 1 are in a position in which the pump 13 is switched off and the system is empty or at least almost empty. At this point in time, the piston 27 is under the influence of the ambient pressure flowing through the openings 2 acts, as well as under the influence of the spring 23 and therefore assumes the position shown, in which the outer flange 33 abuts the end closure plate 25. In a manner that need not be discussed here, a fluid coolant would be introduced into the system takes place under pressure, so that the piston 2 \ is moved out of its position shown in FIG , the pump 13 and the heat exchanger 14, as well as the connecting lines is required. Temperature-compensated display devices can be provided to ensure that there System is filled with an amount that does not lead to overexpansion of the coolant at temperatures before expected high values and which, on the other hand, is sufficient so that the chamber 48 does not be; Temperatures with expected low values is emptied. At an expected high temperature, the displacement of the piston 27 can take place in a position shown in FIG. 3, while at the expected low temperatures the position of the piston is just in front of the end closure plate 25. Between these end positions, the piston 27 can be any different positions accordingly assume the coolant temperature. The ambient pressure and the pressure of the spring 43 counteract the deflection of the piston 27; in particular, the pressure in the chamber 42 applied via the line 17 counteracts the movement of the piston, so that a corresponding pressure is exerted on the coolant in the chamber 48 In operation, the pump 13 circulates the coolant via the line 12a and through the heat exchanger 14. The temperature of the flowing coolant is reduced in the heat exchanger 14; the coolant flows via the lines 11a and 11 to the heat source 10, where it absorbs heat from the heat-generating components. The coolant then flows back to the pump 13 via the line 12. The coolant in the chamber 48 is under pressure which is continuously exerted by the piston 27. This continuous pressure is a function of the pressure in the chamber 42 which is in communication with the outlet side of the pump 13. The coolant supplied to the chamber 42 acts on the flange 23 and presses the outer flange 33 in such a direction that the piston is urged towards the end closure plate 25. If the total temperature of the coolant in the system increases, an adjustment to the coolant expansion must be made. In this system this is done in such a way that the piston 27 is moved away from the end closure plate 25 or, in the position shown in FIG. 1, to the right. This increases the volume of the chamber 48 and continues piston movement until the system reaches a condition that corresponds to normal operating temperature.

Zu diesem Zeitpunkt nehmen die Teile eine Lage ein, wie es in der F i g. 2 dargestellt ist. Der Kühlmitteldruck in der Kammer 42 ist ein Vorspannungsdruck, der eine Verschiebung des Kolbens unter der Einwirkung der Kräfte des sich ausdehnenden Kühlmittels erlaubt. Falls die Kühlmitteltemperatur abfällt, nimmt die Dichte des Kühlmittels zu und das erforderliche Volumen des Systems wird geringer. Unter diesen Umständen wirkt der Druck in der Kammer 42 au^f den Außenflansch 33At this point in time, the parts assume a position as shown in FIG. 2 is shown. The coolant pressure in chamber 42 is a bias pressure that allows displacement of the piston under the action of the forces of the expanding coolant. If the coolant temperature drops, the density of the coolant will increase and the required volume of the system will decrease. Under these circumstances, the pressure in the chamber 42 acts au ^f the outer flange 33

ein, ohne den Kolben 27 nach links in der Zeichnung, oder zur Endverschlußplatte 25 hin zu bewegen, wodurch das Volumen der Kammer 48 verringert wird. Dies führt dazu, daß der auf das Kühlmittel einwirkende Druck trotz einer zunehmenden Kühlmiueldichte im "> System aufrechterhalten bleibt, und die Saug- oder Einlaßseite der Pumpe 13 bleibt zum Umwälzen im Kühlsystem gefüllt.without moving the piston 27 to the left in the drawing or towards the end closure plate 25, thereby reducing the volume of chamber 48. This leads to the fact that the acting on the coolant Pressure is maintained despite an increasing coolant density in the "> system, and the suction or The inlet side of the pump 13 remains filled for circulation in the cooling system.

Der Druck in der Kammer 42 wirkt auf die Membran 41 derart ein, daß sie in ihrer richtigen gefalteten oder i< > gewellten Lage und in Anlage an der Kolbenführung 35 und an der Innenseite der Gehäusewand 19 verbleibt. Wenn sich der Kolben hin- und herbewegt, führt die Membran eine ruckfreie flexible Abwälzbewegung zwischen ihren Endlagen aus. die in der F i g. 1 und 3 r> dargestellt sind, ohne daß sich ihre Grundfaltung verändert.The pressure in the chamber 42 acts on the membrane 41 in such a way that it is folded or i <in its correct position > Corrugated position and in contact with the piston guide 35 and on the inside of the housing wall 19 remains. When the piston moves back and forth, the diaphragm performs a smooth, flexible rolling movement between their end positions. the in the F i g. 1 and 3 r> are shown without changing their basic convolution changes.

Es sei angenommen, daß sich die Teile in einer normalen Betriebsstellung befinden, wie in der Fig. 2 dargestellt, und es sei ferner angenommen, daß die -» Pimpe 13 abgeschaUet wird. Das System wird nun nicht mehr unter Druck gesetzt. Die Stellung der Teile ändert jedoch nicht merklich, bis die Kühlmitteltemperatur abfällt. Dadurch nimmt der vom Kühlmittel besetzte Raum der Kammer 48 ab. Zur Kompensierung bewegte n sich der Kolben 27 in der Zeichnung nach links, um das Volumen der Kammer 48 zu vermindern. Die Bewegung erfolgt hauptsächlich dadurch, daß die Rückseite des Kolbens dem Druck der Umgebung ausgesetzt ist. Um eine derartige Kompensationsbewegung des Kolbens s» 27 zu ermöglichen, ist es erforderlich, daß eine ausreichende Kraft zur Verfügung steht, um die Reibung der Dichtung 34 an der Innenseite der Gehäusewand 18 zu überwinden. In gewissen Fällen kann der Umgebungsdruck für diesen Zweck nicht ausreichend sein. Bei J· den bisher bekannten Vorrichtungen kennte, falls die Reibung an der Dichtung 34 zu groß ist, der Druck um die Verbreiterung am Abschnitt 38 an der Kolbenführung 35 herum einwirken und die Membran 41 durch den Spalt 39 hindurchzwängen. Es sei bemerkt, daß das ·"> vom Kühlmittel eingenommene Volumen der Kammer 42 zusammen mit der Abnahme des Volumens in der Kammer 48 ebenfalls abnimmt. Dadurch ist es möglich.It is assumed that the parts are in a normal operating position, as shown in FIG. 2, and it is further assumed that the - »pimp 13 is switched off. The system is now no longer pressurized. However, the position of the parts does not change appreciably until the coolant temperature drops. As a result, the space in the chamber 48 occupied by the coolant is reduced. To compensate n moving the piston 27 in the drawing to the left, in order to reduce the volume of chamber 48th The movement is mainly due to the fact that the back of the piston is exposed to ambient pressure. In order to enable such a compensation movement of the piston s »27, it is necessary that sufficient force is available to overcome the friction of the seal 34 on the inside of the housing wall 18. In certain cases the ambient pressure may not be sufficient for this purpose. In the previously known devices, if the friction on the seal 34 is too great, the pressure could act around the widening at the section 38 on the piston guide 35 and force the membrane 41 through the gap 39. It should be noted that the volume of the chamber 42 occupied by the coolant also decreases along with the decrease in the volume in the chamber 48. Thereby it is possible.

daß die Membran 41 durch dtn Spalt 39 hindurch in die Kammer 42 hinein gedrückt wird, so daß sie in unerwünschter Weise umgekehrt eingefaltet wird. Die Fig. 4 zeigt diesen Zustand bei einem herkömmlichen Volumenausgleichsbehälter, bei dem ein Abschalten der Pumpe 13 mit einem abschließenden Abkühlen des Kühlmittels und einem Reibungswiderstand des Kolbens dazu führt, daß die Membran umgekehrt in die Kammer 42 hineingefaltet wird. Wenn die Pumpe 13 bei einem derartigen bekannten Volumenausgleichsbehälter wieder in Betrieb genommen wird und sich die Membran 41 dabei in der umgekehrten gefalteten Lage befindet, wie in der Fig. 4 gezeigt, dann wird der der Kammer 42 zugeführte Druck derart auf die Membran einwirken, daß diese Membran durch den Spalt 39 zui ückgedrückt und wieder in ihre richte Faltung gebracht wird. Dabei tritt jedoch die Membran in Reibungsberührung mit dem Flansch 23 und anderen Gehäuseteilen, so daß sich ein erheblicher Verschleiß einstellt oder die Membran reißen kann. Es wurde festgestellt, daß diese Erscheinung ein wesentlicher Grund für die Zerstörung der Membran im Betrieb ist.that the membrane 41 is pressed through the gap 39 into the chamber 42 so that it is in is undesirably folded in reverse. Fig. 4 shows this state in a conventional one Volume compensation tank, in which switching off the pump 13 with a subsequent cooling of the Coolant and a frictional resistance of the piston causes the diaphragm to invert into the Chamber 42 is folded in. When the pump 13 in such a known volume compensation tank is put back into operation and the membrane 41 is in the reverse folded position is, as shown in Fig. 4, then the pressure supplied to the chamber 42 is so on the membrane act that this membrane is pushed back through the gap 39 and back into its correct folding is brought. In doing so, however, the membrane comes into frictional contact with the flange 23 and others Housing parts, so that there is considerable wear or tear or the membrane can tear. It was found that this phenomenon is a major reason for the destruction of the membrane in operation.

Dadurch, daß nun gemäß der Erfindung eine Feder verwendet wird, wird eine Beschädigung der Membran im Volumenausgleichsbehälter vom »Bootstrap«-Typ verhindert. Wenn also bei einer in den Fig. I bis 3 dargestellten Vorrichtung der Reibungswiderstand am Außenflansch 33 großer ist als derjenige, der ohne weiteres durch den Umgebungsdruck überwunden werden kann, dann kommt die Feder 43 zur Wirkung und bewegt den Kolben 27 in einer solchen Richtung, daß der Druck im System aufrechterhalten wird. Es sei bemerkt; daß die Stärke der Feder 43 derart gewählt ist, daß die erwartete Reibung am Außenfiansch 33 überwunden werden kann und in dem System ein Minimaldruck aufrechterhalten wird, der über die Kammer 42 in der richtigen Faltungslage hält und verhindert, daß die Membran durch den Spalt 39 in die Kammer 42 hineingezwängt wird. Wenn das System wieder in Betrieb genommen wird, befindet sich die Membran in ihrer normalen gefalteten Lage, so daß keine Gefahr der Beschädigung der Membran entstehen kann.The fact that a spring is now used in accordance with the invention will damage the membrane prevented in the volume expansion tank of the »bootstrap« type. So if in one in Figs The device shown the frictional resistance on the outer flange 33 is greater than that without Further can be overcome by the ambient pressure, then the spring 43 comes into effect and moves the piston 27 in such a direction as to maintain pressure in the system. Be it noticed; that the strength of the spring 43 is chosen such that the expected friction on the outer flange 33 can be overcome and a minimum pressure is maintained in the system, which is above the Chamber 42 holds in the correct folded position and prevents the membrane through the gap 39 in the Chamber 42 is forced into it. When the system is put back into operation, the Membrane in its normal folded position so that there is no risk of damaging the membrane can.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Volume expansion tank for a closed fluid circulation system with a pump, for Maintaining the fluid pressure in the event of a change in density caused by temperature changes of the fluid using the pump pressure, with a piston that can be moved by a piston into one acted upon by the inlet rack of the pump second chamber divide the housing, and one as an annular space between the piston and a Housing wall-shaped second chamber sealing the piston against ambient pressure with the The membrane connecting the housing wall, characterized in that one on the piston (27) attacking pretensioning device (43) is provided, which serves exclusively to reduce the friction of the To overcome piston (27) and whose pretensioning force acts in the direction of the first chamber (48).

2. Volume expansion tank according to claim 1, characterized in that the pretensioning device a spring (43) arranged in the second chamber 42), which is on the one hand on the piston (27) and on the other hand is supported on the housing wall (18,23).

3. Volume compensating container according to claim 2, characterized in that the piston (27) has a body (28) with a diameter reduced in relation to the piston head (29, 33), that the housing wall (18, 23) has a spacing from the piston head (29 , 33) and that the spring (43) designed as a helical spring is supported between the piston head (29, 33) and the shoulder.