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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft eine Hydrospeichereinrichtung in der Bauart eines Membranspeichers, mit einer Membran, die ein Pneumatikvolumen von einem Hydraulikvolumen trennt.
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Offenbarung der Erfindung
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Hydrospeichereinrichtung in der Bauart eines Membranspeichers, mit einer Membran, die ein Pneumatikvolumen von einem Hydraulikvolumen trennt, im Hinblick auf ihren Wirkungsgrad und/oder ihre Herstellkosten zu verbessern.
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Die Aufgabe ist bei einer Hydrospeichereinrichtung in der Bauart eines Membranspeichers, mit einer Membran, die ein Pneumatikvolumen von einem Hydraulikvolumen trennt, dadurch gelöst, dass die Membran zwischen zwei Haltekörpern eingespannt ist, die jeweils mehrere Vertiefungen aufweisen und zwischen denen die Membran eingespannt ist, um mehrere hydropneumatische Membranspeicher darzustellen. Die Haltekörper sind vorzugsweise plattenartig ausgebildet. Einer der Haltekörper begrenzt mehrere Pneumatikvolumina. Der andere Haltekörper begrenzt mehrere Hydraulikvolumina. Durch die erfindungsgemäße Hydrospeichereinrichtung kann auf einfache Art und Weise ein Hydrospeicherfeld mit einer Vielzahl von hydropneumatischen Membranspeichern dargestellt werden. In der erfindungsgemäßen Hydrospeichereinrichtung können auch auf einfache Art und Weise mehrere Hydrospeicherfelder miteinander kombiniert werden. Die Gestalt und die Größe der Hydrospeicherfelder können auf einfache Art und Weise an einen gegebenen Bauraum angepasst werden.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen der Haltekörper paarweise einander zugewandt sind, um jeweils einen hydropneumatischen Membranspeicher darzustellen. Die Vertiefungen des einen Haltekörpers begrenzen eine Vielzahl Hydraulikvolumina. Die Vertiefungen des anderen Haltekörpers begrenzen eine Vielzahl Pneumatikvolumina. Die Hydraulikvolumina und die Pneumatikvolumina sind einander paarweise zugeordnet und durch die Membran voneinander getrennt. Hierdurch ergeben sich mit wenig Bauteilen eine Vielzahl von Membranspeichern.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekörper zwischen den Vertiefungen miteinander verbunden sind. Die Haltekörper liegen zwischen den Vertiefungen vorzugsweise flächig aneinander an. In diesen flächigen Bereichen sind die Haltekörper, zum Beispiel mit Hilfe von Befestigungselementen, zumindest punktuell miteinander verbunden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefungen die Gestalt von Kugelabschnitten oder Waben aufweisen. Die Kugelabschnitte oder Waben sind nach außen gewölbt. Die Waben haben zum Beispiel einen sechseckigen Querschnitt, wie Bienenwaben.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekörper jeweils mindestens einen Anschluss aufweisen, und/oder, dass die jeweils einem der Haltekörper zugeordneten Vertiefungen fluidisch miteinander verbunden sind. Der Anschluss kann zum Beispiel einen Pneumatikanschlusskanal oder einen Hydraulikanschlusskanal umfassen. Die einzelnen Vertiefungen können hydraulisch oder pneumatisch miteinander verbunden sein. Die Anschlusskanäle können zum Beispiel durch sickenartige Verformungen der Haltekörper gebildet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass in den Haltekörpern Verbindungskanäle gebildet sind, die jeweils einem der Haltekörper zugeordnete Vertiefungen fluidisch miteinander verbinden. Die Verbindungskanäle können auf einfache Art und Weise durch sickenartige Verformungen der Haltekörper gebildet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Membran im Bereich der Verbindungskanäle und/oder der Vertiefungen vorgeformt, verstärkt und/oder abgestützt ist. Die Membran kann zum Beispiel durch Stützringe abgestützt werden. An den Stützringen können Stützkragen ausgebildet sein, deren Gestalt an die Gestalt der Vertiefungen angepasst ist.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Hydrospeicherfelder, die jeweils zwei Haltekörper und eine Membran umfassen, mechanisch und/oder fluidisch miteinander gekoppelt sind. Die mechanische Kopplung der Hydrospeicherfelder kann zum Beispiel mit Hilfe von Zugankern erfolgen. Die fluidische Kopplung der Hydrospeicherfelder kann zum Beispiel durch entsprechend gestaltete Kopplungselemente und/oder Leitungen erfolgen.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekörper als plattenartige Grundkörper mit den Vertiefungen versehen sind. Die Haltekörper mit den plattenartigen Grundkörpern können aus einem tiefgezogenen oder geprägten Blechmaterial gebildet sein. Die Haltekörper mit den plattenartigen Grundkörpern können auch aus einem laminierten Faserverbund-Kunststoffmaterial gebildet sein. Die Haltekörper können zum Beispiel als CFK-Platte ausgeführt sein. Die Abkürzung CFK steht für einen Carbonfaser-Kunststoff-Verbund, also ein mit Kohlenstofffasern verstärktes Kunststoffmaterial.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Vertiefungen geeignete Stützringe eingelegt sind, und/oder, dass die hydropneumatischen Membranspeicher mittels Zugankern zwischen zwei Stützblechen eingespannt sind.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass statt einer durchgehenden Membran mehrere Einzelmembranen verwendet werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass Stützringe in die Membran eingearbeitet sind.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Hydrospeichereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Membran gleichzeitig die Funktion einer Dichtung zwischen den Haltekörpern ausübt.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung einer vorab beschriebenen Hydrospeichereinrichtung als tragendes Strukturbauteil.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Membran und/oder einen Haltekörper für eine vorab beschriebene Hydrospeichereinrichtung.
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Die erfindungsgemäße Hydrospeichereinrichtung ist besonders geeignet für Mobilhydraulikanwendungen, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit einem hydraulischen Fahrantrieb und für Hydraulikhybridfahrzeuge. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Hydrospeichereinrichtung wird deren Integration in ein Kraftfahrzeug vereinfacht. Die Hydrospeichereinrichtung kann als tragendes Bauteil verwendet werden, beispielsweise als Bodenplatte. Hierdurch kann die Fahrzeugstruktur versteift werden.
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Die erfindungsgemäße Gestaltung der Hydrospeichereinrichtung liefert unter anderem den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise mehrere Einzelspeicher in nur einem Fertigungsschritt hergestellt werden können. Durch die spezielle Gestaltung und Anordnung der Haltekörper und der Membran kann mit nur drei einfachen Bauteilen eine Hydrospeichereinrichtung mit mehreren hydropneumatischen Membranspeichern hergestellt werden. Die Haltekörper und die Membran lassen sich einfach und kostengünstig herstellen. Durch Speichern mehrerer Speicherfelder übereinander oder nebeneinander kann die erfindungsgemäße Hydrospeichereinrichtung auf einfache Art und Weise an einen vorgegebenen Bauraum angepasst werden. Die Vertiefungen in den Haltekörpern werden vorzugsweise durch Wölbungen mit relativ kleinen Radien gebildet. Das liefert den Vorteil, dass zur Herstellung der Haltekörper relativ dünnwandige Materialien verwendet werden können, was sich günstig auf das Gewicht und die Materialkosten der Hydrospeichereinrichtung auswirkt.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Es zeigen:
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1 eine vereinfachte Darstellung einer erfindungsgemäßen Hydrospeichereinrichtung im Schnitt;
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2 eine Ecke der Hydrospeichereinrichtung aus 1 in der Draufsicht;
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3 eine ähnliche Hydrospeichereinrichtung wie in 2 mit Verbindungskanälen in der Draufsicht;
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4 einen Ausschnitt aus 3 im Schnitt (4a) und in der Draufsicht (4b);
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5 einen Ausschnitt aus 1 im Schnitt (5a) und in der Draufsicht (5b) mit einem als Sicke ausgeführten Verbindungskanal;
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6 einen Ausschnitt aus 1 mit einem Stützring;
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7 den Ausschnitt aus 6 in der Draufsicht;
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8 eine ähnliche Darstellung wie in 6 mit einem modifizierten Stützring;
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9 den Ausschnitt aus 8 in der Draufsicht;
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10 eine ähnliche Darstellung wie in 8 mit einer vorgeformten Membran;
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10a eine ähnliche Darstellung wie in 8 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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11 einen Ausschnitt einer Hydrospeichereinrichtung mit zwei miteinander gekoppelten Hydrospeicherfeldern in der Draufsicht;
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12 ein Hydrospeicherfeld aus 11 mit einer angeschlossenen Leitung;
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13 einen Ausschnitt einer Hydrospeichereinrichtung mit drei miteinander gekoppelten Hydrospeicherfeldern im Schnitt;
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14 eine bauraum- und kraftoptimierte Anordnung von zwei Hydrospeicherfeldern übereinander und
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15 eine Hydrospeichereinrichtung mit mehreren Hydrospeicherfeldern, die mit Hilfe von Zugankern miteinander verbunden sind.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In den 1 und 2 ist ein Ausschnitt einer erfindungsgemäßen Hydrospeichereinrichtung 1 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Hydrospeichereinrichtung 1 umfasst zwei Haltekörper 4, 5, die jeweils aus einem im Wesentlichen plattenartigen Grundkörper 8, 9 gebildet sind. Die beiden plattenartigen Grundkörper 8, 9 sind in ähnlicher Art und Weise wie ein Backblech für Gebäck, insbesondere Muffins, mit halbkugelförmigen Vertiefungen 11, 12; 13, 14 ausgestattet. Die Haltekörper 4, 5 sind zum Beispiel aus einem Blechmaterial geformt. Die plattenartigen Grundkörper 8, 9 sind im Bereich der Vertiefungen 11, 12; 13, 14 so nach außen gewölbt, dass die Vertiefungen 11, 12 und 13, 14 der beiden Haltekörper 4, 5 einander zugewandt sind.
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Jeder Haltekörper 4, 5 ist mit einer Vielzahl von Vertiefungen 11, 12; 13, 14 ausgestattet. In 2 sieht man, dass die Vertiefungen 11, 12 gleichmäßig über den plattenartigen Grundkörper 8 verteilt sind. In 1 sieht man, dass jeweils zwei gegenüber liegende Vertiefungen 11, 13 und 12, 14 jeweils ein im Wesentlichen kugelförmiges Volumen begrenzen.
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Zwischen den Haltekörpern 4, 5 ist eine Membran 16 so eingespannt, dass die von den Vertiefungen 11, 12 und 13, 14 eingeschlossenen Volumina jeweils in ein Pneumatikvolumen 21 und ein Hydraulikvolumen 22 unterteilt werden. Das Pneumatikvolumen 21 hat ebenso wie das Hydraulikvolumen 22 aufgrund der Gestalt der Vertiefungen 11 und 13 im Wesentlichen die Gestalt einer Halbkugel.
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Die beiden Haltekörper 4, 5 sind unter Zwischenordnung der Membran 16 mit Hilfe von Befestigungselementen 24, 25 aneinander befestigt. Die Befestigungselemente 24, 25 erstrecken sich senkrecht zu den plattenartigen Grundkörpern 8, 9 und der Membran 16 durch die Bauteile 8, 9 und 16 hindurch. Dabei sind die Befestigungselemente 24, 25 nicht im Bereich der Vertiefungen 11 bis 14, sondern dazwischen angeordnet.
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Die Befestigungselemente 24, 25 können zum Beispiel Nietverbindungselemente oder Schraubverbindungselemente umfassen. Alternativ oder zusätzlich können die Haltekörper 4, 5 stoffschlüssig; zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen, punktuell miteinander verbunden werden. Die Membran 16 ist im Bereich der Verbindung zwischen den Haltekörpern 4, 5 unterbrochen beziehungsweise mit einem Durchgangsloch versehen.
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Die Pneumatikvolumina 21 der Hydrospeichereinrichtung 1 werden im Betrieb mit einem Pneumatikmedium, wie Gas, gefüllt. Die Hydraulikvolumina 22 der Hydrospeichereinrichtung 1 werden im Betrieb mit einem Hydraulikmedium, wie Öl, gefüllt. Zum Befüllen müssen die einzelnen Pneumatikvolumina 21 und Hydraulikvolumina 22 öl- und gasseitig miteinander und mit Anschlüssen nach außen verbunden sein.
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In den 3 und 4 ist am Beispiel eines Haltekörpers 34 dargestellt, dass die Vertiefungen 11, 12 beziehungsweise die von den Vertiefungen 11, 12 und der Membran eingeschlossenen Pneumatikvolumina durch einen Verbindungskanal 36 fluidisch, das heißt pneumatisch, miteinander verbunden sind. Durch einen weiteren Verbindungskanal 37 steht das von der Vertiefung 11 begrenzte Pneumatikvolumen mit einem Pneumatikvolumen in Verbindung, das von einer Vertiefung 38 begrenzt wird.
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In 3 sieht man, dass die Verbindungskanäle 36, 37 gleichmäßig verteilt zwischen den Pneumatikvolumina angeordnet sind. Der Haltekörper 5, der zur Begrenzung der Hydraulikvolumina dient, ist vorzugsweise genauso wie der Haltekörper 34 mit den Pneumatikvolumina ausgeführt. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung können. Verbindungskanäle der Hydraulikvolumina versetzt zu Verbindungskanälen der Pneumatikvolumina angeordnet werden, um die Stabilität der Haltekörper nicht zu beeinträchtigen.
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In 5 ist angedeutet, dass die Zu- und Abströmung in das Pneumatikvolumen der Vertiefung 11 dadurch optimiert werden kann, dass der Verbindungskanal 36 in einer Sicke 40 weitergeführt wird.
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In 5 ist die Membran 16 in einem Zustand dargestellt, in welchem sie innen an der Vertiefung 11 anliegt. Im Bereich des Verbindungskanals 36 beziehungsweise der Sicke 40 kann die Membran 16 nicht optimal zwischen den Haltekörpern eingespannt werden.
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In den 6 bis 9 ist gezeigt, wie die Einspannung der Membran 16 zwischen den Haltekörpern 34 und 5 durch die Verwendung von Stützringen 41, 42; 45, 46 verbessert werden kann.
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Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stützringe 41, 42 als einfache Ringe ausgeführt, deren Durchmesser dem Durchmesser der Vertiefungen 11, 12 entspricht. Die Stützringe 41, 42 verhindern, dass sich die Membran 16 in den Verbindungskanal 36 hinein verformt.
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Bei dem in den 8 und 9 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Stützringe 45, 46 zusätzlich mit einem Stützkragen 47, 48 versehen, der sich in die Vertiefung 11, 12 hinein erstreckt. Die Gestalt der Kragen 47, 48 ist an die Gestalt der zugehörigen Vertiefung 12, 12 angepasst. Der Stützkragen 47, 48 verhindert, dass sich die Membran 16 in eine Sicke hinein verformt, wie sie in 5 mit 40 bezeichnet ist.
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In 10 ist angedeutet, dass die Membran nicht zwingend eine ebene Form aufweisen muss. In 10 ist zwischen den Haltekörpern 4, 5 eine Membran 56 eingespannt, die im Bereich der Vertiefungen 11, 12 vorgeformte Bereiche 61, 62 umfasst. Die vorgeformten Bereiche 61, 62 haben die Gestalt einer Halbkugel, welche an die Gestalt der Vertiefung 11, 12 angepasst ist. Auch weitere Formen, wie zum Beispiel in 10a gezeigt, sind möglich.
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In 11 ist gezeigt, dass in einer erfindungsgemäßen Hydrospeichereinrichtung 71 auf einfache Art und Weise zwei oder mehr Hydrospeicherfelder 72, 73 miteinander kombiniert werden können. Jedes Hydrospeicherfeld 72; 73 umfasst eine Vielzahl von hydropneumatischen Membranspeichern 74, 75; 76, 77. Die beiden Hydrospeicherfelder 72, 73 sind mit Hilfe eines Kopplungselements 80 fluidisch miteinander gekoppelt. Das Kopplungselement 80 verbindet zwei Anschlusskanäle 78, 79 miteinander. Der Anschlusskanal 78 geht von einem Pneumatikvolumen oder einem Hydraulikvolumen des hydropneumatischen Membranspeichers 75 aus. Der Anschlusskanal 79 geht von einem Pneumatikvolumen oder Hydraulikvolumen des hydropneumatischen Membranspeichers 76 aus.
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In 12 ist gezeigt, dass mit Hilfe eines Kopplungselements 84 auch eine Leitung 85 an den Anschlusskanal 78 des Hydrospeicherfelds 72 angeschlossen werden kann. Die Leitung 85 kann als Hydraulikleitung oder Pneumatikleitung ausgeführt sein.
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In 13 ist angedeutet, dass in einer erfindungsgemäßen Hydrospeichereinrichtung auch zwei oder mehr hydropneumatische Speicherfelder 91, 92, 93 übereinander angeordnet werden können. Bei dieser Anordnung der Speicherfelder 91 bis 93 übereinander können die zwischen den Einzelspeichern ansonsten nicht genutzten Volumina vorteilhaft als Niederdruckvolumen genutzt werden. Das Niederdruckvolumen kann zum Beispiel mit einem Hydraulikmedium gefüllt werden, das mit Niederdruck beaufschlagt ist.
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In 13 umfasst das Speicherfeld 92 zwei Haltekörper 95, 96, zwischen denen eine Membran 98 eingespannt ist. Das Speicherfeld 93 umfasst zwei Haltekörper 100, 101, zwischen denen eine Membran 103 eingespannt ist. Im Bereich einer Vertiefung 105 des Haltekörpers 101 ist mit Hilfe eines Kopplungselements 106 eine Leitung 108 an die dargestellte Hydrospeichereinrichtung angeschlossen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Membran 103 mit einem Durchgangsloch 110 versehen, welches das Volumen in der Vertiefung 105 mit dem Volumen in einer Vertiefung 111 des Haltekörpers 100 verbindet. Das von der Vertiefung 111 eingeschlossene Volumen ist über ein weiteres Kopplungselement 112 mit einem Volumen 114 des Haltekörpers 96 verbunden. Das Volumen 114 wiederum ist über ein Durchgangsloch 118 mit einem Volumen 115 des Haltekörpers 95 verbunden.
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In 14 ist gezeigt, dass bei einer Anordnung von zwei Speicherfeldern 121, 122 übereinander ein vorhandener Bauraum dadurch optimal ausgenutzt werden kann, dass die Speicherfelder 121, 122 relativ zueinander versetzt angeordnet werden. Bei der versetzten Anordnung können sich die von den Vertiefungen gebildeten Halbkugeln der Haltekörper punktuell aneinander abstützen. Durch die damit verbundene Stabilisierung kann die Wandstärke der Haltekörper geringer ausgeführt werden. Im Zusammenhang mit der versetzten Anordnung der Speicherfelder 121, 122 hat sich eine wabenförmige Gestalt der Vertiefungen als besonders vorteilhaft erwiesen.
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In 15 ist dargestellt, wie drei übereinander angeordnete Speicherfelder 131 bis 133 mit Hilfe von Zugankern 141 bis 144 besonders stabil mechanisch miteinander gekoppelt werden können. Die Zuganker 141 und 142 erstrecken sich zwischen den Haltekörpern der Speicherfelder 131 und 133. Die Zuganker 143, 144 erstrecken sich zwischen zwei Stützblechen 151, 152, zwischen denen die drei Speicherfelder 131 bis 133 eingespannt sind.
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Die in den 13 bis 15 dargestellten Kombinationen von mehreren Speicherfeldern in einer erfindungsgemäßen Hydrospeichereinrichtung ermöglichen eine deutlich höhere Steifigkeit als eine flache Platte gleichen Materials. Unter Druck kann sich dieser Effekt noch verstärken. Dadurch wird es möglich, die erfindungsgemäße Hydrospeichereinrichtung als tragende Struktur, zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug, zu nutzen. Die Hydrospeichereinrichtung kann als Fahrzeugboden oder sonstiges Strukturbauteil in einem Kraftfahrzeug verwendet werden.
