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Die Erfindung betrifft einen hydropneumatischen Speicher, insbesondere für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solcher hydropneumatischer Speicher ist beispielsweise der
DE 10 2009 010 775 A1 als bekannt zu entnehmen. Der hydropneumatische Speicher wird üblicherweise auch als Hydrospeicher oder Hydraulikspeicher bezeichnet und umfasst ein Gehäuse, welches einen Aufnahmeraum aufweist. Ferner umfasst der hydropneumatische Speicher ein in dem Aufnahmeraum angeordnetes Trennelement, durch welches der Aufnahmeraum in einen ersten Arbeitsraum zum Aufnehmen eines Gases und einen zweiten Arbeitsraum zum Aufnehmen einer Flüssigkeit unterteilt ist. Das Gas beziehungsweise dessen Volumen kann als Energiespeicher verwendet werden, um die unter Druck stehende Flüssigkeit in dem hydropneumatischen Speicher, das heißt dem Aufnahmeraum beziehungsweise dem zweiten Arbeitsraum, zu speichern.
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Ferner umfasst der hydropneumatische Speicher eine Vorratseinrichtung zum Nachfüllen des ersten Arbeitsraums mit Gas. Mit anderen Worten kann der erste Arbeitsraum mittels der Vorratseinrichtung mit Gas befüllt und dadurch nachgefüllt werden, nachdem es beispielsweise aufgrund von Gaspermeation über die Betriebsdauer zu einem Gasverlust aus dem ersten Arbeitsraum gekommen ist. Durch Nachfüllen des ersten Arbeitsraums kann dieser Gasverlust kompensiert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen hydropneumatischen Speicher der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem ein besonders vorteilhaftes Nachfüllen des ersten Arbeitsraums realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen hydropneumatischen Speicher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um einen hydropneumatischen Speicher der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zu schaffen, bei welchem ein besonders vorteilhaftes Nachfüllen des ersten Arbeitsraums mit Gas realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Vorratseinrichtung wenigstens ein elektrisches Heizelement aufweist, mittels welchem das Nachfüllen des ersten Arbeitsraums bewirkbar ist. Die der Erfindung zugrundeliegende Idee ist, das elektrische Heizelement mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom zu versorgen, wodurch das Heizelement erwärmt wird. Durch dieses elektrische Erwärmen des Heizelements, welches beispielsweise ein Widerstandsheizelement ist, kann das Befüllen beziehungsweise Nachfüllen des ersten Arbeitsraums ohne bewegliche Teile realisiert werden. Mit anderen Worten kann eine elektrische Aktivierung des Befüllens beziehungsweise Nachfüllens des ersten Arbeitsraums realisiert werden, um einen Gasverlust ohne bewegliche beziehungsweise bewegte Teile zu kompensieren. Dadurch können die Teileanzahl, das Gewicht, die Kosten und auch die Komplexität des hydropneumatischen Speichers gering gehalten werden, sodass eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit des hydropneumatischen Speichers realisiert werden kann.
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Zur Realisierung des mittels des elektrischen Heizelements bewirkbaren Nachfüllens ist es beispielsweise vorgesehen, dass die Vorratseinrichtung wenigstens einen Behälter zum Speichern von Gas und wenigstens ein Verschlusselement aufweist, mittels welchem wenigstens eine Austrittsöffnung des Behälters verschlossen ist. Das Verschlusselement ist mittels des elektrischen Heizelements unter zumindest teilweisem Freigeben der Austrittsöffnung aufschmelzbar, indem das elektrische Heizelement mit elektrischem Strom versorgt wird. Durch Versorgen des elektrischen Heizelements mit elektrischem Strom wird das Verschlusselement mittels des Heizelements beheizt und dadurch zumindest teilweise geschmolzen, sodass die Austrittsöffnung zumindest teilweise freigegeben wird. In der Folge kann das im Behälter gespeicherte Gas aus dem Behälter über die freigegebene Austrittsöffnung ausströmen und in den ersten Arbeitsraum einströmen, sodass etwaige Gasverluste ohne bewegte Teile und somit auf besonders einfache Weise ausgeglichen werden können.
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Um den Bauraumbedarf der Vorratseinrichtung und somit des hydropneumatischen Speichers insgesamt besonders gering zu halten, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Vorratseinrichtung ein Medium, insbesondere einen Feststoff, aufweist. Mittels des elektrischen Heizelements ist dabei unter Freisetzen von Gas, mit welchem der erste Arbeitsraum befüllbar ist, eine chemische Reaktion, an welcher das Medium, insbesondere der Feststoff, teilnimmt, bewirkbar. Mit anderen Worten, wird das elektrische Heizelement mit elektrischem Strom versorgt, so wird dadurch das Medium, insbesondere der Feststoff, beheizt. Durch dieses Beheizen beziehungsweise Erwärmen des Mediums wird eine chemische Reaktion gestartet, an der das Medium, welches eine chemische Substanz ist, teilnimmt. Durch diese chemische Reaktion entsteht aus zumindest einem Teil des Mediums ein Gas, das in den ersten Arbeitsraum einströmen kann. Ist die chemische Reaktion eine endotherme Reaktion, so erfolgt durch die Zuführung von Heizenergie über das Heizelement die Gaserzeugung nur so lange, wie Heizenergie zugeführt wird, das heißt wie das elektrische Heizelement mit elektrischem Strom versorgt wird. Hierdurch kann beispielsweise ein zumindest im Wesentlichen stufenloses Nachfüllen des ersten Arbeitsraums bewirkt werden.
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Ist die chemische Reaktion beispielsweise eine exotherme Reaktion, so wird durch das Zuführen der Heizenergie der Reaktionsprozess gestartet, welcher beispielsweise bis zur vollständigen Umwandlung des Mediums abläuft.
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Ist das Medium ein Feststoff, so kann der Arbeitsraum mittels der Vorratseinrichtung mit einem besonders großen Gasvolumen nachgefüllt werden bei gleichzeitiger Realisierung eines nur sehr geringen Bauraumbedarfs der Vorratseinrichtung. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Gasvolumen im Normzustand nach der chemischen Reaktion von chemischen Stoffen, insbesondere Sprengstoffen, circa 1000 mal größer als ihr Festkörpervolumen ist. Bei einem Systemdruck von zum Beispiel 30 bar beträgt das Festkörpervolumen somit lediglich ein Dreißigstel, um beispielsweise das gesamte Ausgangsvolumen des ersten Arbeitsraums zu ersetzen.
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Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die Vorratseinrichtung, insbesondere ihr Behälter, an dem Gehäuse gehalten ist.
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Insgesamt ist erkennbar, dass der Einsatz der Vorratseinrichtung die Realisierung von besonders langen Austausch- beziehungsweise Wartungsintervallen ermöglicht, nach denen der hydropneumatische Speicher, welcher beispielsweise Bestandteil eines Fahrwerks eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens wie beispielsweise eines Personenkraftwagens, ist, ausgetauscht beziehungsweise gewartet werden muss, da mittels der Vorratseinrichtung auch besonders große Gasverluste kompensiert werden können, ohne den hydropneumatischen Speicher austauschen beziehungsweise warten zu müssen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, gewünschte Funktionseigenschaften des hydropneumatischen Speichers und somit des Fahrwerks insgesamt über die zumindest nahezu gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs zu erhalten. Ferner können entsprechende Werkstatt-Vorrichtungen beispielsweise zum Nachfüllen des ersten Arbeitsraums entfallen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische und geschnittene Seitenansicht eines hydropneumatischen Speichers, insbesondere für ein Fahrwerk eines Fahrzeugs, mit einer Vorratseinrichtung, mittels welcher ein Arbeitsraum des hydropneumatischen Speichers mit Gas befüllbar ist, wobei die Vorratseinrichtung wenigstens ein elektrisches Heizelement aufweist, mittels welchem das Befüllen des Arbeitsraums bewirkbar ist.
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Die Fig. zeigt in einer schematischen und geschnittenen Seitenansicht einen im Ganzen mit 10 bezeichneten hydropneumatischen Speicher, welcher auch als Hydrospeicher oder Hydraulikspeicher bezeichnet wird. Der hydropneumatische Speicher 10 kann beispielsweise in einem als hydropneumatisches Fahrwerk ausgebildeten Fahrwerk eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, verwendet werden, wobei beispielsweise wenigstens ein Rad des Fahrzeugs über den hydropneumatischen Speicher 10 gefedert an einem Aufbau des Fahrzeugs abgestützt ist. Der hydropneumatische Speicher 10 umfasst ein Gehäuse 12, welches einen im Ganzen mit 14 bezeichneten Aufnahmeraum aufweist. Ferner umfasst der hydropneumatische Speicher 10 ein in dem Aufnahmeraum 14 angeordnetes Trennelement 16, welches vorliegend als Membran ausgebildet ist. Die Membran ist dabei aus einem Gummi gebildet und unterteilt den Aufnahmeraum 14 in einen ersten Arbeitsraum 18 und einen zweiten Arbeitsraum 20. Im ersten Arbeitsraum 18 ist ein in der Fig. durch schematische Gasbläschen 22 veranschaulichtes Gas beziehungsweise Gasvolumen aufgenommen, wobei im zweiten Arbeitsraum 20 eine Flüssigkeit, insbesondere in Form von Öl, aufgenommen ist. Das Gehäuse 12 weist dabei einen hydraulischen Anschluss 24 auf, über welchen die Flüssigkeit, das heißt das Öl, in den zweiten Arbeitsraum 20 eingefüllt werden kann. Anstelle der Membran kann beispielsweise auch ein Kolben zum Einsatz kommen, wobei dann das Gehäuse 12 beispielsweise als Zylinder ausgebildet ist, in welchem der Kolben translatorisch bewegbar aufgenommen ist. Hierbei ist der hydropneumatische Speicher 10 dann beispielsweise als Gas-Kolbenspeicher ausgebildet.
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Die gewünschte Funktion des hydropneumatischen Speichers 10, der das Gasvolumen als Energiespeicher verwendet, ist im Wesentlichen von der Menge des Gases im ersten Arbeitsraum 18 abhängig. Beispielsweise aufgrund von Gaspermeation durch die Membran (Trennelement 16) kommt es über die Betriebsdauer des hydropneumatischen Speichers 10 zu einem Gasverlust, welcher die gewünschte Funktionsfähigkeit des hydropneumatischen Speichers 10 und somit des Fahrwerks insgesamt beeinträchtigen kann. Diese Gaspermeation, infolge derer es zu einem Gasverlust aus dem ersten Arbeitsraum 18 kommt, ist in der Fig. durch einen Richtungspfeil 25 veranschaulicht. Bei Gas-Kolbenspeichern kommt es zu einem solchen Gasverlust beispielsweise über ein Material einer Gleitdichtung, die beispielsweise an dem Kolben angeordnet ist und dazu dient, einen Dichtspalt zwischen dem Kolben und dem Zylinder abzudichten und dadurch die Arbeitsräume 18, 20 voneinander zu trennen. Ferner kann es zu einem solchen Gasverlust aus dem ersten Arbeitsraum 18 über den Dichtspalt selbst kommen.
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Um solche Gasverluste ausgleichen, das heißt kompensieren zu können, umfasst der hydropneumatische Speicher 10 eine Vorratseinrichtung 26 zum Nachfüllen des ersten Arbeitsraums 18 mit Gas. Wie beispielsweise in der Fig. durch die Gasbläschen 22 veranschaulicht ist, kann die Vorratseinrichtung 26 Gas bereitstellen, das in den ersten Arbeitsraum 18 strömen kann. Dadurch kann der erste Arbeitsraum 18 mit Gas nachgefüllt werden, um dadurch etwaige Gasverluste zu kompensieren.
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Um nun ein besonders vorteilhaftes und bedarfsgerechtes, insbesondere steuerbares, Nachfüllen des ersten Arbeitsraums 18 zu realisieren, umfasst die Vorratseinrichtung 26 wenigstens ein elektrisches Heizelement 28 beispielsweise in Form eines Heizwiderstands, mittels welchem das Nachfüllen des ersten Arbeitsraums 18 mit Gas bewirkbar ist. Das elektrische Heizelement 28 ist mit einer Steuereinheit 30 mit Steuerlogik verbunden und kann über die Steuereinheit 30 mit elektrischem Strom versorgt werden. Durch Versorgen des Heizelements 28 mit elektrischem Strom wird das Heizelement 28 erwärmt, wodurch das Nachfüllen des ersten Arbeitsraums 18 mit Gas bewirkt wird. Das Versorgen des elektrischen Heizelements 28 mit elektrischem Strom erfolgt über die Steuereinheit 30 beispielsweise in Abhängigkeit von wenigstens einem externen Steuersignal 32, welches der Steuereinheit 30 zugeführt und von dieser empfangen wird.
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Vorliegend umfasst der hydropneumatische Speicher 10 wenigstens einen Drucksensor 34, mittels dem ein Druck im ersten Arbeitsraum 18 erfassbar ist. Der Drucksensor 34 stellt ein den erfassten Druck charakterisierendes Signal, insbesondere in Form des Steuersignals, bereit, wobei dieses Signal an die Steuereinheit 30 übertragen und von dieser empfangen wird. Hierzu ist der Drucksensor 34 mit der Steuereinheit 30 verbunden. Über die Steuereinheit 30 kann dann das Nachfüllen des ersten Arbeitsraums 18 in Abhängigkeit von dem den Druck charakterisierenden Signal durchgeführt werden.
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Beispielsweise ermittelt die Steuerlogik anhand einer Langzeitauswertung des Signals und somit des im ersten Arbeitsraum 18 herrschenden Drucks einen aktuellen Gasverlust. Übersteigt der Gasverlust einen vorgebbaren Schwellenwert, so bewirkt die Steuereinheit 30 die Versorgung des elektrischen Heizelements 28 mit elektrischem Strom, wodurch die Abgabe einer Vorratsmenge an Gas aktiviert wird. Diese Vorratsmenge kann in den ersten Arbeitsraum 18 einströmen und den Gasverlust zumindest zum Teil ausgleichen.
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Durch die Verwendung des elektrischen Heizelements 28 zum Bewirken des Nachfüllens des ersten Arbeitsraums 18 können bewegliche beziehungsweise bewegte Teile vermieden werden, sodass der Aufbau beziehungsweise die Komplexität des hydropneumatischen Speichers 10 besonders gering gehalten werden kann. Aus der Fig. ist erkennbar, dass die Vorratseinrichtung 26 einen Behälter 36 aufweist. Ferner ist es möglich, dass die Vorratseinrichtung 26 eine Mehrzahl von Behältern 36 aufweist. Die vorherigen und folgenden Ausführungen zum Behälter 36 können auch auf etwaig vorgesehene, weitere Behälter der Vorratseinrichtung 26 übertragen werden.
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Bei einer ersten Ausführungsform weist die Vorratseinrichtung 26 ein in der Fig. nicht erkennbares Verschlusselement auf, mittels welchem wenigstens eine Austrittsöffnung des Behälters 36 verschlossen ist. Das Verschlusselement ist mittels des elektrischen Heizelements 28 unter zumindest teilweisem Freigeben der Austrittsöffnung aufschmelzbar. Mit anderen Worten, wird das elektrische Heizelement 28 mit elektrischem Strom versorgt, so wird dadurch das Verschlusselement mittels des elektrischen Heizelements 28 beheizt und dabei zumindest teilweise aufgeschmolzen. Bei dem Verschlusselement handelt es sich somit um einen Trennverschluss, der aufgeschmolzen werden kann, um die Austrittsöffnung freizugeben. Ist die Austrittsöffnung zumindest teilweise freigegeben, so kann Gas, das in dem Behälter 36 gespeichert ist, über die freigebende Austrittsöffnung aus dem Behälter 36 aus- und in den ersten Arbeitsraum 18 einströmen. Hierzu weist der Behälter 36 beispielsweise einen Behälterraum auf, in welchem das Gas aufgenommen ist. Durch das zumindest teilweise Freigeben der Austrittsöffnung ist der Behälterraum fluidisch mit dem ersten Arbeitsraum 18 verbunden, sodass das Gas aus dem Behälterraum aus- und in den ersten Arbeitsraum 18 einströmen kann. Vorzugsweise ist das Gas unter hohem Druck in dem Behälter 36 gespeichert, sodass der Behälter 36 ein Hochdruckbehälter beziehungsweise ein Hochdruckvorratsvolumen ist. Beispielsweise ist das Gas in dem Behälter 36 mit 30-fach höherem Druck als in dem ersten Arbeitsraum 18 aufgenommen. Dadurch kann ein besonders großes Gasvolumen in dem Behälter 36 auf bauraumgünstige Weise gespeichert werden.
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Sind mehrere derartige Behälter 36 vorgesehen, so können die mehreren Behälter 36 mittels des Heizelements 28 beziehungsweise mittels jeweiliger Heizelemente gleichzeitig oder nacheinander aufgeschmolzen werden, um dadurch einen besonders großen Gasverlust auszugleichen und/oder in zeitlichen Abständen jeweilige Gasverluste auszugleichen. Beispielsweise wird zu einem ersten Zeitpunkt ein erster der Behälter mittels des elektrischen Heizelements 28 auf die geschilderte Weise geöffnet, wenn erfasst wird, dass der Gasverlust den vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Wird dann beispielsweise nach einer gewissen Zeitdauer zu einem zweiten Zeitpunkt erfasst, dass der Gasverlust den vorgebbaren Schwellenwert erneut überschreitet, so wird ein zweiter der Behälter mittels des elektrischen Heizelements 28 oder mittels eines weiteren elektrischen Heizelements auf die geschilderte Weise geöffnet, um den erneuten, nach der Zeitdauer aufgetretenen Gasverlust wieder auszugleichen. Die Anzahl an Wiederholungsmöglichkeiten dieses Vorgangs entspricht dabei der Anzahl an Behältern der Vorratseinrichtung 26.
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Bei einer zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in dem Behälter 36 ein Medium, insbesondere ein Feststoff, aufgenommen ist. Dabei ist mittels des elektrischen Heizelements 28 unter Freisetzen von Gas, mit welchem der erste Arbeitsraum 18 befüllbar ist, eine chemische Reaktion, an welcher der Feststoff teilnimmt, bewirkbar. Mit anderen Worten, wird das elektrische Heizelement 28 mit elektrischem Strom über die Steuereinheit 30 versorgt, so werden dadurch das elektrische Heizelement 28 und über dieses der Feststoff erwärmt. Durch Erwärmen beziehungsweise Beheizen des Feststoffes, welcher eine chemische Substanz ist, wird eine chemische Reaktion beziehungsweise ein chemischer Reaktionsprozess in Gang gesetzt, in deren beziehungsweise dessen Folge zumindest ein Teil des Feststoffes in Gas umgewandelt wird, das beispielsweise über wenigstens eine Austrittsöffnung des Behälters 36 aus diesem aus- und in den ersten Arbeitsraum 18 einströmen kann.
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Ist die Reaktion eine endotherme Reaktion, so wird so lange Gas aus dem Feststoff erzeugt, wie Feststoff in dem Behälter 36 aufgenommen ist und wie lange der Feststoff mittels des elektrischen Heizelements 28 erwärmt wird. Durch Einstellen einer Zeitspanne, während welcher das elektrische Heizelement 28 über die Steuereinheit 30 mit elektrischem Strom versorgt wird, kann somit eine Menge des in den ersten Arbeitsraum 18 einströmenden und von der Vorratseinrichtung 26 bereitgestellten Gases eingestellt werden.
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Ist die chemische Reaktion eine exotherme Reaktion, so wird durch das Versorgen des elektrischen Heizelements 28 mit elektrischem Strom beziehungsweise durch das Beheizen des Feststoffes der Reaktionsprozess aktiviert, welcher bis zur vollständigen Umwandlung des Feststoffes abläuft.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass die Vorratseinrichtung 26 – ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform – eine Mehrzahl von Behältern beziehungsweise Feststoffen umfasst, deren Umwandlung zu Gas gleichzeitig oder nacheinander mittels des elektrischen Heizelements 28 beziehungsweise mittels jeweiliger elektrischer Heizelemente bewirkt werden kann, um somit mehrere Gasverluste zu zeitlich aufeinanderfolgenden und voneinander beabstandeten Zeitpunkten zu kompensieren. Wie bei der ersten Ausführungsform lässt sich somit ein gestuftes Nachfüllen realisieren, wobei die Anzahl an Nachfüllvorgängen mit der Anzahl an Feststoffen beziehungsweise Behältern mit Feststoffen korrespondiert.
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Bei der zweiten Ausführungsform weist der Behälter 36 beispielsweise wenigstens eine Austrittsöffnung auf, über welche der Behälterraum, in welchem der Feststoff aufgenommen ist, fluidisch mit dem ersten Arbeitsraum 18 verbunden ist, sodass das infolge der chemischen Reaktion entstehende Gas über die Austrittsöffnung aus dem Behälterraum aus- und in den ersten Arbeitsraum 18 einströmen kann.
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Insgesamt ist erkennbar, dass der erste Arbeitsraum 18 mit Gas nachgefüllt werden kann, ohne dass hierzu bewegliche Teile, ein Werkstattaufenthalt beziehungsweise ein Austausch oder eine Wartung des hydropneumatischen Speichers 10 erforderlich sind beziehungsweise ist.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- hydropneumatischer Speicher
- 12
- Gehäuse
- 14
- Aufnahmeraum
- 16
- Trennelement
- 18
- erster Arbeitsraum
- 20
- zweiter Arbeitsraum
- 22
- Gasbläschen
- 24
- hydraulischer Anschluss
- 25
- Richtungspfeil
- 26
- Vorratseinrichtung
- 28
- elektrisches Heizelement
- 30
- Steuereinheit
- 32
- Steuersignal
- 34
- Drucksensor
- 36
- Behälter
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009010775 A1 [0002]
