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Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Einlassstruktur eines Speichertopfes. Der Speichertopf kommt insbesondere in einem Betriebsmittelbehälter zur Anwendung. Der Betriebsmittelbehälter befindet sich vorzugsweise in einem Fahrzeug und dient zur Aufnahme eines Betriebsmittels, beispielsweise von Kraftstoff.
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Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Speichertöpfe bekannt, die auch als Schwalltöpfe oder Beruhigungstöpfe bezeichnet werden. Solche Speichertöpfe befinden sich üblicherweise in einem Betriebsmitteltank. Über den Boden des Speichertopfes kann das Betriebsmittel in den Speichertopf fließen. Im Speichertopf befindet sich üblicherweise eine Pumpe zum Fördern des Betriebsmittels aus dem Betriebsmittelbehälter. Die Einlassstruktur am Boden des Speichertopfes beeinflusst dabei die Größe der benötigten Pumpe. Eine größere Pumpe kann mehr elektrische Leistung benötigen. Ferner kann eine größere Pumpe mehr Bauraum im bauraumkritischen Speichertopf benötigen. Ferner kann die Wärmeabgabe steigen, wodurch die Betriebsmittelverdampfung zunehmen kann.
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Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie den Einsatz möglichst kleiner Betriebsmittelpumpen zu ermöglichen bzw. möglichst energieeffizient Betriebsmittel aus dem Betriebsmittelbehälter in den Speichertopf zu fördern. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Insbesondere betrifft die hier offenbarte Technologie eine Einlassstruktur eines Speichertopfes. Diese Einlassstruktur umfasst eine Bodenplatte und zumindest ein sich von der Bodenplatte nach unten oder oben erstreckendes strömungsleitendes Profilelement. Der Einfachheit halber wird hier meist ein Profilelement beschrieben, wobei stets auch mehrere gleiche oder unterschiedliche Profilelemente gemäß der hier vorgestellten Spezifizierung verwendet werden können.
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Vorzugsweise umfasst die Einlassstruktur ein, zwei, drei, vier oder fünf der Profilelemente.
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Die Beschreibung „nach unten oder oben“ bezieht sich dabei auf die Einbaulage des Speichertopfes im Betriebsmittelbehälter. Die Bodenplatte kann gleichzeitig den Boden des Speichertopfes bilden und somit den Speichertopf unten abschließen, wobei sich das Profilelement nach unten erstreckt. Ferner kann die Bodenplatte vom Boden des Speichertopfes beabstandet sein, wobei sich das Profilelement von der Bodenplatte nach oben zum Boden des Speichertopfes erstreckt.
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Des Weiteren ist es möglich, dass die Bodenplatte Bestandteil einer in den Betriebsmittelbehälter eingesetzten Adapterplatte ist. Dabei ist dann der Speichertopf auf die Adapterplatte aufsetzbar; das Profilelement kann sich dabei von der Adapterplatte nach unten oder oben erstrecken. Erstreckt sich das Profilelement nach oben, so sitzt der Speichertopf vorzugsweise auf dem Profilelement auf. Ferner kann die Bodenplatte Bestandteil des Betriebsmittelbehälters sein.
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Die Bodenplatte der Einlassstruktur ist dazu ausgebildet, in einem Betriebsmittelbehälter unter Ausbildung eines Aufnahmevolumens angeordnet zu werden. Dieses Aufnahmevolumen bildet sich dabei unter oder über der Bodenplatte und somit insbesondere zwischen der Bodenplatte und der Wandung (insbesondere dem Boden) des Betriebsmittelbehälters oder zwischen Bodenplatte und Boden des Speichertopfes. Der Betriebsmittelbehälter dient insbesondere zur Aufnahme eines flüssigen Betriebsmittels, beispielsweise Kraftstoff, Kühlflüssigkeit, Wasser oder Schmiermittel.
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Die Einlassstruktur umfasst vorzugsweise zumindest eine Öffnung im Boden des Speichertopfes und ggf. auch im Boden der Bodenplatte. Die Öffnung dient zum Führen des Betriebsmittels aus dem Aufnahmevolumen in den darüber liegenden Speichertopf. Dabei können beispielsweise auch mehrere Öffnungen vorgesehen sein, zwischen denen eine Venturi-Düse angeordnet ist, um so aktiv das Betriebsmittel aus dem Aufnahmevolumen in den Speichertopf zu fördern. Des Weiteren kann in der Öffnung ein Ventil angeordnet sein, um lediglich in einer Richtung, nämlich vom Aufnahmevolumen zum Speichertopf, einen Durchfluss zu ermöglichen.
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Insbesondere ist das zumindest eine strömungsleitende Profilelement so ausgebildet und angeordnet, um zuströmendes und/oder abströmendes Betriebsmittel im Aufnahmevolumen zu leiten. Insbesondere wird mittels des zumindest einen Profilelements das Betriebsmittel derart geleitet, dass es optimal in den Speichertopf gefördert werden kann.
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Um diese Funktion zu erfüllen, umfasst das Profilelement eine erste Wandung und eine zweite Wandung. Die Geometrie dieser Wandungen bzw. des Profilelements wird vorzugsweise in einer zur Bodenplatte parallelen Ebene betrachtet. Das Betriebsmittel fließt nämlich in dem Aufnahmevolumen im Wesentlichen parallel zur Bodenplatte, so dass die strömungsleitende Geometrie des Profilelements in eben dieser Ebene ausschlaggebend ist für die Führung des Betriebsmittels. Die erste Wandung weist eine erste Krümmung auf. Die zweite Wandung weist eine zweite Krümmung auf. Die erste Krümmung ist dabei kleiner als die zweite Krümmung. Vorzugsweise laufen die beiden Wandungen an einem Ende, besonders vorzugsweise an beiden Enden, des Profilelements zusammen. Es wird noch im Detail eine bevorzugte Ausgestaltung beschrieben, bei der sich durch die zusammenlaufenden Wandungen eine Profilnase und eine Profilkante ergeben. Zwischen den beiden Enden des Profilelements sind die Wandungen aufgrund ihrer unterschiedlichen Krümmungen voneinander beabstandet.
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Die Krümmung ist hier definiert als maximale Abweichung (Abstand) der jeweiligen Wandung von einer Geraden. Diese Gerade zur Bestimmung der Krümmung ist insbesondere die Profilsehne. Die Profilsehne verbindet als Gerade die beiden Enden des Profilelements. Diese beiden Enden des Profilelements sind insbesondere die Profilnase und die Profilkante. Diese Bezeichnungen sind hier in Anlehnung an das Profil eines Flugzeugflügels gewählt.
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Der Speichertopf ist vorzugsweise am Boden des Betriebsmittelbehälters angeordnet und erstreckt sich in Richtung der Kraftfahrzeughochachse. Der Speichertopf dient dazu, ein gewisses Volumen an Betriebsmittel zu bevorraten, welches durch eine im Betriebsmittelbehälter, bevorzugt im Speichertopf angeordnete Pumpe zu etwaigen Betriebsmittelverbrauchen gefördert wird. Ebenso ist es möglich, dass die Pumpe außerhalb des Betriebsmittelbehälters zum Ansaugen des flüssigen Betriebsmittels angeordnet ist. Das Volumen des Speichertopfes ist vorzugsweise sehr klein im Vergleich zum Volumen des Betriebsmittelbehälters. Insbesondere kann das Volumen des Speichertopfes mindestens um den Faktor 10, bevorzugt mindestens um den Faktor 50, und besonderes bevorzugt mindestens um den Faktor 100, kleiner sein als das Volumen des Betriebsmittelbehälters. Ausschlaggebend sind hier stets die „Speichervolumen“, die zur Aufnahme des Betriebsmittels nutzbar sind. Die Öffnung der Einlassstruktur erstreckt sich bis in den Speichertopf. Bevorzugt kann unmittelbar benachbart zur Öffnung ein Element der Pumpe vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise die Pumpe selbst oder eine mit der Pumpe fluidleitend verbundene Absaugstelle sein.
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Die Bodenplatte der Einlassstruktur kann einstückig mit dem Speichertopf ausgebildet sein, beispielsweise durch Spritzgießen oder Blasformen. In einer anderen Ausgestaltung kann die Bodenplatte an der Unterseite des Speichertopfes formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig angebracht sein. Beispielsweise kann die Bodenplatte über Rasthaken mit dem Speichertopf verbindbar sein. Dabei kann die Bodenplatte beispielsweise Bestandteil einer Adapterplatte sein, die im Betriebsmittelbehälter befestigt ist. Der Speichertopf ist dann entsprechend auf dieser Adapterplatte befestigbar.
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Des Weiteren ist es möglich, dass die gesamte Einlassstruktur einstückig mit dem Betriebsmittelbehälter gefertigt ist.
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Die Öffnung in der Bodenplatte zum Führen des Betriebsmittels aus dem Aufnahmevolumen in den Speichertopf kann mittig in der Einlassstruktur angeordnet sein. Alternativ kann die Öffnung auch außermittig angeordnet sein.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die beiden Wandungen mit einer maximalen Abweichung von +/- 20°, vorzugsweise maximal +/- 15°, senkrecht zur Bodenplatte stehen.
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Die beiden Wandungen erstrecken sich somit im Wesentlichen senkrecht zur Bodenplatte in den Aufnahmeraum hinein.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die beiden Wandungen an beiden Enden des Profilelements zusammenlaufen und somit an einer Seite eine Profilnase mit einem Nasenradius und auf der anderen Seite eine Profilkante mit einem Kantenradius bilden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Kantenradius kleiner ist als der Nasenradius. Insbesondere kann der Kantenradius so klein gewählt werden, dass hier eine Spitze bzw. Kante ausgebildet ist.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass der Nasenradius das 5-fache, insbesondere das 10-fache, besonders vorzugsweise das 30-fache, des Kantenradius beträgt.
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Ferner ist ein Durchmesser D der Einlassstruktur definiert. Dieser Durchmesser D wird insbesondere parallel zur Bodenplatte gemessen. Der Durchmesser D beschreibt insbesondere den größten Durchmesser der Einlassstruktur. Wenn außerhalb der strömungsleitenden Profilelemente Rockstopper in der Einlassstruktur angeordnet sind, so können die beiden am weitesten auseinander liegenden Rockstopper den Durchmesser D der Einlassstruktur definieren. Wenn sich der Durchmesser D der Einlassstruktur nicht anhand der Einlassstruktur definieren lässt, so kann auch der größte Durchmesser des Speichertopfes den Durchmesser D der Einlassstruktur definieren.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Profilelement entlang seiner Profilsehne, welche von der Profilnase zur Profilkante reicht, eine Profillänge L aufweist.
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Vorzugsweise beträgt die Profillänge mindestens 0,05*D, insbesondere mindestens 0,2*D, besonders vorzugsweise mindestens 0,4*D.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Krümmung mindestens 0,01*L, insbesondere mindestens 0,05*L, besonders vorzugsweise mindestens 0,1*L beträgt.
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Des Weiteren ist vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Krümmung zumindest das 1,5-fache, insbesondere zumindest das 2-fache, besonders vorzugsweise zumindest das 3-fache, der ersten Krümmung beträgt.
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Vorzugsweise sind beide Wandungen in die gleiche Richtung gekrümmt. Die erste Wandung bildet vorzugsweise an ihrer Außenseite eine konkave Fläche. Dementsprechend bildet die zweite Wandung an ihrer Außenseite eine konvexe Fläche.
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Durch die vorgestellten Dimensionen und Ausgestaltungen des Profilelements und dessen Krümmung kann eine effiziente Führung des Betriebsmittels im Aufnahmevolumen erreicht werden.
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In bevorzugter Ausführung ist das Profilelement innen hohl und umfasst somit lediglich die beiden Wandungen. In alternativer Ausgestaltung ist es auch möglich, das Profilelement als Volumenkörper auszubilden, wobei dann die Ränder des Volumenkörpers die Wandungen bilden.
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In Versuchen und Berechnungen hat sich gezeigt, dass in der ersten Wandung eine Tasche oder eine Öffnung die Strömung günstig beeinflusst. Insbesondere ist dies der Fall, wenn die erste Wandung an ihrer Außenseite konkav ausgebildet ist. Bei einem Profilelement als Volumenkörper kann hier eine Tasche vorgesehen sein. Bei der hohlen Ausbildung des Profilelements ist insbesondere eine Öffnung vorgesehen, so dass das Betriebsmittel auch in den Hohlraum fließen kann.
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Diese Tasche oder Öffnung erzeugt einen Wirbel in der Strömung des Betriebsmittels, welches entlang der ersten Wandung fließt. Dieser Wirbel kann die Strömung des Betriebsmittels begünstigen.
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Insbesondere wird hierzu die Tasche oder Öffnung näher an der Profilkante als an der Profilnase angeordnet.
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Ferner kann die Einlassstruktur mehrere Rockstopper umfassen, die sich wie die Profilelemente in den Aufnahmeraum erstrecken. Die Rockstopper sind in erster Linie nicht zur Beeinflussung der Strömung ausgebildet, sondern sollen größere Gegenstände vor dem Eindringen in den Speichertopf abhalten. Besonders bevorzugt sind die Rockstopper am äußeren Umfang der Einlassstrukturen und somit radial außerhalb der Profilelemente angeordnet.
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Die hier offenbarte Technologie umfasst ferner einen Speichertopf mit der beschriebenen Einlassstruktur.
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Ferner umfasst die hier offenbarte Technologie den beschriebenen Betriebsmittelbehälter, einen im Betriebsmittelbehälter angeordneten Speichertopf und die beschriebene Einlassstruktur.
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Darüber hinaus umfasst die hier offenbarte Technologie auch ein Fahrzeug mit dem beschriebenen Betriebsmittelbehälter, einem im Betriebsmittelbehälter angeordneten Speichertopf sowie der hier beschriebenen Einlassstruktur.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
- 1 eine hier offenbarte Einlassstruktur an einem Speichertopf in einer ersten Anordnung in einem Betriebsmittelbehälter,
- 2 die hier offenbarte Einlassstruktur an einem Speichertopf in einer zweiten Anordnung in einem Betriebsmittelbehälter,
- 3 die hier offenbarte Einlassstruktur an einem Speichertopf in einer dritten Anordnung in einem Betriebsmittelbehälter,
- 4 eine Ansicht der hier offenbarten Einlassstruktur von unten, und
- 5 eine schematische Schnittdarstellung der hier offenbarten Einlassstruktur.
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1 zeigt rein schematisch eine Einlassstruktur 1 an einem Speichertopf 2. Der Speichertopf 2 befindet sich in einem Betriebsmittelbehälter 3.
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Die Einlassstruktur 1 umfasst eine Bodenplatte 4. In der Variante nach 1 bildet die Bodenplatte 4 der Einlassstruktur 1 gleichzeitig den Speichertopfboden des Speichertopfes 2.
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Die Einlassstruktur 1 umfasst ferner strömungsleitende Profilelemente 7 und optionale Rockstopper 8. Die Profilelemente 7 und Rockstopper 8 erstrecken sich von der Bodenplatte 4 nach unten und liegen vorzugsweise am Behälterboden des Betriebsmittelbehälters 3 auf. Durch die Beabstandung der Bodenplatte 4 vom Betriebsmittelbehälter 3 ist ein Aufnahmevolumen 5 zwischen der Bodenplatte 4 und dem Betriebsmittelbehälter 3 ausgebildet.
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In der Bodenplatte 4 befindet sich eine Öffnung 6, durch die das Betriebsmittel vom Aufnahmevolumen 5 in das Innere des Speichertopfes 2 führbar ist.
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2 zeigt eine Variante, bei der der Speichertopf 2 einen eigenen Speichertopfboden umfasst, der auf der Bodenplatte 4 der Einlassstruktur 1 aufliegt. Dementsprechend erstreckt sich die Öffnung 6 durch die Bodenplatte 4 der Einlassstruktur 1 und durch den Speichertopfboden des Speichertopfes 2. Die Bodenplatte 4 der Einlassstruktur 1 kann hier beispielsweise eine Adapterplatte darstellen, auf der der Speichertopf 2 befestigbar ist.
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3 zeigt eine Variante mit einer Bodenplatte 4, von der sich die Profilelemente 7 und Rockstopper 8 nach oben in Richtung des Speichertopfes 2 erstrecken. Dementsprechend ist hier der Aufnahmeraum 5 zwischen dem Boden des Speichertopfes 2 und der Bodenplatte 4 gebildet.
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4 zeigt die genaue Ausgestaltung der Einlassstruktur 1 und die Geometrie der Profilelemente 7.
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Das einzelne Profilelement 7 umfasst eine erste Wandung 11 und eine zweite Wandung 12. Die beiden Wandungen 11, 12 laufen an den beiden Enden des Profilelements 7 zueinander zusammen. Dadurch entsteht auf der einen Seite eine Profilnase 20 und auf der anderen Seite eine Profilkante 21. Der Radius der Profilkante 21 ist hier sehr klein, so dass die Profilkante 21 spitz ausgebildet ist. Der Radius der Profilnase 20 ist relativ groß, so dass sich hier eine Rundung ergibt.
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Ferner zeigt 4 die Position der Profilsehne 22, welche als Gerade von der Profilkante 21 zur Profilnase 20 verläuft. Diese Profilsehne 22 bestimmt auch die Profillänge L mit Bezugszeichen 23.
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Von der Profilsehne 22 wird an der größten Stelle die erste Krümmung 24 als Abstand zur ersten Wandung 11 und die zweite Krümmung 25 als Abstand zur zweiten Wandung 12 gemessen.
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Die Dimensionen der gezeigten Profilelemente 7 entsprechen den im allgemeinen Teil der Beschreibung definierten Größenbereichen.
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Des Weiteren zeigt 4 anhand eines Profilelements 7, dass in der ersten Wandung 11 eine Öffnung 13 vorgesehen sein kann. Diese Öffnung 13 ermöglicht zum einen eine strömungsoptimierende Wirbelbildung und zum anderen ein Fließen des Betriebsmittels in einen Hohlraum 14 im Inneren des Profilelements 7.
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D bezeichnet den Durchmesser mit Bezugszeichen 30 der Einlassstruktur 1, der in einer zur Bodenplatte 4 parallelen Ebene gemessen wird. Wenn die Einlassstruktur 1 entgegen der Darstellung in 3 nicht rund ist, sondern eine anderweitige Form aufweist, ist der Durchmesser D vorzugsweise der größte Durchmesser D der Einlassstruktur 1. Alternativ kann der Durchmesser D auch durch den Abstand zweier Rockstopper 8 definiert sein, die am weitesten voneinander beabstandet sind. Des Weiteren ist es möglich, den Durchmesser D gleichzusetzen mit dem Durchmesser des Speichertopfes 2.
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5 zeigt rein schematisch eine Schnittdarstellung mit Profilhöhe 26 der Profilelemente 7 und Rockstopper 8. Die Profilhöhe 26 der Profilelemente 7 und/oder Rockstopper 8, unabhängig von der hier gezeigten Ausführungsform, beträgt vorzugsweise höchstens 0,2*D, insbesondere höchstens 0,1*D, besonders vorzugsweise höchstens 0,05*D.
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Ferner sei angemerkt, dass der Boden des Speichertopfes 2 nicht zwangsläufig eben sein muss. So kann sich z.B. auch die Öffnung 6 in einem nach unten erweiterten Fortsatz befinden. Ferner kann sich der Boden zu den Rändern des Speichertopfes 2 hin anheben. Dementsprechend gibt es dann längere und kürzere Profilelemente 7 und/oder Rockstopper 8.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Einlassstruktur
- 2
- Speichertopf
- 3
- Betriebsmittelbehälter
- 4
- Bodenplatte
- 5
- Aufnahmevolumen
- 6
- Öffnung
- 7
- Profilelemente
- 8
- Rockstopper
- 11
- erste Wandung
- 12
- zweite Wandung
- 13
- Öffnung
- 14
- Hohlraum
- 20
- Profilnase
- 21
- Profilkante
- 22
- Profilsehne
- 23
- Profillänge L
- 24
- erste Krümmung
- 25
- zweite Krümmung
- 26
- Profilhöhe
- 30
- Durchmesser D
