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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft Messgeräte, insbesondere Messgeräte zur Füllstandmessung, zur Grenzstandbestimmung, zur Erfassung der Topologie einer Füllgutoberfläche oder zur Druckmessung. Messgeräte sind Füllstand- oder Grenzstandmessgeräte oder Druckmittlersysteme. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Messanordnung und eine Verwendung.
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Hintergrund
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Zur Füllstandmessung oder Grenzstandbestimmung, beispielsweise in einem Behälter, insbesondere in einem geschlossenen Behälter, werden verschiedene Arten von Sensorsystemen eingesetzt. Beispiele für derartige Messgeräte sind Füllstand- oder Grenzstandmessgeräte mit einem Hochfrequenzfrontend, Ultraschallfrontend oder Laserfrontend oder Messgeräte zur Erfassung der Topologie einer Füllgutoberfläche. Die Sensorsysteme werden insbesondere eingesetzt, um einen bestimmten Pegel eines Füllguts anzuzeigen, oder um anzuzeigen, ob eine vordefinierte obere oder untere Grenze des Füllstands in dem Behälter erreicht wurde. Derartige Sensorsysteme sind als Feldgeräte ausgeführt, und es kann vorgesehen sein, dass diese Messgeräte unabhängig von einem Stromnetz eingesetzt werden und daher auf eine zumindest teilweise autarke Energieversorgung angewiesen sind. Einige Ausführungsformen sind verkapselt, z.B. aus Gründen des Korrosionsschutzes, so dass das Auswechseln von Energiespeichern aufwändig sein kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Messgerät bereitzustellen, welches einen geringen Wartungsaufwand aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Füllstandmessgerät mit einer Vorrichtung zur Erzeugung von Energie für das Füllstandmessgerät, zur Messung eines Füllstands eines ersten Mediums in einem Behälter. Dabei weist das Füllstandmessgerät einen Generator auf, der zur Erzeugung von Energie aus einer Bewegung eines zweiten Mediums eingerichtet ist.
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Das Füllstandmessgerät kann insbesondere als drahtloses Messgerät zur Füllstandmessung, zur Grenzstandbestimmung und/oder zur Erfassung einer Topologie einer Füllgutoberfläche eines ersten Mediums ausgeführt sein. Das erste Medium kann beispielsweise eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, Saft, Milch, Alkohol, Öl, Farbe, Ketchup, und/oder Honig sein. Das erste Medium kann z.B. auch ein Schüttgut sein, insbesondere ein granuliertes oder pulverförmiges Schüttgut, wie z.B. Mehl, Sand, Kaffeepulver, Kunststoffgranulat und/oder andere Granulate. Das Messgerät kann eine Anzeigevorrichtung beispielsweise mit einem Display, insbesondere mit einem Niedrigenergie-Display, umfassen. Das Füllstandmessgerät kann ein Hochfrequenzfrontend, z.B. ein Radarfrontend, ein Ultraschallfrontend und/oder ein Laserfrontend umfassen.
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Das zweite Medium wird sich im Regelfall von dem ersten Medium unterscheiden. Das zweite Medium kann ein Fluid sein, beispielsweise eine Emulsion, eine Suspension und/oder ein Gas. Die Emulsion, die Suspension und/oder das Gas kann z.B. zum Reinigen und/oder Spülen des Messgeräts verwendet werden. Das Gas kann z.B. Luft oder ein Schutzgas sein, welches insbesondere zumindest einen Teil des Raumes in dem Behälter einnimmt, der nicht mit dem ersten Medium gefüllt ist. Das zweite Medium kann beim Befüllen des Behälters mit dem ersten Medium durch das erste Medium verdrängt werden. Die Bewegung des zweiten Mediums kann beispielsweise durch ein Befüllen des Behälters mit dem zweiten Medium, durch ein Spülen und/oder durch ein Verdrängen verursacht und/oder hervorgerufen sein. Der Generator kann beispielsweise einen piezoelektrischen und/oder einen elektromagnetischen Effekt zur Erzeugung von Energie verwenden. Der Generator kann mindestens einen Effekt des Energy Harvesting, d.h. Gewinnung von elektrischer Energie aus Quellen wie Umgebungstemperatur, Vibrationen oder Luftströmungen, zur Erzeugung von Energie nutzen. Der Generator kann z.B. in Form einer Hubstange und/oder als eine Mikroturbine ausgeführt sein.
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Dadurch, dass das Füllstandmessgerät eine Art von Bewegung des zweiten Mediums zur Erzeugung von Energie verwendet, die sich entweder zwangsläufig ergibt (wie z.B. bei der Verdrängung) und/oder bei einer Wartung, Pflege, etc. des Messgeräts auftritt, kann das Messgerät einen zusätzlichen Energiebedarf, der z.B. durch Batterien und/oder Akkus gedeckt werden könnte, deutlich reduzieren. Dadurch ist eine zumindest teilweise autarke Energieversorgung des Füllstandmessgerät gewährleistet. Dies kann vorteilhafterweise zu einem geringeren Wartungsaufwand beitragen und auf diese Weise die Betriebskosten des Füllstandmessgeräts auf eine für den Benutzer einfache Weise senken. Insbesondere ist durch die vorliegende Erfindung eine Zuführung von Energie über das Füllgut oder erstes Medium - z.B. durch ein Aufheizen - nicht notwendig.
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In einer Ausführungsform ist der Generator mit dem Füllstandmessgerät verbunden und insbesondere daran befestigt. Dabei kann der Generator neben dem Füllstandmessgerät, insbesondere unmittelbar neben dem Füllstandmessgerät, angeordnet sein. Der Generator kann auch in einer Komponente und/oder einem Abschnitt des Messgeräts angeordnet sein. Beispielsweise kann der Generator in einer Antennenvorrichtung und/oder einem Anschluss, z.B. in einem Spülanschluss oder einem Druckausgleichsventil, des Messgeräts angeordnet sein. Der Generator kann mit dem Messgerät eine Einheit bilden.
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In einer Ausführungsform ist der Generator in einem Spülanschluss oder Spülkanal des Füllstandmessgerätes angeordnet. Das durch diesen Anschluss gepresste Fluid, z.B. Luft oder eine Emulsion oder Suspension als „Spülwasser“, könnte dann eine Turbine für die Erzeugung von Energie antreiben. Ein derartiger Spülanschluss kann zumindest für einige Füllstandmessgeräte bereits vorhanden sein. In diesem Fall kann das Füllstandmessgerät auch in einer Weise nachgerüstet werden, dass das Messgerät nur von einer Luft- und/oder Wasserleitung abhängig ist. Ein Stromanschluss kann dann entfallen. Bei Neugeräten kann dieses Konzept von vorneherein implementiert sein. Diese Ausführungsform kann auch ohne Füllgut oder Prozess langfristig betrieben werden, solange das Messgerät regelmäßig gespült wird.
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In einer Ausführungsform ist der Generator in einem Druckausgleichsventil des Füllstandmessgerätes angeordnet. Das Druckausgleichsventil kann z.B. zum Druckausgleich in dem Behälter während einer Befüllung oder einer Entleerung durch das erste Medium eingerichtet sein. Dabei kann das Druckausgleichsventil z.B. mit einer Luftturbine, insbesondere mit einer Mikroturbine, für die Erzeugung von Energie ausgerüstet sein.
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In einer Ausführungsform weist das Füllstandmessgerät weiterhin eine Schaltung auf, die dazu eingerichtet ist, durch einen Generatorbetrieb des Generators eingeschaltet zu werden. Beispielsweise kann es sein, dass es für ein Füllstandmessgerät, das z.B. zur Füllstandmessung, zur Grenzstandbestimmung und/oder zur Erfassung der Topologie einer Füllgutoberfläche eingesetzt wird, besonders wichtig ist, eine Veränderung des Füllguts zu messen. Es kann auch sein, dass das Füllstandmessgerät das Füllgut zu einem besonderen Zeitpunkt messen soll; ein solcher besonderer Zeitpunkt könnte etwa ein Zeitpunkt sein, an dem das Messgerät gewartet und gespült wird. In diesen Fällen kann die Erzeugung von Energie, und damit der Generatorbetrieb, aus einer Bewegung des zweiten Mediums stattfinden. Wenn das Füllstandmessgerät vor diesem Zeitpunkt ausgeschaltet war, dann kann die Schaltung das Füllstandmessgerät durch den Generatorbetrieb gewissermaßen „aufwecken“ und/oder einschalten. Die Schaltung kann dabei so ausgelegt sein, dass das Füllstandmessgerät eingeschaltet wird und eine Messung durchführt. Die Schaltung kann auch so ausgelegt sein, dass nach der Messung eine Anzeige der Messung stattfindet. Die Schaltung kann so ausgelegt sein, dass nach der Messung eine Übertragung des Messwerts, z.B. an ein zentrales Steuergerät und/oder an einen Server stattfindet. Diese Ausführungsform kann vorteilhafterweise als eine besonders energiesparende Variante ausgelegt sein; denn die genannte Ausführungsform kann z.B. längere Zeit ausgeschaltet sein, insbesondere zu Zeiten, an denen keine Veränderung des Füllstands stattfindet, und kann dabei nur bei „interessanten“ Ereignissen, wie bei einer Veränderung des Füllstands, eingeschaltet werden. Dies kann z.B. mit einer Niedrigenergieanzeige verbunden werden, beispielsweise mit einer Anzeige, die elektronisches Papier (E-Papier, E-Paper oder ePaper) verwendet und die nur bei einem Wechsel der Anzeige Energie verbraucht. Damit wird, bei sehr geringem Energieverbrauch, immer der aktuelle Füllstand angezeigt.
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Da bei dieser Ausführungsform nur bei einer Befüllung und/oder Entleerung Energie erzeugt wird und das Messgerät vorteilhafterweise bei der Befüllung und/oder Entleerung misst, kann das Messgerät auch nur bei der Energieerzeugung betrieben werden. Findet keine Energieerzeugung statt, kann sich das Messgerät in einem Standby-Modus befinden; in dem Standby-Modus kann das Messgerät z.B. ein zyklisches Senden eines konstanten Messwerts oder von Statusinformationen durchführen, oder es kann sich abschalten. Das Füllstandmessgerät kann auch dazu eingerichtet sein, nur während der Energieerzeugung die, z.B. zusätzlich verfügbare Energie, für das Messen zu verwenden und sonst z.B. für die Kommunikation die Energie aus einem Akku zu beziehen. Damit könnte die Betriebszeit mit einem Akku verlängert oder ein kleinerer Akku eingebaut werden.
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In einer Ausführungsform weist das Füllstandmessgerät weiterhin einen Energiespeicher auf, der elektrisch mit dem Generator verbunden ist. Der Energiespeicher kann z.B. als Akkumulator oder als Kondensator, insbesondere als sogenannter Superkondensator, ausgelegt sein. Der Energiespeicher kann als Ergänzung oder als Zwischenspeicherung der Energie von dem Generator dienen.
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In einer Ausführungsform wird der Energiespeicher zum Betrieb des Füllstandmessgeräts ausschließlich von dem Generator mit Energie versorgt. Der Energiespeicher kann dabei z.B. als Akkumulator oder als Kondensator, insbesondere als sogenannter Superkondensator, ausgelegt sein. Insbesondere kann der Energiespeicher zu einer temporären Energiespeicherung eingerichtet sein. Dabei ist vorteilhaft, dass diese Ausführungsform zum Betrieb des Füllstandmessgeräts keine weitere Energiequelle benötigt. Für Wartung, Test, etc. kann das Füllstandmessgerät weitere Energiequellen verwenden.
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In einer Ausführungsform ist das Füllstandmessgerät dazu eingerichtet, einen Messwert von dem Füllstandmessgerät drahtlos zu übermitteln. Das drahtlose Übermitteln kann dabei z.B. über eine Funkeinheit geschehen, die mit dem Füllstandmessgerät verbunden ist und/oder der in das Füllstandmessgerät integriert ist. Der Funkeinheit kann beispielsweise als Sender und/oder Empfänger eines Niedrigenergieweitverkehrnetzwerks ausgeführt sein. Diese Netzwerke werden auch als LPWAN (Low Power Wide Area Network) bezeichnet.
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In einer Ausführungsform ist der Generator als Mikroturbine oder Mikrogasturbine ausgeführt. Vorteilhaft ist z.B., dass diese Mikroturbinen wenig Bauraum benötigen und auf diese Weise konstruktive einfach an oder in dem Füllstandmessgerät angeordnet werden können. Zumindest einige dieser Mikroturbinen weisen niedrige Wartungskosten auf.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Messanordnung mit einem Druckmessgerät oder Füllstandmessgerät wie oben und/oder nachfolgend beschrieben. Die Messanordnung, insbesondere eine Druck- oder Füllstandmessanordnung, weist einen im Wesentlichen abgeschlossenen Behälter auf, der dazu eingerichtet ist, das erste Medium aufzunehmen, wobei der Behälter eine erste Öffnung zur Kommunikation des ersten Mediums und eine zweite Öffnung zur Kommunikation des zweiten Mediums aufweist. Dabei ist die erste Öffnung eine andere Öffnung als die zweite Öffnung. Dabei kann der Behälter so ausgelegt sein, dass eine Veränderung des Füllstands des ersten Mediums eine Veränderung des Volumens des zweiten Mediums hervorruft. Dabei kann, beispielsweise während einer Befüllung oder einer Entleerung des Behälters durch das erste Medium, über die Öffnung für das zweite Medium ein Austausch des zweiten Mediums mit der Umgebung stattfinden. Die Umgebung kann dabei eine luftgefüllte Umgebung sein, so dass das zweite Medium zumindest teilweise Luft sein kann. Das zweite Medium kann aber auch, je nach Umgebung und/oder nach angeschlossenem Versorgungssystem beispielsweise ein Schutzgas oder ein anderes Gas, eine Emulsion oder eine Suspension sein.
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In einer Ausführungsform ist der Generator im Bereich einer Behälteröffnung, d.h. an oder innerhalb der Behälteröffnung, für das zweite Medium angeordnet. Damit kann eine Bewegung des zweiten Mediums für die Erzeugung von Energie genutzt werden.
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In einer Ausführungsform weist die Messanordnung weiterhin eine Trennwand innerhalb des Behälters auf, wobei die Trennwand durch das zweite Medium beweglich ist. Die Trennwand kann insbesondere verhindern, dass das zweite Medium mit dem ersten Medium in Kontakt kommt. Dies kann insbesondere bei einem gefährlichen, gesundheitsgefährdenden und/oder explosiven zweiten Medium vorteilhaft sein. Es kann sein, dass das erste Medium mit einem dritten Medium, z.B. einer Schutzatmosphäre, in Kontakt ist.
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In einer Ausführungsform weist die Messanordnung weiterhin einen weiteren Generator auf, der zur Erzeugung von Energie aus einer Bewegung der Trennwand eingerichtet ist. Der weitere Generator kann z.B. in Form einer Hubstange und/oder als eine Mikroturbine ausgeführt sein.
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In einer Ausführungsform ruft eine Veränderung des Füllstands des ersten Mediums die Bewegung des zweiten Mediums hervor. So kann beispielsweise der Behälter im Wesentlichen geschlossen sein und z.B. eine Öffnung für das erste Medium und eine Öffnung für das zweite Medium aufweisen. Dabei kann, beispielsweise während einer Befüllung oder einer Entleerung durch das erste Medium, über die Öffnung für das zweite Medium ein Austausch von Luft - oder einem andern zweiten Medium - mit der Umgebung stattfinden. Wenn der Generator im Bereich der Öffnung für das zweite Medium, oder innerhalb der Öffnung für das zweite Medium, angeordnet ist, dann kann diese Bewegung des zweiten Mediums für die Erzeugung von Energie genutzt werden. So kann die Öffnung für das zweite Medium ein Ventil sein; wird die Luftbewegung oder der Luftausgleich über das Ventil hergestellt, kann das Ventil z.B. mit einer Luftturbine, insbesondere mit einer Mikroturbine, für die Erzeugung von Energie ausgerüstet sein.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Druckmessgerät, zur Messung eines Drucks eines ersten Mediums in einem Behälter. Dabei weist das Druckmessgerät einen Generator auf, der zur Erzeugung von Energie aus einer Bewegung eines zweiten Mediums eingerichtet ist.
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Zur weiteren Verdeutlichung wird die Erfindung anhand von in den Figuren abgebildeten Ausführungsformen beschrieben. Diese Ausführungsformen sind nur als Beispiel, nicht aber als Einschränkung zu verstehen.
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Figurenliste
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Es zeigt:
- 1 eine schematisch dargestellte Messanordnung mit einem Druck- oder Füllstandmessgerät nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 eine schematisch dargestellte Messanordnung mit einem Druck- oder Füllstandmessgerät nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Deatillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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Die Messanordnung 10 von 1 weist eine Vorrichtung 40 zur Erzeugung von Energie und einen Behälter 30 auf. Dabei umfasst die Vorrichtung 40 ein Füllstandmessgerät 20. Der Behälter 30 ist zumindest teilweise mit einem ersten Medium M1, z.B. einem Füllgut 38, gefüllt. Der Behälter 30 ist über eine erste Öffnung 31 mit dem Füllgut 38 befüllbar. Dabei zeigt der Pfeil 31a die Bewegung des ersten Mediums bei einer Befüllung (nach oben) bzw. einer Entleerung (nach unten) an. Die Befüllung bzw. die Entleerung mit dem Füllgut 38 führt zu einer Veränderung der Oberfläche oder des Füllstands 39 des Füllguts 38. Dabei zeigt der Pfeil 39a die Bewegung des ersten Mediums bei einer Befüllung (nach oben) mit dem Füllgut 38 bzw. einer Entleerung (nach unten) an. An einem oberen Bereich des Behälters 30 ist ein Füllstandmessgerät 20 angeordnet. Das Füllstandmessgerät 20 ist dazu eingerichtet, eine Füllstandmessung, eine Grenzstandbestimmung, eine Erfassung der Topologie der Oberfläche oder des Füllstands 39 des Füllguts 38 oder ersten Mediums M1 und/oder zur Druckmessung durchzuführen. Eine zweite Öffnung 32 des Behälters 30 ist innerhalb des Füllstandmessgeräts 20 angeordnet. Durch die zweite Öffnung 32 des Behälters 30 kann ein zweites Medium M2, z.B. Luft, ein anderes Gas, eine Emulsion oder eine Suspension, ein- und ausströmen. Die Strömungsrichtung durch die zweite Öffnung 32 des Behälters 30 ist durch einen Pfeil 32a angezeigt. Es wird deutlich, dass eine Veränderung des Füllstands 39 des ersten Mediums M1 eine Bewegung des zweiten Mediums M2 hervorruft. Die Bewegung des zweiten Mediums M2 kann z.B. ein Ausströmen (Pfeil 32a nach oben) oder ein Einströmen (Pfeil 32a nach unten) sein. In der zweiten Öffnung 32 des Behälters 30 ist ein Generator 45, beispielsweise eine Mikroturbine, angeordnet. Dabei ist der Generator 45 zur Erzeugung von Energie aus einer Bewegung des zweiten Mediums M2 eingerichtet. Dabei kann Generator 45 beispielsweise in einem Flansch oder einer Antenne des Füllstandmessgeräts 20 angeordnet sein. Das Füllstandmessgerät 20 weist weiterhin einen Energiespeicher 50 auf, der mit dem Generator 45 elektrisch verbunden ist. Der Energiespeicher 50 kann dabei z.B. als Akkumulator oder als Kondensator, insbesondere als sogenannter Superkondensator, ausgelegt sein. Ferner wobei das Füllstandmessgerät 20 eine Schaltung 15 auf, die dazu eingerichtet ist, durch einen Generatorbetrieb des Generators 45 eingeschaltet zu werden.
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2 zeigt eine Messanordnung 10 mit einem Füllstandmessgerät 20 nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dabei bezeichnen Gegenstände oder Komponenten mit dem gleichen Bezugszeichen wie bei 1 dieselben Gegenstände oder Komponenten. 2 unterscheidet sich von 1 dadurch, dass zwischen einem Bereich, der zumindest teilweise mit dem ersten Medium M1 gefüllt ist, und einem Bereich, der zumindest teilweise mit dem zweiten Medium M2 gefüllt ist, eine Trennwand 34 angeordnet ist. Eine derartige Trennwand 34 kann insbesondere bei ein gefährlichen und/oder explosiven ersten Medium M1 vorteilhaft sein. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel führt eine Veränderung des Füllstands 39 des ersten Mediums M1 zu einer Bewegung des zweiten Mediums M2 und dadurch auch zu einer Bewegung der Trennwand 34. Durch die Bewegung des zweiten Mediums M2 wird der der Generator 45 zur Erzeugung von Energie aus einer Bewegung des zweiten Mediums M2 angetrieben. Weiterhin wird durch die Bewegung der Trennwand 34 ein weiterer Generator 46 in Form einer Hubstange angetrieben. Der weitere Generator 46 ist mit dem Energiespeicher 50 elektrisch verbunden. Es ist auch eine Ausführungsform (nicht gezeigt) möglich, bei der nur die Hubstange 46, aus einer Bewegung des zweiten Mediums M2, Energie erzeugt.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Messanordnung
- 15
- Schaltung
- 20
- Füllstandmessgerät oder Druckmessgerät
- 30
- Behälter
- 31
- erste Öffnung
- 31a
- Pfeil
- 32
- zweite Öffnung
- 32a
- Pfeil
- 34
- Trennwand
- 38
- Füllgut
- 39
- Füllstands
- 39a
- Pfeil
- 40
- Vorrichtung
- 45
- Generator
- 46
- weiterer Generator
- 50
- Energiespeicher
