EP2217844B1 - Gasspeicher - Google Patents

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EP2217844B1
EP2217844B1 EP08847085A EP08847085A EP2217844B1 EP 2217844 B1 EP2217844 B1 EP 2217844B1 EP 08847085 A EP08847085 A EP 08847085A EP 08847085 A EP08847085 A EP 08847085A EP 2217844 B1 EP2217844 B1 EP 2217844B1
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EP
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membrane
opening
tube
sensor
filling level
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EP08847085A
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Roland Lackner
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Sattler AG
Original Assignee
Sattler AG
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Publication date
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    • F17C2270/01Applications for fluid transport or storage
    • F17C2270/0134Applications for fluid transport or storage placed above the ground

Definitions

  • the invention relates to a gas storage with an outer and an inner membrane, wherein the inner membrane partially surrounds a variable gas storage space, and with a device for measuring the gas storage space filling level, which comprises a sensor holder and a level sensor which is mounted on the sensor holder, wherein in the outer membrane, a membrane opening for the device for measuring the gas storage space filling level is provided, and wherein the sensor holder is connected via a connecting element with the opening edge of the membrane opening.
  • a gas reservoir is shown with a closable external passage opening, which is delimited by an annular flange, and is suitable for carrying out level measurements.
  • a measuring device for level measurement or a connecting element for such a measuring device are not described in this document.
  • the object of the invention is therefore to provide a gas storage of the type mentioned, for which said disadvantages are not present
  • the connecting element is formed by a hose, wherein an end opening of the hose is connected to the opening edge of the diaphragm opening and attached to the other end opening of the hose, the sensor holder with the level sensor, so that when using the existing between the inner membrane and the outer membrane support pressure spans the tube over the diaphragm opening and thus the level sensor is positioned at a distance from the diaphragm opening.
  • the thus formed tubular connecting element is characterized by cost-effective production, which can be done by means of a flexible material which is much lighter than metal and processed in a simple manner can be.
  • Prerequisite here is the gas and pressure-tight training of the hose and its connection points with the diaphragm opening on the one hand and the sensor holder on the other hand, because otherwise the support pressure between the outer and inner membrane can not be maintained.
  • the transport and assembly simplify significantly, since the invention designed tube is much lighter than the conventional stainless steel diaphragm dome.
  • the sonic performance can be significantly improved, since due to the flexible Schlauchförm the noise is low.
  • the fill level sensor may be an ultrasonic sensor, wherein the length of the hose is greater than the blocking distance of the ultrasonic sensor.
  • this blocking distance in conventional stainless steel domes was a hindrance to the measurement.
  • this disadvantage can be overcome insofar as the inner membrane can be guided up to the outer membrane, since the blocking distance can be bridged by appropriate adaptation of the hose length through the hose.
  • the usable volume of the gas reservoir according to the invention is thereby increased.
  • the hose may be formed of a flexible material, preferably a fabric-reinforced plastic film which is formed tubular along a longitudinal weld.
  • a fabric-reinforced plastic film which is formed tubular along a longitudinal weld.
  • the tube is formed of the same material as the outer membrane.
  • the hose may also be e.g. be cylindrical.
  • the membrane opening is circular and bounded by an annular flange which is connected to the outer membrane , And that the one end opening of the hose is sealingly secured by a clamping ring on the annular flange.
  • another form of membrane opening of the outer membrane is also included in the scope of protection.
  • a simple attachment of the sensor holder to the inventively designed hose is achieved in that the sensor holder is formed from a circular plate and the level sensor is arranged in the center of the circular plate.
  • the plate edge can be permanently and pressure-tightly connected via a flange construction with the end of the tube remote from the outer membrane.
  • the other end of the hose connected to the sensor support may be connected to an annular flange on which the circular plate is mounted with the level sensor.
  • Other geometrical shapes of the sensor holder and other types of connection between the sensor holder and the hose may also be provided within the scope of the invention
  • hose according to the invention from a flexible material allows an improvement of the acoustic properties of Medstandmeßvorraum, whereby an improved reproducibility of the measurement results.
  • An additional improvement according to a further embodiment of the invention consist in that the circular plate is formed of plastic, which reduces the disturbing sound reflections in the measurement.
  • Fig. 1 and Fig. 2 show a gas storage 10 with an existing in its interior gas storage space 20, which is partially surrounded by an outer membrane 1, which is spanned in the form of a three-quarter sphere starting from a bottom foundation 11.
  • a variable inner membrane 2 is provided, which may assume a different extent depending on the amount of gas contained in the gas storage 10.
  • the gas supply and discharge lines and other details are not shown.
  • a pressure-controlled support volume or an air volume in a gap 15 between the outer membrane 1 and the inner membrane 2 provides for expansion or contraction of the inner membrane 2 for a balance.
  • shape of the gas storage 10 is merely illustrative and may also be in another embodiment with an inner and an outer membrane.
  • a device for measuring the gas storage filling level 41 is provided, which monitors the distance between the inner membrane 2 and the outer membrane 1.
  • Fig. 3 shows a known attachment of the device for measuring the gas storage level 41, which has a level sensor 42 which is mounted on a sensor holder 59, which in turn connected via a cylindrical connecting element 56 made of metal, eg stainless steel by means of a flange construction with the opening edge of a diaphragm opening 40 is.
  • Fig. 4 shows the intended for the gas storage 10 according to the invention attachment for measuring the gas storage level 41, wherein the connecting element 56 'is formed by a hose 46.
  • An end opening of the tube 46 is connected to the opening edge of the membrane opening 40 and at the other end opening of the tube 46, the sensor holder 59 is attached to the level sensor 42, so that when using the existing between the inner membrane 2 and the outer membrane 1 support pressure the tube 46th spans over the diaphragm opening 40 and thus the level sensor 42 is positioned at a distance from the diaphragm opening 40.
  • the tube 46 is formed of a flexible material, preferably a fabric-reinforced plastic film, which is formed tubular along a longitudinal weld.
  • the tube is formed of the same material as the outer membrane.
  • the level measurement by means of acoustic measurement of the distance between the outer and inner membrane 1, 2 based on the measured transit times of emitted and reflected sound wave, so that in the illustrated embodiment, the level sensor 42 is an ultrasonic sensor, wherein the length of the tube is greater than the blocking distance of the ultrasonic sensor is.
  • the distance measurement can also be performed with other known, eg optical sensors.
  • the tube 46 is conical, wherein the diameter of one end connected to the opening edge of the membrane opening 40 is greater than the diameter of the other end connected to the sensor holder 59. It may be the tube 46 but also cylindrical or in any other suitable form.
  • the membrane opening 40 is circular and limited by an annular flange 50 which is connected to the outer membrane 1 by the circularly recessed at this point membrane 1 beaten around the flange 50 and the membrane edge region on the underside of the outer membrane 1 welded is.
  • the one end opening of the hose 46 is sealingly secured by a clamping ring 51 on the annular flange 50.
  • a clamping ring 51 on the annular flange 50.
  • Other types of fasteners are known to those skilled in the art and can be applied accordingly.
  • Fig. 4 shows the present during operation of the gas storage, stretched by the support pressure position of the hose 46, in which the level sensor 42 is disposed just above the diaphragm opening 40.
  • the sensor holder 59 is formed of a circular plate 57, wherein the level sensor 42 is disposed at the center of the circular plate 57, which is made of plastic.
  • the other end of the tube 46 connected to the sensor holder 59 is connected to an annular flange 58 on which the circular plate 57 with the level sensor 42 is mounted.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gasspeicher mit einer äußeren und einer inneren Membran, wobei die innere Membran einen variablen Gasspeicherraum teilweise umgibt, sowie mit einer Vorrichtung zur Messung des Gasspeicherraum-Füllstandes, die eine Sensorhalterung und einen Füllstandsensor umfaßt, der auf der Sensorhalterung befestigt ist, wobei in der äußeren Membran eine Membranöffnung für die Vorrichtung zur Messung des Gasspeicherraum-Füllstandes vorgesehen ist, und wobei die Sensorhalterung über ein Verbindungselement mit dem Öffnungsrand der Membranöffnung verbunden ist.
  • Eine zuverlässige Messung des Füllstandes hat sich für einen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb eines derartigen Gasspeichers für unumgänglich erwiesen. Bei der herkömmlichen Füllstandmessung eingesetzte Membrankuppeln mit Ultraschall-Füllstandsensoren, wie in der EP 1 647 760 A2 gezeigt, sind aus Edelstahl gefertigt und weisen daher ein entsprechend hohes Gewicht auf, welches sich sowohl von den Hersteilungskosten, vom Transport und von der Beanspruchung der äußeren Membran her als unvorteilhaft erwiesen haben.
  • In der DE 20 2007 007 060 U1 ist ein Gasspeicher mit einer verschließbaren Außendurchgangsöffnung gezeigt, die durch einen ringförmigen Flansch begrenzt ist, und zur Durchführung von Füllstandsmessungen geeignet ist. Eine Messvorrichtung zur Füllstandsmessung oder ein Verbindungselement für eine solche Messvorrichtung sind in diesem Dokument allerdings nicht beschrieben.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Gasspeicher der eingangs genannten Art anzugeben, für welchen die genannten Nachteile nicht vorliegen
  • Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Verbindungselement durch einen Schlauch gebildet ist, wobei eine Endöffnung des Schlauches mit dem Öffnungsrand der Membranöffnung verbunden ist und an der anderen Endöffnung des Schlauches die Sensorhalterung mit dem Füllstandsensor angebracht ist, sodaß bei Verwendung der zwischen der inneren Membran und der äußeren Membran vorhandene Stützdruck den Schlauch über der Membranöffnung aufspannt und damit der Füllstandsensor in einem Abstand zur Membranöffnung positioniert wird.
  • Das derart ausgebildete schlauchförmige Verbindungselement zeichnet sich durch kostengünstige Herstellung aus, welche mittels eines flexiblen Materials geschehen kann, das wesentlich leichter als Metall ist und auf einfache Weise verarbeitet werden kann. Vorraussetzung dabei ist die gas- und druckdichte Ausbildung des Schlauches und seiner Verbindungsstellen mit der Membranöffnung einerseits und der Sensorhalterung andererseits, weil sonst der Stützdruck zwischen äußerer und innerer Membran nicht aufrecht erhalten werden kann. Auch der Transport und die Montage vereinfachen sich wesentlich, da der erfindungsgemäß ausgebildete Schlauch wesentlich leichter als die herkömmliche Edelstahl-Membrankuppel ist. Weiters kann das schalltechnische Verhalten deutlich verbessert werden, da aufgrund der flexiblen Schlauchförm die Störgeräusche gering sind.
  • Wie bisher üblich kann der Füllstandsensor ein Ultraschallsensor sein, wobei die Länge des Schlauches größer als die Blockdistanz des Ultraschallsensors ist. Für die Ultraschallreflexions-Abstandsmessung war diese Blockdistanz in herkömmlichen Edelstahlkuppeln bei der Messung hinderlich. Beim erfindungsgemäßen Gasspeicher kann dieser Nachteil insofern überwunden werden, als die innere Membran bis an die äußere Membran führbar ist, da die Blockdistanz durch entsprechende Anpassung der Schlauchlänge durch den Schlauch überbrückt werden kann. Das nutzbare Volumen des erfindungsgemäßen Gasspeichers wird dadurch erhöht.
  • Andere technische Ausführungsformen von Füllabstandsmeß-Sensoren, wie z.B. optische Sensoren können aber auch realisiert sein.
  • Gemäß einer Ausführurigsform der Erfindung kann der Schlauch aus einem flexiblen Material, vorzugsweise einer gewebeverstärkten Kunststoff-Folie gebildet sein, die entlang einer Längsschweißnaht schlauchförmig ausgebildet ist. Gegenüber der bekannten Edelstahlkuppel ergibt sich dadurch eine Vereinfachung der Herstellung, die aufgrund der Einfachheit der Längsschweißnaht mit äußerst geringer Fehlerhäufigkeit erzeugt werden kann.
  • Eine weitere Kostenersparnis ergibt sich, wenn gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Schlauch aus demselben Material wie die äußere Membran gebildet ist.
  • Als sehr vorteilhaft für die schalltechnischen Eigenschaften hat sich erwiesen, den Schlauch in Weiterbildung der Erfindung konisch auszubilden, wobei der Durchmesser des einen, mit dem Öffnungsrand der Membranöffnung verbundenen Ende größer als der Durchmesser des anderen, mit der Sensorhalterung verbundenen Ende ist. Störende Reflexionen der reflektierten Schallwellen werden dadurch minimiert. Eine Einschränkung auf eine bestimmte Form des Schlauches soll damit aber nicht verbunden sein. Es kann der Schlauch auch z.B. zylindrisch ausgeführt sein.
  • Materialtechnisch ist die Berandung der Membranöffnung bei Verwendung einer erhöhten mechanischen Belastung ausgesetzt, die in der Praxis am besten bewältigt werden kann, wenn gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Membranöffnung kreisförmig ausgebildet und durch einen ringförmigen Flansch begrenzt ist, der mit der äußeren Membran verbunden ist, und daß die eine Endöffnung des Schlauches durch einen Spannring am ringförmigen Flansch dichtend befestigt ist. Eine andere Form der Membranöffnung der äußeren Membran ist aber ebenso vom Schutzumfang umfaßt.
  • Eine einfache Anbringung der Sensorhalterung an den erfindungsgemäß ausgebildeten Schlauch wird dadurch erzielt, daß die Sensorhalterung aus einer kreisförmigen Platte gebildet und der Füllstandsensor im Mittelpunkt der kreisförmigen Platte angeordnet ist. Der Plattenrand kann dabei über eine Flanschkonstruktion mit dem von der äußeren Membran entfernten Ende des Schlauches dauerhaft und druckdicht verbunden werden. Entsprechend kann das andere, mit der Sensorhalterung verbundene Ende des Schlauches mit einem ringförmigen Flansch verbunden sein, auf dem die kreisförmige Platte mit dem Füllstandsensor angebracht ist. Andere geometrische Formen der Sensorhalterung und andere Arten der Verbindung zwischen Sensorhalterung und Schlauch können im Rahmen der Erfindung aber auch vorgesehen sein
  • Die Ausbildung des erfindungsgemäßen Schlauches aus einem flexiblen Material ermöglicht eine Verbesserung der akustischen Eigenschaften der Füllstandmeßvorrichtung, wodurch sich eine verbesserte Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse einstellt. Eine zusätzliche Verbesserung kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung daher darin bestehen, daß die kreisförmige Platte aus Kunststoff gebildet ist, welche die störenden Schallreflexionen bei der Messung herabsetzt.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispiels eingehend erläutert. Es zeigt dabei
    • Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Gasspeichers;
    • Fig. 2 zeigt einen schematischen Schnitt durch den Gasspeicher gemäß Fig. 1;
    • Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch ein Detail einer bekannten Vorrichtung zur Messung des Füllstands in einem Gasspeicher und
    • Fig. 4 zeigt ein Detail des Gasspeichers gemäß Fig. 1 im Schnitt.
  • Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Gasspeicher 10 mit einem in seinem Inneren vorhandenen Gasspeicherraum 20, welcher teilweise von einer äußeren Membran 1 umgeben ist, die in Form einer Dreiviertelkugel von einem Bodenfundament 11 ausgehend aufgespannt ist.
  • Neben der äußeren Membran 1, welche die äußere Hülle bildet, ist eine variable innere Membran 2 vorgesehen, die in Abhängigkeit von der im Gasspeicher 10 enthaltenen Gasmenge eine unterschiedliche Ausdehnung annehmen kann. Die Gas-Zu- und Ableitungen sowie weitere Details sind dabei nicht dargestellt. Ein druckgeregeltes Stützvolumen oder ein Luftvolumen in einem Zwischenraum 15 zwischen der äußeren Membran 1 und der inneren Membran 2 sorgt bei einer Ausdehnung oder bei einer Kontraktion der inneren Membran 2 für einen Ausgleich. Die in Fig.1 und 2 gezeigte Form des Gasspeichers 10 dient lediglich der Illustration und kann auch in anderer Ausgestaltung mit einer inneren und einer äußeren Membran vorliegen.
  • Um den Füllstand des Gasspeicherraumes 20 verläßfich zu messen, ist vorzugsweise an der höchsten Stelle der äußeren Membran 1 eine Vorrichtung zur Messung des Gasspeicher-Füllstandes 41 vorgesehen, welche den Abstand zwischen der inneren Membran 2 und der äußeren Membran 1 überwacht.
  • Fig. 3 zeigt eine bekannte Anbringung der Vorrichtung zur Messung des Gasspeicher-Füllstandes 41, die einen Füllstandsensor 42 aufweist, der auf einer Sensorhalterung 59 befestigt ist, welche ihrerseits über ein zylinderförmiges Verbindungselement 56 aus Metall, z.B. Edelstahl mittels einer Flanschkonstruktion mit dem Öffnungsrand einer Membranöffnung 40 verbunden ist.
  • Fig. 4 zeigt die für den erfindungsgemäßen Gasspeicher 10 vorgesehene Anbringung zur Messung des Gasspeicher-Füllstandes 41, wobei das Verbindungselement 56' durch einen Schlauch 46 gebildet ist. Eine Endöffnung des Schlauches 46 ist mit dem Öffnungsrand der Membranöffnung 40 verbunden und an der anderen Endöffnung des Schlauches 46 ist die Sensorhalterung 59 mit dem Füllstandsensor 42 angebracht, sodaß bei Verwendung der zwischen der inneren Membran 2 und der äußeren Membran 1 vorhandene Stützdruck den Schlauch 46 über der Membranöffnung 40 aufspannt und damit der Füllstandsensor 42 in einem Abstand zur Membranöffnung 40 positioniert wird.
  • Der Schlauch 46 ist aus einem flexiblen Material, vorzugsweise einer gewebeverstärkten Kunststoff-Folie gebildet ist, die entlang einer Längsschweißnaht schlauchförmig ausgebildet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schlauch aus demselben Material wie die äußere Membran gebildet ist.
  • Bevorzugt erfolgt die Füllstandmessung mittels akustischer Messung des Abstandes zwischen der äußeren und der inneren Membran 1, 2 auf Basis der gemessenen Laufzeiten von ausgesendeter und reflektierter Schallwelle, sodaß im gezeigten Ausführungsbeispiel der Füllstandsensor 42 ein Ultraschallsensor ist, wobei die Länge des Schlauches größer als die Blockdistanz des Ultraschallsensors ist. Die Distanzmessung kann aber auch mit anderen bekannten, z.B. optischen Sensoren ausgeführt werden.
  • Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist der Schlauch 46 konisch ausgebildet, wobei der Durchmesser des einen, mit dem Öffnungsrand der Membranöffnung 40 verbundenen Ende größer als der Durchmesser des anderen, mit der Sensorhalterung 59 verbundenen Ende ist. Es kann der Schlauch 46 aber auch zylinderförmig oder in einer anderen geeigneten Form ausgebildet sein.
  • Die Membranöffnung 40 ist kreisförmig ausgebildet und durch einen ringförmigen Flansch 50 begrenzt, der mit der äußeren Membran 1 verbunden ist, indem die an dieser Stelle kreisförmig ausgenommene Membran 1 um den Flansch 50 geschlagen und der Membran-Randbereich auf der Unterseite der äußeren Membran 1 verschweißt ist. Zugleich ist die eine Endöffnung des Schlauches 46 durch einen Spannring 51 am ringförmigen Flansch 50 dichtend befestigt. Entlang des Umfanges des Flansches 50 sind dazu gleichmäßig beabstandete Schraubenbolzen 70 angeordnet, mit deren Hilfe der Spannring 51 gegenüber dem Flansch 50 festgespannt werden kann. Andere Ausführungen von Befestigungen sind dem Fachmann bekannt und können entsprechend angewandt werden.
  • Fig. 4 zeigt die während des Betriebs des Gasspeichers vorliegende, durch den Stützdruck gespannte Position des Schlauches 46, in der der Füllstandsensor 42 genau oberhalb der Membranöffnung 40 angeordnet ist. Die Sensorhalterung 59 ist aus einer kreisförmigen Platte 57 gebildet, wobei der Füllstandsensor 42 im Mittelpunkt der kreisförmigen Platte 57 angeordnet ist, die aus Kunststoff hergestellt ist.
  • Das andere, mit der Sensorhalterung 59 verbundene Ende des Schlauches 46 ist mit einem ringförmigen Flansch 58 verbunden, auf dem die kreisförmige Platte 57 mit dem Füllstandsensor 42 angebracht ist.

Claims (9)

  1. Gasspeicher mit einer äußeren und einer inneren Membran (1, 2), wobei die innere Membran (2) einen variablen Gasspeicherraum (20) teilweise umgibt, sowie mit einer Vorrichtung zur Messung des Gasspeicherraum-Füllstandes (41), die eine Sensorhalterung und einen Füllstandsensor (42) umfaßt, der auf der Sensorhalterung (59) befestigt ist, wobei in der äußeren Membran (1) eine Membranöffnung (40) für die Vorrichtung zur Messung des Gasspeicherraum-Füllstandes (41) vorgesehen ist, und wobei die Sensorhalterung (59) über ein Verbindungselement (56, 56') mit dem Öffnungsrand der Membranöffnung (40) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement (56') durch einen Schlauch (46) gebildet ist, wobei eine Endöffnung des Schlauches (46) mit dem Öffnungsrand der Membranöffnung (40) verbunden ist und an der anderen Endöffnung des Schlauches (46) die Sensorhalterung (59) mit dem Füllstandsensor (42) angebracht ist, sodaß bei Verwendung der zwischen der inneren Membran (2) and der äußeren Membran (1) vorhandene Stützdruck den Schlauch (46) über der Membranöffnung (40) aufspannt und damit der Füllstandsensor (42) in einem Abstand zur Membranöffnung (40) positioniert wird.
  2. Gasspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (46) aus einem flexiblen Material, vorzugsweise einer gewebeverstärkten Kunststoff Folie gebildet ist, die entlang einer Längsschweißnaht schlauchförmig ausgebildet ist.
  3. Gasspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (46) aus demselben Material wie die äußere Membran (1) gebildet ist.
  4. Gasspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (46) konisch ausgebildet ist, wobei der Durchmesser des einen, nit dem Öffnungsrand der Membranöffnung (40) verbundenen Ende größer als der Durchmesser des anderen, mit der Sensorhalterung (59) verbundenen Ende ist.
  5. Gasspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranöffnung (40) kreisförmig ausgebildet und durch einen ringförmigen Flansch (50) begrenzt ist, der mit der äußeren Membran (1) verbunden ist, und daß die eine Endöffnung des Schlauches (46) durch einen Spannring (51) am ringförmigen Flansch (50) dichtend befestigt ist.
  6. Gasspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensorhalterung (59) aus einer kreisförmigen Platte (57) gebildet und der Füllstandssensor (42) im Mittelpunkt der kreisförmigen Platte (57) angeordnet ist.
  7. Membranspeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Platte (57) aus Kunststoff gebildet ist.
  8. Membranspeicher nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das andere, mit der Sensorhalterung (59) verbundene Ende des Schlauches (46) mit einem ringförmigen Flansch (58) verbunden ist, auf dem die kreisförmige Platte (57) mit dem Füllstandsensor (42) angebracht ist.
  9. Membranspeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenntzeichnet, daß der Füllstandsensor (42) ein Ultraschallsensor ist und daß die Länge des Schlauches (46) größer als die Blockdistanz des Ultraschallsensors ist
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