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Die Erfindung betrifft eine Verteilmaschine mit kapazitiver Füllstandserfassungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Verfahren zum Betreiben der kapazitiven Füllstandserfassungsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 9.
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Eine Verteilmaschine mit kapazitiver Füllstandmessung ist in der
EP 2 765 398 A1 beschrieben. Die beschriebene Verteilmaschine umfasst einen Vorratsbehälter zur Bevorratung zu verteilenden Materials. Der Vorratsbehälter läuft nach unten trichterförmig zu, sodass er in seinem unteren Bereich einen in eine Auslassöffnung mündenden Auslaufbereich aufweist. Unterhalb des Auslaufbereichs ist zumindest ein Dosierorgan angeordnet, welches das zu verteilende Material in zu Ausbringelementen führende Förderleitungen einspeist. Der beschriebene Vorratsbehälter ist mit einer kapazitiv arbeitenden Füllstandserfassungsvorrichtung ausgestattet. Die Füllstandserfassungsvorrichtung umfasst zumindest zwei Leitungsabschnitte, welche als Elektroden der Füllstandserfassungsvorrichtung dienen. Die Leitungsabschnitte sind als flexible Kabel ausgeführt und konturfdgend entlang der Innenseiten der Behälterwände verlegt. Dabei sind sie beispielsweise sich gegenüberliegenden und/oder aneinandergrenzenden Behälterwänden zugeordnet.
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Die Kapazität eines sich zwischen zwei Elektroden ausbildenden Kondensators wird zwischen diesen beiden Elektroden gemessen. Der Füllstand innerhalb eines von den sich zwischen den beiden Elektroden ausbildenden Feldlinien bestimmten Volumens beeinflusst diesen Messwert. Also ist die in der
EP 2 765 398 A1 vorgeschlagene Zuordnung der Elektroden zu aneinandergrenzenden Behälterwänden nachteilig für eine exakte Füllstandsbestimmung im Vorratsbehälter, da die sich ausbildenden Feldlinien nicht das gesamte Behältervolumen in geeigneter Weise durchdringen.
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Zudem sind die beschriebenen Elektroden überwiegend in vertikaler Richtung oder schräg im Inneren des Vorratsbehälters angeordnet. Das zu verteilende Material ist oftmals Saatgut und/oder Düngemittel. Das zu verteilende Material ist somit körnig und nur bedingt fließfähig. Durch das Überfahrend geneigten und/oder unebenen Geländes kann sich das im Vorratsbehälter bevorratete Material verschieben und eine horizontal ungleichmäßige Verteilung ausbilden. Zur exakten Erfassung einer horizontal ungleichmäßigen Verteilung ist eine überwiegend vertikale und/oder schräge Anordnung der Elektroden der Füllstandserfassungsvorrichtung nachteilig. Eine exakte Füllstandserfassung ist allerdings gerade bei ungleichmäßigen Verteilungen besonders wichtig, da eine fehlerhaft erfasste ungleichmäßige Entleerung des Vorratsbehälters ein ungleichmäßiges Dosieren und/oder Ausbringen des auszubringenden Materials bewirkt und somit ein erhebliches Schadpotential birgt.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die erfassten Kapazitätswerte von der relativen Anordnung der Elektroden und/oder von der Behältergeometrie abhängen und somit der Zusammenhang zwischen den gemäß
EP 2 765 398 A1 erfassten Kapazitätswerten und dem Füllstand des Vorratsbehälters stark nichtinear ist. Ein stark nichtlinearer Zusammenhang ist für einen Bediener wenig aussagekräftigt und muss mithilfe eines beträchtlichen Rechenaufwands in eine für den Bediener nutzbare Form gebracht werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine kapazitive Füllstandserfassungsvorrichtung zu schaffen, welche einen für den Bediener leicht verwertbaren Zusammenhang zwischen den erfassten Kapazitätswerten und dem Füllstand des Vorratsbehälters liefert und eine zuverlässige Erfassung einer horizontal ungleichmäßigen Verteilung des bevorrateten Materials ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Elektrodenbereiche zueinander derart beabstandet sind, dass die in einem homogen gefüllten Vorratsbehälter mittels der Elektrodenbereiche erfassten Kapazitätswerte zueinander im gleichen Verhältnis stehen, wie die zu erfassenden Füllstände.
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Die Elektrodenbereiche bilden innerhalb des Vorratsbehälters einen Kondensator. Das auszubringende Material stellt innerhalb des Vorratsbehälters ein Dielektrikum dar, welches in Abhängigkeit vom momentanen Füllstand des Vorratsbehälters einen bestimmten Anteil des Behältervolumens ausfüllt. Ein Befüllen des Vorratsbehälters mit auszubringendem Material und/oder ein Entleeren des Behälters während eines Ausbringvorgangs entspricht einem schrittweisen Einbringen bzw. Entfernen des Dielektrikums in das bzw. aus dem Behältervolumen. Die Anwesenheit eines Dielektrikums in einem Kondensator beeinflusst die Kapazität des Kondensator entsprechend der bekannten physikalischen Gesetzmäßigkeiten. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Elektrodenbereiche ändert sich der messbare Kapazitätswert bei einer Veränderung des Füllstands des Vorratsbehälters linear. Ein linearer Zusammenhang zwischen dem messbaren Kapazitätswert und dem tatsächlichen Füllstand des Vorratsbehälters ist messtechnisch leicht erfassbar und sehr anschaulich für den Bediener. Zudem ist der Aufwand für eine anschließende Datenverarbeitung gering, weil keine weitere Umrechnung in eine für den Bediener nutzbare, anschauliche Form notwendig ist.
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Der Vorratsbehälter einer erfindungsgemäßen Verteilmaschine ist zur optimalen Führung des bevorrateten Materials zu dem zumindest einen Dosierorgan typischerweise sich zu seinem unteren Bereich verjüngend, trichterförmig ausgestaltet. Es ist daher besonders vorteilhaft, dass die Abstände der Elektrodenbereiche zueinander ausgehend von einem Maximalwert im unteren Bereich des Vorratsbehälters in Richtung des oberen Bereiches des Vorratsbehälters abnehmen. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass benachbarte Elektrodenbereiche jeweils gleiche Teilvolumina des Vorratsbehälters einschließen. Die Kapazität eines Kondensators ist im Allgemeinen proportional zur wirksamen Fläche der Elektroden und umgekehrt proportional zum Anstand der Elektroden. Aus diesem Grund ist die Anordnung der Elektrodenbereiche innerhalb des Vorratsbehälters in der beschriebenen Weise zu wählen, da somit das Verhältnis aus Elektrodenfläche und -abstand konstant bleibt. Auf diese Weise wird die vorteilhafte Linearität zwischen gemessenem Kapazitätswert und Füllstand des Vorratsbehälters erreicht.
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Es wird ein Vorteil dadurch erreicht, dass die der Füllstandserfassungsvorrichtung zugeordneten Elektrodenbereiche im Wesentlichen in horizontaler Ebene angeordnet sind. Liegt - wie zuvor beschrieben - aufgrund unebenen und/oder geneigten Geländes in horizontaler eine ungleichmäßige Verteilung des bevorrateten Materials innerhalb des Vorratsbehälters vor, ist diese mithilfe der horizontal angeordneten Elektrodenbereiche sehr exakt erfassbar, da sich die Verteilung des bevorrateten Materials entlang der Elektrodenbereiche erstreckt.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die der Füllstandserfassungsvorrichtung zugeordneten Elektrodenbereiche im Inneren des Vorratsbehälters angeordnet sind. Auf diese Weise wird die Messung der Kapazitätswerte nicht durch die Einflüsse anderer Maschinenbauteile - etwa der Behälterwand - gestört. Somit ist eine sehr exakte Messung gewährleistet.
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Zudem ist es vorteilhaft, dass eine Mehrzahl der der Füllstandserfassungsvorrichtung zugeordneten Elektrodenbereiche einer gemeinsamen Tragestruktur zugeordnet sind. Ein zwischen zwei Elektrodenbereichen gemessener Kapazitätswert ist stets für das von den beiden Elektrodenbereichen eingeschlossene Volumen gültig. Die Wände eines Vorratsbehälters sowie eine typischerweise innerhalb des Vorratsbehälters angeordnete Rühreinrichtung zur Vermeidung von Verstopfungen im Bereich des zumindest einen Dosierorgans sind oftmals aus Metall gefertigt. Somit können derartige Bauteile in einfacher, vorteilhafter Weise als Tragestruktur für zumindest einen Elektrodenbereich genutzt werden.
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Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Wand des Vorratsbehälters für die erfindungsgemäße Anordnung der Elektrodenbereiche. Da die Wände maßgeblich die Geometrie des Vorratsbehälters bestimmen, schließen Elektrodenbereiche, die zumindest einer Behälterwand in erfindungsgemäßer Weise beabstandet zugeordnet sind einen wesentlichen Anteil des Behältervolumens ein. Somit kann eine hohe Genauigkeit bei der Ermittlung eines durch das bevorratete Material beeinflussten Kapazitätswerts erreicht werden.
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Typischerweise ist der Vielzahl der erfindungsgemäß beabstandeten Elektrodenbereichen zumindest ein Elektrodenbereich gegenüberliegend angeordnet. Dieser Bereich ist vorzugsweise der Rühreinrichtung zugeordnet Besonders bevorzugt ist dies, wenn die Rühreinrichtung als Rührwelle ausgebildet ist, welche sich horizontal in Längs- oder Querrichtung über einen wesentlichen Teil der Abmessungen des Vorratsbehälters erstreckt. Die Rühreinrichtung ist die zumindest überwiegende Zeit während eines Ausbringvorgangs von zu verteilendem Material bedeckt sowie im unteren Bereich des Vorratsbehälters angeordnet. Sie eignet sich somit besonders als Tragestruktur für zumindest einen Elektrodenbereich im unteren Bereich des Vorratsbehälters.
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Die Elektrodenbereiche sind mittels geeigneter Befestigungsmittel an der Tragestruktur befestigt.
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Es wird ein besonderer Vorteil erreicht, indem die Tragestruktur flexibel ausgestaltet und mehrfach durch das Innere des Vorratsbehälters geführt ist. Dabei kann die flexible Tragestruktur bandförmig ausgeführt sein. Auf diese Weise kann die Tragestruktur beispielweise konturfolgend an einer Behälterwand entlang geführt werden. Somit ist in der beschriebenen Weise sichergestellt, dass der wesentliche Anteil des Behältervolumens mithilfe der Elektrodenbereiche eingeschlossen ist. Zudem ist es möglich, die flexibel ausgestaltete Tragestruktur mehrfach, schleifenartig entlang der Behälterwand zu führen.
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In analoger Weise kann die flexible Tragestruktur drahtförmig ausgeführt und im Zusammenwirken mit den Wänden des Vorratsbehälters mehrfach frei durch das Behältervolumen gespannt sein. Auf diese Weise kann sie an beliebiger Position im Inneren des Vorratsbehälters angeordnet sein. Die erfindungsgemäßen Abstände der Elektrodenbereiche zueinander sind in einfacher Weise, beispielsweise durch eine schleifenförmige Führung der flexiblen Tragestruktur durch das Behältervolumen, realisierbar.
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Die einer gemeinsamen Tragestruktur zugeordneten Elektrodenbereiche bilden entweder jeweils eine eigenständige Elektrode oder gemeinsam eine einzige Elektrode.
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Bilden die einer gemeinsamen Tragestruktur zugeordneten Elektrodenbereiche gemeinsam eine einzige Elektrode, ist die erfindungsgemäße Füllstandserfassungsvorrichtung in einfacher Weise mit wenig Aufwand konstruierbar. Die eine gebildete Elektrode muss nur einmal ankontaktiert werden. Ein Befüllen des Vorratsbehälters mit auszubringendem Material entspricht dann einem Schrittweisen Einbringen eines Dielektrikums ins Innere des Kondensators, der der Füllstandserfassungsvorrichtung zugeordnet ist. Die messbare Kapazität innerhalb des Kondensators hängt dann bei erfindungsgemäßer Anordnung der Elektrodenbereiche entsprechend bekannter physikalischer Gesetzmäßigkeiten linear vom Füllstand ab. Somit ist in besonders einfacher und zuverlässiger Weise der Füllstand des Vorratsbehälters anhand des gemessenen Kapazitätswerts ermittelbar.
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Bildet jeder Elektrodenbereich der gemeinsamen Tragestruktur eine eigene Elektrode, kann jeder Elektrodenbereich einzeln ankontaktiert werden. Ohne großen baulichen Aufwand ist eine geeignete Schaltung realisierbar. Somit ist es möglich, dass jeder Elektrodenbereich ein individuelles elektrisches Potential aufweist. Analog zur zuvor beschriebenen Weise hängt dann der ermittelte Kapazitätswert jeweils zwischen zwei Elektrodenbereichen linear vom Füllstand des Vorratsbehälters ab. Für jeden Elektrodenbereich ergibt sich aber eine individuelle Steigung, sodass zusätzlich eine Aussage darüber möglich ist, bei welchem Elektrodenbereich sich der Pegel des bevorrateten Materials befindet. Somit wird eine Steigerung der Genauigkeit erreicht.
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Es ist zusätzlich vorteilhaft, dass die der Füllstandserfassungsvorrichtung zugeordneten Elektrodenbereiche im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Da aufgrund einer Fahrt über unebenes und/oder geneigtes Geländes das bevorratete Material in horizontaler Richtung verrutschen kann, wird durch diese Maßnahme erreicht, dass der Füllstand des bevorrateten Materials besonders in horizontaler Richtung mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann.
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Es wird ein Vorteil dadurch erreicht, dass die Füllstandserfassungsvorrichtung mithilfe der ihr zugeordneten Elektrodenbereichen Kapazitätswerte des mit zu verteilendem Material befüllten Vorratsbehälter erfasst, die erfassten Kapazitätswerte mittels der Auswerteeinrichtung und dem in der Speichereinheit hinterlegten Zusammenhang zwischen Kapazitätswerten und Füllstandswerten in Füllstandswerte und/oder Füllstandsänderungen umrechnet und die Füllstandswerte und/oder Füllstandsänderungen mittels der Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung ausgibt. Durch diese Maßnahmen werden dem Bediener in komfortabler und übersichtlicher Weise die ermittelte Information über den Füllstand des Vorratsbehälters übermittelt. Die Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung ist vorzugsweise im Bereich der Kabine des Zugfahrzeugs angeordnet, sodass sie leicht eingesehen werden kann und der Bediener in der Lage ist, unverzüglich auf die Füllstandsinformation zu reagieren. Die Übermittlung der Daten an die Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung erfolgt mittels Datenleitungen oder drahtlos.
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Zum Betreiben der beschriebenen Füllstandserfassungsvorrichtung ist ein Verfahren vorgesehen. Dieses Verfahren zur kapazitiven Füllstandserfassung bei einer Verteilmaschine mit einem Vorratsbehälter zur Bevorratung zu verteilenden Materials, wobei der Vorratsbehälter in seinem unteren Bereich einen Auslaufbereich aufweist und dem Vorratsbehälter eine kapazitiv arbeitende Füllstandserfassungsvorrichtung zugeordnet ist, welche eine Auswerteeinrichtung, eine Speichereinheit, in welcher eine Zuordnung zwischen gemessenen Kapazitätswerten und Füllstandswerten hinterlegt ist und gemessene Kapazitätswerte abgelegt werden, eine Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung und mehrere Elektrodenbereiche umfasst, umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
- • Erfassen eines vom zu verteilenden Material unbeeinflussten ersten Kapazitätswert des nicht befüllten Vorratsbehälters,
- • Erfassen eines vom zu verteilenden Material beeinflussten zweiten Kapazitätswert,
- • Ermitteln des Einflusses des zu verteilenden Materials auf die Messwerte durch die Auswerteeinrichtung mittels des ersten und des zweiten Kapazitätswerts,
- • wiederholtes Erfassen von Kapazitätswerten des mit zu verteilendem Material befüllten Vorratsbehälters,
- • Ermitteln von materialunabhängigen Füllstandswerten und/oder Füllstandsänderungen und
- • Anzeige der Füllstandswerte und/oder Füllstandsänderungen mittels der Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung.
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Vor dem Befüllen des Vorratsbehälters mit auszubringendem Material für einen Ausbringvorgang kann die Füllstandserfassungsvorrichtung einen ersten Kapazitätswert für den nicht befüllten Vorratsbehälter messen. Dieser Kapazitätswert des nicht befüllten Vorratsbehälters ist unbeeinflusst vom auszubringenden Material und dient als Referenzwert. Nach dem vollständigen Befüllen des Vorratsbehälters wird in analoger Weise ein vom auszubringenden Material beeinflusster zweiter Kapazitätswert für den Höchstwert des Füllstandes des Vorratsbehälters ermittelt.
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Da verschiedene bevorratete Materialien verschiedene dielektrische Eigenschaften aufweisen ist mithilfe des Kapazitäts-Referenzwerts und des Kapazitäts-Höchstwerts rechnerisch beispielsweise ermittelbar, welches Material sich im Vorratsbehälter befindet. Somit sind die Materialeigenschaften anhand der beschriebenen Referenzmessungen ermittelbar. In vorteilhafter Weise ist auch der Einfluss des auszubringenden Materials auf die gemessenen Kapazitätswerte ermittelbar. Bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Elektrodenbereiche ist der Zusammenhang zwischen gemessenen Kapazitätswerten und Füllstand des Vorratsbehälters linear. Die Proportionalitätskonstante wird durch die materialspezifischen Eigenschaften, insbesondere die Permittivität, bestimmt. Bildlich gesprochen: Die Permittivität bestimmt die Steigung der messbaren Kapazitäts-Geraden.
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Wird mithilfe der Referenzmessungen der Typ des bevorrateten Materials ermittelt, kann aus den in der Speichereinheit hinterlegten materialspezifischen Zusammenhängen zwischen gemessenem Kapazitätswert und Füllstand des Vorratsbehälters der für das bevorratete Material geeignete Zusammenhang gewählt werden. Anhand dieses Zusammenhangs ist für jedes bevorratete Material ein sehr genauer Füllstandswert ermittelbar.
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Wird mithilfe der Referenzmessungen der Einfluss des bevorrateten Materials auf die messbaren Kapazitätswerte ermittelt, kann dieser Einfluss aus den gemessenen Kapazitätswerten herausgerechnet werden. In dieser Ausführungsform ist die Füllstandserfassung unabhängig vom Typ des bevorrateten Materials. Es ist nur ein in der Speichereinheit hinterlegter, allgemeiner (um den Materialeinfluss bereinigter) Zusammenhang zwischen gemessenem Kapazitätswert und Füllstand des Vorratsbehälters notwendig, um einen genauen Füllstandswert zu ermitteln.
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Die Aufnahme des Kapazitäts-Referenzwerts und des Kapazitäts-Höchstwerts ist jeweils einmalig vor dem Befüllen bzw. vor dem Beginn des Ausbringvorgangs notwendig. Auch die Ermittlung des Typs des auszubringenden Materials muss nur einmalig nach dem Befüllen vor dem Beginn des Ausbringvorgangs durchgeführt werden.
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Während des Ausbringvorgangs werden wiederholt Kapazitätswerte des sich entleerenden Vorratsbehälters aufgenommen. Dazu werden geeignete, möglichst kleine, Zeitintervalle gewählt, um dem Bediener aussagekräftige, aktuelle Informationen über den momentanen Füllstand des Vorratsbehälters liefern zu können. Die ermittelten Kapazitätswerte können, wie beschrieben, rechnerisch um den Einfluss des auszubringenden Materials bereinigt werden, um materialunabhängige Füllstandswerte zu erhalten. Diese werden wiederholt anhand des zumindest einen in der Speichereinheit hinterlegten Zusammenhangs ermittelt.
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Durch wiederholte Messungen ist es beispielsweise durch Differenzbildung der jeweils aktuellsten Messwerte möglich, dem Bediener alternativ und/oder zusätzlich Füllstandsänderungen auszugeben. Anhand berechneter Füllstandänderungen kann, insbesondere unter Hinzunahme weiterer Parameter des Ausbringvorgangs, ein zu erwartender Leerstand des Vorratsbehälters prognostiziert werden. In solchen Fällen wird der Bediener in geeigneter Weise informiert.
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Für eine höhere Genauigkeit und/oder zum Ausgleich von Messwertschwankungen können zur Ermittlung der Füllstandswerte und/oder Füllstandsänderungen rechnerisch beispielsweise gleitende Mittelwerte der gemessenen Kapazitätswerte gebildet werden. Dabei können beispielsweise in vorteilhafter Weise auch weitere Sensor- und/oder Eingabedaten berücksichtigt und mit den Messwerten der kapazitiven Füllstandserfassungsvorrichtung mittels eines Filters, vorzugsweise eines Kalman-Filters fusioniert werden.
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Die Füllstandswerte und/oder Füllstandsänderungen werden dem Bediener in komfortabler und übersichtlicher Weise über eine Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung übermittelt. Diese ist im Sichtfeld des Bedieners, vorzugsweise in der Kabine eines Zugfahrzeugs, angeordnet. Über diese Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung können dem Bediener auch Leerstandswarnungen und/oder weitere Meldungen der Füllstandserfassungsvorrichtung übermittelt werden.
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Es wird durch ein Feststellen eines drohenden Leerstands des Vorratsbehälters anhand ermittelter Füllstandswerte und/oder Füllstandsänderungen und ein Anzeigen des drohenden Leerstands mittels Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung ein besonderer Vorteil erreicht. Wenn der zu erwartende und/oder drohende Leerstand prognostiziert wird, kann der Bediener absehen, ob und/oder wann eine neue Befüllung des Vorratsbehälters notwendig ist. Insbesondere kann er dies vor einer erneuten Überfahrt über die Nutzfläche absehen, sodass das Ausbringen nicht während einer Überfahrt unterbrochen werden muss. Somit wird auch ein unbemerkter Leerstand vermieden. Diese Maßnahme stellt ein homogenes und lückenloses Ausbringen sicher.
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Durch die Fahrt während des Ausbringvorgangs über unebenes und/oder geneigtes Gelände kann das bevorratete Material innerhalb des Vorratsbehälters in horizontaler Richtung verrutschen. Dies kann während des Ausbringvorgangs ein ungleichmäßiges Entleeren des Vorratsbehälters bewirken. Durch ein Feststellen einer solchen Teilentleerung wird ein lückenhaftes Ausbringen verhindert und eine gleichmäßig optimale Arbeitsqualität sichergestellt.
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Durch die fortschreitende Entleerung kann der Füllstand des bevorrateten Materials im Vorratsbehälter soweit absinken, dass sich kein bevorratetes Material mehr im vom Kondensator eingeschlossenen Behälterteil befindet. Da in diesem Fall das Dielektrikum vollständig aus dem Kondensator verschwindet, ändert sich die messbare Kapazität merklich, insbesondere, weil die gemessenen Werte in diesem Fall systematisch vom zuvor linearen Zusammenhang abweichen. Dieser messbare Zustand kann von der Füllstandserfassungsvorrichtung als (drohender) Leerstand interpretiert und dem Bediener geeignet angezeigt werden. Es ist ein sicheres Kriterium zum Erkennen eines (drohenden) Leerstands gegeben.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung sind der Beispielsbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen. Die Zeichnungen zeigen
- 1 Vorratsbehälter mit Füllstandserfassungsvorrichtung in perspektivischer Ansicht von schräg hinten oben,
- 2 Auslaufbereich eines gefüllten Vorratsbehälters in seitlichem Schnitt und
- 3 Auslaufbereich eines teilentleerten Vorratsbehälters in seitlichem Schnitt.
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Eine, insbesondere landwirtschaftliche, Verteilmaschine, wie sie teilweise in 1 dargestellt ist, ist zum Ausbringen von zu verteilendem Material 1, insbesondere über einer landwirtschaftlichen Nutzfläche, vorgesehen. Dazu umfasst die Verteilmaschine zumindest einen Vorratsbehälter 2, wie er in den 1 bis 3 dargestellt ist. Der Vorratsbehälter 2 dient der Bevorratung von zu verteilendem, insbesondere körnigem und/oder fließfähigem Material 1, wie beispielsweise Saatgut und/oder Düngemittel. Der Vorratsbehälter 2 ist quer zur Fahrtrichtung F angeordnet und erstreckt sich zumindest über einen wesentlichen Teil der Breite der Verteilmaschine, wie es in 1 gezeigt ist.
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Im gewählten Ausführungsbeispiel ist die landwirtschaftliche Verteilmaschine vorzugsweise als Sämaschine ausgebildet. Alternativ kann die Verteilmaschine beispielsweise als Düngerstreuer ausgebildet sein. Die Verteilmaschine kann von einem Zugfahrzeug gezogen oder getragen werden.
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Der Vorratsbehälter 2 läuft trichterförmig nach unten zu und weist in seinem unteren Bereich einen Auslaufbereich 3 auf. Unterhalb des Auslaufbereichs 3 sind mehrere Dosierorgane 4 angeordnet, von denen in 1 beispielhaft eines gezeigt ist. Die Dosierorgane 4 dienen der einstellbaren Einspeisung des zu verteilenden Materials 1 in zu nicht dargestellten Ausbringelementen führende Förderleitungen 5.
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Im Auslaufbereich 3 ist oberhalb der Dosierorgane 4 eine Rührwelle 6 angeordnet. Die Rührwelle 6 ist um ihre Längsachse drehbar innerhalb des Vorratsbehälters 2 gelagert und erstreckt sich in horizontaler Ebene zumindest annähernd über die gesamte Breite des Vorratsbehälters 2. Die Rührwelle 6 ist metallisch ausgeführt und weist in geeigneten Abständen zueinander Rührelemente auf. In an sich bekannter Weise ist die Rührwelle 6 rotierend angetrieben und verhindert im Zusammenwirken mit den Rührelementen Verstopfungen, Verklumpungen und/oder Brückenbildungen des zu verteilenden Materials 1 im Bereich der Dosierorgane 4.
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Die Rührwelle 6 ist derart angeordnet, dass ihre Längsachse parallel zu der in Fahrtrichtung F vorderen und hinteren Behälterwand 7A,7B des Vorratsbehälters 2 verläuft.
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Dem Vorratsbehälter 2 ist eine kapazitiv arbeitende Füllstandserfassungsvorrichtung zur Erfassung des momentanen Füllstands des im Vorratsbehälter 2 bevorrateten zu verteilenden Materials 1 zugeordnet. Die Füllstandserfassungsvorrichtung umfasst mehrere Elektrodenbereiche 8. Die Elektrodenbereiche 8 sind innerhalb des Vorratsbehälters 2 in geeigneter Weise angeordnet, sodass sie einen Kondensator bildet, welcher einen wesentlichen Teil des Volumens des Vorratsbehälters 2 einschließt. Dazu werden die Elektrodenbereiche 8 geeigneten Tragestrukturen zugeordnet.
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Als derartige Tragestruktur dient im Ausführungsbeispiel der 1 beispielsweise ein flexibler Draht, welcher an den Seitenwänden 10 des Vorratsbehälters 2 befestigt und schleifenförmig mehrfach quer zur Fahrtrichtung horizontal durch das Innere des Vorratsbehälters 2 geführt ist.
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Im Ausführungsbeispiel der 2 und 3 dient die vordere Behälterwand 7A als Tragestruktur der Elektrodenbereiche 8. Die Elektrodenbereiche sind in diesem Fall beispielsweise bandförmig ausgeführt und werden konturfolgend an der Behälterwand 7A befestigt. Eine geeignete Befestigung wird durch ein, insbesondere flächiges, Aufkleben der Elektrodenbereiche 8 erreicht. Der Behälterwand 7A gegenüberliegend wird ein zusätzlicher Elektrodenbereich 11 angeordnet, sodass die Elektrodenbereiche 8 und 9 im Zusammenwirken einen zumindest wesentlichen Teil des Behältervolumens einschließen.
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Alternativ kann in analoger Weise die hintere Behälterwand 7B als Tragestruktur für die Elektrodenbereiche 8 und die Behälterwand 7A für den zusätzlichen Elektrodenbereich 11 genutzt werden.
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Es ist ebenso möglich, den zusätzlichen Elektrodenbereich 11 der Rührwelle 6 zuzuordnen. Somit wird die kapazitive Füllstandsmessung nicht durch die typischerweise metallisch ausgeführte Rührwelle 6 verfälscht.
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Zur kapazitiven Füllstandserfassung wird die Kapazität des von den Elektrodenbereichen 8 gebildeten Kondensators gemessen. Die messbare Kapazität des Kondensators ist abhängig vom Füllstand des zu verteilenden Materials 1 innerhalb des Vorratsbehälters 2, da das zu verteilende Material 1 innerhalb des Kondensatorvolumens als Dielektrikum wirkt. Diese Abhängigkeit ist anhand physikalischer Gesetzmäßigkeiten berechenbar.
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Die Kapazität eines Kondensators ist im Allgemeinen zusätzlich abhängig von seiner Geometrie. Die Kapazität eines Kondensators sinkt mit steigendem Abstand der Elektrodenbereiche 8.
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In Kenntnis dieser beschriebenen Abhängigkeiten lassen sich die Elektrodenbereiche 8 derart anordnen, dass die in einem homogen gefüllten Vorratsbehälter 2 mittels der Elektrodenbereiche 8 erfassten Kapazitätswerte zueinander im gleichen Verhältnis stehen, wie die zu erfassenden Füllstände. Dazu werden in Abhängigkeit von den Behälterabmessungen, insbesondere in Abhängigkeit des Abstands der Elektrodenbereiche 8 vom zusätzlichen Elektrodenbereich 9, die Abstände im unteren Bereich des Vorratsbehälters 2 größer gewählt, als im oberen Bereich des Vorratsbehälters. Die paarweisen Abstände der Elektrodenbereiche 8, also die Abstände der Elektrodenbereiche 8A zu 8B, 8B zu 8C, 8C zu 8D usw., sinken daher von unten nach oben in einem zuvor berechneten Verhältnis ab.
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In bevorzugter Ausführungsform bilden die Elektrodenbereiche 8 eine gemeinsame Elektrode 12. Sie liegen elektrostatisch auf gleichem Potential. Die Elektrode 12 sowie der zusätzliche Elektrodenbereich 9 sind geeignet elektrisch verbunden und bilden den Kondensator der Füllstandserfassungsvorrichtung.
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Vor dem Befüllen des Vorratsbehälters 2 mit auszubringendem Material 1 wird die Kapazität des leeren Vorratsbehälters 2 als Kapazitäts-Referenzwert ermittelt. Ein Befüllen des Vorratsbehälters 2 mit zu verteilendem Material 1 entspricht physikalisch dem Einführen eines Dielektrikums in den durch die Elektrodenbereiche 8 und 9 gebildeten Kondensator. Durch die beschriebene Anordnung der Elektrodenbereiche 8 ändert sich dabei die Kapazität des Kondensators linear. Auf diese Weise ist der Füllstand des Vorratsbehälters 2 linear dem gemessenen Kapazitätswert proportional, wobei die Proportionalitätskonstante durch die Permittivität des Dielektrikums bestimmt wird.
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Nach dem Befüllen des Vorratsbehälters 2 mit zu verteilendem Material 1 wird der dem höchsten Füllstand entsprechende Kapazitätswert als Kapazitätshöchstwert gemessen. Aus diesen beiden Referenzmessungen ist die Permittivität des bevorrateten Materials 1 ermittelbar. Die Permittivität ist eine Materialeigenschaft und charakterisiert das bevorratete Material eindeutig. Somit kann über die Referenzmessung ermittelt werden, welches zu verteilende Material 1 sich im Vorratsbehälter 2 befindet.
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Der ermittelten Daten werden mittels Datenleitungen oder drahtlos an eine nicht dargestellte Auswerteeinrichtung übermittelt. In einer der Auswerteeinrichtung zugeordneten Speichereinrichtung sind materialspezifische Zusammenhänge zwischen messbaren Kapazitätswerten und Füllstandswerten hinterlegt. Anhand des ermittelten Materialtyps ist die Auswerteeinrichtung in der Lage, auf den geeigneten Zusammenhang zuzugreifen und anschließend korrekte Füllstandswerte zu ermitteln.
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Alternativ ist mithilfe der Referenzmessungen der Einfluss des Dielektrikums auf die gemessenen Kapazitätswerte bestimmbar. Dieser Einfluss ist im Anschluss aus den gemessenen Kapazitätswerten herausrechenbar. Somit wird ein materialunabhängiger Zusammenhang zwischen den gemessenen Kapazitätswerten und dem Füllstand des Vorratsbehälters 2 hergestellt.
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Die Referenzmessungen sind einmalig vor bzw. nach jedem Befüllen des Vorratsbehälters 2 durchzuführen. Während des Ausbringvorgangs wird wiederholt die Kapazität des Vorratsbehälters 2 gemessen. Dabei ist die Zeit zwischen den Einzelmessungen möglichst klein, damit eine höhere Genauigkeit erreicht wird und die ermittelten Werte möglichst aktuell sind. Anhand der in der Speichereinheit hinterlegten Zusammenhänge werden aus den Kapazitätswerten Füllstandswerte ermittelt und dem Bediener der Verteilmaschine mittels einer nicht dargestellten Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung angezeigt. Die Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung ist dabei im Sichtfeld des Bedieners, vorzugsweise im Inneren der Kabine eines die Verteilmaschine ziehenden Zugfahrzeugs, angeordnet.
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Mittels Differenzmessungen werden aus den Füllstandswerten Füllstandsänderungen ermittelt und werden alternativ oder zusätzlich dem Bediener mithilfe der Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung angezeigt.
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Auf Basis der Füllstandsänderungen wird mittels Extrapolation die verbleibende Zeit und/oder Strecke bis zum erwarteten Leerstand des Vorratsbehälters 2 berechnet. Für derartige Berechnungen können der Auswerteeinheit mittels zusätzlicher Erfassungseinrichtungen und/oder mittels Bedienereingaben über die Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung zusätzliche Daten zugeführt werden.
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Ein zu erwartender und/oder drohender Leerstand des Vorratsbehälters 2 ist beispielsweise erreicht, wenn der Füllstand derart niedrig ist, dass das sich verbleibende Material 1 außerhalb des vom Kondensator eingeschlossenen Anteil des Behältervolumens befindet, wie es in 3 gezeigt ist. In diesem Fall ändert sich die messbare Kapazität signifikant und weicht vom linearen Zusammenhang ab. Somit steht ein sicheres Kriterium zur Feststellung eines drohenden Leerstands zur Verfügung. Der Bediener wird mittels geeigneten Meldungen über die Eingabe- und/oder Anzeigevorrichtung informiert.
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Durch die beschrieben Maßnahmen wird also eine kapazitiv arbeitende Füllstandserfassungsvorrichtung geschaffen, welches ohne großen Konstruktionsaufwand in einfacher Weise eine sehr genaue und zuverlässige Ermittlung des momentanen Füllstands eines Vorratsbehälters 2 ermöglicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2765398 A1 [0002, 0003, 0005]
