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Die Erfindung betrifft eine Volumenmessvorrichtung zum Messen eines Fluidvolumenstroms, insbesondere einer hochviskosen Flüssigkeit, wie einer Paste, eines Klebstoffs oder einer Dichtmasse. Ferner betrifft die Erfindung jeweils ein System und Verfahren zur Überwachung einer solchen Volumenmessvorrichtung.
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Volumenmessvorrichtungen, auch Durchflussmengenmessgeräte oder Volumenmesszellen genannt, dienen zum Bestimmen einer Durchflussmenge eines Mediums, insbesondere eines Fluids, wie einer Flüssigkeit, und werden häufig zur Steuerung und Regelung einer Anlage, wie beispielsweise eines Heißleimauftragssystems, verwendet. Volumenmessvorrichtungen sind zumeist in ein Anlagensystem integriert, insbesondere in einen Strömungskanal mit weiteren Strömungs-Komponenten, wie einer oder mehrerer Fluidfördereinrichtungen oder einer Dosiereinrichtung.
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Volumenmessvorrichtungen weisen in der Regel ein Gehäuse mit einem Fluideinlass und einem oder mehreren Fluidauslässe auf, wobei zwischen dem Fluideinlass und dem Fluidauslass eine Strömungspassage oder ein Strömungskanal und eine darin angeordnete, das Fluid in voneinander getrennte oder miteinander verbundene Förderraumbereiche unterteilende Teilungs-Einrichtung, wie beispielsweise ein Zahnrad oder eine Spindel, vorgesehen ist. Die Teilungs-Einrichtung ist zumeist drehend gelagert und kann maschinell oder durch das durchströmende Fluid angetrieben sein. Zum Messen des Fluidvolumenstroms ist in der Regel im Bereich der Strömungspassage ein zumeist berührungslos arbeitendes Fluidvolumen-Erfassungssystem mit einem Sensor zur Bewegungsdetektierung der Teilungs-Einrichtung vorgesehen, wobei der Sensor in Abhängigkeit der Bewegung der Teilungs-Einrichtung ein Sensor-Impulssignal ausgibt oder nicht.
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Das Detektieren oder Erfassen der Durchflussmenge erfolgt vorliegend bevorzugt zeitunabhängig durch eine ,Zählung‘ einer definierten Fördermenge, wie beispielsweise einer in einem Zwischenraum zwischen zwei Zahnflanken eines Zahnrads befindlichen Fördermenge. Hierbei kann insbesondere jede an dem Sensor vorbeieilende Zahnflanke erfasst und sodann von dem Sensor jeweils ein Impulssignal abgegeben werden. Pro Zahn eines Zahnrades können auch mehrere Impulse abgegeben werden, wobei die Signalverläufe ausgewertet und gegebenenfalls interpoliert werden, um eine höhere Auflösung zu erreichen. Alternativ kann auch die Achse, auf der die Zahnräder gelagert sind, abgetastet werden. Ein Impulssignal entspricht folglich der Förderung einer durch den Zahnzwischenraum definierten Fluidmenge. Ein solches Messverfahren ist insbesondere für hochviskose Flüssigkeiten geeignet. Alternativ kann das Erfassen in einem bestimmten Zeitintervall (,Messung‘ der Durchflussmenge) erfolgen, wobei hierbei beispielsweise eine Messung derjenigen Menge der Flüssigkeit erfolgt, welche in einem bestimmten Zeitintervall durch einen definierten Strömungsquerschnitt oder eine definierte Strömungspassage, wie ein Rohrabschnitt, gefördert wird.
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Es sind verschiedene Bauformen, Typen und Funktionsweisen solcher Durchflussmengenmessgeräte bekannt, wobei die vorliegende Volumenmessvorrichtung als eine jede solcher an sich bekannten Ausgestaltung ausgebildet sein kann. Entsprechend ist vorliegend unter dem Begriff Volumenmessvorrichtung ein jedes Durchflussmengenmessgerät zu verstehen.
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Eine bekannte Ausgestaltung der Volumenmessvorrichtungen betrifft die sogenannten Zahnrad-Durchflussmesser oder auch Volumenzähler. Bei dieser Art einer Volumenmessvorrichtung wird eine als Zahnrad oder Zahnradpaar ausgebildete Teilungs-Einrichtung durch eine Strömung der Flüssigkeit in Rotation versetzt. Ein Sensor, der in der Regel in einem Umfangsbereich eines Zahnrads in dem das Zahnrad umgebenden Gehäuse der Volumenmessvorrichtung angeordnet ist, detektiert die Bewegung der Zähne und gibt besonders bevorzugt immer dann ein Impulssignal ab, wenn eine an einem Zahn des Zahnrads angeordnete und mit dem Sensor zusammenwirkende Erregereinrichtung an dem Sensor vorbeieilt. Beispielsweise kann der Sensor bei Vorbeilaufen eines jeden oder eines bestimmten Zahnes an dem Sensor oder an einer bestimmten Umfangsstelle des Zahnradgehäuses jeweils einen Signalimpuls abgeben. Der Sensor bildet also einen Volumenzähler. Die Anzahl der Signalimpulse pro Zeiteinheit kann folglich ein Maß für die Strömung darstellen, so dass auf Grundlage der vom Sensor abgegebenen Signalimpulse der durch die Zahnradanordnung hindurchtretende Fluidvolumenstrom ermittelt werden kann.
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Das Sensorsystem kann hierbei als ein induktives oder als ein kapazitiv arbeitendes Erfassungssystem ausgebildet sein. Zur Erfassung eines jeden oder eines bestimmten vorbeieilenden Zahns kann der Sensor beispielsweise als ein an sich bekannter Induktivsensor zur induktiven Erfassung der Zahnradzähne oder eines eine volle Umdrehung des Zahnrads definierenden Zahns ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensor als ein an sich bekannter kapazitiver Sensor ausgebildet sein, insbesondere als ein Festplattendifferenzialfühler. Zum Generieren und Übertragen eines magnetischen Flusses oder Felds können ein oder mehrere als Erreger wirkende magnetische Polstifte in einem oder mehreren Zahnrädern vorgesehen sein. Um auch bei relativ breiten Zähnen eine Erfassung an dem Sensor und ein Auslösen eines Signals zu bewirken, sind die Polstifte bevorzugt in einer gespreizten Anordnung an dem Zahnrad angeordnet. Zur Gewährleistung von Signalen bei hoher Messfrequenz und hoher Betriebstemperatur kann der Sensor vorzugsweise in einer Bohrung gelagert sein, die besonders bevorzugt mit einer Vergussmasse gefüllt ist. Es sollte deutlich sein, dass die optische oder kapazitive Erfassung selbstverständlich auch an einem Abschnitt einer Antriebswelle des Zahnrads erfolgen kann.
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Eine weitere bekannte Ausgestaltung der Volumenmessvorrichtungen betrifft die sogenannten Turbinen- oder Spindel-Durchflussmesszellen, die vorliegend ebenfalls unter der Volumenmessvorrichtung zu verstehen sind, und bei denen die Erfassung der geförderten Flüssigkeit in sehr ähnlicher Weise wie oben beschrieben erfolgt, nur dass die Erfassung zumeist im Bereich einer Antriebswelle erfolgt, nicht an der Turbine oder Spindel an sich.
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Solche Volumenmessvorrichtungen können eine integrierte Heizung oder eine Begleitheizung aufweisen. Die Heizung kann als eine elektrische Widerstandsheizung oder als eine andere bekannte Heizung ausgebildet sein. Die Heizung dient dazu, das Fluid, insbesondere Schmelzen, wie Kunststoffschmelzen oder Schmelzklebstoffe, fließfähig zu erhalten.
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Es hat sich gezeigt, dass die Überwachung einer Volumenmessvorrichtung und die Versorgung einer die Volumenmessvorrichtung umfassenden Anlage mit einem Durchsatzmaterial, wie dem Fluid, insbesondere bei größeren Anlagen relativ kompliziert ist.
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Denn herkömmliche Volumenmessvorrichtungen sind üblicherweise jeweils als ein eigenes, in sich geschlossenes System aufgebaut, wodurch jedoch für jede Volumenmessvorrichtung eine separate und insbesondere dezentrale Überwachung erforderlich ist. Der Betrieb solcher Volumenmessvorrichtungen, insbesondere in einer größeren Anlage mit mehreren Volumenmessvorrichtungen, ist daher relativ arbeitsaufwendig, zeit- und kostenintensiv.
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Zudem erfolgt bei solchen Volumenmessvorrichtungen als Ausgabewert zumeist nur eine Angabe über die Anzahl der erfassten Signalimpulse. Um jedoch - beispielsweise zur Ermittlung eines Nachschubbedarfs an Durchsatzmaterial, beispielsweise eines Granulats, - die exakte durch die Volumenmessvorrichtung hindurchgetretene Materialmenge zu bestimmen, muss die mittels der Volumenmessvorrichtung erfasste Anzahl der Signalimpulse für jeden Durchsatzabschnitt in Abhängigkeit der jeweils aktuell vorliegenden Betriebsbedingungen, wie Temperatur und Druck, sowie den jeweils vorliegenden Fluideigenschaften, wie Viskosität, gesetzt werden und rechnerisch ermittelt werden. Der Betrieb solcher Volumenmessvorrichtungen, insbesondere in einer größeren Anlage mit mehreren Volumenmessvorrichtungen, ist daher auch aus diesem Grunde relativ arbeitsaufwendig, zeit- und kostenintensiv.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Volumenmessvorrichtung bereitzustellen sowie ein System und Verfahren anzugeben, mit dem eine Überwachung und Versorgung einer die Volumenmessvorrichtung umfassenden Anlage, insbesondere eine Verbrauchsermittlung, verbessert wird.
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Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Volumenmessvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs, sowie durch ein System und ein Verfahren zur Überwachung einer Volumenvorrichtung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart.
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Erfindungsgemäß ist mittelbar und unmittelbar an dem Sensor und/oder an dem Gehäuse der Volumenmessvorrichtung eine Umwandlungs-Elektronik zur Umwandlung des Sensor-Impulssignals in ein zeitabhängiges und Angaben über den Fluidvolumenstrom enthaltendes Daten-Erfassungssignal angeordnet. Dadurch kann bei einem Betrieb der Volumenmessvorrichtung das in der Volumenmessvorrichtung durchgesetzte Fluidvolumen mittelbar oder unmittelbar erfasst und ein möglicher Nachschubbedarf an weiterem Verbrauchsmaterial in besonders einfacher Weise festgestellt werden. Insbesondere können dadurch die Überwachung einer Volumenmessvorrichtung und die Versorgung einer die Volumenmessvorrichtung umfassenden Anlage mit einem Durchsatzmaterial in relativ einfacher Weise und dadurch zeitsparend und kostengünstig erfolgen. Hierzu wird das Sensor-Impulssignal von dem Sensor an die Umwandlungs-Elektronik geleitet und sodann darin umgewandelt. Die Umwandlung des Impulssignals kann insbesondere rechnerisch unter Berücksichtigung sämtlicher maßgeblicher Faktoren, wie den individuellen Eigenschaften eines Fluids, der zum maßgeblichen (Mess-)Zeitpunkt vorliegenden Temperatur und/oder des Drucks sowie deren gegenseitige Beeinflussung, erfolgen. Die hierbei ermittelten Erfassungsdaten, oder auch das Daten-Erfassungssignal genannt, geben den tatsächlich durch die Volumenmessvorrichtung hindurchgetretenen Fluidvolumenstrom an. Dieser kann optional unmittelbar an der Volumenmessvorrichtung visuell ausgegeben bzw. angezeigt werden. Alternativ oder zusätzlich kann das Daten-Erfassungssignal an eine Auswerteeinrichtung zur weiteren Bearbeitung geleitet werden. Mittels der Umwandlungs-Elektronik erfolgt also bevorzugt ausschließlich eine Umwandlung des Sensor-Impulssignals in das Daten-Erfassungssignal und optional eine Ausgabe oder Weiterleitung des Daten-Erfassungssignals, nicht jedoch eine Auswertung des Signals. Zur technischen Realisierung der Umwandlung des Impulssignals kann die Umwandlungs-Elektronik beispielsweise einen geeigneten integrierten Schaltkreis aufweisen.
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Vorzugsweise weist die Umwandlungs-Elektronik zur Umwandlung des Sensor-Impulssignals in das Daten-Erfassungssignal einen Analog-Digital-Wandler auf. Dadurch kann das Daten-Erfassungssignal als ein Digitalsignal ausgebildet sein, welches von anderen Geräten, wie einem Monitor, in relativ einfacher Weise weiterverarbeitet werden kann. Dadurch ist eine besonders unkomplizierte und kostengünstig Überwachung und Versorgung einer die Volumenmessvorrichtung umfassenden Anlage ermöglicht.
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Vorzugsweise weist die Umwandlungs-Elektronik zur Weiterleitung zumindest des Daten-Erfassungssignals eine Datenübertragungseinrichtung zum mechanischen und/oder elektronischen Verbinden der Umwandlungs-Elektronik mit einem Datenübertragungs-Netzwerk auf. Die Datenübertragungseinrichtung kann insbesondere als eine Netzwerkschnittstelle aufgebaut sein. Dadurch kann die Umwandlungs-Elektronik „netzwerkfähig“ sein, so dass der Betrieb einer solchen Volumenmessvorrichtung, insbesondere in einer größeren Anlage mit mehreren Volumenmessvorrichtungen, besonders unkompliziert, zeit- und kostengünstig erfolgen kann. Die Einbindung der Volumenmessvorrichtung in das Datenübertragungs-Netzwerk hat insbesondere den Vorteil, dass von einem übergeordneten IT-System die Verbrauchsdaten bedarfsgerecht abgefragt und mit anderen Daten verknüpft werden können. Diese Daten können zum Beispiel alleine oder in Verbindung mit anderen Daten der nach Kalkulation oder Abrechnung eines Produktionsauftrags dienen. Weiter können die Verbrauchsdaten dazu dienen, Verbrauchsmaterial automatisiert über ein Einkaufssystem nachzubestellen, zum Beispiel wenn eine bestimmte Verbrauchsmenge erreicht ist. Alternativ kann eine Mitteilung an die Einkaufsabteilung abgesetzt werden, wenn eine Bedarfsschwelle überschritten wird. Folglich kann zudem auch eine schnelle örtliche Weitergabe der Erfassungsdaten erfolgen.
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Beispielsweise ist hierdurch eine räumlich getrennte Anordnung der Volumenmessvorrichtung, insbesondere der Umwandlungs-Elektronik, und einer Auswerteinrichtung ermöglicht, so dass die Auswertung an einem vorteilhaften, beispielsweise zentralen Ort erfolgen kann. Dazu ist neben der Umwandlungs-Elektronik bevorzugt auch die Auswerteinrichtung vorteilhafterweise in das Datenübertragungs-Netzwerk angebunden. Vorteilhafterweise hat hierbei jede Volumenmessvorrichtung, jede Auswerteeinrichtung und jeder sonstige Teilnehmer des Datenübertragungs-Netzwerk eine Netzwerkadresse, die einen jeweiligen Absender oder Sender von Daten identifizieren lässt. Dadurch können beispielsweise die Erfassungsdaten einer jeden Volumenmessvorrichtung übertragen werden. Insbesondere können von einer Auswerteeinrichtung an einer jeweiligen Umwandlung-Elektronik die Erfassungsdaten abgerufen werden. Somit können die an einer Volumenmessvorrichtung erfassten Daten vorteilhafterweise in einer, insbesondere einzigen, Auswerteeinrichtung weiterbearbeitet werden. Dabei erfolgt an der Volumenmessvorrichtung, insbesondere an der Umwandlungs-Elektronik, besonders bevorzugt ausschließlich eine Umwandlung des Sensorsignals in das Erfassungssignal, nicht eine Auswertung des Signals. Ferner kann optional auch eine Ansteuerung der Volumenmessvorrichtung über das Datenübertragungs-Netzwerk sowie die Datenübertragungseinrichtung erfolgen, wobei hierzu eine Steuerungseinrichtung vorteilhafterweise ebenfalls mit dem Daten-Übertragungs-Netzwerk verbunden ist.
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Darüber hinaus können in dem Datenübertragungs-Netzwerk selbstverständlich weitere Teilnehmer angemeldet sein, beispielsweise weitere Volumenmessvorrichtungen bzw. jeweils deren Umwandlungs-Elektronik, ein Router, Server, Computer, Bildschirm und/oder Drucker. Diese Teilnehmer können optional auch untereinander Daten übertragen, insbesondere von anderen Teilnehmern abrufen. Besonders vorteilhaft kann eine zentrale Erfassung und/oder Auswertung zumindest der mittels der Volumenmessvorrichtung gewonnen Daten erfolgen, wodurch der Betreib der Volumenmessvorrichtung besonders vereinfacht und kostengünstig ist.
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Häufig werden zum Beispiel über ein Betriebsdatenerfassungsprogramm Produktionsdaten erfasst und von einem MES-System (Manufacturing-Execution-System) oder einem EPR-System ausgewertet. Beispielsweise können diese Systeme dann über das Netzwerk die einzelnen Volumenmessvorrichtungen über ihre Netzwerkadresse ansprechen und die dort in der zugeordneten Umwandlungs-Elektronik parat gehaltenen Verbrauchsdaten abfragen. Mit einem Eingabebefehl können dann Verbrauchsdaten der Volumenmessvorrichtung abgefragt und zum Beispiel mit anderen Produktionsdaten verknüpft werden. Diese Daten können zum Beispiel alleine oder in Verbindung mit anderen Daten für eine Kalkulation oder Abrechnung eines Produktionsauftrags dienen. Weiter können die Verbrauchsdaten dazu dienen, Verbrauchsmaterial automatisiert über ein Einkaufssystem nach zu bestellen, zum Beispiel wenn eine bestimmte Verbrauchsmenge erreicht ist. Alternativ kann eine Mitteilung an die Einkaufsabteilung abgesetzt werden, wenn eine Bedarfsschwelle überschritten wird.
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Die Datenübertragungseinrichtung zum mechanischen und/oder elektronischen Verbinden der Umwandlungs-Elektronik mit einem Datenübertragungs-Netzwerk kann beispielsweise einen Netzwerkverbinder oder ein Modem umfassen, welches zur Übertragung des Daten-Erfassungssignals an eine ausgewählte Zieleinrichtung, wie eine Auswerteeinrichtung, geeignet ist. Das Datenübertragungs-Netzwerk kann kabelgebunden oder drahtlos ausgebildet sein. Insbesondere kann das Datenübertragungs-Netzwerk als ein standardisiertes Datenübertragung-Netzwerk ausgebildet sein, besonders bevorzugt als ein lokales Netzwerk, welches mittels Ethernet-, WLAN- oder Bluetooth-Netzwerktechnik, betrieben werden kann. Dadurch kann die Volumenmessvorrichtung in besonders einfacher und kostengünstiger Weise in ein beispielsweise bereits existierendes Datenübertragungs-Netzwerk eingegliedert werden. Somit können zur Inbetriebnahme einer Volumenmessvorrichtung unter anderem Zusatzkosten zur Verlegung von Leitungen zwischen der Volumenmessvorrichtung und einer Auswerteeinrichtung vermieden werden.
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Vorzugsweise umfasst die Datenübertragungseinrichtung eine WLAN-Antenne und/oder einen Netzwerk-Steckverbinder. Dadurch kann eine Anbindung der Volumenmessvorrichtung an ein bestehendes Datenübertragungs-Netzwerk in besonders einfacher Weise erfolgen. Eine WLAN-Antenne ermöglicht eine Anbindung der Umwandlungs-Elektronik an ein drahtloses Funk-Netzwerk, der Netzwerk-Steckverbinder bevorzugt an ein kabelgebundenes Netzwerk. Ein solcher Netzwerk-Steckverbinder kann beispielsweise ein sogenannter RJ-Steckverbinder, beispielsweise mit einer an der Datenübertragungseinrichtung angeordneten RJ-Steckerbuchse und einem RJ-Stecker an einem abgehenden Datenkabel.
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Vorzugsweise ist die Datenübertragungseinrichtung geeignet, ein über ein Datenübertragungs-Netzwerk übertragbares Datenpaket zu generieren, welches zumindest das Daten-Erfassungssignal und/oder individuelle Angaben über die Volumenmessvorrichtung, wie beispielsweise eine Netzwerkadresse oder eine Seriennummer, beinhaltet. Das Datenpaket kann insbesondere das Daten-Erfassungssignal und zusätzlich Informationen über einen Absender, wie eine bestimmte Volumenmessvorrichtung, und einen Empfänger des Datenpakets, wie eine Auswerteinrichtung, eine Logistikeinrichtung oder eine Wartungseinrichtung, enthalten. Ferner kann das Datenpaket Statusmeldungen, zum Beispiel mögliche Fehler der Volumenmessvorrichtung oder bei einer Änderung eines Parameters, wie zum Beispiel der Temperatur, aussenden. Das Senden der Datenpakete kann vereinzelt oder in festen Zyklen erfolgen. Besonders bevorzugt ist das Datenpaket als ein standardisiertes Datenpaket, beispielsweise eines Feldbus-Systems, ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist das Datenübertragungs-Netzwerk als ein Feldbussystem ausgebildet. Dadurch kann eine Anbindung der Volumenmessvorrichtung an ein bestehendes Datenübertragungs-Netzwerk in besonders einfacher Weise und ein Betrieb in besonders sicherer Weise erfolgen. Ferner kann eine individuelle Programmierung der gewünschten Datenübertragungen und/oder Steuerungsfunktionen, insbesondere ein Aktivieren einer Datenübertragung, in relativ einfacher Weise erfolgen.
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Vorzugsweise umfasst die Umwandlungs-Elektronik einen Datenspeicher, insbesondere einen Halbleiterspeicher. Dadurch können vorteilhafterweise insbesondere die an der Umwandlungs-Elektronik empfangenen oder umgewandelten Daten zumindest temporär gespeichert werden. Ferner können auch Betriebsparameter, wie Dauer des Betriebs (Betriebsstunden), Umdrehungen, Schaltzyklen, Impulse der Erfassungseinrichtung oder Stillstands-und Betriebszeiten gespeichert, über das Datenübertragungs-Netzwerk abgesendet und/oder von einem übergeordneten IT-System abgefragt werden. Dazu ist der Halbleiterspeicher bevorzugt maschinenlesbar und/oder maschinenschreibbar ausgebildet. Besonders bevorzugt ist der Halbleiterspeicher als ein nicht-flüchtiger Datenspeicher ausgebildet, so dass bei einer Unterbrechung der Stromversorgung, wie beispielsweise bei einem Stromausfall, ein Verlust der Daten vermieden werden kann.
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Optional kann die Umwandlungs-Elektronik einen Mikroprozessor zur Steuerung der Elektronik und der einzelnen Datenströme umfassen. Ferner kann die Umwandlungs-Elektronik optional auch ein Display zum Anzeigen des Daten-Erfassungssignals aufweisen. Dadurch kann vorteilhafterweise, insbesondere zusätzlich, auch unmittelbar an der Volumenmessvorrichtung eine Wiedergabe des vorliegend erfassten Fluidvolumens erfolgen.
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Das erfindungsgemäße System zur Überwachung zumindest einer Volumenmessvorrichtung, welche ein Gehäuse, eine zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass angeordnete Strömungspassage, eine darin angeordnete das Fluid in voneinander getrennte oder miteinander verbundene Förderraumbereiche unterteilende Teilungs-Einrichtung und ein Fluidvolumen-Erfassungssystem aufweist, das einen Sensor umfasst, der in Abhängigkeit einer Bewegung der Teilungs-Einrichtung ein Sensor-Impulssignal ausgibt, wobei an dem Sensor und/oder an dem Gehäuse eine Umwandlungs-Elektronik zur Umwandlung des Sensor-Impulssignals in ein zeitabhängiges und Angaben über den Fluidvolumenstrom enthaltendes Daten-Erfassungssignal angeordnet ist, umfasst zumindest eine mit der Umwandlungs-Elektronik ausgestattete Volumenmessvorrichtung, eine von der Umwandlungs-Elektronik räumlich getrennt angeordnete zentrale Auswerteeinrichtung zur Auswertung eines von der Umwandlungs-Elektronik generierten Daten-Erfassungssignals und ein Datenübertragungs-Netzwerk, wobei die Umwandlungs-Elektronik und die Auswerteeinrichtung zumindest zur Übertragung des Daten-Erfassungssignals von der Umwandlungs-Elektronik an die Auswerteeinrichtung mit einem Datenübertragung-Netzwerk verbunden sind. Dadurch kann der Betrieb einer solchen Volumenmessvorrichtung, insbesondere in einer größeren Anlage mit mehreren Volumenmessvorrichtungen, relativ unkompliziert, zeit- und kostengünstig erfolgen. Darüber hinaus kann ein solches System jederzeit, in relativ einfacher Weise um Teilnehmer verkleinert oder erweitert werden. Zudem können die Daten exakt dann abgefragt bzw. zur Verfügung gestellt werden, wenn diese benötigt werden.
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Vorzugsweise sind bei dem System zur Datenübertragung zusätzlich eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Volumenmessvorrichtung, eine Speichereinrichtung zur Speicherung von Daten und/oder eine Logistikeinrichtung zur Materialversorgung der Volumenmessvorrichtung mit dem Datenübertragungs-Netzwerk verbunden. Dadurch kann der Betrieb einer oder mehrerer Volumenmessvorrichtungen insbesondere vollautomatisch ablaufen, wobei jeder Teilnehmer des Datenübertragungs-Netzwerk eine jeweils erforderliche Aktion, wie beispielsweise eine Beauftragung zum Nachbefüllen der die Volumenmessvorrichtung aufweisenden Anlage mit Granulat, auslösen kann. Dadurch kann der Betrieb einer oder mehrerer Volumenmessvorrichtungen besonders unkompliziert, sicher, zeit- und kostengünstig erfolgen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung einer Volumenmessvorrichtung, welches ein Gehäuse, eine zwischen einem Fluideinlass und einem Fluidauslass angeordnete Strömungspassage, eine darin angeordnete das Fluid in voneinander getrennte oder miteinander verbundene Förderraumbereiche unterteilende Teilungs-Einrichtung und ein Fluidvolumen-Erfassungssystem aufweist, das einen Sensor umfasst, der in Abhängigkeit einer Bewegung der Teilungs-Einrichtung ein Sensor-Impulssignal ausgibt, wobei unmittelbar oder mittelbar an dem Sensor und/oder an dem Gehäuse eine Umwandlungs-Elektronik zur Umwandlung des Sensor-Impulssignals in ein zeitabhängiges und Angaben über den Fluidvolumenstrom enthaltendes Daten-Erfassungssignal angeordnet ist, sieht die folgenden Schritte vor:
- a) Erfassen zumindest eines von einem Sensor ausgegebenen Sensor-Impulssignals an einer Umwandlungs-Elektronik,
- b) Umwandeln des Sensor-Impulssignals in ein zeitabhängiges und Angaben über einen Fluidvolumenstrom enthaltendes Daten-Erfassungssignal mittels der Umwandlungs-Elektronik,
- c) Generieren eines Datenpakets mittels der Umwandlungs-Elektronik, wobei das Datenpaket zumindest das Daten-Erfassungssignal und/oder individuelle Angaben über die Volumenmessvorrichtung beinhaltet,
- d) Übertragen des Datenpakets von der Umwandlungs-Elektronik an eine Auswerteeinrichtung über ein Datenübertragungs-Netzwerk, und
- e) Auswerten der mittels des Datenpakets übertragenen Daten in der Auswerteeinrichtung.
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Optional kann zusätzlich ein Senden des Datenpakets an eine Steuerungseinrichtung, Logistikeinrichtung oder einen separaten Datenspeicher erfolgen. Dadurch kann der Betrieb einer oder mehrerer Volumenmessvorrichtungen besonders unkompliziert, sicher, zeit- und kostengünstig erfolgen.
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Im Folgenden wird noch ganz allgemein auf die möglichen Ausgestaltungen eines Datenübertragungs-Netzwerks eingegangen, wobei die vorliegende Erfindung eine jede Netzwerktechnik zulässt und somit eine jede Netzwerktechnik optional anwendbar ist:
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Jedes Netzwerk basiert auf Übertragungstechniken, Protokollen und Systemen, die eine Kommunikation zwischen den Netzwerk-Teilnehmern ermöglichen. Bestimmte Netzwerktechniken unterliegen dabei Beschränkungen, die insbesondere deren Reichweite und Ausdehnung begrenzt. Hierbei haben sich verschiedene Netzwerkdimensionen durchgesetzt, für die es unterschiedliche Netzwerktechniken gibt.
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In der Netzwerktechnik bestimmen Protokolle den Ablauf der Kommunikation zwischen den Systemen. Netzwerk-Protokolle sind eine Sammlung von Regeln, die den Ablauf einer Kommunikation zwischen zwei oder mehr Systemen festlegen. Ein Netzwerk-Protokoll definiert, wie die Kommunikation aufgebaut wird, wie und über was sich dieses Thema austauschen und wie die Kommunikation wieder beendet wird. Während einer Kommunikation werden also nicht nur Informationen oder Daten ausgetauscht, sondern zusätzlich Protokoll-Information die beim Empfänger verarbeitet werden. Typischerweise ist nicht nur ein Netzwerk-Protokoll für die Kommunikation verantwortlich, sondern mehrere, die ganz bestimmte Teilaufgaben innerhalb der Kommunikation übernehmen. Die Einteilung erfolgt anhand eines Schichtenmodells. Ein Protokoll ist in der Regel einer bestimmten Schicht zugeordnet.
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Innerhalb eines Netzwerks werden spezielle Netzwerk-Adressen verwendet, um Sender und Empfänger eines Datenpakets oder einer Nachricht zu adressieren. Dabei unterscheiden sich Netzwerk-Adressen anhand ihrer Funktion, Anwendungen und Protokoll-Schicht. Das bedeutet, dass eine Kommunikation auf jeder Schicht mit eigenen Adressen arbeitet.
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Ein Netzwerk kann man grob in eine physikalische und logische Anordnung von Geräten und Teilnetzwerken gliedern. Ein logisch gegliedertes Netzwerk definiert, wo sich welches Gerät in einem Netzwerk befindet. Die physikalische Gliederung bricht das Netzwerk auf einzelne Ports und Kabelverbindungen herunter. Unter einer Netzwerktopologie versteht man die physikalische Anordnung von Netzwerkstationen, die über ein Übertragungsmedium miteinander verbunden sind. Die Netzwerktopologie bestimmt die einzusetzende Hardware, sowie die Zugriffsmethoden auf das Übertragungsmedium. Die Bustopologie, manchmal auch Kettentopologie genannt, besteht aus mehreren Stationen, die hintereinander geschaltet sind. Die Stationen sind über eine gemeinsame Leitung miteinander verbunden. Alle Stationen, die an den Bus angeschlossen sind, haben Zugriff auf das Übertragungsmedium und die Daten, die darüber übertragen werden. Um Störungen auf der Leitung zu verhindern und die physikalischen Bedingungen zu verbessern, werden die beiden Kabelenden mit einem Abschlusswiderstand versehen. Eine zentrale Netzwerkkomponente, die die Abläufe auf dem Bus regelt, gibt es nicht. Dafür ist ein Zugriffsverfahren für die Abläufe auf dem Bus verantwortlich, an dessen Regeln sich alle Stationen halten. Die Intelligenz sitzt in den Stationen, wie der Umwandlungs-Elektronik, und wird in der Regel durch ein komplexes Protokoll vorgegeben. Der Kabelbus selber ist nur ein passives Übertragungsmedium. Den Daten wird die Adresse des Empfängers, des Senders und eine Fehlerbehandlung angehängt. Die Stationen, die nicht als Empfänger adressiert sind, ignorieren die Daten. Die Station, die adressiert ist, liest die Daten und schickt eine Bestätigung an den Sender. Senden zwei Stationen gleichzeitig, dann überlagern sich die Signale. Es entsteht ein elektrisches Störsignal auf dem Bus. Die Übertragung wird unterbrochen. Nach einer gewissen Zeit, versuchen die Station wieder Daten zu senden und der Vorgang wird so oft wiederholt, bis eine Station es schafft, die Daten erfolgreich zu verschicken.
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Die Ringtopologie ist eine geschlossene Kabelstrecke, in der die Netzwerkstationen mit einem durchgehenden Kabelring miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass an jeder Station ein Kabel ankommt und ein Kabel abgeht. In der Ringtopologie muss sich typischerweise keine aktive Netzwerkkomponente befinden. Die Steuerung und der Zugriff auf das Übertragungsmedium regelt ein Protokoll, an das sich alle Stationen halten. Allerdings macht ein Ringmanager Sinn. Denn, wenn der Ring an einer Stelle unterbrochen ist, dann kann der Ringmanager den Ringbetrieb in einen Busbetrieb umschalten. Das bedeutet, dass die Ringstopologie redundant ist, was in Produktionsumgebungen wichtig ist, die auf hohe Verfügbarkeit angewiesen sind.
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In der Sterntopologie findet sich eine zentrale Station, die eine Verbindung zu allen anderen Stationen unterhält. Jede Station ist über eine eigene Leitung mit der zentralen Station verbunden. Es handelt sich im Regelfall um einen Hub oder einen Switch. Der Hub oder Switch übernimmt die Verteilerfunktion für die Datenpakete. Dazu werden die Datenpakete entgegengenommen und an das Ziel weitergeleitet. Die Datenbelastung der zentralen Station ist sehr hoch, da alle Daten und Verbindungen darüber laufen. Das Netzwerk funktioniert nur so lange, bis die Zentralstation ausfällt. Die anderen Netzwerkstationen können jederzeit hinzugefügt oder entfernt werden. Sie haben keinen Einfluss auf den Betrieb des Netzwerks.
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Ein Netzwerk mit Sternbusstruktur ist eine Kombination aus Stern- und Bustopologie. Über eine Sternstruktur sind die Stationen mit einem Hub verbunden. Mehrere Hubs sind über eine Busleitung miteinander verbunden.
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Die Baumtopologie ist eine erweiterte Sterntopologie. Größere Netze haben diese Struktur. Vor allem dann, wenn mehrere Topologie miteinander kombiniert werden. Meist bildet ein übergeordnetes Netzwerkelement, entweder ein Koppelelement oder eine andere Topologie, die Wurzel. Von dort bildet sich ein Stamm mit vielen Verästelungen und Verzweigungen.
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Die vorliegende Volumenmessvorrichtung kann Bestandteil einer beliebigen zuvor beschriebenen Netzwerktopologie sein, insbesondere kann die Volumenmessvorrichtung von einem übergeordneten IT-System über eine Netzwerkadresse angesprochen oder die von einer Volumenmessvorrichtung gesendeten Daten anhand der Netzwerkadresse identifiziert werden.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
- 1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Volumenmessvorrichtung;
- 2 ein Darstellung eines erfindungsgemäßen Überwachungssystems; und
- 3 ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Überwachungsverfahrens.
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In der 1 ist eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Volumenmessvorrichtung 1, oder auch Volumenmesszelle genannt, zum Messen eines Fluidvolumenstroms, insbesondere einer hochviskosen Flüssigkeit, wie einer Paste, eines Klebstoffs oder einer Dichtmasse, in einer Schnittdarstellung gezeigt. Die Volumenmessvorrichtung 1 weist ein Gehäuse 10 mit zumindest einem Fluideinlass 11 und einem Fluidauslass 12 auf. Zwischen dem Fluideinlass 11 und dem Fluidauslass 12 ist ein Strömungskanal 13 angeordnet, der in der Volumenmessvorrichtung 1 eine Strömungspassage 14 ausbildet.
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In der Strömungspassage 14 ist eine als im Wesentlichen von zwei Zahnrädern ausgebildete Teilungs-Einrichtung 16 angeordnet, welche mittels mehrerer Verzahnungselementen 16a, 16b, 16c, 16d, etc. die Strömungspassage 14 in fluidisch miteinander verbundene und/oder voneinander getrennte Förderraumbereiche 14a, 14b unterteilt. Die beiden Zahnräder der Teilungs-Einrichtung 16 sind drehbar gelagert und können beispielsweise in der vorliegend gezeigten Pfeilrichtung durch das die Volumenmessvorrichtung 1 hindurchströmende Fluid angetrieben werden. Der erste Förderraumbereich 14a und der zweite Förderbereich 14b definieren dabei in einer an sich bekannten Weise ein bestimmtes Fluidvolumen, welches bei Drehen der Teilungs-Einrichtung 16 von dem Fluideinlass 11 zu dem Fluidauslass 12 gefördert wird.
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Zur Erfassung der im Betrieb durch die Volumenmessvorrichtung 1 hindurchtretenden Fluidmenge weist die Volumenmessvorrichtung 1 ein Erfassungssystem 7 auf, welches vorliegend als ein berührungsfrei arbeitendes System aufgebaut ist. Das Erfassungssystem 7 umfasst insbesondere einen Sensor 71 und Erreger 72. Dabei ist jeweils ein magnetische Erreger 72 in der Spitze eines jeden Verzahnungselements 16a, 16b, 16c, 16d angeordnet.
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In einem Bereich des Gehäuses 10, der umfangsseitig der Teilungs-Einrichtung 16 ausgebildet ist, ist der Erfassungssenor 71 angeordnet, welcher ist beispielsweise als ein Feldplattensensor ausgebildet ist. Bei einem Vorbeieilen eines Verzahnungselements 16a, 16b, 16c, 16d, etc. an dem Sensor 71 gibt der Sensor 71 ein Sensor-Impulssignal 200 an eine Umwandlungs-Elektronik 3 ab. Alternativ kann die Erfassung mittels eines Induktivsensors erfolgen.
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Die vorliegend an dem Gehäuse 10 angeordnete Umwandlungs-Elektronik 3 dient einer Umwandlung des Sensor-Impulssignals 200 in ein zeitabhängiges und Angaben über den Fluidvolumenstrom enthaltendes Daten-Erfassungssignal 300. Beispielsweise kann aus der Angabe über eine gewisse Anzahl an erfassten Impulssignal 200 der entsprechende Wert für den Fluidvolumenstrom berechnet werden, beispielsweise ein Wert von 30mg/Min. Für eine Speicherung des Sensor-Impulssignals 200 oder des Daten-Erfassungssignals 300 weist die Umwandlungs-Elektronik 3 vorliegend einen Datenspeicher 31, insbesondere einen Halbleiterspeicher, auf. In dem Datenspeicher 31 können ferner aus dem Impulssignal 200 abgeleitete, zum Beispiel interpolierte, Werte des Volumenzählers und/oder daraus abgeleiteten Werte für ein Fluidvolumen Strom bzw. Durchflussmenge abgespeichert werden. Zudem können noch weitere Daten auf dem Datenspeicher 31 vorhanden sein, zum Beispiel die Betriebsstunden, bei beheizten Volumenmessvorrichtungen die Temperaturdaten oder alle anderen notwendigen Daten. Zur Weiterverarbeitung des Daten-Erfassungssignals 300, insbesondere zu Digitalisierung, kann die Umwandlungs-Elektronik 3 einen Analog-Digital-Wandler aufweisen, der vorliegend nicht näher dargestellt ist.
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Zur Weiterleitung zumindest des Daten-Erfassungssignals 300 weist die Umwandlungs-Elektronik 3 eine Datenübertragungseinrichtung 6 zum mechanischen und/oder elektronischen Verbinden der Umwandlungs-Elektronik 3 mit einem Datenübertragungs-Netzwerk 8 auf (dargestellt in 2). Die Datenübertragungseinrichtung 6 ist in der in 1 gezeigten Ausführung als eine Netzwerksteckbuchse ausgebildet. Die Datenübertragungseinrichtung 6 ist geeignet, ein über ein Datenübertragungs-Netzwerk 8 übertragbares Datenpaket zu generieren, welches zumindest das Daten-Erfassungssignal 300 und oder individuelle Angaben über die Volumenmessvorrichtung 1, wie beispielsweise eine Netzwerkadresse oder eine Seriennummer, beinhaltet.
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Wie insbesondere in der 2 dargestellt, umfasst das erfindungsgemäße System zur Überwachung von Volumenmessvorrichtungen 1 insbesondere ein Datenübertragungs-Netzwerk 8 mit verschiedenen hieran angebundenen Teilnehmern bzw. Geräten. So sind in dem gezeigten Datenübertragungs-Netzwerk 8 drei jeweils mit einer Umwandlungs-Elektronik 3 ausgestattete Volumenmessvorrichtungen 1, eine Auswerteeinrichtung 81, eine Steuerungseinrichtung 82, eine Logistikeinrichtung 83 und eine Speichereinrichtung 84 eingebunden.
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Die Auswerteeinrichtung 81 dient einer Auswertung des von der Umwandlungs-Elektronik 3 generierten Daten-Erfassungssignals 300. Hierbei kann beispielsweise eine in der mit der Volumenmessvorrichtung 1 ausgestatteten Anlage noch vorhandene Menge eines Verbrauchsmaterials, wie ein Granulat, berechnet und bedarfsweise ein Nachschub angefordert werden.
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Über die Steuerungseinrichtung 82, welche über das Datenübertragungs-Netzwerk 8 primär von der Auswerteeinrichtung 81 Daten empfängt, kann die mit der Volumenmessvorrichtung 1 ausgestattete Anlage beispielsweise auch über das Datenübertragungs-Netzwerk 8 angesteuert werden.
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Zur Materialversorgung der mit der Volumenmessvorrichtung 1 ausgestatteten Anlage dient vorliegend die Logistikeinrichtung 83, welche beispielsweise eine Logistiksoftware umfassen kann. Die Logistikeinrichtung 83 kann über das Datenübertragungs-Netzwerk 8 sowohl von der Auswerteeinrichtung 81 als auch unmittelbar von der Umwandlungs-Elektronik 3 Daten empfangen.
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Die Speichereinrichtung 84 dient insbesondere zur Speicherung von Daten, beispielsweise zu Archivierungs-, Verwaltungs- oder Abrechnungszwecke.
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In der 3 ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung einer Volumenmessvorrichtung 1 in einem Ablaufdiagramm schematisch gezeigt. In einem ersten Schritt 100 erfolgt ein Erfassen zumindest eines von dem Sensor 71 ausgegebenen Sensor-Impulssignals 200 an der Umwandlungs-Elektronik 3. In einem zweiten Schritt 101 erfolgt in das Daten-Erfassungssignal 300 mittels der Umwandlungs-Elektronik 3. In einem optionalen dritten Schritt 102 kann ein Speichern des Sensor-Impulssignals 200 und/oder des Daten-Erfassungssignals 300 in den dafür vorgesehenen Datenspeicher 31 und/oder in der Speichereinrichtung 84 erfolgen. In einem weiteren Schritt 103 erfolgt ein generieren eines Datenpakets mittels der Umwandlungs-Elektronik 3, wobei das Datenpaket zumindest das Daten-Erfassungssignal 300, individuelle Angaben über die Volumenmessvorrichtung 1, wie eine Seriennummer, und/oder Netzwerkangaben, wie eine Absenderadresse, beinhalten kann. In einem weiteren optionalen Schritt 104 kann ein Speichern des Datenpakets in den Datenspeicher 31 zur Sicherung und zum automatischen Abruf der Daten erfolgen. In dem Schritt 105 erfolgt ein Übertragen des Datenpakets von der Umwandlungs-Elektronik 3 an die Auswerteeinrichtung 81 über das Datenübertragungs-Netzwerk 8. In einem optionalen Schritt 106 kann das Datenpaket von der Umwandlungs-Elektronik 3 auch unmittelbar an die Logistikeinrichtung 83 übertragen werden, um hier beispielsweise unmittelbar einen Auftrag zur Materialversorgung auslösen zu können. Das von der Umwandlungs-Elektronik 3 an die Auswerteeinrichtung 81 übertragene Datenpaket wird in dem Schritt 107 in der Auswerteeinrichtung 81 ausgewertet. Sodann kann ein optionaler Schritt 108 erfolgen, bei dem eine Weiterleitung des Datenpakets und/oder eines Auftrags von der Auswerteeinrichtung 81 an die Steuerungseinrichtung 82, Logistikeinrichtung 83 und/oder die Speichereinrichtung 84 erfolgt.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist. Insbesondere der Aufbau der Volumenmessvorrichtung, des Überwachungssystems und auch des Datenübertragungs-Netzwerks können - ohne den Kern der Erfindung zu verändern - durchaus modifiziert sein, insbesondere in sämtliche, an sich bekannte Ausgestaltungen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 2554466 A1 [0008]
- DE 4042397 C2 [0008]
- DE 19516236 A1 [0008]
- DE 9420572 U1 [0008]
- DE 3147208 A1 [0008]
- WO 2014/045184 A2 [0008]
- DE 19513781 B4 [0010]
- DE 4208869 A1 [0010]
- EP 3015829 A1 [0010]
- DE 9412912 U1 [0010]
- DE 102011118855 A1 [0010]
- WO 9312405 [0010]
