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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Füllstandmessung, Grenzstandmessung, Druckmessung oder Durchflussmessung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen doppelwandigen Behälter mit einem Sensor, ein Verfahren zur Installation eines Sensors in einem doppelwandigen Behälter und zum Messen einer Prozessgröße eines Füllguts in dem Behälter, sowie eine bestimmte Verwendung eines Sensors.
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Hintergrund
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Sensoren, die zur Messung von Prozessgrößen innerhalb eines geschlossenen Behälters eingesetzt werden, sind typischerweise in einer Behälteröffnung installiert. Alternativ kann der Sensor auch im Inneren des Behälters angeordnet sein oder, wenn es sich bei dem Sensor um einen Radarsensor handelt und bei dem Behälter um einen Kunststoffbehälter, außerhalb des Behälters. Im letzteren Fall erfolgt die Messung direkt durch die Behälterwand.
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Zusammenfassung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anbringung des Sensors an oder in einem Behälter anzugeben, welche den Sensor schützt und bei der der Sensor gute Messergebnisse liefert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen.
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Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft einen doppelwandigen Behälter, der eine innere Wand und eine äußere Wand aufweist, die einen Zwischenraum einschließen. Es ist ein Sensor vorgesehen, der in dem durch die innere Wand und die äußere Wand definierten Zwischenraum angebracht ist.
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In doppelwandigen Tanks, Silos, Behältern aus nicht leitenden Materialien, wie beispielsweise Kunststoff, ist eine Sensormontage an der äußeren Hülle (äußere Wand) oft problematisch. Die äußere Hülle und die innere Hülle können insbesondere bei Verwendung eines berührungsfreien Messverfahrens, wie z. B. der Radarmesstechnik, Störsignale erzeugen. Diese Störsignale können die Messung negativ beeinflussen.
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Durch die Montage des Sensors im Zwischenraum zwischen der äußeren Wand und der inneren Wand, und insbesondere auf der inneren Wand des doppelwandigen Behälters können diese Störeinflüsse, die durch Behälterwände hervorgerufen werden, verringert werden.
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Hierfür wird für die nachträgliche Montage des Sensors die äußere Hülle geöffnet und nach der Montage wieder verschlossen, um die Statik des Behälters wiederherzustellen. Alternativ kann der Sensor auch schon während der Herstellung des Behälters an der inneren oder äußeren Hülle angebracht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Sensor unlösbar an der inneren Wand oder der äußeren Wand angebracht.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor lösbar an der inneren Wand oder der äußeren Wand angebracht.
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Die Montage des Sensors auf der inneren oder äußeren Hülle kann z. B. durch Aufkleben, Anschrauben oder Eingießen erfolgen. Ist eine wieder lösbare Verbindung vorgesehen, kann z. B. diese in Form eines Saugnapfes oder dergleichen bereitgestellt werden. Auch kann im Behälter ein Einschub vorgesehen sein, in welchen der Sensor eingeschoben wird, oder eine Montageplatte, welche den Sensor hält. Somit kann die Montage auch mit Hilfe von Zubehör erfolgen, wie z. B. eine Montageplatte, die auf die innere Wandung des Behälters unlösbar oder wieder lösbar angebracht wird. Der Sensor wiederum wird auf der Montageplatte befestigt, beispielsweise durch Anschrauben, durch einen Klemmverschluss oder mittels elastischer oder nicht elastischer Spannbänder.
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Durch die Montage im Zwischenraum kann der Sensor nicht mittels drahtgebundener Versorgung oder einer drahtgebundenen Kommunikationsschnittstelle betrieben werden. Daher kann der Sensor eine autarke Energieversorgung, wie beispielsweise eine Batterie oder Akkus, aufweisen und/oder mittels Energy Harvesting die für seinen Betrieb und seine Kommunikation notwendige Energie aufbringen. Die Übertragung der Mess- und Parametrierdaten erfolgt mittels Funktechnik an ein Cloud-basiertes System oder eine anderweitige externe Einrichtung. Bei einem Behälter mit transparenter äußeren Hülle kann die Übertragung auch über eine optische Schnittstelle erfolgen, z.B. Infrarot.
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Das Wiederaufladen des Sensors, insbesondere bei Verwendung von Akkus zur Energieversorgung, kann über induktive Ladetechniken und somit berührungslos erfolgen, sodass der Sensor von außerhalb der Behälterhülle aufgeladen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform besteht der Behälter aus nicht leitendem Material, insbesondere Kunststoff.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sensor ein Gehäuse auf, welches nicht oder zumindest nicht vollständig geschlossen ist. Dies wird insbesondere deswegen ermöglicht, weil der Sensor von der inneren und der äußeren Behälterwand geschützt wird.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor ein Füllstandsensor, ein Grenzstandsensor, ein Drucksensor oder ein Durchflusssensor.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Sensor eine Ladeeinrichtung auf, eingerichtet zum berührungslosen Aufladen eines Energiespeichers des Sensors durch die äußere Wand des Behälters.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Installation eines Sensors in einem doppelwandigen Behälter und gegebenenfalls zum Messen einer Prozessgröße eines Füllguts in dem Behälter. Zunächst wird der Sensor in dem durch die innere Wand und die äußere Wand definierten Zwischenraum des doppelwandigen Behälters angebracht. Daraufhin erfolgt das Messen der Prozessgröße (nur) durch die innere Wand.
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Die äußere Wand kann somit das Messergebnis nicht verfälschen.
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Sensor und Behälter können für die Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld vorgesehen sein. Unter dem Begriff „Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld“ kann ein Teilgebiet der Technik verstanden werden, welches Maßnahmen zum Betrieb von Maschinen, Vorrichtungen und Anlagen ohne Mitwirkung des Menschen beinhaltet. Ein Ziel der Prozessautomatisierung ist es, das Zusammenspiel einzelner Komponenten in einem System, wie einer Werksanlage in den Bereichen Chemie, Lebensmittel, Pharma, Erdöl, Papier, Zement, Schifffahrt oder Bergbau zu automatisieren. Hierzu können eine Vielzahl an Sensoren eingesetzt werden, welche insbesondere an die spezifischen Anforderungen der Prozessindustrie, wie bspw. mechanische Stabilität, Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzung, extremen Temperaturen und extremen Drücken, angepasst sind. Messwerte dieser Sensoren werden üblicherweise an eine Leitwarte übermittelt, in welcher Prozessparameter wie Füllstand, Grenzstand, Durchfluss, Druck oder Dichte überwacht und Einstellungen für die gesamte Werksanlage manuell oder automatisiert verändert werden können.
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Ein Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Logistikautomation. Mit Hilfe von Distanz- und Winkelsensoren werden im Bereich der Logistikautomation Abläufe außerhalb oder innerhalb eines Gebäudes oder innerhalb einer einzelnen Logistikanlage automatisiert. Typische Anwendungen finden z.B. Systeme zur Logistikautomation im Bereich der Gepäck- und Frachtabfertigung an Flughäfen, im Bereich der Verkehrsüberwachung (Mautsysteme), im Handel, der Paketdistribution oder aber auch im Bereich der Gebäudesicherung (Zutrittskontrolle). Gemein ist den zuvor aufgezählten Beispielen, dass eine Präsenzerkennung in Kombination mit einer genauen Vermessung der Größe und der Lage eines Objektes von der jeweiligen Anwendungsseite gefordert wird. Hierfür können Sensoren auf Basis optischer Messverfahren mittels Laser, LED, 2D-Kameras oder 3D-Kameras, die nach dem Laufzeitprinzip (time of flight, ToF) Abstände erfassen, verwendet werden.
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Ein weiteres Teilgebiet der Prozessautomatisierung im industriellen Umfeld betrifft die Fabrik-/Fertigungsautomation. Anwendungsfälle hierzu finden sich in den unterschiedlichsten Branchen wie Automobilherstellung, Nahrungsmittelherstellung, Pharmaindustrie oder allgemein im Bereich der Verpackung. Ziel der Fabrikautomation ist, die Herstellung von Gütern durch Maschinen, Fertigungslinien und/oder Roboter zu automatisieren, d. h. ohne Mitwirkung des Menschen ablaufen zu lassen. Die hierbei verwendeten Sensoren und spezifischen Anforderungen im Hinblick auf die Messgenauigkeit bei der Erfassung der Lage und Größe eines Objektes sind mit denen der im vorigen Beispiel der Logistikautomation vergleichbar.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft die Verwendung eines oben und im Folgenden beschriebenen Sensors in einem Zwischenraum eines doppelwandigen Behälters.
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Im Folgenden werden mit Verweis auf die Figuren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Werden in der folgenden Figurenbeschreibung die gleichen Bezugszeichen verwendet, so bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Elemente. Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen doppelwandigen Behälter mit einem Sensor gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 zeigt einen doppelwandigen Behälter mit einem Sensor gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 3 zeigt einen doppelwandigen Behälter mit einem Sensor gemäß einer dritten Ausführungsform.
- 4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
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Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
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1 zeigt einen doppelwandigen Behälter 200 mit einer inneren Wand 201 und einer äußeren Wand 202, zwischen denen sich ein Zwischenraum 203 befindet. Bei dem doppelwandigen Behälter handelt es sich beispielsweise um ein Silo, einen Tank oder, allgemein, einen Behälter aus nicht leitendem Material.
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Die äußere Wand 202 des doppelwandigen Behälters 200 weist im oberen Bereich eine verschlossene Öffnung 204 auf, durch welche der Sensor 100 in den Zwischenraum eingebracht werden kann. Im Falle der 1 wird er dann an der inneren Wand 201 lösbar oder unlösbar montiert.
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Bei dem Sensor 100 handelt es sich beispielsweise um einen berührungslos messenden Radarsensor, der den Füllstand im Inneren des doppelwandigen Behälters 200 misst. Es kann sich aber auch um einen anderen Sensor handeln, beispielsweise einen Temperatursensor.
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2 zeigt einen doppelwandigen Behälter 200, bei dem der Sensor 100 auf einer lösbaren bzw. unlösbaren Zubehörplatte 120, die an der inneren Wand 201 angebracht ist, montiert ist.
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3 zeigt einen doppelwandigen Behälter 200, ebenfalls mit einem im Zwischenraum 203 angebrachten Sensor 100. An die äußere Wand ist ein Ladesystem 101 angebracht oder angelegt, welches den Sensor 100 durch die äußere Wand hindurch aufladen kann, beispielsweise induktiv.
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Der autarke Sensor 100 weist eine eigene interne Energieversorgung und ein Funk-Kommunikationsmodul auf. Die Montage erfolgt mittels unlösbarer oder lösbarer Verbindung oder mittels lösbaren oder unlösbaren Montagezubehörteilen, auf denen der Sensor befestigt werden kann. Die beschriebene Montagemethode ist mit konventionellen, drahtgebundenen Sensorsystemen nicht möglich, da die äußere Hülle eines Behälters absolut dicht ausgeführt sein soll. Durch die autarke Versorgung mittels z. B. Batterien oder Akkus und der Funkübertragung des Messwerts kann die äußere Behälterhülle absolut dicht und geschlossen ausgeführt sein.
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Ein Aufladen des Sensorakkus erfolgt beispielsweise mittels induktiver Ladetechnik berührungsfrei durch Auflegen eines Ladegeräts auf die äußere Hülle. Insbesondere ist der im Zwischenraum angebrachte Sensor gegen Vandalismus und Diebstahl geschützt. Dies ist insbesondere bei Anwendung im öffentlichen Bereich, wie Müllbehälter, durch die Integration des Sensors in den doppelwandigen Behälter vorteilhaft.
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Auch ist der Sensor vor weiteren mechanischen Einflüssen geschützt, die beispielsweise beim Verladen des Behälters auftreten können. Gerade bei IBC-Behältern ist die Bauhöhe des Sensors immer wieder eine kritische Frage, da die Befürchtung besteht, dass die Sensoren beim Transportieren des Behälters beispielsweise durch die Gabel eines Gabelstaplers beschädigt oder abgerissen werden.
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Durch die Montage des Sensors im Zwischenraum bleibt der Behälter stapelbar, da der Sensor nicht „vorsteht“.
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Des Weiteren können die Herstellungskosten für das Sensorgehäuse reduziert werden, da der Sensor im doppelwandigen Behälter durch beide Behälterwände geschützt ist, sodass die Anforderungen für das Gehäuse des Sensors sowie die Auswahl des Werkstoffes kostensparend wirken können. Durch die innere Wandung des Behälters ist der Sensor gegen beispielsweise aggressive Flüssigkeiten geschützt. Die äußere Wandung schützt den Sensor gegen Umwelteinflüsse.
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4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens, bei dem in Schritt 401 der Sensor in dem durch die innere Wand und die äußere Wand des Behälters definierten Zwischenraum angebracht wird. In Schritt 402 wird die äußere Wand des Behälters verschlossen und in Schritt 403 erfolgt das Messen der Prozessgröße durch die innere Wand hindurch. In einem folgenden Schritt kann dann der Messwert durch die äußere Wand hindurch an eine externe Stelle übertragen werden.
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Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass „umfassend“ und „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und die unbestimmten Artikel „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkungen anzusehen.
