DE102021105826A1

DE102021105826A1 - Erfassungsvorrichtung, Erfassungssystem und Verfahren zur Erfassung des Füllstands eines Behälters, insbesondere Feinrechens sowie Behälter

Info

Publication number: DE102021105826A1
Application number: DE102021105826.0A
Authority: DE
Inventors: Paul Lingner; Arne Meincke; Jan Mieze; Sascha Müller-Baku; Tim Uhing
Original assignee: ACO Ahlmann SE and Co KG
Current assignee: ACO Ahlmann SE and Co KG
Priority date: 2021-03-10
Filing date: 2021-03-10
Publication date: 2022-09-15
Also published as: WO2022189451A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Erfassungsvorrichtung (2) zur Erfassung des Füllstands eines Behälters (4) für Anwendungen im Bauwesen, insbesondere im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik, mit mindestens einer Aufnahme (6), insbesondere einem Gehäuse, die am, insbesondere innerhalb des Behälters (4) anordbar oder angeordnet ist, zumindest eine an, insbesondere innerhalb der Aufnahme (6) angeordnete Sensoreinheit (8) zur Erfassung von Sensordaten, insbesondere eines Füllstands des Behälters (4), eine Sendeeinheit (10) zum Versenden eines Signals an eine externe Speichereinheit (12), wobei das Signal eine Information über den erfassten Füllstand aufweist, eine Einstelleinheit (14) zur Einstellung und/oder Konfiguration, insbesondere zur externen Einstellung und/oder Konfiguration, von zumindest einem Sendeparameter, insbesondere einem Sendeintervall, der Sendeeinheit (10).

Description

Schachtbauwerke dienen bekanntermaßen zum Ableiten von Wasser. Derartige Schachtbauwerke sind beispielsweise in Form von Regenrinnen oder Gullis in der Mitte von oder neben Straßen angeordnet, um das bei Regen anfallende Wasser in die Kanalisation abzuleiten.
Üblicherweise wird durch das abfließende Wasser jedoch auch Schlamm bzw. andere Abfallgegenstände mitgeführt, die innerhalb des Schachts durch einen Behälter, nämlich sogenannten Feinrechen, abgefangen werden, um sowohl das Schachtbauwerk als auch die Kanalisation nicht zu verstopfen.
Diese Feinrechen müssen in regelmäßigen Abständen geleert werden.
Ähnlich verhält es sich beispielsweise auch in Fettabscheidern oder in Kläranlagen, die Behälter aufweisen, die regelmäßig geleert werden müssen und bei denen es von Vorteil ist, den Füllstand zu erfassen.
Um eine Füllmenge bzw. einen Füllstand des jeweiligen Behälters zu erfassen, sind beispielsweise Ausgestaltungen mit diversen Sensoren bekannt, die den Füllstand des jeweiligen Behälters überwachen.
Aus der DE 101 05 600 A1 ist eine Vorrichtung zu Überwachung des Wasserstands in einem Schacht bekannt, wobei zwei vertikal voneinander beabstandete Sensoren Wasser erfassen und den Stand über ein GSM-Modem an eine Leitzentrale übermitteln können.
Die EP 3 699 559 A1 beschreibt eine Füllstandsmessvorrichtung für Feststoffe in Feststoffbehältern, wobei die Sensoren induktive oder kapazitive oder piezoelektrische Sensoren oder Drucksensoren oder optische Reflextaster sein können.
US 2004/0084359 A1 zeigt einen Füllstandssensor für ein System aus kabellosen Sensoren, die in einem Netzwerk verbunden sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Erfassungseinrichtung, ein Erfassungssystem sowie einen Behälter und ein Verfahren anzugeben, mit deren Hilfe eine einfache und insbesondere nach IoT-Standards konforme Erfassung und Übertragung eines Füllstands eines Behälters ermöglicht ist.
Mit Blick auf die Erfassungsvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Erfassungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Mit Blick auf den Behälter wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch einen Behälter mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und mit Blick auf das Erfassungssystem wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Erfassungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Mit Blick auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf die Erfassungsvorrichtung aufgeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen gelten in analoger Weise auch für den Behälter, das Erfassungssystem sowie das Verfahren und umgekehrt.
Konkret wird, die auf die Erfassungsvorrichtung gerichtete Aufgabe gelöst durch eine Erfassungsvorrichtung zur Erfassung des Füllstands eines Behälters für Anwendungen im Bauwesen, insbesondere im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik.
Die Erfassungsvorrichtung weist hierbei mindestens eine Aufnahme, insbesondere ein Gehäuse auf, die am Behälter anordbar oder angeordnet ist. Insbesondere ist die Aufnahme innerhalb des Behälters anordbar oder angeordnet. Bei dem Behälter handelt es sich beispielsweise um einen Schlitzeimer gemäß der Norm DIN 4052-D1.
Ferner weist die Erfassungsvorrichtung zumindest eine an der Aufnahme, insbesondere eine innerhalb der Aufnahme angeordnete Sensoreinheit zur Erfassung von Sensordaten, insbesondere zur Erfassung des Füllstands des Behälters auf. Bei an dem Behälter angeordneter Aufnahme ragt somit beispielsweise lediglich die Sensoreinheit in ein Inneres des Behälters, um den Füllstand zu erfassen.
Ebenfalls umfasst die Erfassungsvorrichtung eine Sendeeinheit zum Versenden eines Signals an eine externe Speichereinheit, wobei das Signal eine Information über den erfassten Füllstand aufweist. Sofern nachfolgend eine Übermittlung bzw. ein Versenden des Füllstands erwähnt wird, so ist darunter das Übermitteln bzw. Versenden des Signals, welches die Information über den Füllstand aufweist, zu verstehen.
Erfindungsgemäß weist die Erfassungsvorrichtung eine Einstelleinheit zur Einstellung und/oder Konfiguration von zumindest einem Sendeparameter der Sendeeinheit auf. Unter Einstellen kann hierbei beispielsweise verstanden werden, dass der zumindest eine Sendeparameter der Sendeeinheit in Abhängigkeit von äußeren und/oder funktionsbedingten Gegebenheiten eingestellt wird. Unter den äußeren und/oder funktionsbedingten Gegebenheiten kann hierbei beispielsweise ein Ort, an der sich die Erfassungsvorrichtung befindet oder dort (unter Umständen temporär) auftretende Beeinträchtigungen des Funkverkehrs verstanden werden, die auch nach der Inbetriebnahme der Erfassungsvorrichtung auftreten können und eine Einstellung notwendig machen. Unter der Konfiguration kann vorliegend beispielsweise eine Erst-Konfiguration im Rahmen der Erstinbetriebnahme der Erfassungsvorrichtung verstanden werden.
Insbesondere handelt es sich bei der Einstelleinheit um eine externe Einstelleinheit, d. h., dass die Einstellung und/oder Konfiguration des zumindest einen Sendeparameters beispielsweise von einem mobilen Endgerät oder einer zentralen Steuerzentrale aus erfolgt. Unter dem mobilen Endgerät kann hierbei beispielsweise ein Tablet oder ein Mobiltelefon verstanden werden.
Hierbei können beispielsweise Sendeeinheiten von mehreren Erfassungsvorrichtungen von Behältern von dieser einen Steuerzentrale aus konfiguriert werden. Unter dem zumindest einen Sendeparameter kann beispielsweise ein Sendeintervall verstanden werden, innerhalb dessen die Sendeeinheit den erfassten Füllstand an die externe Empfangseinheit sendet. Vorzugsweise wird der Füllstand des Behälters regelmäßig, z.B. stündlich, erfasst und einmal pro Tag von der Sendeeinheit an die Speichereinheit übermittelt.
Durch die Konfiguration der Sendeeinheit durch die Einstelleinheit ist eine einfache und zentralisierte Ein- und Umstellung des zumindest einen Sendeparameters ermöglicht, was zum einen Aufwand und zum anderen auch mögliche Kosten reduziert, da beispielsweise kein Techniker vor Ort an der jeweiligen Erfassungsvorrichtung eine derartige Konfiguration vornehmen muss. Dies kann, wie bereits vorstehend erwähnt, über das mobile Endgerät oder die Steuerzentrale erfolgen.
In einer Ausführungsform weist die Einstelleinheit eine Schnittstelle für eine drahtlose Datenübertragung und insbesondere eine Bluetooth Low Energy Schnittstelle bzw. eine Schnittstelle, die nach einem derartigen Standard ausgebildet ist, auf. Hierdurch ist zum einen die Einstelleinheit und speziell die Schnittstelle an modernen Standards und Technologien angepasst sowie hieraus folgend eine Kompatibilität bzw. Integrierung der Einstelleinheit und damit der Erfassungsvorrichtung in bereits bestehende Systeme ermöglicht. Mit Bezug auf das vorstehend genannte Beispiel erfolgt die Einstellung durch das mobile Endgerät über dessen Bluetooth Low Energy Schnittstelle. Alternativ oder ergänzend ist auch vorgesehen, die aktuelle Position der Erfassungsvorrichtung und/oder des Behälters auf das mobile Endgerät zu übertragen, die von dem GPS des mobilen Endgerätes ermittelt wird. Ferner ist es alternativ oder ergänzend denkbar, verschiedene Funktionspakete vorkonfiguriert über die Schnittstelle zu übertragen. Alternativ oder ergänzend ist auch eine drahtgebundene Datenübertragung denkbar.
Gemäß einer Ausführungsform weist die zumindest eine Sensoreinheit ein Leitfähigkeitssensorenpaar und/oder Leitfähigkeitselektroden und/oder zumindest einen Lichtsensor auf.
Die Erfassung des Füllstands des Behälters basiert bei Leitfähigkeitssensoren darauf, dass sich beispielsweise Schlamm und/oder Wasser im Behälter sammelt und der Wasseranteil den elektrischen Widerstand der Sensorik beeinflusst, insbesondere verringert. Diese Beeinflussung ist seitens der Sensorik erfassbar, wodurch eine Aussage über den Füllstand des Behälters getroffen werden kann. Zum Schutz vor Korrosion kann beispielsweise bei jeder neuen Erfassung eine Stromlaufrichtung der Sensorik gewechselt werden. Eine Auswertung der von den Sensoren bereitgestellten Signalen zur Beurteilung des Füllstands erfolgt beispielsweise innerhalb der Erfassungsvorrichtung durch eine Software oder Firmware. Alternativ oder ergänzend erfolgt eine Auswertung der Sensorsignale erst in einem cloudbasierten Speicher.
Die Erfassung des Füllstands per Lichtsensoren basiert darauf, dass beispielsweise trockener oder feuchter Schlamm im Behälter die Sensoren verdeckt. Erfasst ein Sensor bzw. die Sensoreinheit daher eine Beleuchtungsstärke von 0lx, wird dies mit einer Füllhöhe in Korrelation gebracht. Es ist hierbei insbesondere jedoch nicht einschränkend lediglich ein Lichtsensor pro Sensoreinheit vorgesehen.
Der Vorteil der Leitfähigkeitssensoren oder Lichtsensoren beruht darauf, dass die Erfassung des Füllstands des Behälters somit auf einfache, wartungsarme und ausfallsichere Art ermöglicht ist. Ferner ist es denkbar, dass die Sensoreinheit sowohl ein Leitfähigkeitssensorpaar als auch einen Lichtsensor in Kombination aufweist, um zum einen Redundanz und zum anderen beispielsweise eine genauere Messauflösung zu erreichen. Hierbei sind dann die Sensoren beider Sensorarten (d.h. Leitfähigkeitssensoren und Lichtsensoren) auf einer gleichen Höhe angebracht. Eine Messung erfolgt beispielsweise durch paarweises Messen der Spannungssensoren gegeneinander. Sollte eine Messung der Lichtsensoren abweichen, wird diese Abweichung nur zwischen z.B. 10:00 Uhr und 15:00 Uhr herangezogen und auch nur, wenn der Eimer voller gemessen wurde als die Spannungssensoren ergeben haben (getrockneter Schlamm innerhalb des Behälters wird dann als Szenario angenommen). Alle gemessenen Werte werden zu dem als Rohdaten in Millivolt für Spannungs- und in Millilux für Lichtsensoren übermittelt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Sensoren der Sensoreinheit, insbesondere das Leitfähigkeitssensorenpaar im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Höhe innerhalb des Gehäuses angeordnet. Unter im Wesentlichen kann hierbei verstanden werden, dass die Sensoren der Sensoreinheit und insbesondere die Leitfähigkeitssensoren nicht zwingend auf der gleichen Höhe angeordnet sein müssen, jedoch lediglich eine derartige Höhenabweichung aufweisen, dass dennoch ein erfasstes Signal nicht verfälscht oder abgeschwächt wird, sodass ein falscher Füllstand detektiert wird.
In einer Weiterbildung sind mehrere Sensoreinheiten innerhalb des Gehäuses angeordnet, wobei die mehreren Sensoreinheiten bei innerhalb des Gehäuses angeordnetem Gehäuse auf absoluten Höhen im Bereich von 0-100%, insbesondere 20-30%, 40-60% und 70-80% des Behälters angeordnet sind. Speziell sind die mehreren Sensoreinheiten auf absoluten Höhen im Bereich von 25%, 50% und 75% des Behälters angeordnet. Weiterhin alternativ können auch lediglich einzelne Sensoren oder sogar lediglich ein einziger Sensor vorgesehen sein.
Durch die Anordnung mehrere Sensoreinheiten an unterschiedlichen Höhen des Gehäuses und somit auch an unterschiedlichen Höhen des Behälters ist es ermöglicht nicht nur absoluten Füllstand des Behälters zu erfassen, sondern beispielsweise bei drei angeordneten Sensoreinheiten (auch als Sensorebenen bezeichnet) innerhalb des Behälters folglich drei relative Füllstände. Hierbei kann beispielsweise erfasst werden, ob der Behälter zu einem Drittel, zu zwei Drittel oder zu drei Dritteln und damit vollständig mit Füllgut gefüllt ist. Beispielsweise ist die mittlere Sensorebene zentral angeordnet, die Distanz zwischen mittlerer und unterer Sensorebene beträgt 65mm, die Entfernung zwischen mittlerer und oberer Sensorebene liegt bei 70mm.
In einer Ausführungsform ist die Sendeeinheit als eine Mobilfunkmodem und/oder als ein Low Power WAN-Modem, insbesondere als ein LoRoWAN oder SigFox ausgebildet. Bei dem Mobilfunkmodem kann es sich beispielsweise um ein Multibandmobilfunkmodem des Typs BC95-G handeln. Ein derartiges Modem nach dem Funkstandard Narrow-Band IoT operieren und trägt somit von heutigen Normen geforderten Eigenschaften Rechnung. Um eine Plug-and-Play-Lösung zu schaffen, weist das Modem eine SIM-Karte auf, die insbesondere im Rahmen der Produktion der Erfassungsvorrichtung aufgelötet wird.
Die Kommunikation vom Modem zur Speichereinheit kann beispielsweise mittels eines Universal Asynchronous Receiver Transmitter (UART) erfolgen, während ein Übertragungsprotokoll als User Datagram Protocol (UDP) ausgebildet ist, was eine Verringerung im Datenvolumenverbrauch zum Vorteil hat.
Die derart ausgestaltete Sendeeinheit bildet somit eine zentrale Schnittstelle für die Übertragung des erfassten Füllstands an die externe Speichereinheit aus und trägt dabei heutigen Normen und Anforderungen Rechnung.
Ferner weist die Erfassungsvorrichtung in einer Ausführungsform eine an der Aufnahme, insbesondere eine innerhalb der Aufnahme angeordnete Energieversorgungseinheit zur Versorgung der Komponenten auf. Bei der Energieversorgungseinheit kann es sich beispielsweise um eine oder mehrere Batterien und/oder Akkus handeln, die beispielsweise zur Steigerung der Robustheit und zur Vermeidung von Kontaktverlusten fest verlötet sind. Beispielsweise handelt es sich bei der Energieversorgungseinheit um drei Akkus nach Art eines Lithium-ThionylChlorid-Akkus mit einem Spannungswert im Bereich von 3-4V.
Ferner weist die den Batterien bzw. den Akkus entnehmbare Kapazität unter Einhaltung einer Mindestspannungsgrenze der elektronischen Bauteile vorzugsweise 3000mAh auf. Vorzugsweise ist der Stromverbrauch der Erfassungsvorrichtung durch Einstellung und Anpassung des Sendeintervalls, was erfindungsgemäß über die Einstelleinheit erfolgt, auf eine Laufzeit von 5 Jahren optimiert bzw. ausgelegt. Mit anderen Worten ist durch die anpassbare und einstellbare Konfiguration der Sendeeinheit und damit der Erfassungsvorrichtung eine Laufzeit von 5 Jahren ohne Batterie- oder Akkuwechsel sichergestellt. Hierzu trägt auch das lediglich einmal pro Tag stattfindende Übermitteln des erfassten Füllstands bei.
Unter den Komponenten kann hierbei die bereits vorstehend erwähnten Bauteile wie die zumindest eine Sensoreinheit, die Sendeeinheit und/oder die Einstelleinheit verstanden werden. Ferner sind die Komponenten derart ausgelegt, dass sie innerhalb eines Temperaturbereichs von -40°C bis +84°C ausfallfrei arbeiten.
Um die Aufnahme an, insbesondere innerhalb des Behälters anzuordnen und zu befestigen, weist die Aufnahme Befestigungselemente auf. Die Befestigungselemente sind beispielsweise als Einschubhaken und/oder Schnapphaken ausgebildet, um eine leichte Installation innerhalb des Behälters sicherzustellen. Alternativ oder ergänzend können zusätzlich weitere Arten von Befestigungselementen, beispielsweise Flügel für eine zusätzliche Vernietung der Aufnahme in bzw. an dem Behälter, vorgesehen werden, um zusätzliche Befestigungsstabilität zu schaffen. So weist die Erfassungsvorrichtung im innerhalb des Behälters angeordneten Zustand an einem unteren Ende (also dem Boden des Behälters zugewandten Ende der Aufnahme) Einschubhaken und am anderen Ende Schnapphaken auf.
Weiterhin ergänzend oder alternativ weist die Aufnahme einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid auf und ist insbesondere aus einem Polyamid gefertigt. Beispielsweise ist die Aufnahme aus Polyamid 6 (PA6) gefertigt, welches sich durch ein gutes Preis-/Leistungsverhältnis, eine optimale Schlagzähigkeit, durch seine Abrieb-/Verschleißfestigkeit und gute Witterungsbeständigkeit als vorteilhaft erwiesen hat. Ferner weist ein derartiges Polyamid eine gute Spannungsrissbeständigkeit auf. Alternativ kann es sich bei dem Kunststoff auch um ein Polypropylen (PP), ein thermoplastisches Elastomer (TPE), Kautschuk, Polyvinylchlorid (PVC) oder Polyoxymethylene (POM) handeln.
Um die Aufnahme weiterhin ergänzend oder alternativ vor elektrischen Kontaktverlusten und/oder Witterungseinflüssen wie insbesondere einem Wassereintritt zu schützen, ist diese und in einer Ausführungsform mit einem fluiddichten Vergussmittel, insbesondere mit Epoxidharz vergossen.
Konkret wird die auf den Behälter gerichtete Aufgabe gelöst durch einen Behälter für Anwendungen im Bauwesen, insbesondere im Tiefbau und/oder Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik, der eine Erfassungsvorrichtung der zuvor beschriebenen Art aufweist. Bei dem Behälter kann es sich insbesondere um einen Feinrechen handeln.
Konkret wird die auf das Erfassungssystem gerichtete Aufgabe gelöst durch ein Erfassungssystem zur Erfassung des Füllstands eines Behälters für Anwendungen im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung. Hierbei weist das Erfassungssystem einen Behälter, insbesondere einen Behälter der vorstehend beschriebenen Art, auf. Weiterhin weist das Erfassungssystem eine Erfassungsvorrichtung, insbesondere nach vorstehende Art, sowie eine Speichereinheit auf.
In dieser Ausgestaltung ist somit die insbesondere externe Speichereinheit Teil des Erfassungssystems. Die Speichereinheit ist ferner derart eingerichtet, zusätzlich zum Empfang des erfassten Füllstands diesen für zumindest einen Nutzer zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen. Unter der weiteren Verarbeitung kann im vorliegenden Sinne beispielsweise eine Archivierung oder ein Heranziehen des Füllstands für zu planende Leerungen und/oder Wartungen des Behälters verstanden werden.
In einer Ausführungsform sind die Sendeeinheit und die Speichereinheit derart eingerichtet, über Narrow-Band-IoT Funkstandard oder ein Mobilfunkmodem oder LoRoWAN oder SigFox miteinander zu kommunizieren und insbesondere den Füllstand zu übermitteln. Die Datenübertragung zwischen Erfassungsvorrichtung und als Cloud ausgebildeter Speichereinheit erfolgt grundsätzlich verschlüsselt (AES128) und authentifiziert (CMAC). Die hierfür eingesetzten Schlüssel werden während der Produktion auf das jeweilige Gerät gebracht. Für die Absicherung der Verbindung zwischen den Behältern und der Speichereinheit (Cloud) werden somit hinreichend starke vorinstallierte AES Keys (128 Bit) verwendet. Mittels AES-CCM Verfahren wird für die Vertraulichkeit, Integrität und Authentizität der Daten gesorgt. Es handelt sich somit um eine Ende-zu-Ende Sicherheit zwischen Behälter und Speichereinheit, welche auf keinerlei Sicherheitsmechanismen der dazwischenliegenden Infrastruktur angewiesen ist. Für die Absicherung der Verbindung zwischen der Speichereinheit und nachgelagerten Systemen dient das HTTPS bzw. MQTT-over-SSL Protokoll. Die Speichereinheit wird sich mittels Zertifikate authentifizieren, nachgelagerte System über Benutzername und Passwort (HTTP Basic AUTH, MQTT Connect mit Benutzername und Passwort).
Weiterhin ist die Speichereinheit derart eingerichtet den Einsatz in verschiedenen Rechenzentren zu unterstützen. Durch den Einsatz von drei oder mehr Rechenzentren lässt sich ein Cluster betreiben, welches den Totalausfall eines Standorts überbrücken kann.
Ferner sind mittels des beschriebenen Erfassungssytems folgende Funktionen für die jeweiligen Nutzer ermöglicht:

- Management der NB-IoT basierten Verbindungen zu den Behältern,
- Sicherstellen der Verbindungsintegrität und -verschlüsselung zu den Behältern,
- Device-Management (Verbindungsstatus, Signalstärke, Cell-ID, Firmware Version, Hardware Version) mit HTTPs/REST basierten Zugriff für nachgelagerte Systeme; Live-Daten können von nachgelagerten Systemen über eine MQTT Schnittstelle empfangen werden
- Auswertung der Sensordaten (Leitfähigkeitssensoren, Lichtsensoren) um den Füllstand des Behälters zu ermitteln. Der Zugriff für nachgelagerte Systeme auf diese Daten wird über eine HTTPs/REST basierte Schnittstelle realisiert sein. Live-Daten können von nachgelagerten Systemen über eine MQTT Schnittstelle empfangen werden.

Zusammenfassend ist mittels der beschriebenen Erfassungsvorrichtung und dem beschriebenen Erfassungssystem eine Erfassung, Übermittlung sowie Bereitstellung des Füllstands des Behälters nach heutigen Normen und Anforderungen, insbesondere hinsichtlich geforderter IoT-Normen erreicht.
Konkret wird die auf das Verfahren gerichtete Aufgabe durch ein Verfahren zum Betrieb eines Erfassungssystems zur Erfassung des Füllstands eines Behälters für Anwendungen im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung gelöst. Das Verfahren umfasst hierbei folgende Schritte:

- Erfassen eines Füllstands durch zumindest eine Sensoreinheit, die innerhalb des Behälters angeordnet ist;
- Übermittlung des erfassten Füllstands an eine Sendeeinheit und Übertragung des erfassten Füllstands durch die Sendeeinheit an eine externe Speichereinheit, insbesondere mittels Narrow-Band-IoT-Funkstandard;
- Empfangen sowie Bereitstellen des erfassten Füllstands durch die Speichereinheit für einen Nutzer zur weiteren Verarbeitung.

In einer Ausführungsform weist die Speichereinheit einen cloud- oder serverbasierten Speicher auf und ist insbesondere als ein cloud- oder serverbasierter Speicher ausgebildet. Die Übermittlung des erfassten Füllstands basiert hierbei vorzugsweise auf einem Constrained Application Protocol, welches sich für derartige Übertragungen als vorteilhaft erwiesen hat. Alternativ kann die Übertragung des erfassten Füllstands auch mittels eines Long Range Wide Area Networks (LoRa) erfolgen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren dargestellt. Diese zeigen in teilweise stark vereinfachten Darstellungen:

1a eine Draufsicht auf eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung,
1b eine Seitenansicht auf die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung gemäß 1a,
2 eine skizzierte Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Behälters sowie
3 ein skizziertes Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Erfassungssystems.

In den Figuren sind gleichwirkende Bauteile stets mit den gleichen Bezugszeichen dargestellt.
Die in 1a dargestellte Erfassungsvorrichtung 2 zur Erfassung des Füllstands eines Behälters 4 (vgl. 2) für Anwendungen im Bauwesen, insbesondere im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik, weist eine als ein Gehäuse ausgebildete Aufnahme 6 auf. Nachfolgend werden die Begriffe Gehäuse und Aufnahme synonym verwendet. Die Aufnahme 6 ist jedoch nicht auf die Ausgestaltung eines Gehäuses beschränkt. Es ist vorgesehen, dass zumindest eine Sensoreinheit 8 innerhalb des Gehäuses 6 angeordnet ist. Im Ausführungsbeispiel gemäß 1a sind drei lediglich als Punkte dargestellte Sensoreinheiten 8 innerhalb des Gehäuses 6 dargestellt. Die Sensoreinheiten 8 sind hierbei entlang einer Längsrichtung L des Gehäuses voneinander beabstandet, insbesondere voneinander gleichmäßig beabstandet, angeordnet. Die drei Sensoreinheiten 8 in 1a dienen einer Erfassung des Füllstands des Behälters 4. Die drei Sensoreinheiten 8 weisen hierbei entweder ein Leitfähigkeitssensorenpaar oder zumindest ein Lichtsensor oder eine Kombination aus beidem auf.
Ferner weist die Erfassungsvorrichtung 2 eine innerhalb des Gehäuses angeordnete Sendeeinheit 10 zum Versenden des erfassten Füllstands an eine externe Speichereinheit 12 (vgl. 3) auf. Die externe Speichereinheit 12 ist hierbei insbesondere kein Teil der Erfassungsvorrichtung 2, jedoch Teil eines noch später beschriebenen Erfassungssystems 20.
Ferner weist die Erfassungsvorrichtung 2 eine Einstelleinheit 14 auf. Die Einstelleinheit 14 dient einer Einstellung und/oder Konfiguration von zumindest einem Sendeparameter der Sendeeinheit 10. Insbesondere dient die Einstelleinheit 12 einer externen Einstellung und/oder Konfiguration der Sendeeinheit 10 und weist hierzu insbesondere eine Schnittstelle für eine drahtlose Datenübertragung, insbesondere eine Bluetooth Low Energy Schnittstelle auf.
Um die vorstehenden Komponenten 8, 10, 14 mit elektrischer Energie zu versorgen, weist die Erfassungsvorrichtung 2 eine innerhalb des Gehäuses 6 angeordnete Energieversorgungseinheit 16 auf. Die Energieversorgungseinheit 16 kann hierbei beispielsweise aus einer oder mehreren Batterien und oder Akkumulatoren ausgebildet sein.
Zur Anordnung der Erfassungsvorrichtung 2 am Behälter 4 sind an dem Gehäuse 6 Befestigungselemente 18a, 18b angeordnet. Die Befestigungselemente 18a, 18b sind hierbei beispielsweise als Befestigungshaken 18a (lediglich gestrichelt dargestellt) oder als Befestigungsflügel 18b (ebenfalls lediglich gestrichelt dargestellt) ausgebildet. Die Befestigungshaken 18a dienen einem Einhaken bzw. Verhaken des Gehäuses 6 innerhalb des Behälters 4 und speziell an einer Innenseite des Behälters 4 (vgl. 2). Hierzu werden die Befestigungshaken 18a beispielsweise in Entwässerungsschlitze oder -löcher des Behälters 4 eingehackt. Die Befestigungsflügel 18b dienen einer alternativen oder ergänzenden Vernietung des Gehäuses 6 an dem Behälter 4 und speziell einer Wandlung W des Behälters 4.
1b zeigt eine Seitenansicht der in 1a dargestellten Erfassungsvorrichtung 2. Hier sind im Vergleich zur Darstellung in 1a die beiden Arten von Befestigungselemente 18a, 18b zur Befestigung der Erfassungsvorrichtung 2 innerhalb des Behälters 4 deutlich gezeigt.
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Behälter 4 mit einer darin angeordneten Erfassungsvorrichtung 2. Wie bereits vorstehend beschrieben, ist die Erfassungsvorrichtung 2 hierbei an einer Innenseite der Wandlung W des Behälters 4 angeordnet und speziell mittels der Befestigungselemente 18a, 18b verrutschsicher befestigt. Der Behälter 4 ist im Ausführungsbeispiel gemäß 2 als ein Schlitzeimer bzw. Feinrechen zur Anordnung in einem Gulli bzw. Abwasserkanal/Schachtbauwerk ausgebildet.
Durch die drei voneinander beabstandet angeordneten Sensoreinheiten 8, welche sich vorzugsweise auf einer absoluten Höhe im Bereich von 20-30 %, 40-60 % sowie 70-80 % des Behälters befinden, ist somit eine Erfassung des Füllstands beispielsweise zu einem Drittel, zu zwei Drittel oder zu drei Drittel des Behälters erfassbar.
3 zeigt eine skizzierte Darstellung eines Blockschaltbildes des erfindungsgemäßen Erfassungssystems 20. Das Erfassungssystem 20 umfasst hierbei den Behälter 4 mit darin angeordneter Erfassungsvorrichtung 2 sowie die bereits erwähnte Speichereinheit 12.
Die Funktionsweise des Erfassungssystems 20 ist wie folgt:
Der seitens der zumindest einen Sensoreinheit 8 erfasste Füllstand des Behälters 4 wird mittels einer Funk-Datenübertragung von der Sendeeinheit 10 zu der Speichereinheit 12 übertragen. Der erfasste und übertragene Füllstand wird von der Speichereinheit 12 empfangen und dort abgespeichert bzw. für zumindest einen Nutzer bereitgestellt. Die Speichereinheit 12 ist vorzugsweise als ein cloud- oder serverbasierter Speicher ausgebildet bzw. weist in einer alternativen Ausgestaltungsform einen derartigen cloud- oder serverbasierter Speicher auf. Der zumindest eine Nutzer kann somit auf die gespeicherten und bereitgestellten Füllstände zugreifen und diese für eine Weiterverarbeitung mittels eigener Komponenten 22, beispielsweise betriebsinternen Geräten nutzen. Es ist auch ermöglicht auf der Speichereinheit 12 mehrere Füllstände unterschiedlicher Behälter 4 für unterschiedliche Nutzer abzuspeichern und bereitzustellen. Aufgrund der personalisierten Zugangsdaten erhält somit ein Nutzer lediglich Zugriff auf die für ihn hinterlegten und bestimmten Daten.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Ferner sind alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Erfassungsvorrichtung
4: Behälter
6: Aufnahme, insbesondere Gehäuse
8: Sensoreinheit
10: Sendeeinheit
12: Speichereinheit
14: Einstelleinheit
16: Energieversorgungseinheit
18a,18b: Befestigungselemente
20: Erfassungssystem
22: betriebsinterne Komponenten des Nutzers
L: Längsrichtung des Behälters
W: Wandung des Behälters

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10105600 A1 [0006]
EP 3699559 A1 [0007]
US 2004/0084359 A1 [0008]

Claims

Erfassungsvorrichtung (2) zur Erfassung des Füllstands eines Behälters (4) für Anwendungen im Bauwesen, insbesondere im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik, mit - mindestens einer Aufnahme (6), insbesondere einem Gehäuse, die am, insbesondere innerhalb des Behälters (4) anordbar oder angeordnet ist, - zumindest eine an, insbesondere innerhalb der Aufnahme (6) angeordnete Sensoreinheit (8) zur Erfassung von Sensordaten, insbesondere eines Füllstands des Behälters (4), - eine Sendeeinheit (10) zum Versenden eines Signals an eine externe Speichereinheit (12), wobei das Signal eine Information über den erfassten Füllstand aufweist, gekennzeichnet, durch eine Einstelleinheit (14) zur Einstellung und/oder Konfiguration, insbesondere zur externen Einstellung und/oder Konfiguration, von zumindest einem Sendeparameter, insbesondere einem Sendeintervall, der Sendeeinheit (10).
Erfassungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstelleinheit (14) eine Schnittstelle für eine drahtlose Datenübertragung, insbesondere eine Bluetooth Low Energy Schnittstelle aufweist.
Erfassungsvorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Sensoreinheit (8) ein Leitfähigkeitssensorenpaar und/oder Leitfähigkeitselektroden und/oder zumindest einen Lichtsensor aufweist.
Erfassungssystem (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren der Sensoreinheit (8), insbesondere das Leitfähigkeitssensorenpaar und/oder Leitfähigkeitselektroden im Wesentlichen auf einer gemeinsamen Höhe innerhalb des Gehäuses/Aufnahme (6) angeordnet sind.
Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Sensoreinheiten (8) an, insbesondere innerhalb der Aufnahme (6) angeordnet sind, wobei die mehreren Sensoreinheiten (8) auf absoluten Höhen im Bereich von 0-100%, insbesondere im Bereich 20-30%, 40-60% und 70-80% des Behälters (4) angeordnet sind.
Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (10) als ein Mobilfunkmodem und/oder ein Low Power WAN-Modem, insbesondere LoRoWAN, SigFox oder NB-IoT, ausgebildet ist.
Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufnahme (6), insbesondere innerhalb der Aufnahme (6) eine Energieversorgungseinheit (16) zur Versorgung der Komponenten (8, 10, 14) angeordnet ist.
Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Aufnahme (6) Befestigungselemente (18a, 18b) zum Befestigen am Behälter (4), insbesondere innerhalb des Behälters (4) angeordnet sind.
Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (6) einen Kunststoff, insbesondere ein Polyamid aufweist, insbesondere aus einem Polyamid gefertigt ist.
Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (6) mit einem fluiddichten Vergussmittel, insbesondere mit einem Epoxidharz vergossen ist.
Behälter (4) für Anwendungen im Bauwesen insbesondere im Tiefbau und/oder Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik, insbesondere Feinrechen, mit einer Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Erfassungssystem (20) zur Erfassung des Füllstands eines Behälters (4) für Anwendungen im Bauwesen, insbesondere im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik, mit: - einem Behälter (4) nach Anspruch 11, - einer Erfassungsvorrichtung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 sowie - einer Speichereinheit (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (12) derart eingerichtet ist, den empfangenen Füllstand für zumindest einen Nutzer zur weiteren Verarbeitung bereitzustellen.
Erfassungssystem (20) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (10) und die Speichereinheit (12) derart eingerichtet sind, über Narrow-Band-IoT-Funkstandard oder ein Mobilfunkmodem oder LoRoWAN oder SigFox zu kommunizieren, insbesondere den Füllstand zu übermitteln.
Erfassungssystem (20) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (12) einen cloud- oder serverbasierten Speicher aufweist, insbesondere als ein cloud- oder serverbasierter Speicher ausgebildet ist.
Verfahren zum Betrieb eines Erfassungssystems (20) zur Erfassung des Füllstands eines Behälters (4) für Anwendungen im Bauwesen, insbesondere im Tiefbau und/oder für Anwendungen in der Abwasserbehandlung und/oder Entwässerungstechnik, das Verfahren umfassend die Schritte: - Erfassen eines Füllstands durch zumindest eine Sensoreinheit (8), die innerhalb des Behälters (4) angeordnet ist; - Übermittlung eines Signals durch eine Sendeeinheit (10) an eine externe Speichereinheit (12) insbesondere mittels Narrow-Band-IoT-Funkstandard, wobei das Signal eine Information über den erfassten Füllstand aufweist; - Empfangen sowie Bereitstellen des erfassten Füllstands für einen Nutzer durch die Speichereinheit (12) zur weiteren Verarbeitung.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichereinheit (12) einen cloud- oder serverbasierten Speicher aufweist oder als ein cloud- oder serverbasierter Speicher ausgebildet ist, auf dem der erfasste Füllstand bereitgestellt wird.