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Es ist allgemein bekannt, dass Otto- und Dieselmotoren für ihre Funktion Flüssigkeiten, wie Benzin oder Diesel benötigen. Dieser Kraftstoff wird üblicherweise an den dafür vorgesehenen Tankstellen in den Tank der Geräte mit Verbrennungsmotoren gefüllt.
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Bei kleineren Motoren, wie z. B. bei Rasenmähern, Kettensägen oder anderen motorisch betriebenen Gartengeräten, ist das Auffüllen des Kraftstofftanks an der Tankstelle zu mühsam. Deswegen werden oft kleinere Mengen von Kraftstoff in Kanistern in der Nähe des Einsatzortes aufbewahrt.
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Nach längeren Nutzungspausen ist dem Betreiber oft unklar, wie viel Kraftstoff sich noch in den Kanistern befindet.
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Da die Vorratsbehälter in aller Regel nicht durchsichtig sind, muss zum Erfassen des Pegelstandes der Verschlussdeckel des Vorratsbehälters geöffnet werden, um dann aufwändig durch Schütteln oder mittels eines Peilstabes den Flüssigkeitspegel zu erfassen.
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Ebenso schwierig ist es, den aktuellen Füllgrad des Kanisters im Auge zu behalten, wenn der Kanister nicht leicht zugänglich ist oder sich nicht im Zugriff des Nutzers befindet. Dies kann vorkommen, wenn der Aufbewahrungsort des Kanisters nicht mit dem Aufenthaltsort des Eigentümers übereinstimmt oder der Eigentümer sich auf einer Reise befindet.
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Sollte der Einsatz z. B. des motorisch angetriebenen Rasenmähers auf Grund von Wettervorhersage und Rasenhöhe dringend an einem bestimmten Tag erfolgen, so ist von hohem Interesse zu wissen, ob Kraftstoff im Zugriff ist oder ob noch der Kraftstoffkanister an der Tankstelle zu füllen ist.
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Diese Information gehört unbedingt zu den nötigen Vorbereitungen, ansonsten ist das Rasenmähen nicht planbar.
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Das beschriebene Problem ist für alle Behältnisse, die Flüssigkeit oder pulverförmige Stoffe speichern relevant.
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So sind zusätzlich auch Behälter bekannt, die chemische Reinigungsmittel beinhalten, wie sie bei Gebäudereiniger oder in Fahrzeugwaschanlagen benötigt werden. Auch hier ist es von elementarer Bedeutung, dass man weiß, wie viel Reinigungsmittel sich noch in den Behältern befindet.
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Auch in der Lebensmittelindustrie wird eine große Zahl von Stoffen eingesetzt, die in Behältern gelagert sind und deren Füllgrad von enormer Bedeutung für den Prozess sind.
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Gleiches gilt für Behälter, die in der Lage sind Schüttgut aufzunehmen.
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Auch im Privatbereich ist es für den Nutzer wichtig, zu wissen, wie viel zum Beispiel Salz oder Zucker sich noch in der Schütte befindet.
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Stand heute muss in jedem Fall das Behältnis in die Hand genommen werden und es muss geschaut werden, wie sich der Füllgrad im Behältnis verhält.
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Dies ist zeitaufwendig und in vielen Fällen nicht genau und auch nicht zeitnah..
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Viel eleganter wäre es, wenn der Nutzer z. B. beim Einkaufen abfragen könnte, wie sich der Füllgrad der einzelnen Behälter darstellt.
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Entsprechend dem Stand der Technik gibt es Behälter, die eine mechanische Füllstandsmesseinrichtung integriert haben. Diese müssen aber über Leitungen angeschlossen werden, um den Messwert verarbeiten zu können (Omni Ray AG, www.omniray.ch).
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Weiterhin gibt es für zentrale, fest aufgestellt Tanks Niveaumesseinrichtungen, die mittels Ultraschallmessung den Tankpegel ermitteln und das Ergebnis an eine Leseeinheit übertragen (S.C.A.T. Europe GmbH, Opelstraße 3 64546 Mörfelden http://www.symline.de/home-symline.html).
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Problemlösung
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Um dieses Problem zu lösen, wurde eine Füllstandserfassung für mobile Vorratsbehälter mit einem intelligenten Verschlussdeckel entworfen, die den Füllstand in diesen Behältern erfasst und dem Nutzer in geeigneter Weise anzeigt oder den Füllstand im Behälter an den Nutzer übermittelt, ohne dass der Nutzer den Vorratsbehälter in die Hand nehmen oder den Verschlussdeckel öffnen muss.
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Mit dieser erfindungsgemäßen Problemlösung lassen sich die beschriebenen Nachteile abhelfen, da der Nutzer sich nun immer über den Füllstand im Vorratsbehälter informieren kann, ohne dass er mittelbar oder unmittelbar tätig werden muss. Er kann sich auch darüber hinaus informieren, wenn er gerade räumlich zu seinem Vorratsbehälter getrennt ist.
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Der Ansatz der Lösung ist es, über einen Abstandssensor, vorzugsweise einen Ultraschallsensor den Pegel des Vorratsbehälters zu erfassen. Dieses Messergebnis wird dann dem Nutzer in geeigneter Weise, wie zum Beispiel optisch oder als Information zur Verfügung gestellt.
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Um dies zu ermöglichen, werden entsprechende elektronische Bausteine für die Pegelmessung, die Kommunikation und die Speicherung der Energie in den intelligenten Verschlussdeckel des Vorratsbehälters eingebracht. Somit ist der intelligente Verschlussdeckel ein eigenes funktionierendes System mit eigener Energieversorgung und hat zu keinen anderen Modulen eine Schnittstelle.
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Der Vorteil dieser Anordnung ist es, dass alle elektronischen Bausteine, als auch der Energiespeicher im intelligenten Verschlussdeckel angeordnet sind und der eigentliche Vorratsbehälter unverändert bleiben kann.
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Nur der Verschlussdeckel muss neu gestaltet werden. Eine leichte Nachrüstung vorhandener Vorratsbehälter ist durch das Auswechseln lediglich des intelligenten Verschlussdeckels möglich. Ebenso kann im Falle des Ersatzes eines Behälters der intelligente Verschlussdeckel wieder auf den vollen Behälter gesetzt werden, um wieder ohne erneute Investitionen in einen intelligenten Verschlussdeckel die Information über den Pegelstand im Behälter zu erhalten.
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Im wesentlichen sind im Verschlussdeckel ein Ultraschallsensor, eine Signaleinheit und oder ein Kommunikationsmodul untergebracht.
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Der Ultraschallsensor ermittelt die Laufzeit des Ultraschalls von Sensor zum Füllpegel. Eine auf der Sensorplatine untergebrachte Auswerteeinheit kann dann aus der Laufzeit des Ultraschalls einen Weg ermitteln.
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Über diesen gemessenen Weg kann dann die Signaleinheit dem Nutzer anzeigen, welchen Füllgrad der Vorratsbehälter noch hat; beziehungsweise wo sich der Pegel im Behälter befindet. Dies kann zum Beispiel mit einer digitalen Anzeige erfolgen oder über Leuchtsignale, die in den intelligenten Verschlussdeckel integriert sind.
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Steht im intelligenten Verschlussdeckel auch ein Kommunikationsmodul zur Verfügung, dann kann der Füllgrad des Vorratsbehälter dem Nutzer mittels moderner Transferwege wie Wifi oder Bluetooth oder zulässiger Sendefrequenzen auf eine Auswerteeinheit, wie z. B. auf das Smartphone, übermittelt werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausformung liegt darin, dass die Elektronik nur die Veränderung des Füllpegels an ein Applikationsprogramm (App) weitergibt. Diese App speichert den Messwert bis er wieder überschrieben wird. Zu jeder Zeit und an jedem Ort kann somit der Nutzer mittels dieser App und einem Smartphone oder einem anders gearteten Lesegerätes den letzten, erfassten Flüssigkeitsstand ablesen.
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Wird der Vorratsbehälter ohne Verbindungsmöglichkeiten zur Auswerteeinheit benützt, wird die neue Situation bei der nächsten Verbindung von Auswerteeinheit und Verschlussdeckel aktualisiert.
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Um die Energiequelle effizient einzusetzen, empfiehlt es sich den Messvorgang nur nach dem Öffnen und Schließen des Vorratsbehälterdeckels neu zu starten. Dies kann dadurch realisiert werden, dass im Verschlussdeckel ein Mikroschalter angebracht ist, der erkennen kann, ob der Verschlussdeckel auf dem Vorratsbehälter sitzt oder ob er demontiert wurde und damit der Vorratsbehälter offen ist.
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Sobald der intelligenten Verschlussdeckel wieder auf dem Vorratsbehälter montiert ist, wird eine Pegelmessung durch den Ultraschallsensor ausgelöst. Die Messung wird nun als aktuelle Erfassung des Flüssigkeitspegels dargestellt und gilt so lange bis durch das Öffnen und erneutes Verschließen des Vorratsbehälters ein neuer Messwert erfasst wird.
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Nur dann kann- Verdunstungen über einen längeren Zeitraum ausgeschlossen- eine Veränderung des Pegels stattgefunden haben.
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Eine erfindungsgemäße Verbesserung ist eine Anbindung der Elektronik an das Internet. Damit kann man weltweit den Pegel des Behältnisses im Ist erfassen, sofern der Vorratsbehälter sich im Bereich einer Wifi Verbindung befindet. Die Übertragung der Werte ist durch die Anbindung an das Internet weltweit möglich.
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Eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung ist die Anordnung bei mehreren Vorratsbehältern. Normalerweise würde jeder intelligente Verschlussdeckel mit der entsprechenden Auswerteeinheit kommunizieren. Dies wäre auf Grund des hohen Datenvolumens kompliziert und schwierig darstellbar. Deswegen ist es einfacher, dass ein intelligenter Verschlussdeckel als Master funktioniert und die Signale aller anderen Verschlussdeckel auf den Behältnissen sammelt und verwaltet und nach einer Zusammenführung der Daten mit einer Zentrale auszutauschen.
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Eine weitere erfindungsgemäße Verbesserung ist die Möglichkeit, dass der Nutzer über einen im intelligenten Verschlussdeckel eingebrachten „Teach In” Taster sowohl den oberen als auch den unteren Pegel im Vorratsbehälter markieren kann. Dafür muss der Nutzer den Behälter in diese zwei Zustände versetzen. Einmal leer zur Markierung des leeren Zustandes. Dabei wird im leeren Zustand der intelligente Verschlussdeckel aufgesetzt und in den „Teach In” Modus versetzt, um dann über den „Teach In” Taster diesen Zustand zu quittieren. Entsprechendes gilt bei vollem Behälter.
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Damit kann der untere als auch der obere Pegel individuell eingestellt werden. Ebenso ist es möglich den Verschlussdeckel für unterschiedliche Behälter zu verwenden, da die Pegelgrenzen an das Behältnis individuell angepasst werden kann.
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Für viele Anwendungen kann man dann als weiterer erfindungsgemäßer Vorteil durch die Verbindung über das Internet bei Unterschreitung eines minimalen Füllgrades sowohl für den Einkäufer ein Signal generieren als auch automatisch eine Nachorderung des Stoffes bei dem freigegebenen Lieferanten automatisch veranlassen.
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In den , und ist eine beispielhafte Anordnung für den Einsatz von Ultraschallsensoren in einem Vorratsbehälter mit einem Kommunikationsmodul mittels Wifi Standard beschrieben:
In der ist ein Vorratsbehälter 1 dargestellt, der in der Regel aus einem Raum 2 zur Aufnahme des zu speichernden Stoffes, einer Ausgießöffnung 3 sowie einem Verschlussdeckel 4 besteht.
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Entsprechend der Erfindung bleibt der Vorratsbehälter mit der Ausgießöffnung entsprechend dem Stand der Technik unverändert.
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Entsprechend ist die gesamte Erfindung in dem Verschlussdeckel 4 des Vorratsbehälters integriert. Dabei sind folgende Elemente für die erfindungsgemäße Ausgestaltung vorhanden:
Ein Deckelgehäuse 5 ist so gestaltet, dass es neben der bekannten Funktion „Verschließen” auch noch einen Abstandssensor 6, eine Auswerteelektronik 7, ein Kommunikationsmodul 8 und eine Energiequelle 9 (Batterie oder Accu) aufnehmen kann.
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Der marktübliche Sensor besitzt eine Sender und Empfängerkombination. Mit dem eingesetzten Sensorsystem lassen sich die Abstände des Flüssigkeitspegels im Abstand im Milimeterbereich zum Sensor bis zum Behälterboden messen. Eine Auswerteelektronik kann dann dem gemessenen Wert einen Abstand zur Flüssigkeitsoberfläche in mm zuordnen.
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Dieser Wert wird dann über das Wifi Modul an die Ziel IP Adresse ausgegeben. Damit kann dann der Nutzer den Pegelstand des Behälters über sein Smartphone ablesen.
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Damit der Nutzer den Pegelstand jederzeit ablesen kann, wird der letzte Wert im Smartphone hinterlegt.
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Das System erfasst aus Gründen der Energieeinsparung den Messwert nur dann, wenn der Verschlussdeckel geöffnet und wieder verschlossen wird. Hierfür ist in den Verschlussdeckel ein Schalter 10 integriert, der bei verschlossenem Behälter z. B. geschlossen ist.
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In der ist ein Schema für die Steuereinheit, eingebracht in den intelligenten Verschlussdeckel, dargestellt.
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Ein elektrischer Energiespeicher 11 versorgt drei Elektronikbausteine über die Versorgungsleitungen 12a und 12b. Als erster Baustein wird der Ultraschallsensor 13 mit der Ansteuerplatine 14 versorgt. Über Signalleitungen 15 wird nach dem Messvorgang das Messergebnis an den Baustein mit der Auswerteelektronik 16 übertragen. Die Auswerteelektronik 16 übermittelt das aufgearbeitete Ergebnis über die Signalleitung 17 an das Kommunikationsmodul 18, welches mittels der Antenne 19 das Ergebnis über den Wifi Standard an ein Anzeigegerät sendet.
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Angeschlossen an die Steuerplatine 14 sind der Schalter 20, welcher erkennen kann, ob der intelligenten Verschlussdeckel aufgesetzt ist oder nicht, sowie der Schalter 21, welcher für die Funktion „Teach In” in den intelligenten Verschlussdeckel integriert ist.
