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Die vorliegende Erfindung betrifft einen mobilen Silo, insbesondere einen mobilen Silo zur Aufnahme von Estrich, Zement, Wandfarbe und/oder Schüttgut mit trichterförmiger Entnahmeeinheit.
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Auf Baustellen werden zement-, gips-, und kalkbasierte Estriche, Putz und Mörtel häufig in mobilen Silos vom Hersteller angeliefert. Die mobilen Silos sind dazu ausgebildet, Pulver, Granulate, Kiese und Sände bzw. entsprechende Gemische, zusammengefasst Schüttgüter, zu lagern und zu transportieren.
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Besonders bei mobilen Silos mit zementartigen Schüttgütern ist der Füllstand nur schwer bestimmbar. Eine visuelle Inspektion kann sehr gefährlich sein kann. Durch Anhaftungen und Hohlraumbildung etc. sowie durch die pulverige Struktur ist keine gute Reflexion für Radar und Ultraschall gegeben, sodass die Füllstandsbestimmung in solchen Silos technisch sehr anspruchsvoll ist.
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Das Wissen über den aktuellen Füllstand in einem mobilen Silo ist sowohl vor Ort auf der Baustelle als auch für den räumlich entfernten Lieferanten sehr hilfreich: es ermöglicht eine rechtzeitige Nachbestellung des Schüttguts, so dass es zu keiner Unterbrechung der Bauarbeiten kommt. Es ermöglicht eine Kapazitätsplanung, so dass man Gewissheit hat, dass die vorhandenen Mengen von Schüttgut zur Fertigstellung bestimmter Gewerke ausreichen. Das Wissen über den aktuellen Füllstand ermöglicht eine Absatzplanung beim Lieferanten und erleichtert wesentlich die Logistik und erlaubt eine Routenplanung.
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Im Stand der Technik ist keine Vorrichtung bekannt, welche eine vollautomatische Erfassung aktueller Füllstandswerte eines mobilen Silos, insbesondere eines mobilen Silos zur Aufnahme von Estrich, Zement, Wandfarbe und/oder Schüttgut mit trichterförmiger Entnahmeeinheit ermöglicht.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine vollautomatische Erfassung aktueller Füllstandswerte eines mobilen Silos ermöglicht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird gelöst durch einen mobilen Silo, insbesondere einen mobilen Silo zur Aufnahme von Estrich, Zement, Wandfarbe, wie Dispersionsfarbe, und/oder Schüttgut mit trichterförmiger Entnahmeeinheit, wobei der mobile Silo Sensoren mit mindestens einem Kommunikationsmittel umfasst, wobei die Sensoren dazu ausgebildet sind, Messwerte und/oder weitere Daten über das mindestens eine Kommunikationsmittel an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes zu senden.
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Gegenüber dem Stand der Technik hat die erfindungsgemäße Vorrichtung dabei den Vorteil, dass Messwerte über Füllstände eines mobilen Silos an eine Netzwerkkomponente übertragen werden und dort zur Verfügung gestellt werden. Ist die Netzwerkkomponente ein zentraler Server so können Messwerte z.B. einer zentralen Auswerteeinheit ständig zur Verfügung gestellt werden. Bei einem Lieferanten kann somit die lead time zur Besorgung von Nachschub von Baumaterialien verkürzt werden. Ist die Netzwerkkomponente ein dezentraler Client, können Bauarbeiter vor Ort über eine mobile Vorrichtung wie Laptop oder Smartphone online Informationen über den Füllstand in einem mobilen Silo beziehen.
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Unter mobilem Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit ist dabei ein Silo zu verstehen, dessen trichterförmige Entnahmeeinheit zwischen mindestens vier länglichen Silobeinen (Stelzen) angeordnet sind. Dabei sind die länglichen Silobeine/Stelzen dazu ausgebildet, die trichterförmige Entnahmeeinheit des Silos von einem Untergrund, auf den der mobile Silo abgestellbar ist, zu beabstanden. Dabei sollte der Abstand zum Untergrund hin mindestens so groß gewählt werden, dass noch unterhalb der trichterförmigen Entnahmeeinheit genügend Platz für mindestens eine Dosiereinrichtung, mindestens einen Auslass, mindestens ein Einlauf und ein Rohrgehäuse einer Mischeinrichtung ist.
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Ein mobiler Silo kann eine oder mehrere Kammern aufweisen, wobei jeder Kammer jeweils ein Auslauf zugeordnet ist. So umfassen mobile Silos auch Vorrichtungen, die zur Herstellung gebrauchsfertiger Mischungen und/oder hydraulisch abbindender Massen vorgesehen sind. Bei einem Mehrkammersilo können in unmittelbarer Nähe der Siloausläufe Dosiereinrichtungen angeordnet sein. Mehrkammersilos auf Baustellen können dadurch in vorteilhafter Weise direkt zur Herstellung gebrauchsfertiger Mischungen verwendet werden. Nach Aufstellung des gefüllten Mehrkammersilos auf der Baustelle mit mindestens einem Statikmischer oder Installation der entsprechenden Stromanschlüsse für die Antriebsmotoren der mindestens einen Dosiereinrichtung und der Mischeinrichtung sowie der Zuleitung von Wasser zur Mischeinrichtung ist die Vorrichtung betriebsbereit. Durch eine kompakte Bauweise können Dosiereinrichtung und Mischeinrichtung mit dem Baustellensilo verbunden bleiben, wenn der Silo, beispielsweise zum Nachfüllen, von einem Lastkraftwagen aufgenommen und abtransportiert wird. Unmittelbar nach erneuter Heranschaffung des wieder gefüllten Baustellensilos kann die Vorrichtung wieder in Betrieb genommen werden, um gebrauchsfertige Mischungen herzustellen. Dabei ist jeder Siloauslauf mit einer Dosiereinrichtung zum dosierten Austrag von Schüttgut ausgerüstet und eine Austragsöffnung jeder Dosiereinrichtung ist an die zugeordnete Eingabeöffnung einer Mischeinrichtung angeschlossen. Die mobilen Silos können jeweils eine Größe zwischen 6 und 60 Kubikmeter haben.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der mobile Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit dazu ausgebildet, Flüssigkeiten, Feststoffe, Gase, Lösungen, Dispersionen, Kolloide, Puder, Partikel, Pillen, Pellets, Pulver, Granulate, Kiese, Sände und/oder Gemische daraus, insbesondere Schüttgut, zu lagern und/oder zu transportieren.
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Dadurch können in vorteilhafter Weise die Füllstandswerte von verschiedenen Arten von mobilen Silos digitalisiert erfasst werden, so z.B. von Silos zum Lagern von Kunststoffgranulat, Getreide, Futtermitteln und Ähnlichem.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoren einen Vibrationssensor, eine Ultraschallsonde, einen kapazitiven Sensor, eine Radarvorrichtung, ein Senkblei-System, eine Wägezelle, einen weiteren Füllstandsensor, einen Gassensor, ein Gyrometer, ein Feuchtigkeitsmesser, ein Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Bewegungssensor, einen Beschleunigungssensor, einen Orientierungssensor, einen elektromagnetischen Sensor und/oder einen Magnetsensor umfassen, wobei der weitere Füllstandsensor einen Schwimmer und einen Magnetsensor umfasst, wobei der Magnetsensor einen Reed Sensor, eine Hallsonde, einen AMR Sensor, einen GMR Sensor und/oder einen TMR Sensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein Tauchrohr mit einem Drucksensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein kapazitiver Sensor ist.
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Dadurch können in vorteilhafter Weise verschiedene Arten von Sensoren miteinander über das Kommunikationsnetzwerk mittels des Kommunikationsmittels miteinander kommunizieren und Informationen austauschen, sich gegenseitig steuern und Information in aggregierter Form zur Verfügung stellen.
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Bei der kontinuierlichen Messung des Füllstandes werden entsprechend der erreichbaren Standhöhe die Messwerte in Prozent oder in Längen-, Volumen- oder Masseneinheiten als Analogsignal oder Digitalwert ausgegeben. Dagegen überwachen Füllstandgrenzschalter Grenzstände, zum Beispiel zur Vermeidung von Trockenlauf oder Überfüllung eines Behältnisses. Die Messwertausgabe erfolgt über Relaisausgänge (Schaltkontakte).
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Ein Vibrationssensor wird in Form einer Stimmgabel auf seiner Resonanzfrequenz zum Vibrieren angeregt. Der Antrieb erfolgt meist piezoelektrisch. Durch das Eintauchen in ein Medium verändert sich die Schwingfrequenz bzw. die Amplitude. Diese Änderung wird ausgewertet und in ein Schaltsignal umgesetzt. Die Resonanzfrequenz eines schwingenden Stabes ändert sich jeweils bei Ab- oder Anwesenheit umgebenden Materials, so dass der Vibrationssensor vorzugsweise als Grenzschalter eingesetzt wird.
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Die Messung mit Ultraschall beruht auf einer Laufzeitmessung. Die durch einen Sensor ausgesandten Ultraschall-Impulse werden von der Oberfläche des Mediums reflektiert und wieder vom Sensor erfasst. Die benötigte Laufzeit ist ein Maß für den zurückgelegten Weg im leeren Behälterteil. Dieser Wert wird von der gesamten Standhöhe abgezogen und man erhält daraus den Füllstand. Bei einem Silo erfolgt eine Abstandsmessung zwischen Silodach (Montageort des Sensors) und der Oberfläche des Schüttgutes durch Messung der Schalllaufzeit.
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Bei der kapazitiven Füllstandmessung wird die Änderung der elektrischen Kapazität zwischen den Elektroden detektiert, wenn diese von einem Medium umgeben werden. Diese Änderung hängt von der Dielektrizitätskonstante ε des Mediums ab. Ist diese konstant, so kann aus der gemessenen Kapazität darauf geschlossen werden, wie weit die Elektroden in das Medium eintauchen. In diesem Fall kann also nicht nur ein Grenzwertschalter gebaut werden, sondern auch die kontinuierliche Füllhöhe bestimmt werden. Beim erfindungsgemäßen Silo bilden ein in das Silo hereinragender Stab und die Silowand einen Kondensator. Das Schüttgut bildet das Dielektrikum. Mit Veränderung des Dielektrikums (Füllstand / Abdeckung) ändert sich die Kapazität des Kondensators.
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Der Radarsensor arbeitet mit hochfrequenten Radarsignalen, die von einer Antenne abgestrahlt und von der Füllgutoberfläche reflektiert werden. Die Laufzeit des reflektierten Radarsignals ist direkt proportional zum zurückgelegten Weg. Bei bekannter Behältergeometrie lässt sich daraus der Füllstand berechnen. Bei einem gut gefüllten Behälter erscheint das Echo des Behälterbodens weiter weg als bei einem leeren Behälter, weil die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen innerhalb des Füllgutes geringer ist, als in Luft. Die gemessene scheinbare Entfernung des Bodens ist ein zweites Messergebnis mit dem Füllstand. Erst wenn beide Ergebnisse (direkte Reflexion an der Füllgutoberfläche und scheinbare Entfernung des Bodens) im Ergebnis für die Füllhöhe übereinstimmen, dann kommt das Echo beziehungsweise der gemessene Wert zu Anzeige. Mit diesem „Multi-echo Tracking“ genannten Verfahren werden alle Störechos durch Einbauten ausgeblendet. Beim erfindungsgemäßen Silo erfolgt eine Abstandsmessung zwischen Silodach (Montageort des Radarsensors) und der Oberfläche des Schüttgutes durch Messung der Laufzeit der elektromagnetischen Welle.
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Beim Senkblei System wird eine Schur mit einem Senkblei von einer Trommel abgespult. Die Laständerung beim Auftreffen auf den Boden wird erfasst und der abgespulten Schnurlänge zugeordnet.
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Wägezellen enthalten wie Kraftaufnehmer meist einen Federkörper, d. h. ein geeignet geformtes Stück Metall, dessen Geometrie sich unter Einwirkung des Gewichts leicht verändert. Diese elastische Verformung wird für Gewichte über einige 100 Gramm bis zu mehreren 1000 Tonnen von Dehnungsmessstreifen erfasst und in ein elektrisches Signal umgeformt. Beim Wägezellenprinzip steht der gesamte Silo auf Wägezellen und wird gewogen. Hydraulische Druckmessung und Dehnmesstreifen kommen hier zum Einsatz.
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Vorzugsweise werden Wägezellen für die Füllstandsmessung verwendet. Wägezellen liefern sehr zuverlässige Messwerte. Da sie mit Dehnmessstreifen arbeiten, benötigen sie nur sehr wenig Energie. Das Wiegen des gesamten Silos ist eine universell einsetzbare Möglichkeit, um den Füllgrad und eine Entnahmemenge zu bestimmen.
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Es ist zwischen Silos mit Freifallentnahme („mechanisch“) und elektrisch betriebener Entnahme zu unterscheiden. Bei elektrischen Fördereinrichtungen wie z.B. Gebläsen oder Förderschnecken ist genügend elektrische Energie am Silo verfügbar und kann der Förderprozess - z.B. gemessen als Umdrehungen der Förderschnecke - bestimmt werden. Bei mobilen Silos mit elektrischen Fördereinrichtungen werden die Entnahmeinformationen durch direkte Messung der Fördertätigkeit bestimmt (Umdrehungen, Förderbandgeschwindigkeit etc.). Bei Freifall-Entnahme kommt eine der oben genannten Füllstand-Technologien zum Einsatz.
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Ein Gyrometer bzw. Orientierungssensor sind geeignet, eine eventuelle Schräglage des mobilen Sensors zu indizieren und somit einen Hinweis auf die Standfestigkeit des mobilen Silos geben.
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Mittels eines Feuchtigkeitsmessers kann die Feuchtigkeit in einem Silo gemessen werden. Mittels Drucksensoren können Windlasten gemessen werden oder ein einseitiger Gewichtsabbau im Silofestgestellt werden.
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Ein Gassensor ist ein Sensor für die Detektion gasförmiger Substanzen und damit ein Chemosensor. Die chemische Information in der Umgebungsluft wird vom Gassensor in ein elektrisch nutzbares Signal umgewandelt. Es gibt viele Möglichkeiten der Gasdetektion, die sich nach der Art der Umsetzung der chemischen Information in eine elektronische unterscheiden. Letztlich muss immer ein elektronisches Signal vorliegen, das von der nachfolgenden Elektronik verarbeitet werden kann. So werden beispielsweise bei physikalischen Messmethoden molekulare Eigenschaften zur Detektion wie Molekülmasse, Diffusionsverhalten, Molekülstruktur (magnetische Eigenschaften, bspw. Paramagnetismus beim Sauerstoffsensor), Molekülstabilität (Bindungsenergie) und Molekülbeweglichkeit ausgenutzt. Bei chemischen Messmethoden werden chemische Eigenschaften wie Reaktivität, Oxidierbarkeit und Reduzierbarkeit ausgenutzt. Bei resistiven Prinzipien beeinflusst das zu messende Gas oder Gasgemisch direkt die Leitfähigkeit einer gasempfindlichen Sensorschicht. Diese Widerstandsänderung dient als Messgröße. Bei kapazitiven Prinzipien ist die Messgröße die Kapazität eines Kondensators, die beeinflusst wird durch ein gasempfindliches Dielektrikum. Beim potentiometrischen Sensor wird vom Sensor selbst eine Spannung erzeugt, die direkt messbar ist. Ein amperometrischer Sensor liefert einen messbaren Strom. Bei thermischen Prinzipien wird die Temperaturerhöhung aufgrund einer chemischen Reaktion an der Sensoroberfläche gemessen oder direkt die Wärmeleitfähigkeit des Gases als Messgröße verwendet. Bei thermochemischen Prinzipien finden auf der Sensoroberfläche chemische Reaktionen statt, bei denen Energie in Form von Wärme abgegeben wird. Diese Temperaturerhöhung wird gemessen. Bei thermischphysikalischen Prinzipien wird die Wärmeleitfähigkeit der Gasatmosphäre direkt gemessen. Bei gravimetrischen Sensoren wird eine Massenänderung gemessen. Gasmoleküle lagern sich beispielsweise auf der Oberfläche eines Schwingquarzes ab und verändern dadurch seine Resonanzfrequenz. Solche Sensoren arbeiten nach dem Prinzip eines piezoelektrischen Sensors. Auch bei optischen Gassensoren handelt es sich um physikalische Prinzipien, bei denen die optischen Eigenschaften eines mit Gas gefüllten Probenraumes charakterisiert werden, wie z.B. der Brechungsindex, das Absorptionsspektrum im Infrarotbereich, IR-Spektroskopie und/oder die Intensität bzw. Lumineszenz. Biochemische Gassensoren folgen dem biologischen Vorbild der Umsetzung von bestimmten Stoffen oder Stoffgruppen. Sie verwenden verschiedene der oben aufgeführten Prinzipien zur Wandlung des Signals.
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Im Bereich der mobilen Silos eingesetzte Gassensoren sollten sich auszeichnen durch eine hohe Selektivität, d.h., die Sensorreaktion sollte auf nur bei einer bestimmten Zielsubstanz auftreten, und eine hohe Empfindlichkeit, d.h. Gas sollte in gewünschtem Konzentrationsintervall - entweder einige Volumenprozent bis hin zu wenigen ppm - detektiert werden.
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Der Füllstandsensor, der die durch die Bewegung eines Magneten bewirkte Veränderung des Magnetfeldes erfasst, kann in einer ersten Ausführungsform ein Reed Sensor sein. Durch das Funktionsprinzip mit dem Reedschalter (Näherungsschalter) und Permanentmagnet arbeitet der Sensor extrem energiesparend. Er benötigt keine separate Versorgungsspannung. Er ist unempfindlich gegenüber Umwelteinflüssen, durch die Kapselung des Schaltkontaktes. Die Schaltzungen befinden sich in einem hermetisch verschlossenem Glasröhrchen, in dem sich ein Schutzgas befindet.
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In einer weiteren Ausführungsform ist der Füllstandsensor eine Hall Sonde. Hier wird in vorteilhafter Weise der Hall-Effekt genutzt zur Messung von Magnetfeldern. Ein Hall-Sensor liefert auch dann ein Signal, wenn das Magnetfeld, in dem er sich befindet, konstant ist. Lediglich der Betriebsstrom des Hall-Elements erzeugt ein kleines zusätzliches Magnetfeld, das sich dem zu messenden Magnetfeld additiv überlagert. Es entstehen dadurch aber keinerlei Hysterese oder Sättigungseffekte, wie sie bei magnetisch aktiven Materialien unvermeidbar sind.
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Der Sensor kann ein AMR Sensor sein, dessen Funktionsweise auf einem anisotropen magnetoresistiven Effekt beruht. In einer weiteren Ausführungsform ist der Sensor ein GMR Sensor, dessen Funktionsweise auf einem Riesenmagnetowiderstand beruht. In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Sensor ein TMR Sensor ist. Der TMR-Effekt basiert auf einem magnetischen Tunnelwiderstand. Der TMR Sensor hat die höchste Empfindlichkeit bei minimalem Stromverbrauch. Daher können sehr kleinen Magnete verwendet werden.
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Durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes verändert sich der elektrische Widerstand eines Materials (magnetoresistiver Effekt). Der anisotrope magnetoresistive Effekt, kurz AMR-Effekt, beruht auf anisotroper (von der Raumrichtung abhängiger) Streuung in ferromagnetischen Metallen, d.h., er tritt in Materialien auf, die eine eigene Magnetisierung aufweisen. Der GMR-Effekt (englisch giant magnetoresistance) oder Riesenmagnetowiderstand wird in Strukturen beobachtet, die aus sich abwechselnden magnetischen und nichtmagnetischen dünnen Schichten mit einigen Nanometern Schichtdicke bestehen. Der Effekt bewirkt, dass der elektrische Widerstand der Struktur von der gegenseitigen Orientierung der Magnetisierung der magnetischen Schichten abhängt, und zwar ist er bei Magnetisierung in entgegengesetzte Richtungen deutlich höher als bei Magnetisierung in die gleiche Richtung. Der magnetische Tunnelwiderstand (englisch tunnel magnetoresistance, TMR) oder TMR-Effekt wird in magnetischen Tunnelkontakten verwendet. Aufgrund der hohen Linearität der magneto-resistiven Sensoren werden in vorteilhafter Weise auch kleinste Magnetfelder und Magnetfeldwinkel präzise erfasst. Aufgrund des guten Rauschverhaltens und der großen Nutzamplitude kann das AMR-Sensorsignal sehr hochauflösend interpoliert werden. Das Messprinzip ist berührungslos und damit verschleissfrei.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der mobile Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit ein GPS Modul, wobei das GPS Modul dazu ausgebildet ist, eine erste Information bezüglich eines Standortes des mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit zu senden, vorzugsweise an die mindestens eine Netzwerkkomponente.
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Dadurch kann in vorteilhafter Weise jederzeit der Standort eines mobilen Silos z.B. an eine zentrale Logistikeinheit übermittelt werden, ein asset tracking und eine kontinuierliche Fernüberwachung durchgeführt werden. Ebenso können alle Aufstellungsorte von mobilen Silos durch den Betreiber visualisiert werden, d.h., das Management kann alle Aufstellungsorte und Bewegungen von mobilen Silos auf einem Bildschirm in Echtzeit verfolgen.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Sensoren jeweils eine eindeutige Identifikations-ID auf, wobei die eindeutige Identifikations-ID einer eindeutigen Identifizierung des jeweiligen Sensors im Kommunikationsnetzwerk dient.
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Dadurch wird in vorteilhafter Weise jeder Sensor selbst ein ansteuerbarer Netzwerkteilnehmer.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Kommunikationsmittel ein Netzwerkkonnektor zu LoRaWAN, LoRa, Zigbee, SigFox und/oder 5G, ein Bluetooth Konnektor, ein WiFi Konnektor, ein NFC Konnektor, ein RFID Chip und/oder eine Kombination daraus.
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Dadurch wird in vorteilhafter Weise jeder Sensor, zumindest ein mobiler Silo, zum Internet of Things (loT) Objekt.
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Sigfox nutzt ein Funksystem auf Basis von Ultra-Schmalband-Technologie (engl. Ultra Narrow Band), ein Low-Power Wide-Area Network (LPWAN). LPWAN nutzt ein Langstrecken-Signal im ISM-Band (868 Megahertz in Europa, 902 Megahertz in den USA[8]), das auch massive Objekte durchdringen kann. Im freien Gelände sind Distanzen von 30 bis 50 km überbrückbar, in Städten zwischen 3 und 10 km.[9]. Sigfox-Basisstation können im Gegensatz zu Mobilfunk-Basisstationen bis zu einer Million Objekte verwalten, wobei ein Tausendstel der Energie der Standard-Mobilfunksysteme benötigt wird. Sigfox-Geräte werden nur aktiv, wenn sie eine Nachricht senden und kehren dann direkt wieder in den Ruhezustand zurück. Geräte im Sigfox-Netz nutzen dazu geringe Datenraten. Sie können maximal zwölf Bytes pro Nachricht und zugleich nicht mehr als 140 Nachrichten pro Gerät und Tag verschicken.[9] Dies bedeutet genug Kapazität, um einfache Nachrichten zu übertragen. Mit zwölf Bytes beispielsweise kann eine Zahl zwischen 1 und 7,9.1028 (79 Quadrilliarden) dargestellt werden, mit welcher wiederum ein Steuercode für Anwendungen wie Tracking oder Geotargeting übertragen werden kann.
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Die Nahfeldkommunikation (englisch Near Field Communication, abgekürzt NFC) ist ein auf der RFID-Technik basierender internationaler Übertragungsstandard zum kontaktlosen Austausch von Daten per elektromagnetischer Induktion mittels loser gekoppelter Spulen über kurze Strecken von wenigen Zentimetern und einer Datenübertragungsrate von maximal 424 kBit/s. Ein RFID Chip kann in vorteilhafter Weise einem berührungslosen Identifizieren eines mobilen Silos oder eines Sensors dienen.
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Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass der mobile Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit eine Stromversorgungseinheit aufweist, wobei die Stromversorgungseinheit ein Batterie, einen Akkumulator und/oder eine photovoltaische Vorrichtung umfasst.
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Dies hat den Vorteil, dass Sensoren und Kommunikationsmittel autonom elektrisch versorgt sind. Bei Einschalten der Stromversorgungseinheit, nur wenn die Sensoren oder das Kommunikationsmittel aktiv sind, kann enorm viel Energie gespart werden.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der mobile Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit einen Mikrocontroller auf, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, mindestens Signale von den Sensoren zu konkreten Messwerten zu verarbeiten, eine Energieversorgung zu steuern, eine Statusmeldung bezüglich der Stromversorgungseinheit zu erzeugen, die Signale der Sensoren zu einer zweiten Information zusammenzufassen, einen Zeitpunkt und eine Häufigkeit der Datenübertragung zu steuern, einen Ausfall oder eine Störung von Systemkomponenten zu erfassen und zu melden, die Sensoren ein- und auszuschalten, eine Systemzeit zu bestimmen, Programme auszuführen, insbesondere Programme zur Datenübertragung der Messwerte der Sensoren.
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Der Mikrocontroller verarbeitet die Signale der Sensoren zu konkreten Messwerten wie z.B. einer Gewichtsangabe oder der Information „Silo entleert“. Der Mikrocontroller steuert die Energieversorgung (z.B. I/U Kennlinie der Akkuladung) und erzeugt erforderlichenfalls ein Warnsignal „Battery low“. Der Mikrocontroller fasst Signale mehrerer Sensoren zu Gesamtinformationen zusammen. Der Mikrokontroller steuert den Zeitpunkt und die Häufigkeit der Datenübermittlung. Die Datenübermittlung kann erfolgen: a) sofort bei Entstehen der Daten b) zu bestimmten Sendezeiten c) in regelmäßigen Zeitintervallen d) auf Anforderung eines Masters. Der Mikrocontroller erfasst und meldet den Ausfall oder die Störung von Systemkomponenten.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der mobile Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit ein Display auf, wobei das Display dazu ausgebildet ist, die Messwerte, die Statusmeldung und/oder weitere Information zu visualisieren und/oder anzuzeigen.
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Dadurch können in vorteilhafter Weise innerhalb des Silos aufgenommene Messwerte digitalisiert auf einem Display am Silo angezeigt werden. Ein Bauarbeiter vor Ort auf der Baustelle erhält somit auf unkomplizierte Weise eine Information über den Füllstand im Silo bzw. über weitere Parameter.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Datenübertragung der Messwerte mittels eines hierarchischen Kommunikationsnetzwerks erfolgt, wobei vorzugsweise die Typologie eine Stern-Struktur ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente eine zentrale Einheit ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente als Master fungiert, wobei vorzugsweise die Funkübertragung verschlüsselt erfolgt, wobei vorzugsweise Meldungen bis zur Empfangsbestätigung wiederholt werden, wobei vorzugsweise ein Funkprotokoll ausgewählt ist aus Long Range Wide Area Network, ZigBee und/oder 5G.
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In vorteilhafter Weise werden die Sensoren in bzw. an dem mobilen Silo zu Netzteilnehmern eines übergeordneten Kommunikationsnetzwerks. Mit Technologien des „Internets der Dinge“ implementierte Funktionen erlauben die Interaktion zwischen Mensch und hierüber vernetzten beliebigen elektronischen Systemen, hier den Sensoren des mobilen Silos, sowie zwischen den Systemen an sich. Dabei bezeichnet das Internet der Dinge die Verknüpfung eindeutig identifizierbarer physischer Objekte (things), hier der Sensoren des mobilen Silos, mit einer virtuellen Repräsentation in einer Internet-ähnlichen Struktur. Das Netzwerk besteht nicht mehr nur aus menschlichen Teilnehmern, sondern auch aus Dingen, hier den Sensoren des mobilen Silos bzw. dem mobilen Silo selbst.
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Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Low-Power-Wireless-Netzwerkprotokoll. Die LoRaWAN-Spezifikation ist asymmetrisch auf Energieeffizienz der loT (Internet of Things)-Geräte ausgerichtet und erreicht hierbei hohe Reichweiten (>10 km) für die Uplink-Kommunikation, also das Senden vom loT-Gerät an das Netz. Die Datenübertragungsrate rangiert zwischen 292 Bit/s und 50 Kilobit/s. Verschiedene Betriebsabstufungen bis hin zu einer quasi-kontinuierlichen Downlink-Kommunikation sind möglich, wobei letzteres auf Kosten der Energieeffizienz geht. Die Netz-Architektur ist sternförmig. Endgeräte kommunizieren mit Gateways, welche die Datenpakete an einen Netzwerkserver senden. Der Netzwerkserver verfügt über Schnittstellen, um an loT Plattformen und Applikationen angebunden zu werden. Ein weiterer großer Vorteil ist die Durchdringung von Gebäuden, da hier auch zu einem gewissen Grad unterirdische Räumlichkeiten versorgt werden können. Um eine hohe Effizienz bei Datentransfer und Energieverbrauch zu erreichen, nutzt LoRaWAN Frequenzspreizung. Interferenzen können so weitestgehend vermieden werden. Die Datentransferraten zu den Endgeräten passt der Netzwerkserver der jeweiligen Situation an (ADR = Adaptive Data Rate).
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ZigBee ist eine Spezifikation für drahtlose Netzwerke mit geringem Datenaufkommen, wie beispielsweise Hausautomation, Sensornetzwerke, Lichttechnik. Der Schwerpunkt von ZigBee liegt in kurzreichweitigen Netzwerken (bis 100 Meter). Es sind via vermaschtem Netz aber auch Reichweiten von mehreren Kilometern möglich. Die Spezifikation beschreibt ein Framework für Funknetze. ZigBee baut auf dem Standard IEEE 802.15.4 auf und erweitert dessen Funktionalität insbesondere um die Möglichkeit des Routings und des sicheren Schlüsselaustausches. Im IEEE-802.15.4-Standard sind die PHY-Schicht und die MAC-Schicht definiert. ZigBee erweitert diesen Protokollstapel um die Schichten NWK und APL. Wobei zu beachten ist, dass es sich bei ZigBee um ein Framework handelt und eine Anwendung in die APL-Schicht eingebettet wird. ZigBee/IEEE802.15.4 setzt beim Verschlüsseln von Daten auf eine erweiterte Version des CCM Mode-Verfahrens (CCM*). Als Blockverschlüsselungsalgorithmus wird AES-128 eingesetzt, das als kryptografisch sicher eingestuft ist.
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5G ermöglicht das Internet der Dinge. Im vorliegenden Fall werden die Sensoren in bzw. an dem mobilen Silo zu Netzteilnehmern mit eindeutiger Identifikation. Bei einer Datenrate bis zu 10.000 MBit/s werden Messwerte von Sensoren quasi in Echtzeit an beispielsweise eine zentrale Auswerteeinheit gesendet. Bei extrem niedrigen Latenzzeiten von einem Ping von unter 1 Millisekunde können die Sensoren quasi in Echtzeit ferngesteuert werden bei einem extrem niedrigen Energieverbrauch pro übertragenem Bit.
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Gemäß einer Ausführungsform erfolgt die Datenübertragung der Messwerte der Sensoren an die mindestens eine Netzwerkkomponente des Kommunikationsnetzwerks in Echtzeit.
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Dies hat den Vorteil, dass die Messwerte aktuell sind und Sensoren in Echtzeit angesteuert werden können. Somit ist eine Echtzeit-Telemetrie möglich. Füllstände und Entnahmeprozesse werden in Echtzeit oder zumindest sehr zeitnah den Nutzern zugänglich gemacht über eine Bildschirmausgabe zum Logistikmanagement, zur Bestandsverwaltung, Abrechnung usw.. Die Daten werden für Zwecke der Logistik und des Managements der mobilen Silos und der Inhaltsstoffe der Silos verwendet.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kommunikationsnetzwerk aus mindestens einer Netzwerkkomponente und mindestens einem mobilen Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit umfassend mindestens einen Sensor und mindestens ein Kommunikationsmittel, wobei das Kommunikationsnetzwerk dazu ausgebildet ist, eine Datenübertragung von Messwerten von Sensoren des mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit an die mindestens eine Netzwerkkomponente zu ermöglichen, wobei das Kommunikationsnetzwerk vorzugsweise hierarchisch gegliedert ist, wobei vorzugsweise die Typologie eine Stern-Struktur ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente eine zentrale Einheit ist, wobei vorzugsweise die mindestens eine Netzwerkkomponente als Master fungiert, wobei vorzugsweise die Funkübertragung verschlüsselt erfolgt, wobei vorzugsweise Meldungen bis zur Empfangsbestätigung wiederholt werden, wobei vorzugsweise ein Funkprotokoll ausgewählt ist aus Long Range Wide Area Network, ZigBee und/oder 5G, wobei das mindestens eine Kommunikationsmittel der mindestens einen Mobiler Silo mit trichterförmiger Entnahmeeinheit dazu ausgebildet ist, das Funkprotokoll des Kommunikationsnetzwerkes zu unterstützen, wobei der mindestens eine Sensor einen Vibrationssensor, eine Ultraschallsonde, einen kapazitiven Sensor, eine Radarvorrichtung, ein Senkblei-System, eine Wägezelle, einen weiteren Füllstandsensor, einen Gassensor, ein Gyrometer, ein Feuchtigkeitsmesser, einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Bewegungssensor, einen Beschleunigungssensor, einen Orientierungssensor, einen elektromagnetischen Sensor und/oder einen Magnetsensor umfasst, wobei der weitere Füllstandsensor einen Schwimmer und einen ersten Magnetsensor umfasst, wobei der Magnetsensor einen Reed Sensor, eine Hallsonde, einen AMR Sensor, einen GMR Sensor und/oder einen TMR Sensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein Tauchrohr mit einem Drucksensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein kapazitiver Sensor ist.
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Die Erfindung betrifft ebenso eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes, dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkkomponente dazu ausgebildet ist, Messwerte von Sensoren mindestens eines mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit und/oder weitere Daten bezüglich des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit über mindestens ein Kommunikationsmittel des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit zu empfangen, zu verarbeiten und zur Verfügung zu stellen, wobei die Netzwerkkomponente vorzugsweise eine zentrale Einheit des Kommunikationsnetzwerkes ist, wobei die Netzwerkkomponente vorzugsweise als Master fungiert.
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Ferner betrifft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zur Übertragung von Messwerten von Sensoren mindestens eines mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit und/oder weitere Daten bezüglich des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit über mindestens ein Kommunikationsmittel des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes, wobei die Sensoren eine Ultraschallsonde, einen kapazitiven Sensor, eine Radarvorrichtung, ein Senkblei-System, eine Wägezelle, einen weiteren Füllstandsensor, einen Gassensor, ein Gyrometer, ein Feuchtigkeitsmesser, einen Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Bewegungssensor, einen Beschleunigungssensor, einen Orientierungssensor, einen elektromagnetischen Sensor und/oder einen Magnetsensor umfassen, wobei der weitere Füllstandsensor einen Schwimmer und einen Magnetsensor umfasst, wobei der Magnetsensor einen Reed Sensor, eine Hallsonde, einen AMR Sensor, einen GMR Sensor und/oder einen TMR Sensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein Tauchrohr mit einem Drucksensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein kapazitiver Sensor ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- - ein An- und/oder Ausschalten der Sensoren des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit durch einen Mikrocontroller des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit und/oder durch ein gesendetes Signal der mindestens einen Netzwerkkomponente;
- - ein Messen von Signalen durch die Sensoren des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit;
- - ein Empfangen der Signale der Sensoren des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit durch den Mikrocontroller des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit;
- - ein Verarbeiten der Signale der Sensoren des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit durch den Mikrocontroller des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit zu weiteren Daten und/oder Information;
- - ein Verschlüsseln der weiteren Daten und/oder Information;
- - eine Übertragung der verschlüsselten weiteren Daten und/oder Information per Funkverbindung über das Kommunikationsnetzwerk zu der mindestens einen Netzwerkkomponente durch das mindestens eine Kommunikationsmittel;
- - ein Empfangen der verschlüsselten weiteren Daten und/oder Information durch die mindestens eine Netzwerkkomponente;
- - ein Entschlüsseln der verschlüsselten weiteren Daten und/oder Information durch die mindestens eine Netzwerkkomponente; und
- - ein Zurverfügungstellen der entschlüsselten weiteren Daten und/oder Information durch die mindestens eine Netzwerkkomponente.
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Dadurch kann in vorteilhafter Weise eine Fernmessung (Telemetrie) von physikalischen und/oder chemischen Parametern bezüglich eines räumlich entfernten mobilen Silos durchgeführt werden. Erweitert man diese Verfahrensschritte um einen (Rück-)Wirkungspfad zum erfassenden Sensor, so kann man auf gelieferte Messwerte mit geeigneten Maßnahmen reagieren (Fernsteuerung).
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Die Erfindung betrifft ebenso ein Computerprogrammprodukt umfassend ausführbaren Programmcode, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung das computerimplementierte Verfahren ausführt.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung von Sensoren mindestens eines mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit zur Übertragung von Messwerten der Sensoren und/oder weiterer Daten bezüglich des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit über mindestens ein Kommunikationsmittel des mindestens einen mobilen Silos mit trichterförmiger Entnahmeeinheit an mindestens eine Netzwerkkomponente eines Kommunikationsnetzwerkes, wobei die Sensoren einen Vibrationssensor, eine Ultraschallsonde, einen kapazitiven Sensor, eine Radarvorrichtung, ein Senkblei-System, eine Wägezelle, einen weiteren Füllstandsensor, einen Gassensor, ein Gyrometer, ein Feuchtigkeitsmesser, ein Temperatursensor, einen Drucksensor, einen Bewegungssensor, einen Beschleunigungssensor, einen Orientierungssensor, einen elektromagnetischen Sensor und/oder einen Magnetsensor umfassen, wobei der weitere Füllstandsensor einen Schwimmer und einen Magnetsensor umfasst, wobei der Magnetsensor einen Reed Sensor, eine Hallsonde, einen AMR Sensor, einen GMR Sensor und/oder einen TMR Sensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein Tauchrohr mit einem Drucksensor umfasst, und/oder
- - der weitere Füllstandsensor ein kapazitiver Sensor ist.
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In vorteilhafter Weise sind die Sensoren eindeutig identifizierbare Netzwerkteilnehmer, die selbst nach Art einer Machine-to-Machine (M2M) Kommunikation untereinander und miteinander kommunizieren können. Dies impliziert auch die Möglichkeit einer gegenseitigen Kontrolle und Steuerung der Sensoren untereinander, was letztlich zu einem gewissen Automatismus führt.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
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Figurenliste
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- 1 zeigt einen mobilen Silo.
- 2 zeigt ein Zigbee Mesh-Netzwerk.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 ist ein mobiler Silo 1 in schematischer Seitenansicht dargestellt. Der mobile Silo besteht aus einer Außenkammer 2 und darin eingesetzter Innenkammer 3. An der Unterseite weisen die Kammern 2, 3 Ausläufe 4, 5 auf, aus denen das in den Kammern 2, 3 gespeicherte Schüttgut auslaufen kann. Auslauf 4 entspricht der trichterförmigen Entnahmeeinheit. Die trichterförmige Entnahmeeinheit ist zwischen mindestens vier länglichen Silobeinen (Stelzen) 21 angeordnet sind. Dabei sind die länglichen Silobeine/Stelzen dazu ausgebildet, die trichterförmige Entnahmeeinheit des Silos von einem Untergrund, auf den der mobile Silo abgestellbar ist, zu beabstanden.
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An die freien Enden der Ausläufe 4, 5 ist je eine Dosiereinrichtung 6, 7 angeschlossen. Jede Dosiereinrichtung weist einen Auslass 8, 9 auf. An die Auslässe 8, 9 sind Einläufe 10, 11 einer Mischeinrichtung 12 angeschlossen, die ein Rohrgehäuse 13 hat, in welchem die aus dem Silo dosiert entnommenen Schüttgutbestandteile gemischt werden können, indem im Rohrgehäuse 13 befindliche mechanisch bewegbare Mischerelemente über eine aus Getriebe 14 und Motor 15 bestehende Antriebseinheit bewegt werden.
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Die gesamte Siloanlage steht mittels der Stelzen auf Wägezellen 17, um indirekt eine Füllstandsbestimmung vorzunehmen. Am Silodach angebracht befindet sich ein Ultraschallsensor 16. Dieser kann den Abstand zwischen Silodach und der Oberfläche des Schüttgutes 28 durch Messung der Schalllaufzeit bestimmen.
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Ebenso angebracht am Silodach ist ein Gassensor 20. Spezifische Gasentwicklungen können angezeigt werden. Ein Drucksensor 27 überwacht, ob sich die Innenkammer gleichmäßig entleert oder ob es zu Stauungen an den Seitenwänden der Innenkammer kommt.
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An der Silowand angebracht befindet sich ein Mikrocontroller 18 mit Stromversorgungseinheit 19. Ebenso angebracht an der Silowand befindet sich ein Kommunikationsmittel 22, insbesondere eine Antenne, als Schnittstelle zum Kommunikationsnetzwerk.
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2 zeigt exemplarisch eine Zigbee Mesh-Netzwerk Architektur. Eine Menge von Sensoren 25 von mobilen Silos 1 sind ohne eigene Benutzeroberfläche über ein Gateway 23 an das Internet 24 angeschlossen. Die Sensoren der mobilen Silos 1 können miteinander kommunizieren (Machine-to-Machine (M2M)), z.B. sich verschiedene Statusmeldungen zusenden und so beispielsweise Prioritäten für die Fernwartung und/oder Logistik bestimmen. Dabei steht Machine-to-Machine (M2M) für den automatisierten Informationsaustausch zwischen Endgeräten wie hier den mobilen Silos 1 oder mit einer zentralen Leitstelle, hier unter Nutzung des Internets 24 und den verschiedenen Zugangsnetzen, wie beispielsweise dem Mobilfunknetz 26. Die bevorzugte Anwendung ist hier die Fernüberwachung, -kontrolle und -wartung (Telemetrie) und Logistik der mobilen Silos 1. So kann sich ein mobiler Silo 1 selbständig bei einem zentralen Rechner melden, wenn beispielsweise der Zementvorrat erschöpft ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- mobiler Silo
- 2
- Außenkammer
- 3
- Innenkammer
- 4
- Auslauf, trichterförmige Entnahmeeinheit
- 5
- Auslauf
- 6
- Dosiereinrichtung
- 7
- Dosiereinrichtung
- 8
- Auslass
- 9
- Auslass
- 10
- Einlauf
- 11
- Einlauf
- 12
- Mischeinrichtung
- 13
- Rohrgehäuse
- 14
- Getriebe
- 15
- Motor
- 16
- Ultraschallsensor
- 17
- Wägezelle
- 18
- Mikrocontroller
- 19
- Stromversorgungseinheit
- 20
- Gassensor
- 21
- Silobein, Stelze
- 22
- Kommunikationsmittel
- 23
- Gateway
- 24
- Internet
- 25
- Sensor
- 26
- Mobilfunknetz
- 27
- Drucksensor
- 28
- Schüttgut
