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Die
Erfindung betrifft eine Antenne, insbesondere zur Messung eines
Füllstandes, mit einer Vorrichtung zur Reinigung einer
Sende-/Empfangseinheit der Antenne. Die Erfindung betrifft auch
ein Verfahren zur Reinigung einer Sende-/Empfangseinheit einer Antenne.
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Aus
der
DE 10 2005
049 243 A1 ist eine Parabolantenne mit Spülanschluss
bekannt. Die Parabolantenne ist insbesondere für eine Füllstandsradarmessung
ausgelegt. Die Qualität der empfangenen Messsignale bei
einer Füllstandsmessung mit einem Füllstandsradar
hängt stark von der Qualität der Sende-/Empfangseinheit
ab. Insbesondere kann eine Verschmutzung, welche beispielsweise
durch Füllgutstaub oder Flüssigkeit hervorgerufen
werden kann, die Qualität der Messergebnisse signifikant verschlechtern.
Die
DE 10 2005
049 243 A1 schlägt vor, eine Spülvorrichtung
zum Spülen des zum Aussenden von elektromagnetischen Wellen
zum Parabolspiegel dienenden Antennenerregers so anzuordnen, dass
sie den Erreger mit Spülmittel umspült und reinigt
bzw. vor Verunreinigung schützt. Die vom Erreger angestrahlte,
die Abstrahloberfläche der Antenne bildende Fläche
des Parabolspiegels wird hierdurch allerdings nur bedingt geschützt.
Gerade diese große, sammelnde Fläche unterliegt
aber der Gefahr einer Verschmutzung. Zudem lassen nicht alle Anwendungen
zu, dass ein Fremdstoff, das Spülmittel, eingeleitet wird.
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In
der Regel werden Verschmutzungen von Antennen von Hand beseitigt,
was einen beträchtlichen Serviceaufwand generiert, ggf.
zusätzliche Stillstandszeiten hervorruft und oft auch nicht
zeitnah bei sich verschlechterndem Signal durchführbar
ist, so dass die Messqualität abnimmt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antenne anzugeben, die
unabhängig von ihrem Einsatz in einfacher Weise gereinigt
werden kann. Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines entsprechenden
Verfahrens.
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Erfindungsgemäß wird
die auf eine Antenne gerichtete Aufgabe gelöst durch eine
Antenne mit einer eine abstrahlende Oberfläche aufweisenden Sende-/Empfangseinheit
und einem mit der Sende-/Empfangseinheit verbundenen Erregerelement zur
flächenhaften mechanischen Erregung der Sende-/Empfangseinheit,
so dass Verunreinigungen auf der Sende-/Empfangseinheit abgelöst,
z. B. abgesprengt oder abgeschüttelt, werden. Die mechanische
Erregung erfolgt flächenhaft, also nicht in Form einer
punktuellen Anregung, die dann als Welle durch die Antenne läuft
und sich für die Ablösung von Verschmutzungen
als weniger effektiv erweist.
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Die
Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass es bei den möglichen
Ablagerungen von z. B. Stäuben, Pulvern, Pasten, Flüssigkeiten
zu Signalstörungen kommt. Die Haftkräfte der Ablagerungen
auf der Oberfläche, zwischen den anhaftenden Teilen oder
in durch die Ablagerungen gebildeten Krusten können durch
mechanische Anregung gebrochen werden. Dadurch fallen die Ablagerungen von
der Antenne ab. Solche Ablagerungen werden gemäß der
Erfindung nun mit einem Erregerelement in einfacher Weise und ohne
Verwendung eines Fremdmediums beseitigt, in dem das Erregerelement durch,
z. B. impulsartige, Anregung eine die Sende-/Empfangseinheit flächig
erregt, was zu einem Absprengen zumindest wesentlicher Teile der
Verschmutzungen führt.
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Vorzugsweise
umfasst die Sende-/Empfangseinheit eine auf einer Grundfläche
anliegende Folie, wobei durch das Erregerelement ein gasförmiges
Medium impulsartig zwischen die Folie und die Grundfläche
einblasbar ist. Die im Normalbetrieb auf der Grundfläche
anliegende Folie wird also durch das eingeblasene Medium impulsartig
angehoben, was zu einem Absprengen oder Abschütteln von
auf der Folie abgelagerten Verunreinigungen führt. Weiter bevorzugt
wird dazu als gasförmiges Medium Druckluft verwendet. Diese
Ausführungsform des impuls artigen Absprengens ist jedenfalls
für solche Anwendungen geeignet, bei denen das Einbringen
eines Fremdmediums in die Umgebung der Antenne zulässig
ist. Ansonsten ist es auch denkbar, die Folie zur Umgebung hin am
Rand dichtend mit der Grundfläche zu verbinden, wobei das
eingeblasene Medium z. B. wieder über die Einlassdüse
abgesaugt oder herausgedrückt wird, also nicht in die Antennenumgebung
gelangt.
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Bevorzugtermaßen
erstreckt sich das Erregerelement als eine aktive, insbesondere
piezoelektrische, magnetostriktive oder elektrostatische, Schicht
entlang der Sende-/Empfangseinheit, wobei die flächenhafte
mechanische Erregung durch eine Kontraktion oder Expansion der aktiven
Schicht mittels einer elektrischen oder thermischen Aktivierung erzeugbar
ist. Vorzugsweise ist dabei die aktive Schicht auf der der abstrahlenden
Oberfläche gegenüberliegenden Rückseite
der Sende-/Empfangseinheit, zwischen einer Grundfläche
der Sende-/Empfangseinheit und der abstrahlenden Oberfläche
der Sende-/Empfangseinheit oder auf der abstrahlenden Oberfläche
der Sende-/Empfangseinheit angeordnet. Die aktive Schicht ist dabei
auf einem biegefähigen Untergrund angeordnet, so dass die
durch eine angelegte elektrische Spannung hervorgerufenen mechanischen
Spannungen aufgrund einer Kontraktion oder Expansion eine Verformung
hervorrufen. Alternativ kann die aktive Schicht selbst die abstrahlenden Oberfläche
der Sende-/Empfangseinheit bilden.
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Alternativ
ist das Erregerelement als eine Blattfeder ausgebildet, die bei
einer Verformung aus einem stabilen Grundzustand impulsartig in
einen anderen stabilen oder metastabilen verformten Zustand übergeht.
Eine solche Blattfeder ist in Form eines Kinderspielzeugs als „Knackfrosch” bekannt,
da die impulsartige Verformung ein lautes Knacken verursacht. Diese
Verformung ruft entsprechend auch eine mechanische Erregung mit
erheblicher Amplitude hervor, durch die effektiv Verschmutzungen
absprengbar sind.
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Weiter
bevorzugt ist die Blattfeder monostabil so ausgeführt ist,
dass sie nach der Verformung selbsttätig den Grundzustand
einnimmt. Es genügt somit eine einzige Auslenkung um die
gewünschte Verformung zu erzeugen und anschließend
wieder den Ausgangszustand herzustellen.
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Bevorzugtermaßen
ist die Blattfeder bistabil so ausgeführt ist, dass sie
im verformten Zustand verbleibt und erst durch Rückverformung
impulsartig wieder den Grundzustand einnimmt. In dieser Ausführung
muss die Blattfeder zwar wieder zurückgestellt werden,
es können aber hierdurch zwei schnell aufeinander folgende
Verformungen in einfacher Weise erzeugt werden.
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Vorzugsweise
ist die Antenne für eine Füllstandsmessung, insbesondere
mittels Radar, Mikrowellen oder Ultraschall, ausgebildet.
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Bevorzugt
wird das Erregerelement in definierten Reinigungsintervallen automatisch
betätigt. Die beschriebenen Ausführungsformen
des Erregerelementes lassen einen automatisierten Betrieb zu. So
kann bei der Variante mit dem Einblasen eines Mediums ein Ventil
angesteuert werden oder bei Verwendung einer aktiven Schicht die
Anregungsspannung gesteuert werden. Auch die Verwendung einer Blattfeder
lässt bei Einsatz eines z. B. elektromagnetischen Aktuators
zur Verformung der Feder eine automatische Ansteuerung zu. Diese
automatische Ansteuerung kann nun z. B. nach einem festgelegten Zeitraster
erfolgen, das nach Erfahrungswerten für die Verschmutzung
die Reinigung aktiviert. Durch den geringen Eingriff in den Messzyklus
ist aber auch eine häufige, verschmutzungsgradunabhängige
Betätigung des Erregerelementes denkbar. Weiterhin kann
auch abhängig von einer Signalqualität der Antenne
die Reinigung aktiviert werden.
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Die
auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst
durch Angabe eines Verfahrens zum Reinigen einer Antenne mit einer eine
abstrahlende Oberfläche aufweisenden Sende-/Empfangseinheit
und einem mit der Sende-/Empfangseinheit verbundenen Erregerelement, durch
das die Sende-/Empfangseinheit flächenhaft mechanisch erregt
wird, so dass Verunreinigungen auf der Sende-/Empfangseinheit abgesprengt
werden.
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Die
Vorteile eines solchen Verfahrens entsprechen den Ausführungen
zu den Vorteilen der Antenne.
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Bevorzugt
umfasst die Sende-/Empfangseinheit eine auf einer Grundfläche
anliegende Folie, wobei durch das Erregerelement ein gasförmiges
Medium unter hohem Druck impulsartig zwischen die Folie und die
Grundfläche eingeblasen wird. Vorzugsweise erstreckt sich
das Erregerelement als eine aktive, insbesondere piezoelektrische,
magnetostriktive oder elektrostatische, Schicht entlang der Sende-/Empfangseinheit,
wobei die mechanische Erregung durch eine Kontraktion oder Expansion
der aktiven Schicht mittels einer elektrischen Aktivierung erfolgt.
Bevorzugtermaßen ist das Erregerelement als eine Blattfeder
ausgebildet, die bei einer Umformung aus einem stabilen Grundzustand
impulsartig in einen verformten Zustand übergeht, wodurch
die Welle erzeugt wird.
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnung beispielhaft näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Parabolantenne mit einem piezoelektrischen Erregerelement,
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1A und 1B einen
Ausschnitt eines Querschnitts durch die Sende-/Empfangseinheit der Antenne
aus 1 mit der piezoelektrischen Schicht,
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2 eine
Parabolantenne mit einer außen liegenden, die Parabolfläche
abdeckenden abstrahlenden Oberfläche,
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3 eine
Parabolantenne mit einer auf der Sende-/Empfangseinheit anliegenden,
durch Druckluft abhebbaren Folie,
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4 eine
Parabolantenne mit einem als Blattfeder ausgebildeten Erregerelement
und
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5 eine
Hornantenne mit einer als Blattfeder ausgebildeten Sende-/Empfangseinheit.
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1 zeigt
eine als Parabolantenne ausgebildete Antenne 1, wobei aber
auch andere Antennentypen wie z. B. Hornantennen oder dielektrische
Stielstrahler in Frage kommen. Die Antenne 1 weist eine
parabolisch geformten Sende-/Empfangseinheit 3 auf. Die
Sende-/Empfangseinheit 3 umfasst eine Grundfläche 9,
die eine abstrahlende Oberfläche 5 und eine dieser
gegenüberliegende Rückseite 13 aufweist.
Auf der abstrahlenden Oberfläche 5 ist ein Erregerelement 7,
umfassend eine aktive, hier piezoelektrische, Schicht 7B und
einen Impulsgeber 7A angeordnet, wobei der Impulsgeber 7A in
einer Steuereinheit 21 der Antenne 1 integriert
ist. Die Antenne 1 weist schließlich eine aus
dem Brennpunkt der parabolischen Sende-/Empfangseinheit 3 radial herausragende
Wandlereinheit 23 und eine mit der Steuereinheit 21 verbundene
Kommunikationsleitung 22 auf.
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Die
Antenne 1 sei in diesem Beispiel als ein Radarfüllstandsmessgerät
eingesetzt. Das Steuergerät 21 liefert hierzu
die Energie und steuert die Wandlereinheit 23 an, so dass
Radarstrahlung erzeugt und auf die abstrahlende Oberfläche 5 verteilt
wird. Die parabolische Form verursacht dann eine etwa parallele
Abstrahlung der Radarstrahlung, die auf ein nicht dargestelltes
Füllgut trifft und von diesem reflektiert wird. Die Laufzeit
des reflektierten und von der Antenne 1 empfangenen Signals
gibt Aufschluss über den Füllstand des Füllguts.
Gerade bei solchen Füllstandsmessungen kommt es leicht
zu Verunreinigungen der Antenne 1, etwa durch staub- oder
tröpfchenweise Verteilung des Füllguts. Durch
zunehmende Ablagerung solcher Verunreinigungen kommt es zu einer
Verschlechterung der Signalqualität. Es bilden sich Verkrustungen.
In dem nun der Impulsgeber 7A eine elektrische Spannung
an die piezoelektrische Schicht 7B anlegt, kontrahiert
oder expandiert diese und es kommt zu einer impulsartigen Verformung
und damit zu einer Welle über die abstrahlende Oberfläche 5,
wodurch die Verkrustungen abgesprengt werden. Gemäß 1A und 1B kann
die piezoelektrische Schicht 7B des Erregerelementes 7 auch
zwischen der abstrahlenden Oberfläche 5 und der
Rückseite 13 oder auf der Rückseite 13 angeordnet
sein.
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2 zeigt
eine vergleichbare Parabolantenne 1 wie in 1.
Hier ist die abstrahlende Oberfläche 5 aber durch
eine abdeckende Folie 11 gebildet, die den parabolischen
Bereich und die Wandlereinheit 23 einschließt.
Die Ablagerungen werden sich somit auf der Folie 11 bilden.
Das Erregerelement 7 ist nunmehr gebildet aus Düsen 33,
durch die Druckluft zwischen die Folie 11 und eine Grundfläche 9,
gebildet z. B. durch eine weitere Folie, eingeblasen werden kann.
Hierzu gibt ein Ventil 31 über Druckleitungen 35 kurzzeitig
und impulsartig Druckluft frei. Die eingeblasene Druckluft verursacht
eine Welle in der Folie 11, die sich kurzzeitig von der
Grundfläche 9 abhebt. Diese Welle führt
wiederum zum Ablösen der Verschmutzungen.
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3 zeigt
eine Ausführungsform vergleichbar zu 2,
wobei aber die Folie 11 sich entlang des die abstrahlende
Oberfläche 5 bildenden parabolischen Bereiches
erstreckt.
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4 zeigt
eine vergleichbare Parabolantenne 1 wie in 1.
Hier ist das Erregerelement 7 als eine ringförmige
Blattfeder ausgebildet, die auf der Rückseite 13 der
Sende-/Empfangseinheit 3 angeordnet ist. Mit der Blattfeder
ist ein Eisenkern 42 verbunden, der durch einen Elektromagneten 41 bewegbar
ist. Der Elektromagnet 41 vermag somit die Blattfeder so
zu verformen, dass sie schlagartig in einen verformten Zustand springt,
was eine Welle mit großer Amplitude in der Grund fläche 9 auslöst.
Hierdurch werden Verschmutzungen auf der abstrahlenden Oberfläche 5 effektiv
abgesprengt.
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5 zeigt
schließlich eine Antenne 1 in Form einer Hornantenne,
bei der die als Horn geformte Sende-/Empfangseinheit 3 als
Blattfeder 44 ausgebildet ist. Ein am Außenumfang
der Hornöffnung umlaufend angeordnetes Erregerelement 7,
z. B. eine aktive, beispielsweise piezoelektrisch oder magnetostriktive,
Schicht 7B mit einem Impulsgeber 7A, bewirkt bei
Ansteuerung eine Verformung der Blattfeder 44, die als
Folge aus einem stabilen Verformungszustand in einen metastabilen
Verformungszustand springt. Dadurch werden an der Sende-/Empfangseinheit 3 anhaftende
Verunreinigungen abgesprengt.
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In
den dargestellten Ausführungsformen ist das Erregerelement
elektrisch ansteuerbar und damit automatisierbar. Hierdurch wird
ein besonders wartungsarmer Betrieb der Antenne 1 bei kontinuierlich niedrigem
Verschmutzungsgrad und damit hoher Signalqualität erreicht.
Zudem kann auf ein Spülmedium verzichtet und somit auch
in solchen Anwendungen gemessen werden, die einen Eintrag eines Fremdmediums
nicht zulassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005049243
A1 [0002, 0002]