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Die Erfindung betrifft eine Signalvorrichtung.
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Technische Großmagnete, wie sie bei vielen Industrieanlagen oder beispielsweise auch in Form eines Grundfeldmagneten bei einer Magnetresonanzanlage zum Einsatz kommen, weisen zum Teil sehr hohe und weit in die Umgebung reichende magnetische Streufelder auf. Diese Streufelder können mit in der Umgebung befindlichen ferromagnetischen Elementen wie Werkzeugen, Zubehörteilen, Geräten und Ähnlichem Wechselwirken, mit dem Ergebnis, dass diese Bauteile, wenn sie nicht gesichert sind, vom Streufeld an- und in den Magneten hineingezogen werden können. Ein angezogenes Bauteil bewegt sich dabei mit hoher Geschwindigkeit und prallt mit hoher Wucht auf den Magneten. Dies kann zu einer Beschädigung des Magneten selbst führen, wie natürlich auch Personen, die in der Nähe des Magneten arbeiten oder beispielsweise als Patient mit einer Magnetresonanzanlage untersucht werden, von einem herumfliegenden Teil getroffen und verletzt werden können.
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Auf diese Gefahr wird üblicherweise durch das Aufstellen von Warnschildern im Bereich derartiger, Großmagnete enthaltenden Anlagen sowie durch Schulungen der Personen, die im Bereich solcher Anlagen arbeiten, reagiert. Häufig werden auch in Zugangsbereichen zu dem Raum, in dem beispielsweise eine Magnetresonanzanlage steht, Metalldetektoren fest installiert, die beim Betreten des Raumes von der Person mitgebrachte Metallgegenstände detektieren, so dass diese noch rechtzeitig entfernt werden können. Gleichwohl ermöglichen diese Maßnahmen nur begrenzt, das Gefahrenpotential solcher Großmagnete zu erkennen und Maßnahmen zu ergreifen.
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Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, die auf einfache Weise das Erkennen eines ein Gefahrenpotential darstellenden Magnetfelds, beispielsweise eines Streufelds, ermöglicht.
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Zur Lösung dieses Problems ist erfindungsgemäß eine Signalvorrichtung vorgesehen, umfassend ein tragbares kleinformatiges Gehäuse mit einer darin integrierten Magnetfeldsensoreinrichtung und einem integrierten, der Stromversorgung dienenden Energiespeicher, sowie einen bei Erfassung eines Magnetfelds ein Warnsignal abgebenden Signalgeber.
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Die erfindungsgemäße Signalvorrichtung zeichnet sich zunächst dadurch aus, dass sie klein und tragbar ist. Sie umfasst ein kleinformatiges Gehäuse, beispielsweise in runder, zylindrischer Form mit einem Durchmesser von z. B. 2 cm und einer Höhe von beispielsweise 1 cm. Darin integriert ist eine Magnetfeldsensoreinrichtung, die der Erfassung eines Magnetfelds dient. Über eine integrierte Stromversorgung in Form eines Energiespeichers ist die Signalvorrichtung autark, als Energiespeicher ist beispielsweise eine kleine Batterie oder ein Akkumulator vorgesehen. Weiterhin ist ein Signalgeber vorgesehen, der bei Erfassung eines Magnetfelds, das beispielsweise eine Mindestfeldstärke von einem oder wenigen mT aufweist, ein Warnsignal ausgibt, so dass Personen, die dieses Warnsignal wahrnehmen, eine sofortige Information darüber erhalten, dass ein ein Gefahrenpotential darstellendes Magnetfeld über die Signalvorrichtung erfasst wurde.
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Der Vorteil der Kleinformatigkeit liegt darin, dass die Signalvorrichtung ohne weitere an beweglichen ferromagnetischen Gegenständen angebracht werden kann, beispielsweise einem Schiebewagen, auf dem Gegenstände an eine solche Anlage transportiert werden, oder Ähnliches. Wird beispielsweise ein solcher Wagen in den Bereich des Streufelds bewegt und erfasst die Magnetfeldsensoreinrichtung, dass ein Streufeld mit der Mindestfeldstärke gegeben ist, so wird das Warnsignal ausgegeben, woraufhin die Person, die den Wagen bewegt, gewarnt wird und diesen entsprechend positionieren kann. Daneben kann die tragbare Signalvorrichtung aber auch von einer Person selbst genutzt werden, indem sie diese Signalvorrichtung als permanente Warnvorrichtung bei sich trägt. Sie erfährt dadurch sofort, wenn sie sich in den Bereich eines hinreichend hohen Streufelds begibt, woraufhin sie beispielsweise dadurch reagieren kann, dass sie sich wieder entfernt, oder dass sie etwaige transportierte ferromagnetische Gegenstände an einem sicheren Ort ablegt oder Ähnliches.
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Die erfindungsgemäße Signalvorrichtung ist also eine sehr einfache, wartungsfreie, autarke und kostengünstige Warneinheit, die an jedem gebräuchlichen ferromagnetischen Gegenstand angebracht werden kann oder einem Bediener oder Nutzer beispielsweise einer Magnetresonanzanlage oder Ähnlichem selbst als permanenter Warner dienen kann.
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Zentrales Element ist die Magnetfeldsensoreinrichtung, die in der Lage ist, Magnetfelder zu sensieren. Dabei sind unterschiedliche Ausgestaltungen einer solchen Magnetfeldsensoreinrichtung denkbar, die beispielsweise dergestalt sind, dass sie aufgrund ihrer Funktionalität erst auf Felder ab einer bestimmten Mindestfeldstärke von beispielsweise 1 bis 5 mT ansprechen, oder die derart ausgelegt sind, dass sie unabhängig von der konkreten Feldstärke stets ein Signal bei Erfassung eines Feldes liefern, jedoch nur dann an den Signalgeber ein Ansteuerungssignal ausgegeben wird, wenn ein Schwellwert überschritten wird.
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Eine erste Ausführungsform einer Magnetfeldsensoreinrichtung umfasst wenigstens einen Reed-Kontakt. Über einen solchen Reed-Kontakt wird bei Einwirken eines Magnetfelds, wenn dieses eine Mindestfeldstärke von typischerweise 1 bis 5 mT oder mehr aufweist, ein Kontakt und damit ein Stromkreis geschlossen. Im Falle der erfindungsgemäßen Signalvorrichtung führt dies dazu, dass der Stromkreis, in den der Signalgeber eingebunden ist, geschlossen wird, so dass dieser über den Energiespeicher bestromt wird und ein beliebiges Warnsignal, z. B. optisch, akustisch und/oder haptisch, ausgegeben wird. Die Aktivierung des Signalgebers erfolgt also durch Schließen des Reed-Kontakts bei Erfassung oder Einwirken eines hinreichend hohen Magnetfelds.
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Um eine bezüglich der Richtung des einwirkenden Magnetfelds isotrope Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoreinrichtung zu realisieren können in Weiterbildung der Erfindung drei Reed-Kontakte vorgesehen sein, die orthogonal zueinander angeordnet sind. Diese drei Reed-Kontakte, die parallelgeschaltet und mit ihren empfindlichen Achsen orthogonal zueinander angeordnet sind, ermöglichen folglich eine richtungsunabhängige Felderfassung, also im Wesentlichen unabhängig davon, wie nun die Magnetfeldsensoreinrichtung relativ zur Feldrichtung positioniert ist, da stets einer der Reed-Kontakte bei Anliegen eines hinreichend hohen Feldes aktiviert und folglich der Stromkreis geschlossen wird, was aus der Parallelschaltung der Reed-Kontakte resultiert.
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Alternativ zur Verwendung von Reed-Kontakten kann eine Magnetfeldsensoreinrichtung auch wenigstens einen Hall-Sensor umfassen, der bei Einwirken eines zu erfassenden Magnetfelds ebenfalls ein der Ansteuerung des Signalgebers dienendes Ausgangssignal liefert. Im Unterschied zu den Reed-Kontakten setzt ein Hall-Sensor eine kontinuierliche Bestromung voraus, die im Hinblick auf den minimalen Stromverbrauch und die Leistungsfähigkeit bekannter Energiespeicher jedoch keine nennenswerte Einschränkung der Funktionsdauer der Signalvorrichtung bedeutet. Auch bei dieser Ausgestaltung ist es zur Realisierung einer isotropen Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoreinrichtung zweckmäßig, drei Hall-Sensoren vorzusehen, die orthogonal zueinander angeordnet sind. Wie bei dem beschriebenen, aus drei Reed-Kontakten bestehenden dreidimensional empfindlichen Reed-Relais kann unter Verwendung dreier Hall-Sensoren ebenfalls eine dreidimensional empfindliche Hall-Sensoranordnung aufgebaut werden.
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Eine dritte Alternative einer Magnetfeldsensoreinrichtung sieht vor, dass diese wenigstens eine Leiterschleife umfasst.
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Ein Magnetfeld, in dem eine Leiterschleife bewegt wird, induziert in die Leiterschleife einen Strom, der als Ausgangssignal zur Ansteuerung des Signalgebers dienen kann. Ist aufgrund der Feldstärke der induzierte Strom hinreichend groß, so dass er die Aktivierungsschwelle des Warnsignalgebers überschreitet, so wird auch hier das Signal gegeben. Auch bei dieser Ausgestaltung ist der Einsatz dreier Leiterschleifen, die orthogonal zueinander angeordnet sind, zur Realisierung einer isotropen Feldempfindlichkeit zweckmäßig.
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Mit der beschriebenen Hall-Sensorausführung umfassend die drei Hall-Sensoren wie auch mit der Ausführung umfassend die drei orthogonal zueinander stehenden Leiterschleifen ist neben einer absoluten B0-Feld-Überwachung, also einer Ermittlung des Grundfelds, auch eine dB/dt-Schwellwertüberwachung denkbar, wie sie beispielsweise für die Bewegung in Hochfeldanlagen gefordert wird.
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Nicht zuletzt zu diesem Zweck ist es vorteilhaft, wenn dem oder den Hall-Sensoren oder der oder den Leiterschleifen eine Vergleichereinrichtung zum Vergleichen des von dem oder den Hall-Sensoren oder der oder den Leiterschleifen gelieferten Ausgangssignals mit einem Schwellwertsignal nachgeschaltet ist. Eine solche Vergleichereinrichtung kann beispielsweise ein Komparator oder ein Operationsverstärker sein. Hierüber ist es möglich, die Signalausgabe in Abhängigkeit der erfassten Feldstärke zu steuern. D. h., dass ein Warnsignal nur ausgegeben wird, wenn das von den Sensoren bzw. den Leiterschleifen aufgrund der Feldinduktion gelieferte Ausgangssignal mindestens die Höhe eines definierten Schwellwertsignals beträgt.
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Als Signalgeber kann wie beschrieben ein optischer, alternativ oder zusätzlich auch ein akustischer Signalgeber vorgesehen sein. Ein optischer Signalgeber kann beispielsweise eine LED sein, ein akustischer Signalsgeber ein Summer oder Piepser oder Ähnliches.
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Als Energiespeicher wird entweder eine Batterie, ein Akkumulator oder ein z. B. über eine Solarzelle aufladbarer Kondensator (Ultracap) genutzt. Gegebenenfalls ist es möglich, einen induktiv aufladbaren Akkumulator einzusetzen, der induktiv geladen wird, wenn er sich in einem Magnetfeld befindet.
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Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung sieht vor, am Gehäuse ein Befestigungsmittel zum Befestigen der Signalvorrichtung an einem Drittgegenstand, sei es einem Bauteil oder an der Kleidung einer Person oder dergleichen, vorzusehen. Ein solches Befestigungsmittel kann beispielsweise ein Klemmelement in Form eines Clips oder Ähnliches, mit dem die Signalvorrichtung beispielsweise an einer Jacke oder Ähnlichem angeclipst werden kann, sein. Ebenso ist ein Halteband denkbar, das gehäuseseitig fixiert ist und beispielsweise von einer Person um den Arm gebunden oder an einem Drittgegenstand wie beispielsweise einem Wagen und Ähnlichem befestigt werden kann. Weiterhin kann ein Befestigungsmittel auch ein Klebeband sein, beispielsweise ein doppelseitiges Klebeband, über das die Signalvorrichtung an einem beweglichen Drittgegenstand wie beispielsweise einem Laborwagen und Ähnlichem festgeklebt werden kann.
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Die Signalvorrichtung kann als Einzelgerät ausgeführt bzw. genutzt werden. Denkbar ist es aber auch, sie fest an einem beweglichen Drittgegenstand anzuordnen oder in diesem zu integrieren. Ein solcher Drittgegenstand kann z. B. ein Warn- oder Hinweisschild sein, das z. B. an einem beweglichen ferromagnetischen Gegenstand, der mit dem Warn- oder Hinweisschild zu kennzeichnen ist, anzubringen, z. B. anzukleben ist. Das Gehäuse ist in diesem Fall möglichst flach ausgeführt und samt dem Drittgegenstand, an dem es sich befindet, tragbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Signalvorrichtung,
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2 die Signalvorrichtung aus 1 von unten,
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3 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Signalvorrichtung einer ersten Ausführungsform mit drei Reed-Kontakten, und
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4 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Signalvorrichtung mit drei Hall-Sensoren, und
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5 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Signalvorrichtung mit drei Leiterschleifen.
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1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Signalvorrichtung 1, umfassend ein tragbares, kleinformatiges Gehäuse 2, das hier zylindrischer Form ist und ein Seitenteil 3 sowie einen Deckel 4 als auch einen Boden 5 aufweist. Im Gehäuseinneren sind die relevanten Bauteile integriert, die für die Funktion der Magnetfelderfassung und Signalgabe erforderlich sind. Die Signalgabe erfolgt über einen optischen Signalgeber in Form einer LED 6, ferner ist ein akustischer Signalgeber in Form eines Summers oder Piepsers integriert, der im gezeigten Beispiel unterhalb des Deckels, der eine entsprechende Perforation 7 aufweist, angeordnet ist.
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Über ein am Gehäuse 2 vorgesehenes Befestigungsmittel 8, hier in Form eines Klemmelements in Form eines Klemmbügels 9, kann die Signalvorrichtung 1 an einem Drittgegenstand wie beispielsweise einer Jacke oder Ähnlichem befestigt werden, mithin also ohne Weiteres von einer Person, die im Bereich einer einen Großmagneten aufweisenden Anlage beispielsweise einem Magnetresonanzanlage arbeitet, permanent getragen werden. Alternativ zur Anordnung eines Klemmbügels 9 wäre die Anbringung eines Haltebands denkbar, das beispielsweise nach Art eines Armbands die Anbringung am Arm der Person ermöglicht, gleichermaßen aber auch die Anbringung beispielsweise an einem Träger oder Ähnlichem einer beweglichen Vorrichtung wie einem Laborwagen oder dergleichen zulässt. Schließlich könnte am Gehäuseboden 5 auch ein Klebeband angeordnet sein, über das die Signalvorrichtung 1 an einem Drittgegenstand festgeklebt werden kann.
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3 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung eine Schaltskizze einer Signalvorrichtung einer ersten Ausführungsform. Die Signalvorrichtung umfasst eine Magnetfeldsensoreinrichtung 10, die hier im gezeigten Beispiel aus drei Reed-Kontakten 11 besteht, die parallel geschaltet sind. Die Reed-Kontakte 11 sind orthogonal zueinander angeordnet, d. h., dass jeder Reed-Kontakt bezüglich einer anderen Raumrichtung sensitiv ist. Das Reed-Kontakt-Array besitzt eine dreidimensionale, isotrope Empfindlichkeit, ist also in drei Raumrichtungen empfindlich ist.
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Vorgesehen ist ferner ein beliebiger Energiespeicher 12 beispielsweise in Form einer Batterie, eines Akkus oder eines über eine Solarzelle aufladbaren Kondensators (Ultracap), sowie der bereits beschriebene optische Signalgeber in Form der LED 6 und ein akustischer Signalgeber 13 in Form eines Summers oder Piepsers oder Ähnlichem.
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Die Funktion ist nun derart, dass dann, wenn ein hinreichend hohes Magnetfeld mit einer Mindestfeldstärke von typischerweise 1 bis 5 mT auf die Magnetfeldsensoreinrichtung 10, mithin also auf die Reed-Kontakte 11 wirkt, wenigstens einer der Reed-Kontakte über das externe Magnetfeld geschlossen wird. Dies führt dazu, dass der Stromkreis, der bis dahin über die Reed-Kontakte 11 geöffnet war, geschlossen wird und die LED 6 sowie der akustische Signalgeber 13 über die Energieversorgung 12 mit Strom versorgt wird. Es kommt folglich zur Gabe eines optischen und eines akustischen Warnsignals. Nur dann wird bei dieser Ausgestaltung Strom verbraucht.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Signalvorrichtung 1 ist in Form einer Prinzipschaltskizze in 4 dargestellt. Hier kommt als Magnetfeldsensoreinrichtung 10 ein Sensorsatz bestehend aus drei Hall-Sensoren 14 zum Einsatz, die ebenfalls mit ihrer empfindlichen Achse orthogonal zueinander angeordnet sind, so dass sich auch hier wiederum ein dreidimensionales Empfindlichkeitsverhalten ergibt. Den Hall-Sensoren nachgeschaltet ist im gezeigten Beispiel ein Addierer 15, der die Einzelsignale zu einem Gesamtsignal addiert. Die Hall-Sensoren 14 sind über die hier nicht gezeigte Energieversorgung stets zu bestromen, sie liefern auch bei kleinsten Feldern ein Ausgangssignal, anders als die Reed-Kontakte 11, zu deren Schließen eine Mindestfeldstärke anliegen muss. Das addierte Ausgangssignal wird sodann auf den ersten Eingang 16 einer Vergleichereinrichtung, beispielsweise eines Komparators oder eines Operationsverstärkers, gegeben, an dessen zweitem Eingang 17 eine Schwellwertspannung anliegt. Nur dann, wenn das am Eingang 16 anliegende, von den Sensoren 14 gemessene Ausgangssignal größer ist als die Schwellwertspannung, wird der Signalgeber, sei es ein optischer oder ein akustischer Signalgeber oder beide, aktiviert.
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5 zeigt schließlich eine Ausführungsform, bei der die Magnetfeldsensoreinrichtung 10 drei Leiterschleifen 19 umfasst, die orthogonal zueinander angeordnet sind. Ein externes Magnetfeld induziert in den Leiterschleifen 19 einen Strom, der ein Ausgangssignal liefert. Wie bei der Ausgestaltung nach 3 wird dieses auf einen Addierer 15 gegeben, der ein gesamtes Ausgangssignal erzeugt, das auf den Eingang 16 einer Vergleichereinrichtung gegeben wird, an der wiederum am Ausgang 18 eine Schwellwertspannung anliegt. Ist das über die Leiterschleifen 19 gelieferte induzierte Signal hinreichend hoch, erfolgt eine Warnsignalausgabe über den Signalgeber 6 und/oder 13.
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Je nach verwendeten Sensoren respektive deren Auslegung und sofern erforderlich Setzen einer Schwellwertspannung ist es bei den beschriebenen beiden Ausführungsformen möglich, die Feldstärke, unterhalb welcher keine Signalgabe erfolgt, einzustellen. Beispielsweise können auch Reed-Kontakte mit einer Empfindlichkeit von weniger als 1 mT, beispielsweise im Bereich von 0,5 mT verwendet werden, wie natürlich auch deutlich weniger empfindliche Reed-Kontakte verwendet werden können. Auch können beliebig hohe Schwellwertspannungen definiert werden, so dass eine Einstellung der Sensitivität der erfindungsgemäßen Signalvorrichtung ohne Weiteres bezogen auf den konkreten Einsatzzweck erfolgen kann.
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Die Lebensdauer verwendbarer Energiespeicher, insbesondere in Form von Batterien, wie beispielsweise Lithiumbatterien, beträgt üblicherweise ca. 10 Jahre. Selbst bei Einsatz von Hall-Sensoren, die einer kontinuierlichen Bestromung bedürfen, ist damit für eine hinreichend lange Lebensdauer Sorge getragen. Denkbar ist es natürlich, das Gehäuse so auszugestalten, dass es ohne Weiteres geöffnet und eine defekte Batterie ausgetauscht werden kann. Im Falle der Ausführungsform gemäß 3, bei der die Hall-Sensoren eingesetzt sind, ist es denkbar, einen Schalter vorzusehen, über den der Stromkreis geöffnet und geschlossen werden kann, so dass die Signalvorrichtung letztlich nur dann in Betrieb ist, wenn tatsächlich erforderlich.
