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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft einen Isolierkörper zum Schutz eines Funksensors. Insbesondere soll ein Schutz vor kurzzeitigen Temperaturerhöhungen oder vor Heißmetallfunken und -spritzern in hüttentechnischen Anlagen bereitgestellt werden.
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Stand der Technik
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Gerade in den genannten hüttentechnischen Anlagen, zum Beispiel Stahlwerken, Metallgießanlagen, Walzwerken oder sonstigen Bandprozessanlagen, sind Sensoren besonders rauen Bedingungen ausgesetzt. Um einen reibungslosen Ablauf der Prozesse zu gewährleisten, werden immer häufiger Funksensoren zur Messung von Temperaturen, Drücken oder sonstigen Parametern verwendet. Dadurch, dass solche Sensoren drahtlos Signale übertragen, müssen keine störenden und defektanfälligen Kabel verlegt werden.
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Problematisch ist allerdings die Wärmedämmung der Sensoren unter den erwähnten industriellen Bedingungen. Durch Funkenflug oder Metallschlackenspritzer können diese schwer beschädigt werden und möglicherweise ausfallen, wodurch zum Beispiel produzierte Werkstoffe in ihrer Qualität gemindert werden, Produktionsprozesse unterbrochen werden müssen, oder Anlagenpersonal durch fehlende Prozesskontrolle gefährdet wird.
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Zudem sind Messfühler von Sensoren zwar häufig sehr robust ausgelegt, allerdings sind die zugehörigen Elektronikbauteile, wie in etwa die Sendeelektronik von Funksensoren, nicht für den Einsatz unter hohen Temperaturen konzipiert, wie sie insbesondere kurzzeitig bei der Herstellung und Bearbeitung von Metallen auftreten.
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Die Veröffentlichung
WO 03/060432 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Bestimmen von Kenngrößen einer Metallschmelze. Gemäß dieser Vorrichtung wird eine Messeinrichtung in die Metallschmelze eingebracht, mittels derer Messdaten der Kenngrößen generiert und drahtlos zu einer Verarbeitungseinrichtung übertragen werden. Der Schutz der Einrichtung besteht aus einem silikatgebundenen Papprohr in dem die elektronischen Bauteile aufgenommen werden. Um die Sendeantenne der Einrichtung vor Metallspritzern und Schlackepartikeln zu schützen, ist das obere Ende der Vorrichtung mit Pappe umgeben, welche wahlweise noch einen Überzug aus Keramik aufweisen kann. Nach einer gewissen Messzeit wird die Messeinrichtung automatisch durch die Metallschmelze zerstört.
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Eine solche Vorrichtung eignet sich vor allem nicht für den dauerhaften Einsatz in der Nähe von Anlagen zur Verarbeitung von zumindest zum Teil flüssigem Metall. Die Pappschicht wird mit der Zeit zerstört und eine mögliche Keramikschicht hat sich als spröde bzw. brüchig erwiesen, so dass die offenbarten Schutzmaßnahmen nicht hinreichend langlebig sind.
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Ferner sind aus dem Stand der Technik Vakuumisolierungen bekannt. Diese sind zwar äußerst wärmeisolierend, jedoch meist gegenüber mechanischen Einflüssen anfällig. Bereits kleine Beschädigungen der Isolierung führen zu deren Ausfall. Zudem ist die Herstellung bzw. Installation solcher Isolierungen aufwendig.
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Aus dem Stand der Technik ist darüber hinaus bekannt, Sensoren durch ein solides Metallgehäuse vor zu rauen Umweltbedingungen zu schützen, allerdings be- bzw. verhindern solche Metallgehäuse die einwandfreie Übertragung von Funksignalen eines Funksensors. Ferner weisen diese Gehäuse ein hohes Gewicht auf und weisen auch nur eine beschränkte Wärmedämmfähigkeit auf.
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Die
US 5 184 894 A und
US 3 816 183 A offenbaren jeweils Isolierkörper für Temperatursensoren gegenüber Heißmetallfunken und -spritzern bestehend aus keramischen Fasern, welche mittels Binder verbunden sind. Die Isolierkörper umfassen dabei jeweils einen Hohlraum zum Aufnehmen und zum zumindest teilweise Umschließen des Sensors.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen bekannten effektiven Schutz für Funksensoren vor kurzzeitig auftretenden Temperaturerhöhungen, insbesondere gegenüber Heißmetallfunken und -spritzern in hüttentechnischen Anlagen dahingehend weiterzubilden, dass erzudem eine Funkübertragung hinreichend gewährleistet.
Alternativ soll mindestens einer der obengenannten Nachteile überwunden werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die obengenannte technische Aufgabe wird durch einen Isolierkörper zum Schutz eines Funksensors, vorzugsweise gegenüber Temperaturschwankungen, Heißmetallfunken oder -spritzern in hüttentechnischen Anlagen, gelöst, welcher Keramikfasern umfasst, die miteinander durch ein Bindemittel verbunden sind. Die Keramikfasern weisen eine Zusammensetzung von 30-80% Al2O3 und 70-20% SiO2 oder eine Zusammensetzung von 45-47% CaO und 40-60%SiO2 auf. Mit anderen Worten wird der Isolierkörper aus den durch ein Bindemittel verbundenen Keramikfasern gebildet. Ferner umfasst der erfindungsgemäße Isolierkörper einen Hohlraum zum zumindest teilweisen Umschließen des Funksensors.
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Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung des Isolierkörpers wird eine Isolierung bereitgestellt, welche wirkungsvoll Metall-, Schlackenspritzer oder Funken abhalten kann und dennoch einen ungehinderten Austausch von Funksignalen gewährleistet. Ferner ist das Material durch den Aufbau aus keramischen Fasern und Bindemitteln sehr widerstandsfähig gegenüber mechanischen Einflüssen. Es ist insbesondere nicht spröde wie keramische Beschichtungen. Zudem weist das Material durch die Kombination aus Fasern und Bindemittel ein verhältnismäßig geringes Gewicht auf. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Isolierkörpers besteht darin, dass er leicht an die Form eines Sensors anpassbar ist, was bei metallischen oder rein keramischen Materialien schwerer realisierbar ist.
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Alternativ umfasst die Erfindung einen Isolierkörper zum Schutz eines Funksensors in hüttentechnischen Anlagen, wobei der Funksensor zumindest Datenverarbeitungs- bzw. Sendebauteile und der Isolierkörper durch ein Bindemittel miteinander verbundene Keramikfasern sowie einen Hohlraum zum Umschließen der Datenverarbeitungs- bzw. Sendebauteile des Sensors zum Schutz vor Heißmetallfunken und -spritzern umfasst. Das Umschließen der Datenverarbeitungs- bzw. Sendebauteile schließt insbesondere nicht aus, dass sich ein Messfühler durch den Isolierkörper hindurch erstreckt. Bis auf einen solchen Fühler werden die Datenverarbeitungs- bzw. Sendebauteile des Sensors jedoch bevorzugt durch den Isolierkörper umschlossen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Isolierkörper aus zwei Halbschalen oder mehr als zwei Schalenelementen aufgebaut, welche, wenn sie zusammengesetzt sind, einen Hohlraum zum zumindest teilweisen Umschließen des Funksensors umfassen. Durch diese Anordnung kann ein Funksensor leicht ein- oder ausgebaut werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bilden die durch das Bindemittel miteinander verbunden Keramikfasern ein Geflecht, welches zwischen den einzelnen Fasern Zwischenräume umfasst. Durch eine derartige Ausbildung wird zum einen eine gute Übertragung von Funkwellen sichergestellt und zum anderen die Dichte des Isolierkörpers verringert, jedoch zugleich eine hohe mechanische Belastbarkeit und eine gewisse Flexibilität gewährleistet.
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Ferner umfasst die vorliegende Erfindung eine isolierte Funksensorvorrichtung umfassend einen Funksensor sowie einen Isolierkörper zum Schutz des Funksensors gemäß einer der erfindungsgemäßen Ausführungsformen. Die Vorteile dieser Vorrichtung entsprechen im Wesentlichen den bereits obengenannten Vorteilen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Sensorvorrichtung umfasst der Funksensor einen stab- oder drahtartigen Messfühler sowie ein Sendebauteil, wobei das Sendebauteil innerhalb eines Hohlraums des Isolierkörpers anordenbar ist und der Messfühler sich von dem Sendebauteil durch den Isolierkörper hindurch nach außen erstreckt. Der Fühler kann sich zum Beispiel durch einen in dem Isolierkörper vorgesehen Kanal erstrecken. Bevorzugt handelt es sich bei dem Messfühler um einen Temperaturfühler.
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Jedoch sind auch andere Fühler bzw. Sensoren für den erfindungsgemäßen Einsatz denkbar.
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Schließlich umfasst die vorliegende Erfindung ebenso ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Isolierkörpers, umfassend die Schritte: Bereitstellen von Keramikfasern; Verbinden der Keramikfasern durch ein Bindemittel zu einem (Voll)Block und Formen bzw. Einbringen eines Hohlraums in den Block zur Aufnahme mindestens eines Teils des Funksensors. Der Hohlraum kann insbesondere ein Datenverarbeitungsbauteil und/oder Sendebauteil des Funksensors oder zumindest einen Teil des Messfühlers umschließen. Das Formen kann bevorzugt durch Fräsen erfolgen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, umfasst das Verfahren zudem den Schritt des Ermittelns des Außenumrisses (Kontur / Form) des Funksensors.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird der Block vor dem Formen des Hohlraums in zwei oder mehr Teile geteilt (welche wieder zusammensetzbar sind). Ferner werden in diese Teile Mulden eingeformt, welche bei Zusammensetzen der Teile einen zusammenhängenden Hohlraum zur Aufnahme bzw. zum Umschließen von zumindest einem Teil des Funksensors in dem Isolierkörper dienen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens erfolgt nach dem Formen des Hohlraums ein Härten des Isolierkörpers.
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Im Falle des obigen Isolierkörpers, der obigen Funksensorvorrichtung oder des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens ist der Hohlraum des Isolierkörpers bevorzugt zum Aufnehmen und/oder Umschließen des Sensors komplementär zu der Form des umschlossenen Teils des Funksensors, ausgebildet.
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Die obigen Merkmale können im Übrigen miteinander kombiniert oder gegeneinander ausgetauscht werden.
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Figurenliste
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Im Folgenden werden kurz die Figuren der Ausführungsbeispiele beschrieben. Weitere Details sind der detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele zu entnehmen.
- 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines zweiteiligen Isolierkörpers und eines darin angeordneten Funksensors in einem zusammengesetzten Zustand (links) und einem Zustand, in dem die beiden Hälften des Isolierkörpers voneinander getrennt dargestellt sind (rechts).
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Isolierkörpers 1 für einen Funksensor 2 bzw. einer Funksensorvorrichtung 10, umfassend den Isolierkörper 1 und den Funksensor 2.
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Wie in der 1 dargestellt, wird der Funksensor 2 durch den Isolierkörper 1 bevorzugt umschlossen, wobei lediglich der Messfühler 11 des Funksensors 2 aus dem Isolierkörper 1 zum Messen einer Umgebungsvariable (zum Beispiel der Temperatur, dem Druck, etc.) herausragt.
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Der Isolierkörper 1 kann bevorzugt mehrteilig ausgebildet sein und insbesondere aus zwei Hälften 3, 5 bestehen. Im linken Teil der Abbildung ist der Isolierkörper in einem zusammengesetzten Zustand der Hälften 3, 5 dargestellt, wohingegen in dem rechten Teil der Abbildung derselbe bzw. ein analoger Isolierkörper 1 samt Sensor 2 in geteilter Form abgebildet ist.
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Die beiden Hälften 3, 5 bzw. die einzelnen Teile 3, 5 umfassen jeweils bevorzugt eine Mulde, sodass im zusammengesetzten Zustand der Teile 3, 5 ein Hohlraum zur Aufnahme zumindest eines Teils, insbesondere des Sendeteils und/oder des Datenverarbeitungsteils 13 des Sensors 2 gebildet wird.
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Die Form der Mulden bzw. des Hohlraums kann dem zu verwendenden Sensor 2 angepasst werden. Die Mulde bzw. der Hohlraum kann je nach Größe und Form des Messfühlers 11 und des Sende- bzw. Datenverarbeitungsteils 13 ausgebildet werden. Zur Fertigung des Isolierkörpers 1 kann die Form des Sensors 2 zum Beispiel durch einen 3D-Scanner erfasst werden oder anhand von bereits vorliegenden Konstruktionszeichnungen des Sensors 2 berücksichtigt werden. Die zur Ausbildung des Isolierkörpers 1 eingesetzten Keramikfasern sind kommerziell erhältlich und werden bevorzugt aus Aluminium und Siliziumoxid oder aus Calcium und Siliziumoxid hergestellt und sind feuerfest bzw. nicht brennbar. Als Bindemittel zur Verbindung der Fasern können sowohl anorganische als auch organische Bindemittel verwendet werden. Aus den Fasern und den genannten Bindemitteln werden dann Blöcke bzw. Vollblöcke gefertigt. Anschließend können Bindemittel und Fasern optional vorgeglüht und vorzugsweise in einem nächsten Schritt geschnitten und/oder gefräst werden und schließlich bevorzugt gehärtet werden.
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Generell können die Blöcke bzw. Vollblöcke aus Fasern und Bindemitteln vorzugsweise Außendurchmesser zwischen 5 und 20 cm aufweisen. Diese Blöcke können dann in zwei oder mehr Teile 3, 5 geteilt, insbesondere zersägt werden. Anschließend können zum Beispiel durch Fräsen Mulden 7, 9 in die Teile 3, 5 geformt werden, so dass bei Zusammensetzen der Teile 3, 5 durch die Mulden 7, 9 ein Hohlraum 7, 9 geformt wird, welcher zumindest einen Teil des Sensors 2 aufnehmen bzw. umschließen kann. Insbesondere kann ein solcher Hohlraum 7, 9 die Datenverarbeitungs- und/oder Sendebauteile 13 umschließen.
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Es ist zudem im Allgemeinen möglich, die Form des Hohlraums 7, 9 und/oder des Außenumrisses des Isolierkörpers 1 der Form des Sensors 2 anzupassen. Auch der Außenumriss der Teile 3, 5 kann durch Fräsen der Form des Sensors 2 angepasst werden. Dadurch kann sowohl das Gewicht als auch der Platzbedarf der Isolierung 1 weiter reduziert werden. Die dargestellte quaderartige Form des Isolierkörpers 1 bzw. von dessen Teilen 3, 5 ist nicht einschränkend zu verstehen. Auch andersartige Blockformen sind möglich, wie zum Beispiel Formen mit mehr oder weniger als sechs Seitenflächen sowie geschwungene bzw. runde Formen. Das durch den Hohlraum 7, 9 umschlossene Bauteil 13 kann insbesondere eine Spannungsversorgung, zum Beispiel in Form einer Batterie, enthalten sowie sonstige für den Betrieb des Funksensors 2 notwendige Bauteile. Solche Konzepte sind dem Fachmann allerdings an sich bekannt.
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Im Allgemeinen kann der Messfühler 11, welcher sich bevorzugt von dem Bauteil 13 aus erstreckt, als Einstichfühler 11 ausgebildet sein und im Wesentlichen die Form eines Stabs oder Drahts aufweisen. Der Fühler 11 kann auch gebogen und/oder plattenartig bzw. flächig ausgebildet sein. Ferner sind zudem auch mehreckige Querschnitte des Fühlers 11 und entsprechende (komplementär) in den Teilen 3, 5 geformte Mulden bzw. Hohlräume 7, 9 denkbar. Sowohl Funksensoren 2 als auch Messfühler 11 in der dargestellten Form sind bereits kommerziell erhältlich und dem Fachmann an sich bekannt.
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Im Allgemeinen kann die Erfindung auch einen dem Funksensor 2 entsprechenden Empfänger (nicht dargestellt) umfassen. Derartige Empfänger sind ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt. Zwischen Sensor 2 und Empfänger können Signale drahtlos ausgetauscht werden.
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Ein erfindungsgemäßer Sensor 2 könnte zum Beispiel bei der Temperaturmessung von Elektrolichtbogenöfen zur Überwachung der Kühlwassertemperatur eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäße Funksensoren 2 können ferner zur Druck-, Temperatur-, Beschleunigungs-, Drehmoment- oder Volumenmessung eingesetzt werden oder auch für chemische Analysen in Einsatz kommen.
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Die zu dem dargestellten Ausführungsbeispiel beschriebenen Merkmale können in jeglicher Form miteinander kombiniert werden oder ebenfalls gegeneinander ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Isolierkörper
- 2
- Funksensor
- 3
- Isolierkörperhälfte
- 5
- Isolierkörperhälfte
- 7
- Mulde
- 9
- Mulde
- 10
- Funksensorvorrichtung
- 11
- Messfühler
- 13
- Sende- / Datenverarbeitungsbauteil
