EP2296219A1 - Verwendung eines Hohlleiters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Hohlleiters. Ein Hohlleiter ist ein Wellenleiter für elektromagnetische Wellen, insbesondere im Frequenzbereich über 1.000,00 MHz. In diesem Frequenzbereich weisen koaxiale Leitungen bei der Übertragung von hohen Leistungen (zum Beispiel Sendesignalen) eine Reihe von Nachteilen auf, beispielsweise eine hohe Dämpfung und geringe Überschlagsfestigkeit.

Description

• Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Hohlleiters. Ein Hohlleiter ist ein Wellenleiter für elektromagnetische Wellen, insbesondere im Frequenzbereich über 1.000 MHz. In diesem Frequenzbereich weisen koaxiale Leitungen bei der Übertragung von hohen Leistungen (zum Beispiel Sendesignalen) eine Reihe von Nachteilen auf, beispielsweise eine hohe Dämpfung und geringe Überschlagsfestigkeit.
• Diese Nachteile können durch die Verwendung von Hohlleitern vermieden werden. Hierbei handelt es sich um meist metallische Rohre, üblicherweise mit rechteckigem, rundem oder ovalem Querschnitt. Hohe Frequenzen lassen sich im Gegensatz zu Kabeln verlustarm entlang solcher Hohlleiter übertragen.
• Signale können sich erst ab einer bestimmten Frequenz im Hohlleiter ausbreiten. Diese Frequenz ist von den Abmessungen des Hohlleiters abhängig. Die Ausbreitung der Wellen ist von der sogenannten Grenzwellenlänge abhängig, die sich für rechteckige Hohlleiter wie folgt darstellt: $${\mathrm{\lambda }}_{\mathrm{grenz}}\mathrm{=}\mathrm{2}\mathrm{a}$$

  

  
  mit
• λ_grenz = Grenzwellenlänge [m]
• a = längere Seite des Hohlleiters [m] bei rechteckigem Querschnitt.
• Hohlleiter der genannten Art sind bekannt. Sie werden beispielsweise in Mikrowellenöfen, in Richtfunkanlagen oder in Satelliten verwendet.
• Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung eines Hohlleiters zur Übertragung elektromagnetischer Wellen entlang mindestens einer Teilstrecke zwischen einem feuerfesten keramischen Bauteil in dem ein Sensor integriert ist und einer Datenverarbeitungsanlage. Das Bauteil kann ein Bauteil gemäß WO 2008/135135 A2 sein.
• Insoweit nimmt der Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung vollständig auf den Offenbarungsgehalt der WO 2008/135135 A2 Bezug.
• Gegenstand dieser Referenz ist ein Bauteil auf Basis einer keramischen Masse, die bei Temperaturen über 800° C weitestgehend stabil und insoweit feuerfest ist, wobei im Bauteil mindestens ein Sensor integriert ist, mit dem mindestens eine der folgenden Informationen während des Einsatzes des Bauteils erfassbar und an eine Datenverarbeitungsanlage übertragbar ist: Identifikation des Bauteils, physikalische Eigenschaften des Bauteils, Bewegungen des Bauteils, Einsatzzeit des Bauteils, Ort des Bauteils. Die Grenztemperatur für die genannte Feuerfestigkeit beträgt oft > 1.000° C oder > 1.200° C.
• Zur Übertragung der Daten vom Sensor zur Datenverarbeitungsanlage können gemäß WO 2008/135135 A2 Kabel wie Koaxial-Kabel verwendet werden.
• Auf Grund der hohen Anwendungstemperaturen derartiger Bauteile (mindestens 800°C, oft mehr als 1.500°C) ergeben sich hinsichtlich der Temperaturbeständigkeit der Kabel sowie zugehöriger Antennen in der Praxis Probleme.
• Durch Korrosion wird die Leistungsfähigkeit der Kabel eingeschränkt oder unterbrochen. Steckverbinder sind oft nur bis 250° C temperaturbeständig.
• Erfindungsgemäß soll die Übertragung elektromagnetischer Wellen bei dem genannten Anwendungsfall nunmehr zumindest teilweise über einen Hohlleiter erfolgen.
• Der Hohlleiter, der üblicherweise ein Metallrohr ist, ist in weit höherem Maße temperaturbeständig als ein Kabel. Ein Hohlleiter ist sowohl thermisch wie mechanisch stabil und verändert auch bei starker Belastung die Transmissionseigenschaften nicht oder nur unwesentlich. Der Hohlleiter kann starr oder biegsam (flexibel) sein.
• Nach einer Ausführungsform weist der Hohlleiter einen Rechteckquerschnitt auf. Andere Querschnittsformen wie rund, oval etc. sind möglich. Nach einer weiteren Ausführungsform besteht der Hohlleiter aus Metall.
• Wie einleitend dargestellt ist die Dimensionierung des Hohlleiters an die Frequenz der elektromagnetischen Wellen anzupassen.
• Dies ist Stand der Technik und wird hier nicht weiter erläutert.
• Die offenen Enden des Hohlleiters können, insbesondere bei kurzen Übertragungswegen, als Antennen genutzt werden. Insbesondere dann, wenn die entsprechenden Enden des Hohlleiters bündig in naheliegende Oberflächen integriert werden können sind Beschädigungen nahezu ausgeschlossen.
• Alternativ können aber auch separate Antennen, beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannte sogenannte Hornantennen oder Hohlleiter-Slot-Antennen an den eigentlichen Hohlleiter angeschlossen werden.
• Eine Hornantenne ist eine Bauform einer Antenne für elektromagnetische Wellen mit einer einer Trichterform angenäherten Metallfläche, die in den eigentlichen Hohlleiter (die Rohrleitung) einmündet. Der Hohlleiter kann zumindest abschnittsweise mit einem dielektrischen Werkstoff, insbesondere mit einem Festkörper wie einem keramischem Werkstoff, gefüllt sein. Als dielektrischer Werkstoff kommen auch flüssige Stoffe wie isolierende Öle in Frage.
• In Zusammenhang mit der Antenne kann folgende Ausführungsform gewählt werden: Der Hohlleiter geht so in die Antenne über, dass sich der Querschnitt des Dielektrikums allmählich verjüngt, während sich der Durchmesser des Hohlleiters nach außen hin erweitert, so dass eine Anordnung aus einem metallischen Trichter gebildet wird, in dessen Inneren ein Kegel aus dem dielektrischen Material sitzt, dessen Spitze bis zum Trichtereingang reicht.
• In allen Fällen hängen die Übertragungseigenschaften des Hohlleiters von der Frequenz des zu übertragenden Signals, dem Querschnitt des Hohlleiters und der relativen Dielektrizitätskonstante eines gegebenenfalls im Innenraum des Hohlleiters konfektionierten Dielektrikums ab. Ein solches Füllmaterial im Innenraum des Hohlleiters kann aus einem keramischen Werkstoff bestehen, der ebenfalls feuerfeste Eigenschaften aufweisen kann.
• Der Hohlleiter sollte innenseitig möglichst glatt sein, um Signalverluste durch eine rauhe Oberfläche zu minimieren. Insoweit kann eine glatte, temperaturbeständige Innenbeschichtung des Hohlleiters vorteilhaft sein. Um den elektrischen Widerstand gering zu halten (und damit Signalverluste bei der Übertragung zu reduzieren) sind Hohlleiter zu bevorzugen, die zumindest innenseitig aus Kupfer oder Aluminium bestehen, wenngleich Stahl für kurze Hohlleiter (bis 10 m) möglich ist.
• Der Hohlleiter, der beispielsweise bei einem Rechteckquerschnitt ein Innenmaß von 4 mal 8 cm hat, kann mittelbar oder unmittelbar an das mit dem Sensor ausgebildete feuerfeste Bauteil angeschlossen werden.
• Der Hohlleiter beziehungsweise die Antenne können konstruktiv in eine metallische Struktur integriert werden, die der Konfektionierung des feuerfesten keramischen Bauteils dient. Dabei können Teile der Metallstruktur als Hohlleiter beziehungsweise Antenne fungieren. Ein Beispiel ist ein Schieberverschluss mit Metallkassette und eingelegter Schieberplatte für ein metallurgisches Gefäß mit integriertem Hohlraum, der als Hohlleiter verwendet wird. Im Rahmen dieser Erfindung inkludiert der Begriff feuerfestes keramisches Bauteil insoweit auch zugehörige metallische oder keramische Einfassungen zur Konfektionierung.
• Der Hohlleiter kann einzelne Teilstrecken zwischen Sensor und Datenverarbeitungsanlage überbrücken, er kann aber auch durchgehend vom Sensor zur Datenverarbeitungsanlage verlaufen.
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.
• Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur - in schematisierter Ansicht - eine perspektivische Teilansicht einer Schiebermechanik mit eingelegter keramischer Schieberplatte, wie sie zur Ausflussregelung einer Metallschmelze aus einem metallurgischen Schmelzgefäß Verwendung findet.
• Dabei handelt es sich grundsätzlich um eine Anordnung und ein Bauteil analog Figur 4 der referenzierten WO 2008/135135 A2 . In einer mit dem Bezugszeichen 40 bezeichneten Schiebermechanik ist eine Metallkassette 32 angeordnet, die eine feuerfeste keramische Schieberplatte 30 aufnimmt, die mit einer Bohrung 32b (Durchflussöffnung für eine Metallschmelze bei der Anwendung) ausgebildet ist.
• Das Schiebersystem regelt einen Stahlfluss von einer Pfanne in einen nachgeschalteten Tundish.
• In einem randnahen Endbereich der Schieberplatte 30 ist ein Sensor 10 mit Antenne 16 eingebaut, wie in der WO 2008/135135 A2 beschrieben und deshalb hier nur schematisch mit X und den Bezugszeichen 10, 16 gekennzeichnet. In einem zu X benachbarten Abschnitt der Metallkassette 32 ist ein Schlitz 38 ausgebildet (etwa mittig im Krümmungsbereich der Metallkassette 32). In Verlängerung des linearen Weges von X durch den Schlitz 38 schließt sich ein erfindungsgemäßer Hohlleiter 90 aus Kupfer mit Rechteckquerschnitt (8 mal 4 cm Innenmaß) an, und zwar derart, dass elektromagnetische Wellen ungehindert vom und zum Sensor 10 beziehungsweise der Antenne 16 durch den Schlitz 38 in den Hohlleiter 90 eingeleitet und von dort durch den Hohlleiter 90 zu dessen offenem Ende 90o geführt werden können das in einem Rahmen 40r der Schiebermechanik ausgebildet ist. Dabei ist dieser Teil des Rahmens 40r beziehungsweise das entsprechende Ende des Hohlleiters 90 als Hornantenne 95 gestaltet. Die Hornantenne 95 hat die Form eines Trichters, der sich vom Rahmen 40r in eine Richtung öffnet, die von der Schieberplatte 30 wegweist.
• Von dieser Antenne 95 kann die weitere Daten-/Signalübertragung entlang einer Funkstrecke an eine weitere Antenne gehen, wie dies im Einzelnen wiederum in der WO 2008/135135 A2 beschrieben wird, deren entsprechende Offenbarung Gegenstand auch dieser Anmeldung ist.

Claims (8)

1. Verwendung eines Hohlleiters (90) zur Übertragung elektromagnetischer Wellen entlang mindestens einer Teilstrecke zwischen einem feuerfesten keramischen Bauteil (30), in dem ein Sensor (10) integriert ist, und einer Datenverarbeitungsanlage.
2. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass der Hohlleiter (90) einen Rechteckquerschnitt aufweist.
3. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass der Hohlleiter (90) aus Metall besteht.
4. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die elektromagnetischen Wellen Hochfrequenzwellen sind.
5. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass mindestens ein offenes Ende des Hohlleiters (90) als Antenne (40r) ausgebildet ist.
6. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass die Antenne eine Hornantenne ist.
7. Verwendung nach Anspruch 1 mit der Maßgabe, dass der Hohlleiter (90) zumindest abschnittweise mit einem dielektrischen Werkstoff, gefüllt ist.
8. Verwendung nach Anspruch 1, mit der Maßgabe, dass das feuerfeste keramische Bauteil (30) mit integriertem Sensor (10) ein Bauteil gemäß WO 2008/135135 A2 ist.

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