Kristall sorgt für klare Verhältnisse

Von Alfred Binder, F & E Manager, und Birgit Rader, Public Relations, CTR Carinthian Tech Research AG

Stahlpfannen, Karosserien in Lackierstraßen, Isolierung in Industrieöfen - ein Piezokristall als RFID-Tag liefert auch unter Extrembedingungen wertvolle Informationen, wie Temperatur und Identifikation.

Die RFID-Technologie hat sich in der Logistik und Prozesskontrolle längst etabliert. Doch was, wenn Objekte - bei extremer Hitze, Staub, Erschütterungen oder hohen Strahlenbelastungen - überwacht werden sollen? Siliziumbasierte RFID-Sensoren erreichen hier bald ihre Grenzen.

Wellenreiter mit Kristall-RFID-Sensoren auf Oberflächenwellenbasis (englisch: Surface Acoustic Wave - SAW) sind da um einiges robuster. SAW-Sensoren haben einen piezoelektrischen Kristall, arbeiten rein passiv, funktionieren bei Hitze, Staub, Erschütterungen und Strahlen, sind über Funk abfragbar und messen Temperatur, Druck, Kraft, Spannung oder können zur Identifikation von Objekten genutzt werden. Während bei RFID-Sensoren die Temperaturgrenze schon bei 180 Grad erreicht ist, überstehen die SAW-Sensoren Einsatztemperaturen von Minus 55 Grad Celsius bis Plus 400 Grad Celsius.

Die Tauglichkeit der SAW-Sensoren wurde schon bei einigen Anwendungen bewiesen: In der Herstellung von Betonbauteilen, eingehaust in Bohrgestängen bei der Förderung von Erdöl, angebracht auf einem Bratenspieß im Backofen, zur Abstandskontrolle und Positionierung in Bergbaumaschinen, in der Weltraumforschung, als Drucksensor im Motor oder in Mikrowellen-Durchlauföfen. Die Einsatztemperaturen können noch steigen - Forschungen zu Anwendungen bei 600 - 1 000 Grad Celsius haben bereits begonnen.

Projekt in der Schlackenwirtschaft

In einem Projekt mit MultiServ Inc. und Hescon bv werden die SAW-Sensoren in der Transportlogistik von Schlackentiegeln eingesetzt. Während der Roheisenherstellung und bei der Stahlveredelung entsteht neben dem Flüssigstahl auch Schlacke, die, wenn sie nicht auf Deponien gebracht, als Sekundärrohstoff überwiegend im Bauwesen als Zusatzstoff für Zement oder zur Herstellung von Straßenbelag verwendet wird. Für die Verarbeitung der Schlacke ist die jeweilige Chargenqualität ausschlaggebend. Die Überwachung per Funk sorgt für eine automatisierte Dokumentation im Qualitätsmanagement: Die Schlackentiegel werden direkt nach dem Abstich identifiziert und per Kran auf Transportwaggons gehoben. Durch die eindeutige Identifizierung kann man die Charge je nach Qualität unterschiedlicher Weiterverarbeitung zuordnen und auf umgekehrtem Wege feststellen, welcher Stahl welche Schlacke produziert hat. Neben den hohen Dauereinsatztemperaturen sind hier auch Reichweiten von vier Metern gefragt. Beim Transport spritzen nicht nur die Funken, auch die Schlackenkübel selbst können beim Ausleeren durchaus aneinander geraten. Damit der SAW-Sensor auch diese starken Belastungen aushält, wurde er in fünf Millimeter dickes Blech eingehaust.

Schnelle Identifikation

Auch die Datenübertragung ist aufgrund der neu entwickelten Generation der SAW-Lesegeräte sehr schnell und wartet mit einer kurzen Abfragedauer und einem Lesezyklus von 0,01 Sekunden (10 Millisekunden) auf. Damit lassen sich auch schnell bewegte Objekte identifizieren.