Industrielle Prozesskontrolle
CTR erprobt SAW-Transponder in der Stahlpfannen- und Walzenlogistik
Von Alfred Binder, F&E Manager, und Birgit Rader, Public Relations, CTR Carinthian Tech Research AG
Mechanische Stöße, Hitze, Vibration, Strahlung, Staub oder chemische Substanzen - viele verfügbare RFID-Tags sind für industrielle Anwendungen unter rauesten Bedingungen oft nicht geeignet. Vor allem in der Stahl- oder metallverarbeitenden Industrie sind hochtemperaturtaugliche Sensoren erforderlich. Die hohe Temperaturbeständigkeit lässt sich durch SAW-basierende RFID- und Sensorsysteme erzielen. Neueste Erkenntnisse, wie diese selbst unter extremsten Bedingungen wertvolle Information für den Materialfluss von Stahlpfannen, Walzen oder Tiegeln liefern, versprechen mehrere aktuelle Projekte des österreichischen Forschungszentrums CTR Carinthian Tech Research.
Aktuell arbeitet die CTR an Anwendungen von SAW-Sensoren in der Stahlindustrie. SAW-Tags (Surface Acoustic Wave) bestehen aus piezoelektrischen Substratkristallen, deren Betriebstemperatur höher liegt als bei Silizium, sodass diese Temperaturen von mehreren hundert Grad widerstehen können. Zurzeit werden in einer Studie Walzen eines Walzwerkes mit diesen Transpondern ausgestattet. Dazu Alfred Binder, Manager Research & Development, CTR: „Die Walzen sind teilweise auch höheren Temperaturen bis 200 Grad Celsius ausgesetzt und benötigen in der untersuchten Anwendung eine Reichweite von über 0,5 Metern. Die gleichzeitige Temperaturmessung der Walzen per SAW-Transponder stellt eine Mehrinformation an bestimmten Stellen der Walzenlogistik dar.“
Schutz vor flüssiger Schlacke
Aber nicht nur die Temperaturbeständigkeit ist gerade für Anwendungen in der Stahl- und stahlverarbeitenden Industrie essenziell. Raue Industriebedingungen stellen auch besondere Anforderungen an die mechanische Robustheit der Tags. „Wir testen die SAW-Transponder auch für die Logistik von Stahlpfannen“, erklärt Binder. „Um mechanische Stöße abzuhalten, haben wir einen besonders stoßfesten Tag entwickelt. Dieser ist durch ein fünf Millimeter dickes Stahlblech geschützt.“ Dies sei wichtig, da die Schlacketiegel beispielsweise beim Leeren aneinander geschlagen werden. Außerdem werden Pfannen und Tiegel mit Kränen und Waggons zum Teil mehrere Kilometer transportiert. Aber selbst flüssige Schlacke, die aus den Tiegeln spritzt, müssen diese überstehen, wie Alfred Binder weiter erklärt.
Sensoren steuern Materialfluss von Schieberplatten
In einem anderen aktuellen Anwendungsfall sind die SAW-Tags in sogenannte Schieberplatten integriert. Diese Art Ventile werden in der Feuerfestindustrie verwendet, um den kontinuierlichen Fluss von geschmolzenem Stahl in Gießeinrichtungen zu steuern. „Dabei handelt es sich um Verschleißteile, die Temperaturen bis zu 1540 Grad Celsius ausgesetzt sind und nur wenige Stunden für vier bis fünf Güsse verwendet werden dürfen. Um Schaden durch den rechtzeitigen Austausch zu verhindern, erfasst der Sensor nicht nur die eindeutige Identifikationsnummer, sondern misst auch Temperatur und andere physische Daten. Somit ist stets eine saubere Dokumentation gegeben“, betont der Experte. Während der Entwicklungsarbeit wurde das System bereits mehrfach in der Stahlproduktion getestet. Von den Ergebnissen des Tests, die derzeit ausgewertet werden, versprechen sich die Forscher einen wichtigen Beitrag für die Prozesssicherheit in der Stahlproduktion.
Hitze, Staub, Erschütterungen und Strahlen
Die CTR-Forscher haben die Tauglichkeit der passiven SAW-Sensoren schon bei einigen Anwendungen erprobt: in der Herstellung von Betonbauteilen, eingehaust in Bohrgestängen bei der Förderung von Erdöl, zur Abstandskontrolle und Positionierung in Bergbaumaschinen, als Drucksensor im Motor oder in Durchlauföfen. Durch die hohe Gammastrahlenresistenz eignen sich die SAW-Sensoren in der medizinischen oder pharmazeutischen Industrie beispielsweise im Sterilisationsprozess zur kontaktlosen Identifizierung medizinischer Implantate, Nahtmaterialien, Operationsgeräte, Operationsbestecke oder Blutkonserven. In der Nuklear- und Energiepolitik können sie zu einer Erhöhung der Sicherheitsstandards führen, indem sie eine lückenlose Identifizierung strahlenaktiver Komponenten oder Prozesse ermöglichen.
Identifikation schnell bewegter Objekte
Aktuell haben die CTR-Forscher das weltweit erste mobile Handheld-Funklesegerät auf SAW-Basis entwickelt. Damit können sowohl Identifikations- und/oder Temperaturmessungen durchgeführt werden. Die Daten werden per Bluetooth/WLAN übermittelt. Eine weitere Neuentwicklung ist der Fast SAW-Reader. Das auf dem ISM-Band von 2,4 GHz operierende System kann Objekte mit einer Geschwindigkeit bis zu 100 Meter pro Sekunde erfassen, was auch eine Identifizierung von schnell bewegten Objekten, beispielsweise Turbinen, Kompressoren oder Ventilatoren, ermöglicht.
Fotos: CTR (2), Oleg Fedorenko(1)
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