具有透镜的天线的制作方法

本发明涉及用于填充高度（Füllstand）测量仪器的天线，所述天线具有天线壳体，具有至少一个供给元件和具有至少一个透镜，其中，透镜至少具有第一透镜表面和第二透镜表面，其中，供给元件用于引导耦合的电磁的辐射并且用于朝第一透镜表面的方向上放射电磁的辐射，其中，通过第一透镜表面接收的电磁的辐射能够利用透镜传输并且能够通过第二透镜表面在作业侧（prozessseitig）来放射。

背景技术：

所讨论的天线例如使用在根据雷达原理工作的填充高度测量仪器中，其中，填充高度测量仪器除了天线之外还包括电子的发送和分析单元。由电子的发送和分析单元产生电磁的波并且所述电磁的波通过合适的传递路段导引至天线。天线自身能够以不同的方式来实现。例如其能够涉及绝缘的天线或喇叭形放射器（Hornstrahler）；天线同样能够实现为不同的天线技术的组合。当前不取决于具体的天线类型。然而重要的是，天线包括透镜。

这种天线常常在成问题的测量周围环境中使用、例如在贮仓或其它容器中，其例如能够填充有积尘的介质。在食品工业和制药工业中也使用所讨论的天线。如有可能，天线利用其透镜与介质进入接触。在成问题的测量周围环境中的使用导致，灰尘或冷凝物附着并且沉积在天线透镜处并且由此天线被污染。由此测量信号受到干扰直到不能够使用所述天线用于继续测量为止。那么，需要天线的或者说天线透镜的清洁，以便保证天线的没有缺陷的功能、例如填充高度测量的必要的准确度。

由现有技术已知，以如下方式清洗、冷却或加热天线，使得用于清洗介质的清洗管路穿过作业法兰或作业箱并且部分地非常消耗地导引至天线。这样的清洗装置例如在申请人的雷达填充高度测量器“BM 70A”和“BM 70P”中使用。

通常，天线透镜由塑料、例如PEEK制成。在由现有技术已知的透镜中成问题的是，在极端的条件（如非常高的或非常低的温度）的情况下或在高的压力时的使用有缺点。在高的压力的情况下的工作在透镜中引起张力，所述张力会导致透镜的改变的放射特性或会导致透镜的破坏。

塑料透镜材料引起地具有小的抗拉强度，所述抗拉强度在温度提高时进一步降低。由此有条件地如果所述塑料透镜不能够负载有高的压力，因此不适合于在极端条件的情况下的使用目的。

技术实现要素：

本发明的任务在于，说明所讨论的类型的天线，在其中（至少尽可能）消除由现有技术已知的缺点。

所述任务首先并且基本上如下来解决，即透镜至少部分地由多孔的材料制成，其中，多孔的材料将第一透镜表面和第二透镜表面与彼此连接，并且清洗装置被包括，通过所述清洗装置能够对透镜如下地施加以介质，使得介质经由第一透镜表面穿过多孔的材料并且穿过第二透镜表面。

当提到多孔的材料时，那么由此是指，材料至少部分地、优选地完全地具有开放的多孔性，也就是说材料具有空腔空间，所述空腔空间互相并且与周围环境、也就是说与毗邻第一透镜表面的和毗邻第二透镜表面的区域处于连接。由此实现，透镜对于一定的介质而言是可穿透的。对于可穿透性起限制作用的大小在此为在多孔的材料中的空腔空间的大小，或为如有可能包含在介质中的微粒的大小。

相对于现有技术，根据本发明的天线尤其具有如下优点，即利用介质对透镜的清洗不是通过从外部清洗第二透镜表面（也就是说通过在作业空间侧的冲洗）来实现，而是以如下方式，即包括了清洗装置，通过所述清洗装置能够对透镜如下地施加以介质，使得介质通过面向天线壳体的内部的第一透镜表面通过透镜的多孔的区域穿过作业侧的第二透镜表面，使得透镜的清洗如下来实现，即介质（清洗介质）穿过透镜。换言之，沿着放射方向实现（至少局部地）彻底清洗透镜。

此外已经示出了，根据本发明的天线特别适用于在具有高的压力的区域中使用。透镜利用其第二透镜表面通常封闭作业空间，其中，十分普遍地如下的空间应理解为作业空间，即电磁的辐射能够通过第二透镜表面放射到所述空间中，也就是说始终经受在作业空间中存在的压力。通过透镜至少部分地由多孔的材料制成的方式，能够在毗邻第一透镜表面的区域和毗邻第二透镜表面的作业空间之间达成压力平衡。由此实现，透镜自身压力减轻。

因为根据本发明的天线的透镜不再能够实现相对于作业空间的压力封闭，故必须负责，天线或者说天线壳体在其它部位处相对于作业空间具有压力封闭，从而毗邻天线的或者说毗邻天线壳体的功能空间压力密封地相对于作业空间来封闭。功能空间十分普遍地要理解成如下的空间，测量仪器的电子构件和如有可能传输器（Transmitter）位于所述空间中，天线安装在所述测量仪器中或安装有所述测量仪器。压力封闭例如能够通过焊接或利用合适的密封件来实现。

对于透镜的多孔的区域能够使用各种材料。一种优选的实施方式的特征在于，多孔的材料为聚丙烯（PP）、超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）或聚四氟乙烯（PTFE）。然而根据本发明的天线明确地不受限于使用三种提及的材料中的一种。

对于合适的材料的标准是，该材料至少部分地具有开放的多孔性。仅仅具有关闭的多孔性（即这样的多孔性，在其中空腔空间不与彼此处于连接）的材料因此是不合适的。开放的多孔性例如通过合适的烧结、也就是说“熔结（Zusammenbacken）”粒状的或粉末状的原料来实现，其中，烧结过程必须及时结束，以便以足够的尺寸获得要求的开孔性。由此可看出，还能够实现多孔的材料的陶瓷的或金属的实施方案。

透镜本身的几何结构对于本发明而言不重要。本发明例如能够利用“通常成形的”透镜、但也利用椭球透镜（如其由文件DE 10 2008 008 715 A1已知的那样）来实现。

清洗装置能够以各种类型来实现。清洗装置能够通过毗邻透镜的（例如以硅酮软管的形式的）输送管路来实现。那么清洗装置必须与“清洗介质源”连接，由此能够进行清洗。然而首先本发明重要的仅仅是基本上实现期望的彻底清洗的清洗装置的存在。

根据本发明的天线的一种特别优选的设计方案的特征在于，清洗装置包括构造在天线壳体中的腔室，其中，该腔室至少部分地由透镜所限制，腔室毗邻供给元件并且其中，腔室能够被施加以介质，尤其能够由通过腔室的腔室壁和/或天线壳体引导的输送管路施加以介质。

当提到腔室毗邻供给元件时，那么这例如能够如下来实现，即腔室布置在供给元件和透镜之间，其中，腔室朝向透镜地、或者说在透镜的区域中是敞开的，也就是说透镜限制所述腔室。“毗邻”还被理解成，供给元件能够至少部分地伸入到腔室中。如果透镜设计为椭球透镜，那么供给元件还能够穿透整个腔室或腔室能够实现为围绕供给元件的“环状腔室”。

腔室能够以各种方式来构造。在腔室的一种构造方式中设置成，腔室具有单独的腔室壁，因此腔室无关于天线壳体来形成独立的、封闭的空间。

腔室的另一构造方式的特征在于，腔室部分地由天线壳体形成，也就是说天线壳体部分地也实现了腔室壁。

在天线的运行状态中，耦合到供给元件中的并且由供给元件引导的辐射从供给元件朝着第一透镜表面的方向上放射。如果天线具有腔室，则电磁的辐射首先被放射到腔室中。该电磁的辐射经过腔室，透镜通过其第一透镜表面接收辐射、传输所述辐射并且将所述辐射通过第二透镜表面放射到作业空间中。为了避免电磁的辐射在腔室壁处反射（所述反射导致对对于测量而言实际上关注的并且在没有反射的情况下通过的测量信号的干扰），根据本发明的天线的一种特别的实施方式的特征在于，腔室铺衬有吸收电磁的辐射的材料或由吸收电磁的辐射的材料制成。吸收电磁的辐射的材料例如为具有碳的塑料或具有金属微粒的塑料。铺衬能够例如如下来实现，即腔室涂覆或蒸镀有合适的材料。

腔室能够被施加以介质，腔室尤其能够由通过腔室壁和/或天线壳体引导的输送管路施加以介质。基于透镜的至少部分的多孔性，介质通过透镜的多孔的区域从腔室中漏出。由此实现透镜的清洗效果。

通过在透镜和流动通过透镜的多孔的区域的介质之间的温度平衡使得根据本发明的天线的透镜以非常简单的方式取决于介质的温度地来加温或冷却。通过合适地选择调温的介质，在非常热的或非常冷的测量条件的情况下也能够使用根据本发明的天线，因为透镜的温度能够无关于测量周围环境的温度来调整。通过透镜的均匀的调温还能够阻止由于温度差所引起的材料应力。

通过清洗效果使透镜清洁掉在第二透镜表面上积聚的沉积物，所述沉积物由介质来清洗掉。

在根据本发明的天线的一种特别的设计方案中，腔室如下来设计，使得所述腔室能够如下地被施加以介质，即在腔室中形成超压。介质在较高的压力的情况下从腔室中漏出。由此也能够清除强烈附着的沉积物。

介质必须如下地来选择，使得所述介质自身不沉积在多孔的材料中，以便避免堵塞空腔空间。尤其合适的是气态的介质或液态的介质、尤其具有高的流动性的液态的介质。

在根据本发明的天线的一种优选的实施方式中，介质从天线壳体外部被供应。在另一实施方式中，介质腔室设置在天线壳体之内，介质从所述介质腔室中被引导到腔室中。

如果腔室作为单独的腔室、也就是说无关于天线壳体来实现，那么能够在天线的一种设计方案中将介质从天线壳体外部通过输送管路来供应。那么输送管路不仅通过腔室壁而且也通过天线壳体来引导。输送管路能够实现为单独的结构部件、如例如为软管或管道。那么应注意的是，实现有效的密封，由此介质不以不期望的方式从输送管路中排出。在另一实施方式中，输送管路（例如通过开孔）实现为在腔室壁中的和外部壁中的凹口。也能够考虑如下的实施方式，在其中输送管路的通过腔室壁引导的部分实现为单独的结构部件并且输送管路的通过天线壳体引导的部分实现为凹口，或反过来。

在另一设计方案中（在其中腔室实现为单独的腔室）设置成，介质从同样布置在天线壳体中的介质箱供应给腔室。那么输送管路仅仅通过腔室壁、然而没有通过天线壳体来引导。如果介质箱直接毗邻腔室，则能够通过在腔室壁和介质箱壁中的凹口来实现输送管路。

如果介质箱不是直接地相邻于腔室来布置，那么如下的输送管路是推荐的，所述输送管路实现为单独的结构部件。结构部件的选择（例如管道或软管）和尤其结构部件的材料的选择（例如硅酮、塑料或不锈钢）还始终是取决于介质的并且必须满足待供入的介质的要求。具有高的温度的介质需要抗高温的输送管路。具有低的温度的介质需要抗低温的输送管路。在供入压缩空气的情况下，输送管路必须是抗压力的。在理想情况中使用如下的材料，所述材料满足每种要求，从而对能够供应的介质的挑选不基于输送管路而受限。

必须实现如下的可行方案，即介质箱自身始终填充有介质。一方面这能够是，介质箱本身能够被更换，那么天线壳体必须能够相应地被打开。同样也能够存在如下的实施方式，在其中使得介质箱本身被填满。这能够例如通过通向介质箱的输送管路来实现，其中，输送管路必须而后从天线壳体中引导出来。

如果腔室实现为天线壳体的部分，也就是说如果腔室壁至少部分地由天线壳体实现，那么输送管路仅仅通过天线壳体来引导。同样在所述实施方式中，输送管路能够实现为单独的结构部件或然而能够实现为在天线壳体中的凹口。

如果根据本发明的天线的特征在于，透镜至少部分地由多孔的材料制成，其中，多孔的材料将第一透镜表面和第二透镜表面与彼此连接，那么这能够以各种方式和方法来实现。

根据本发明的天线的一种特别优选的实施方式的特征在于，透镜在第一透镜表面和第二透镜表面之间的区域中完全由多孔的材料制成。也就是说透镜的突出之处在于，透镜的全部的有效的使用面（也就是说如下的面，电磁的辐射在天线的运行状态中通过所述面传输并且通过第二透镜表面来放射）由多孔的材料制成。这种优选的实施方式具有如下优点，即全部的有效地使用的透镜面对于介质而言是可穿透的。由此得出另外的优点：透镜完全地并且均匀地得到加温或冷却、通过全部的有效的使用面进行清洗，由此清除整个第二透镜表面的积聚的淤积物。

还能够使整个透镜由多孔的材料制成，也就是说还有如下的区域，这些区域没有处在电磁的辐射的辐射通道（Strahlengang）中、例如如下的区域，在其中透镜与壳体处于接触。

根据本发明的天线的另一、特别优选的实施方式的特征在于，透镜具有由多孔的材料制成的通道。透镜的剩余的部分由非多孔的材料制成并且对于介质而言是不可穿透的。也就是说透镜通过热的或冷的介质的冷却或加温首先局部地在多孔的通道的区域中进行。

通道在透镜的横截面上的布置是任意的。特别优选的是如下的布置，即通道均匀地在透镜面上分布地布置。

通道的横截面和直径能够任意选择。

在一种优选的设计方案中，通道垂直于透镜表面来布置。另一优选的设计方案的特征在于，通道相对于透镜表面在以偏离面法线的角度的情况下来布置。另一设计方案的特征在于，设置有不仅垂直于透镜表面布置的通道而且相对于透镜表面在以偏离面法线的角度的角度的情况下来布置的通道。

存在各种可行方案，用于在透镜中实现由多孔的材料制成的通道。一种实施方式设置成，多孔的材料烧结到透镜中。那么优选地，透镜具有以开孔的形式的通道，材料烧结到所述通道中。

另一实施方式设置成，在透镜中存在的凹口中引入由多孔的材料制成的塞子。所述实施方式的优点在于，所述塞子能够更换。由此例如在多孔的材料堵塞时能够简单地更换并且不必替换整个透镜。所述塞子必须如下地与透镜连接，使得所述塞子不在天线运行期间松动或甚至松开。连接必须如下来实现，即不应发生对电磁的辐射的传播的阻碍。相应地，塞子材料匹配透镜材料是推荐的，理想地，这两种材料具有尽可能相一致的折射系数。

如果透镜具有由多孔的材料制成的通道并且如果这些通道例如环形地围绕透镜中心点来布置，那么能够优选地将清洗装置以环状腔室的形式来实现。腔室而后仅仅毗邻透镜的如下的部分，多孔的通道位于所述部分中。腔室本身能够通过输送管路被施加以介质。此外，清洗装置能够通过与多孔的通道连接的管路来实现。

根据本发明的天线的另一优选的实施方式的特征在于，透镜具有多孔的覆盖层，其中，该覆盖层设置在透镜的背对供给元件的侧面处。

此外本发明涉及用于运行之前描述的根据本发明的天线的方法。也就是说在所述方法中以如下的天线为出发点，所述天线具有天线壳体、具有至少一个供给元件和具有至少一个透镜，其中，所述透镜至少具有第一透镜表面和第二透镜表面，其中，供给元件用于引导耦合的电磁的辐射并且用于朝着第一透镜表面的方向上放射电磁的辐射，其中，通过第一透镜表面接收的电磁的辐射能够利用透镜传输并且能够通过第二透镜表面来放射，其中，透镜至少部分地由多孔的材料制成，其中，多孔的材料将第一透镜表面和第二透镜表面与彼此连接并且其中，包括了清洗装置。在此，现在根据本发明设置成，透镜通过清洗装置如下地被施加以介质，使得介质经由第一透镜表面穿过透镜的多孔的材料并且穿过第二透镜表面，从而发生清洗效果。

根据本发明的方法的一种特别的实施方式的特征在于，持续地进行对腔室施加以介质。也就是说在没有时间上的中断的情况下将介质供应给透镜，从而实现持续地通过透镜的多孔的材料的流。通过持续地对透镜施加以介质而伴随有持续的清洗效果。由此有条件地降低了如下可能性，即沉积物在透镜上积聚。此外，通过持续的清洗效果保证了（在如下假设的情况下，即利用其进行清洗的介质的温度不变化）透镜具有稳定的温度。

根据本发明的方法的另一实施方式的特征在于，以预设的时间区间∆t₁进行对透镜施加以介质。所述实施方式具有如下优点，即清洗介质能够节约地来使用并且仅仅当需要清洗效果时，也就是说当透镜例如严重地被沉积物污染时，那么才发生清洗效果。

根据本发明的方法的一种优选的实施方式的特征在于，在超压的情况下、尤其在预设的时间区间∆t₂期间在超压的情况下进行对透镜施加以介质。如果透镜在超压的情况下这样地被施加以介质，则介质以较高的压力流动通过透镜的多孔的材料。由此也能够将强烈附着的污物从透镜处去除。

根据本发明的方法的另一实施方式的特征在于，在透镜被施加以介质之前，将介质置于介质温度T₁。由此，透镜的温度能够任意地调整，当然在如下可行性的范围内，所述透镜能够接受介质的温度。此外，通过该方法的实施方式实现了，透镜的温度在清洗期间以如下方式来改变，即在所述介质被导引到透镜上之前改变介质的温度。

附图说明

此时详细地存在各种可行方案来设计和改进根据本发明的天线和根据本发明的用于运行天线的方法。对此，不仅参阅排在专利权利要求1和8之后的权利要求而且参阅对结合附图的优选的实施例的说明。在附图中：

图1示出了根据本发明的天线的第一设计方案，

图2示出了根据本发明的天线的第二设计方案，

图3示出了根据本发明的天线的透镜的一种设计方案，

图4示出了根据本发明方法的方框图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的天线1。天线1包括天线壳体2，其中，天线壳体2在示出的实施例中具有两个部分2a和2b。壳体的第一部分2a容纳供给元件3并且旋入到第二部分2b中。为此，壳体2的第一部分2a具有螺纹并且壳体2的第二部分2b具有相应的配对螺纹。壳体2的第二部分2b此外具有开孔4用于固定天线1。天线1同样包括透镜5。在示出的实施例中，通过第一壳体部分2a旋入到第二壳体部分2b中的方式，透镜5由第二壳体部分2b保持并且与第一壳体部分2a进行固定。

透镜5具有第一透镜表面6和第二透镜表面7。在图1中示出的透镜5完全由多孔的材料8制成，所述材料8将第一透镜表面6和第二透镜表面7与彼此连接。此外，天线壳体2包括以腔室9的形式的清洗装置。腔室9部分地由透镜5限制并且此外毗邻供给元件3。在图1中示出的、腔室9的壁部部分地由吸收辐射的材料15制成。通过吸收辐射的材料15阻止了辐射在腔室壁处的反射和由此引起的（例如基于出现的干涉所引起的）辐射传播的干扰。

此外，实现了引导至腔室9的输送管路10。输送管路10由在腔室9的腔室壁中的和在天线壳体2的第一部分2a中的凹口来实现。通过输送管路10能够给腔室9施加有介质。介质通过由透镜5的多孔的材料8形成的区域而漏出。由此实现清洗效果并且将附着在第二透镜表面7上的沉积物清除。以相应于施加给腔室9的介质的温度的方式，发生透镜5的冷却效果或加温效果。腔室9能够如下地施加有介质，使得在腔室9中存在超压，由此也实现清除在第二透镜表面7上强烈附着的污染物。

通过透镜5的多孔的材料8，在毗邻第一透镜表面6的腔室9和毗邻第二透镜表面7的区域（通常作业空间）之间实现压力平衡。也就是说，根据本发明的天线1尤其适用于在高的压力的情况下进行使用，因为透镜5自身是压力减轻的。相对于天线1的毗邻供给元件3的（没有示出的）功能空间的压力封闭必须得到（例如通过密封件）负责。

在图2中示出了根据本发明的天线的一种实施方式，在其中透镜5具有由多孔的材料8制成的通道11。透镜5的剩余部分由非多孔的材料制成。为了避免在电磁的辐射的传播中的干扰，透镜5和多孔的通道11由具有相同的折射系数的材料制成。通道11以规则的间距围绕透镜中心点相互对称地来布置并且具有圆的横截面。通道11基本上垂直于第一透镜表面6和第二透镜表面7伸延。之所以基本上，是因为透镜表面6、7具有弯曲。在此，通道11沿着天线1的主放射方向伸延。

在图3中示出了根据本发明的天线的透镜5的一种实施例。透镜5实现为椭球透镜。透镜5具有第一透镜表面6和第二透镜表面7，其中，透镜5在天线的运行状态中通过第一透镜表面6从（没有示出的）供给元件接收电磁的辐射并且通过第二透镜表面7在作业侧进行放射。为了容纳供给元件，透镜5具有凹口16。透镜5完全由多孔的材料8制成。

在图4a）-4d）中示出了根据本发明的用于运行天线的方法的实施方式的方框图，所述天线如由图1已知的那样，具有天线壳体、具有供给元件3和具有透镜5，其中，所述透镜5具有第一透镜表面6和第二透镜表面7，其中，所述供给元件3用于引导耦合的电磁的辐射并且用于朝所述第一透镜表面6的方向上放射电磁的辐射，其中，通过所述第一透镜表面6接收的电磁的辐射能够利用所述透镜5传输并且能够通过所述第二透镜表面7来放射，其中，所述透镜5至少部分地由多孔的材料8制成，其中，所述多孔的材料8将所述第一透镜表面6和所述第二透镜表面7与彼此连接并且其中，此外包括清洗装置。利用所述清洗装置使得所述透镜5在方法步骤101中如下地施加有介质，使得所述介质经由所述第一透镜表面6穿过所述多孔的材料8并且穿过所述第二透镜表面（7）（图4a）。

在图4b）至4d）中示出的实施方式中，在第一方法步骤100中将介质置于介质温度T₁。在基础的方法步骤101.X中，透镜通过清洗装置而后如下地施加有介质，使得介质经由第一透镜表面通过透镜的多孔的材料穿过第二透镜表面，从而发生清洗效果。

在根据图4b）的实施例中，持续地进行对透镜施加以介质（方法步骤101.1）。通过持续地对透镜进行施加实现持续的清洗效果。由此实现，附着在第二透镜表面处的沉积物被清洗掉，也就是说，透镜表面得到了清洁。通过持续的清洗，沉积物不能够、然而至少强烈被限制继续地附着。通过介质的先前的调温，透镜通过清洗被置于介质温度T₁。

在图4c）中示意性地示出的方法以如下方式与在图4b）中示出的方法区别，即在第二方法步骤101.2中（在其中透镜通过清洗装置如下地被施加有介质，使得介质通过第一透镜表面通过透镜的多孔的材料穿过第二透镜表面，从而发生清洗效果），对透镜的施加在时间区间∆t₁上来进行。因此清洗效果不是持续地、而是在时间区间∆t₁期间来实现。例如当应该清洁透镜（第二透镜表面）时，但当不需要持续地清洗时，才提供这种实施方式。

在图4d）中示意性地示出的方法的特征在于，在第二方法步骤101.3中将透镜以超压施加以介质。利用超压的施加在时间区间∆t₂上来进行。通过对透镜以超压的施加，尤其将强烈附着的污物能够从第二透镜表面处被去除。时间区间∆t₂优选地如下地来选取，使得强烈附着的污物完全被去除。在另一方法步骤101.1中对透镜（然而在没有超压的情况下）继续持续地施加以介质，由此阻止了沉积物重复地附着。