DE202007018536U1

DE202007018536U1 - Antenne zum Senden und Empfangen von Daten über Funkwellen aus einem durch eine Abdeckung geschützten Schacht

Info

Publication number: DE202007018536U1
Application number: DE202007018536U
Authority: DE
Original assignee: DB Energie GmbH
Current assignee: DB Energie GmbH
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2017-08-02
Also published as: EP2026405A1; DE102007036494A1

Abstract

Antenne in Form zweier Dipolenden, zum Senden und Empfangen von Daten über Funkwellen mit der Vakuumwellenlänge λ aus einem durch eine Abdeckung geschützten Schacht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolenden zusammengenommen etwa die Länge 0,479·λ besitzen und die Dipolenden im oberen Schachtring des Schachtes im äußersten Bereich des Deckelauflagerings befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antenne zum Senden und Empfangen der Daten von Datenloggern, die sich in Versorgungs- beziehungsweise Revisionsschächten befinden, welche von entsprechenden Schachtdeckeln abgedeckt sind.
Die Datenlogger erfassen physikalische Messdaten über eine bestimmte Zeit, speichern diese in einem Speichermedium und übermitteln diese und andere Daten wie z. B. Prüfsummen und Steuerzeichen über eine Schnittstelle an eine externe Datenverarbeitungsanlage.
Zu den Messungen, die von den Datenloggern in Versorgungs- beziehungsweise Revisionsschächten gemacht werden, zählen beispielsweise Leckagemessungen oder Durchflussmessungen bei Gas oder Flüssigkeit führenden Rohren, wie etwa bei Wasserleitungen im öffentlichen Netz.
Über die Schnittstelle, mit der die Datenlogger ausgelesen werden, können sie im Allgemeinen auch für ihren Einsatz konfiguriert werden. Außerdem müssen meistens Abfragetelegramme und/oder Datenanforderungstelegramme von der externen Datenerfassungsanlage an den Datenlogger gesendet werden. Dies macht es erforderlich, dass der Datenlogger über die Schnittstelle auch Daten empfangen kann.
Soll die Datenübertragung zwischen Datenlogger und externer Datenverarbeitungsanlage über Funkwelien erfolgen, so ist eine Antenne erforderlich. Als Funkwellen kommen beispielsweise GSM-Signale in Betracht. Die Antenne muss so angeordnet sein, dass ein einwandfreier Datenaustausch gewährleistet ist.
Die Schachtdeckel der Versorgungs- beziehungsweise Revisionsschächte bestehen im Allgemeinen aus Metall oder metallarmierten Betonfertigteilen. Da metallische oder metallarmierte Schachtdeckel elektromagnetische Strahlung abschirmen, ist es nicht ohne weiteres möglich die Antenne unter dem Schachtdeckel anzubringen. Die von der Antenne abgestrahlte beziehungsweise zu empfangende Leistung wird durch die metallische Abschirmung so stark gedämpft, dass ein fehlerfreier Datenaustausch nicht zuverlässig gesichert ist.
Aus diesem Grund werden die Antennen außerhalb des Schachtdeckels angebracht oder in speziellen Aussparungen im Schachtdeckel, die zusätzliche Modifikationen an den Schachtdeckeln erfordern, integriert. Bei solchen Lösungen besteht allerdings die Gefahr, dass die Antennen beschädigt werden, insbesondere, wenn sie bei Schächten eingesetzt werden, die im Bereich von Verkehrswegen liegen. Da die Antennen von außen zugänglich sind, besteht ferner auch die Gefahr der Beschädigung durch Vandalismus.
Aus EP 1 431 944 A2 ist eine Abdeckung, insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, mit der ein Hohlraum verschließbar ist, bekannt, in dem ein mit einer Antenne versehener Sender zur Übertragung von Messdaten, vorzugsweise einer Leckagemessung an Gas oder Flüssigkeit führenden Rohren platziert ist. Grundlage dieser Abdeckung ist eine Durchbrechung zum ungehinderten Durchtritt der über die Antenne ausgesandten Signale.
Nachteil dieser Lösung ist, dass vorhandene Schachtabdeckungen durch die mit einer Durchbrechung versehene Abdeckung ersetzt werden müssen. Außerdem ist es nicht möglich, die Deckelanordnung zu entfernen, ohne dabei eine Verbindung zwischen der Antenne und dem Datenlogger zu trennen.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, für bestehende Schacht-/Deckelkombinationen ohne den Aufwand eines Schacht- bzw. Deckeltauschs eine vor äußerer mechanischer Einwirkung geschützte Antenne zur Verfügung zu stellen, die bei geringem Montageaufwand innerhalb der Schacht-/Deckelanordnung eine Datenübertragung durch Funkwellen zwischen Datenlogger und externer Datenverarbeitungsanlage gewährleistet.
Die Aufgabe wird in Verbindung mit dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß gelöst, indem ein hinsichtlich der Wellenlänge des Funksignals optimierter Strahler der Antenne in Form zweier Dipolenden im oberen Schachtring des Schachtes angebracht wird. Die wellenlängenabhängige Optimierung der Antenne berücksichtigt die Verstimmung der Antenne durch Wechselwirkung der elektromagnetischen Strahlung mit dem Umfeld.
Dies geschieht durch geeignete Anpassung des Leitungswellenwiderstands an den Feldwellenwiderstand des freien Raums, indem Form und Größe der Antenne optimiert werden.
Eine theoretische Betrachtung führt zu der optimalen physikalischen Antennenlänge.
Um einen idealen Dipol in optimale Resonanz mit elektromagnetischer Strahlung der Wellenlänge λ zu bringen, muss er die Länge L = 0,48·λ besitzen. Hierbei wird der sogenannte Verkürzungsfaktor berücksichtigt, der angibt, um welchen Faktor dem Dipol die Wellenlänge kürzer erscheint als im Vakuum.
Berücksichtigt man noch die räumliche Ausdehnung eines realen Dipols, so gilt für die physikalische Länge eines Halbwellendipols Lphy = 0,48·(h/d)/(1 + h/d)·λ.
Hierbei ist λ die Wellenlänge der Funksignale im Vakuum, h die Leiterlänge und d der Durchmesser der Antenne.
Trotz der Verstimmung der Resonanzfrequenz durch Schachtdeckel und Schachtring reicht eine übliche Sendeleistung aus, um die aufgestellten Anforderungen an die Datenübertragung zu erfüllen, da die Antenne in einem Bereich angebracht wird, in dem die Abschirmung durch Schacht und Deckel weitestgehend überwunden ist.
Die Schachtabdeckung kann ohne jegliche Modifikation in den Schachtring eingelegt werden. Die vorhandenen Schachtdeckel müssen somit nicht durch spezielle Deckel ausgetauscht werden, sondern können ohne zusätzliche Kosten weiterverwendet werden. Bohrarbeiten im Deckel oder sonstiger Montageaufwand bzgl. des Schachtdeckels entfallen ebenfalls.
Ein mechanischer Zugriff auf die Antenne ist aufgrund ihrer Lage zwischen Schachtdeckel und Schachtring nur möglich, wenn der Schachtdeckel entfernt wird. Die Antenne ist somit durch den Schachtdeckel vor äußeren mechanischen Einwirkungen wie z. B. Verkehrsbelastungen geschützt. Da die Antenne zudem von außen auch kaum zu erkennen ist, ist sie durch ihre Unauffälligkeit auch weniger anfällig für Vandalismus.
Gleichzeitig ist der Schachtdeckel für Arbeiten im Schacht frei zugänglich und kann jederzeit geöffnet werden, ohne dabei irgendwelche Verbindungselemente zur Antenne lösen zu müssen.
Die Befestigung der Antenne im oberen Schachtring erfolgt gemäß Anspruch 2 vorzugsweise mithilfe einer dauerelastischen Klebemasse.
Gemäß Anspruch 3 können die Dipolenden auch als flexible und isolierte Leiterbahn ausgeführt werden, die an den Innenrand des äußeren Schachtrings geklebt werden.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung besteht gemäß Anspruch 5 aus einem isolierstoffummantelten Dipol, der ebenfalls am Schachtring befestigt ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist in den Zeichnungen der 1 bis 4 dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Die 1 zeigt eine Messstelle mit einem Datenlogger (5), der zu einem Wasserzähler gehört, der in einem Schacht (4) die Durchflussmenge durch ein Wasserrohr misst. Der Sende- und Empfangsteil des Datenloggers ist über ein Koaxialkabel (8), das in 4 dargestellt ist, mit einer Dipol-Antenne (1) verbunden, deren eines Dipolende aus dem Innenleiter besteht, der aus dem Koaxialkabel (8) herausgeführt ist, und deren anderes Dipolende aus einem mit dem Außenleiter des Koaxialkabels verbundenen Leiterdraht gleicher Art, Form und Länge wie beim Dipolende des Innenleiters besteht.
Sie sind so in den Rand des oberen Schachtrings (3) verlegt, dass die Dipolenden voneinander wegzeigen (s. 2).
Die Dipolenden des Antennenleiters (6) sind, wie in 3 gezeigt, mithilfe einer dauerelastischen Klebemasse (7) im oberen Schachtring (3) des Schachtes im äußersten Bereich des Deckelauflagerings befestigt. Dadurch wird die Abschirmung durch Schacht (3, 4) und Deckel (2) weitestgehend überwunden.
Mithilfe der Antenne (1) kann der Datenlogger (5) über GSM-Funksignale Daten empfangen und senden.
Trotz der Verstimmung der Resonanzfrequenz durch Schachtdeckel (2) und Schachtring (3) reicht hierfür eine übliche Sendeleistung aus.
Diese Verstimmung lässt sich jedoch mithilfe der oben aufgeführten Berechnungsformel verringern. Unter der Annahme eines Antennenquerschnittes von 0,25 mm² und einer Sende- und Empfangsfrequenz innerhalb des D1 Frequenzbandes ergibt sich ein Verkürzungsfaktor von etwa 0,479.
Die Gesamtlänge der beiden wirksamen Dipolenden beträgt demnach im betrachteten Fall das 0,479-fache der Vakuumwellenlänge λ. des verwendeten GSM-Funksignals.
Das Auslesen der Daten des Datenloggers (5) erfolgt somit zuverlässig durch eine externe Datenverarbeitungsanlage, die über die GSM-Funkschnittstelle mit dem Datenlogger kommuniziert.
Die Schachtabdeckung (2) ist weiterhin frei zugänglich und kann jederzeit geöffnet werden, ohne dabei irgendwelche Verbindungselemente zur Antenne lösen zu müssen. Da die Dipolenden durch den Schachtdeckel vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt sind, kann die Anordnung insbesondere in Schächten verwendet werden, die sich direkt in Verkehrswegen befinden.

1: Dipolantenne
2: Schachtdeckel
3: Oberer Schachtring
4: Beton-/Ziegelschacht
5: Messstelle mit Datenlogger
6: Antennenleiter
7: Klebemasse
8: Koaxialkabel
9: Erdreich
10: Ebener Boden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 1431944 A2 [0008]

Claims

Antenne in Form zweier Dipolenden, zum Senden und Empfangen von Daten über Funkwellen mit der Vakuumwellenlänge λ aus einem durch eine Abdeckung geschützten Schacht, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolenden zusammengenommen etwa die Länge 0,479·λ besitzen und die Dipolenden im oberen Schachtring des Schachtes im äußersten Bereich des Deckelauflagerings befestigt sind.
Antenne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolenden mithilfe einer dauerelastischen Klebemasse befestigt sind.
Antenne nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolenden als flexible und isolierte Leiterbahnen ausgeführt sind.
Antenne gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dipolenden an den Innenrand des äußeren Schachtrings geklebt sind.
Antenne nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Antenne aus einem isolierstoffummantelten Dipol besteht.
Antenne nach mindestens einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Funkwellen aus GSM-Signalen bestehen.