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Verfahren und Vorrichtung zum Feststellen des
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Verlaufes langgestreckter elektrischer Leitern Die Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren zum Feststellen des Verlaufes langgestreckter elektrischer
Leiter, also elektrischer Leitungen oder metallischer Rohre oder Stäbe oder mit
leitender Flüssigkeit, beispielsweise angesäuertem oder laugenähnlichem oder salzhaltigen
Wasser, angefüllter Kunststoffrohre, die verdeckt in Wänden oder Decken oder auch
im Erdreich verlaufen. Es sind Verfahren bekanntgeworden, bei denen die
Dämpfung
oder die Verstimmung elektrischer Schwingkreise durch in die Nähe derselben gebrachte
metallische Leiter verwendet wird. Diese Verfahren sind aber nur dann geeignet,
wenn man sich den aufzuspürenden Metallkörpern oder sonstigen elektrischen Leitern
mit dem Meßfühler ausreichend nähern kann. Die Verfahren versagen deshalb dann,
wenn beispielaweiee die Lage von Kabeln oder Rohren zu ermitteln ist, die sich in
größerer Tiefe unter der Erdoberfläche erstrecken. Wegen der geringen Reichweite,
die sich bei den bekannten Verfahren aus prinzipiellen Gründen ergibt, ist aber
auch das Aufeuchen von Leitungen, Rohren oder dergleichen, die sich nur in geringem
Abstand von der Erdoberfläche oder der Wand befinden, zeitraubend, weil eich die
Existenz eines Netalikörpere beim Absuchen der Fläche erso dann anzeigt, wenn man
sich mit dem Meßfühler in unmittelbarer Nähe des Metallkörpers befindet. Außerdem
werden dabei alle metallischen Körper, z. B. Moniereisen in Decken, angezeigt und
so das Auffinden benachbarter elektrischer Leiter verhindert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues Verfahren zum
Feststellen des Verlaufes langgestreckter elektrischer Leiter zu schaffen, das die
Nachteile der bekannten Verfahren nicht besitzt. Das erfindungsgemäße Verfahren
besteht darin, daß ein mittelfrequenter Wechselstrom durch den Leiter geschickt
und das von diesem erzeugte, den Leiter umgebende zirkulare magnetische Wechselfeld
durch einen Empfänger aufgesucht und seine
räumliche Lage angepeilt
wird. Dieses Verfahren setzt natürlich voraus, daß man - von der weiter unten behandelten
weiteren Möglichkeit abgesehen - die beiden Enden des Leiters, dessen Verlauf im
übrigen noch unbekannt ist, zur Verfügung hat, um dort Anschlüsse zum Einspeisen
des Wechseletromes anzubringen. Unter einem mittelfrequenten Wechselstrom wird ein
solcher verstanden, der beim Durchströmen der hier in frage stehenden Leiterschleifen
nur eine geringe Ablösung und Abstrahlung elektromagnetischer Wellen verursacht,
dessen Frequenz aber andererseits nicht so niedrig ist, daß empfängerseitig beeondere
meßtechnische Probleme auftauchen. Vor allem wird man die Frequenz des Wecheelstromes
in ausreichendem Anstand oberhalb der Frequenz der elektrischen Versqungsnetze (50
Hz) und deren Oberwellen halten.
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Vorzugsweise wird vorgeschlagen, daß ein Wechselstrom einer Frequenz
zwischen 25 und 125 kHz, vorzugsweise 62,5 kHz, verwendet wird.
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Der vorstehend vorgeschlagene Frequenzbereich liegt einerseits weit
unterhalb der von anderen Diensten verwendeten frequenzbänder und die Frequenzen
sind andererseits auch so niedrig, daß bei den hier in Frage stehenden, zur Wellenlänge
relativ kleinen Lelterschilfen eine spürbare Abstrahlung kaum erfolgt.
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Andererseits liegt der vorgeschlagene Frequenzbereich so weit
oberhalb
der Jetzfrequenz und ihrer noch meßbaren Harmonischen, daß bei Verwendung eines
selektiven Empfängers keine Störung der Meßergebnisse durch die niederfrequenten
Wechselfelder der Versorgungsleitungen entstehen kann.
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Vorzugsweise wird ferner vorgeschlagen, daß als Empfänger ein MeßfUhler
mit Richtwigrkung und ein daran angeschlossener Verstärker mit Anzeigevorrichtung
verwendet werden.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Meßfühler einen mit einer Wicklung
versehenen Ferritstab umfaßt. Da ein solcher Meßfühler in einem magnetischen Wechselfeld
dann die größte Spannung an der Wicklung liefert, wenn die Längsachee des Ferritstabes
in Richtung der magnetischen fraftlinien verläuft, kann man mit einem solchen Meßfühler
und angeschlossenen Empfänger durch Hin- und Herbewegen des Meßfühlers und gleichzeitiges
Drehen innerhalb der Ebene einer Verschiebung nicht nur die Lage des von dem mittelfrequenten
Wechselstrom durchflossenen Leiters, sondern auch an Jeder einzelnen Stelle die
Richtung dieses Leiters messen. Das erleichtert und beschleunigt die Feststellung
der Lage des verdeckten Leiters sehr. Dabei arbeitet man mit maximaler Feldstärke,
wenn der Ferritstab des Empfängers quer zum gesuchten Leiter angeordnet ist.
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Dabei versteht es sich, daß man eine Stromquelle, also einen
Sender
für mittelfrequente Ströme, ausreichender, aber dosierbarer Leistung'verwendet und
nach Möglichkeit auch eine Veränderbarkeit der Verstärkung im Empfänger vorsieht.
Die Sucharbeit wird dann zunächst mit maximaler Stromstärke des Senders und voller
Empfindlichkeit des Empfängers begonnen, um bereits in größerer Entfernung von dem
gesuchten Leiter eine Anzeige zu erhalten. Sodann wird die Stromstärke des Senders
und/oder die Empfindlichkeit des Empfängers so weit verringert, daß bei größter
Annäherung des Meßfühlers an den gesuchten Leiter gerade noch eine deutliche Anzeige
erfolgt. Bei seitlicher Abweichung vom Verlauf des gesuchten Leiters wird dann die
Anzeige schnell verschwinden und man wird dadurch den Verlauf des gesuchten Leiters
sehr präzise ermitteln können.
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Zweckmäßig sind Sen.der und Empfänger batteriegespeist, um von Netzleitungen
unabhängig zu sein und auch keine Störungen durch diese Leitungen befürchten zu
müssen.
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Die Anzeige im Empfänger kann durch Jeden bekannten Indikator erfolgen,
beispielsweise ein Zeigerinstrument, eine Glühlampe, einen Kopfhörer oder dergleichen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch die Lage von stromdurchflossenen
Leitungen, beispielsweise die Lage von. Netzleitungen in Wänden und Decken oder
die Lage von Erdkabeln ermittelt werden, ohne daß es grundsätzlich erforderlich
wäre, den durch diese Kabel fließenden Netzwechselstrom abzuschalten.
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Die Einspeisung des mittelfrequenten Wechselstromee erfolgt dann zweckmäßig
über einen Kondensator, der einerseits eine ausreichende Spannungsfestigkeit besitzt
und desser Kapazität andererseits so niedrig ist, daß kein merklicher bzw. störender
oder gar zerstörender Strom mit Netzfrequenz in die Auagangsschaltung des Senders
gelangen kann.
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Wie schon eingangs angedeutet, kann das erfindungsc;emäße Verfahren
auch dann Anwendung finden, wenn nicht beide Enden des verdeckten Leiters zur Verfügung
stehen oder aber so weit auseinander liegen, daß ihr gleichzeitiger Anschluß an
die Ausgangsklemmen des Senders unbequem ist. Man könnte zwar prinzipiell auch dann
in der vorstehend beschriebenen Weise arbeiten, indem man ausreichend lange Anschlußdrähte
vom Senderausgang zu den beiden Enden des zu suchenden Leiters führt. Dabei muß
man aber dann dafür Sorge tragen, daß man beim Absuchen mit dem Meßfühler des Empfängers
n.icht die Lage der Zuleitungen anstelle der Lage des gesuchten verdeckten Leiters
ermittelt bzw.
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daß das durch die Zuleitungen erzeugte Feld das Mel3ergebnis nicht
erheblich stört.
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Falls der Verlauf eines Kabels zuermitteln ist, das im Erdreich, beispielsweise
im Garten eines Grundstückes, verlegt ist, genügt es, die eine Ausgangsklemme des
Senders an eine beliebige Ader oder auch, falls vorhanden, die metallische Abschirmung
dieses Kabels anzuschließen und die andere Ausgangsklene
des Senders
gut leitend mit dem Erdreich in Verbindung zu bringen, etwa durch Anschluß an eine
Wasserleitung oder auch eine in das Erdreich eingesteckte Stabelektrode. In.
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diesem Falle wird der mittelfrequente Wechselstrom vom Sender in den
zu suchenden Leiter fließen und von diesem durch die Isolierhülle hindurch kapazitiv
in das umgebende Erdreich abfließen, das infolge seiner Feuchtigkeit stets eine
gewisse elektrische Leitfähigkeit besitzt und den mittelfrequenten Wechselstrom
schließlich zur vorgenannten Erdelektrode zurUckführt. Der dem Leiter vom Sender
zugeführte Wechselstrom erzeugt um den Leiter herum ein magnetisches Wechselfeld,
das leicht anzupeilen ist. Dabei stört der kapazitiv ins Erdreich gelangte und von
diesem zur Erdelektrode zurückgeführte Strom die Messung deshalb nicht, weil er
sich über einen größeren Raum erstreckt, so daß die Stromdichte an jeder einzelnen
Stelle sehr gering ist und folglich auch kein diskret meßbares magnetisches Wechselfeld,
das die Sucharbeit stören könnte, entsteht.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung in Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 eine Schaltung zur ermittlung des Verlaufes
elektrischer Leitungen im Gebäude; ftg. 2 eine andere Schaltung zur Ermittlung des
Verlaufes
einer elektrischen Leitung im Gebäude; Fig. 3 eine Schaltung
zur Ermittlung des Verlaufes einer Rohrleitung im Erdreich; Fig. 4 eine andere Schaltung
zur Ermittlung des Verlaufes eines Erdkabels; Fig. 5 eine Teildarstellung des Senderausganges
und Fig. 6 eine Teildarstellung des Empfängers mit eßfühler.
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Der Auegang des in t g. 1 bis 4 durchgehend mit S'. bezeichneten Senders,
der einen mittelfrequenten Wechselstrom einstellbarer Stärke mit einer frequenz
von 62,5 kHz abgibt, wird bei der Schaltung nach Fig. 1 über die Leitungen 7 und
8 an Je einen Pol einer Steckdose 5 und einer anderen Steckdcse 6 angeschlossen.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Zuleitung 7 mit demjenigen Pol der
Steckdose 5 verbunden, der über die Leitung 1 mit der Nullkiene 10 in der Zählertafel
Z verbunden ist. Ebenso wurde die Zuleitung 8 mit demjenigen Pol der Steckdose 6
verbunden, der über die Leitung 3 mit der gleichen Klemme 10 der Zählertafel verbunden
ist. Man hätte selbstverständlich auch in beiden Steckdosen die Pole wählen
können,
die an die Leitungen 2 und 4 angeschlossen sind und ich an der Zählertafel in der
Klemme 9 treffen.
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Anstatt in der Zählertafel werden sich die Leitungen zumeist schon
in der nächsten Abzweigdose treffen. Man findet den richtigen Pol in der Steckdose
ein.fach dadurch, daß man den Prüfstift in dem Loch der Steckdose beläßt, in dem
der Sender die größte Leistung abstrahlt, was an der gdntrolleuchte des Senders
zu erkennen ist. Sofern man zweckmäßiger die Prüfstifte des Senders mit den Schutzkontakten
der Steckdosen verbindet, hat man bereits sofort einen durchgehenden Leiter gewählt.
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Nach dem Einschalten des Senders fließt nun in der durch Leitungen
7, 1, 3 und 8 gebildeten Schleife der durch Pfeile angedeutete Wechselstrom und
erzeugt um jeden Leiter herum ein zirkulares magnetisches Wechselfeld. Dieses Feld
kann dann, wie in Fig. 1 angedeutet, durch den Empfänger E mit einem Ferritatab
14 als Meßfühler aufgefunden werden.
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Falls sich die Leiterpaare 1, 2 und 3, 4 der beiden Steckdosen 5 und
6 nicht erst an der Zählertafel in den Klemmen 9 und 10 treffen, sondern vorher
in einer Abzweigdose, kann enteprechend der Verlauf Jeder der beiden Leitungen bis
zu-dieser Abzweig dose angepeilt werden.
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Auch dann, wenn die Leitung 7 mit der Leitung 1, die Leitung 8
dagegen
mit der Leitung 4 verbunden wird, ist eine Messung möglich. Dann fließt der mittelfrequente
Wechseldtrom kapazitiv in die parallel liegende Ader oder aber über einen irgendwo
im Netz angeordneten Verbraucher zurück.
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In Fig. 2 ist die eine Zuleitung 7a des Senders mit dem geerdeten
Pol oder dem Schutzkontakt der Steckdose 5a und von dort über die Leitung la mit
der Erdklemme 1Oa an der Zählertafel verm bunden, während die andere Zuleitung 8a
an einen Wasserhahn 11 angeschlossen ist und von dort über die Rohrleitung und die
Erde wieder zur- Klemme 10a zurückfließt. Anstelle des Wasserhahnes ii kann auch
beispielsweise eine Anmatur einer Zentralheizung verwendet werden. Falls dagegen
die Zuleitung 7a mit dem anderen Kontakt de»«teckdose 5a verbunden wird, der über
die Leitung 2a von der Klemme 9a der Zählertafel Netzspannung erhält, funktioniert
die Messung ebenfalls über die Kapazität der Leiter gegeneinander, oder über angeschlossene
Verbraucher am Netz. Es ist die nachstehend bei der Besprechung der Fig. 5 vorgesehene
Sicherheitsvorkehrung im Ausgang des Senders getroffen, um dessen Zerstörung durch
einen Kurzschlußstrom aus der Netzleitung zu verhindern.
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In Fig. 3 ist die Zuleitung 7b des Senders alt einem Wasserhahn 13
an der Hauswand und die Zuleitung 8b mit einem Wasserhahn lib im Garten des Grundstückes
verbunden. Der mittelfrequente
Wechselstrom fließt vom Hahn 13
durch die unterirdisch verlegte Rohrleitung 12 zum Hahn 11b bzw. wechselseitig in
bei- 8 den Richtungen, was vereinfacht durch den. Pfeil an der Leitung 12 dargestellt
iat. Auch hier wird um die Rohrleitung 12 herum ein zirkulares magnetisches Wechselfeld
aufgebaut, das dann durch den längs der Erdoberfläche geführten Empfänger ermittelt
werden kann. Sofern die Wasserleitung aus Kunststoff besteht, genügt es, das darin
stehende Wasser mit etwas Salz, Lauge oder Säure leicht leDfähig zu machen.
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In Fig. 4 soll die Lage eines Kabels 16 ermittelt werden, das an unbekannter
Stelle im Erdboden 17 vergraben ist und von dem nur das eine (rechts in Fig. 4 dargestellte)
Ende zugändlich ist. Der Sender wird über die Zuleitung 8c mit einer Ader 18 an
diesem Kabelende verbunden, während die andere Zuleitung 7c des Senders mit einem
Wasserhahn 13c verbunden wird, der mit dem Erdreich über die Erdung 15 Kontakt hat.
Der mittelfrequente Wechselstrom strömt von dieser Erdung 15 durch das Erdreich
17 und gelangt schließlich kapazitiv durch die Isolierhülle des Kabels 16 zu der
Ader 18, deren Ende mit dem Sender verbunden ist. Dadurch entsteht in der Ader 18
über die Länge der Kabels hinweg ein mittelfrequenter Wechselstrom, dessen Stärke
allerdings mit zunehmender entfernung von der Erdung 15 immer schwächer wird. Entfernt
man sich während der Messung immer mehr vom Sender, so muß die Sendeleistung gegebenenfalls
um
einen gewissen Betrag erhöht werden.
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Fig. 5 zeigt, wie die Ausgangeschaltung 22 eines für das Verfahren
geeigneten Senders ausgebildet sein kann. Die in einer nicht dargestellten Gegentaktendstufe
erzeugte Senderleistung wird der mit Mittelabgriff 24 versehenen Primärwicklung
23 eines Ausgangstransformators zugefüi. Die beiden Wicklungshälften sind durch
Kondensatoren 25 und 26 überbrückt und in der Rückleitung vom Abgriff 24 befindet
sich eine Glühlampe 27, die Je nach der Höhe der vom Sender abgegebenen Leistung
verschieden stark aufleuchtet. Durch die Kondensatoren 25 und 26 wird zusammen mit
der Primärwicklung 23 Resonanzabstimmung des Senderausganges (62,5 kHz) hergestellt.
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Die Sekundärwicklung 28 des Ausgangstransformators ist über einen
Schutzkondensator 29 mit der Klemme 31 bzw. an ihrem anderen Ende direkt mit der
Klemme 32 verbunden. Die Kapazität des Schutzkondensators 29 ist do klein gehalten,
daß er einem Netzwechselstrom (50 Hz) einen so großen Blindwiderstand bietet, daß
die Sekundärwicklung 28 nicht mehr gefährdet wird. Andererseits ist die Kapazität
des Kondensators 29 aber so groß, daß der mittelfrequente Wechselstrom dort keinen
wesentlichen Spannungsabfall erzeugt. Zusätzlich sind die Hemmen. 31 und 32 noch
durch einen Kondensator 30 überbrückt, der vermeidet, daß Oberwellen aus dem Sender
austreten oder umgekehrt in den
Sender gelangen können. Das geschieht
mit Rücksicht auf entsprechende Vorschriften der Deutschen Bundespost, die auch
beim Abstrahlen geringer In.tensitäten darauf besteht, daß die austretende hochfrequente
Strahlung weitgehend sinusförmig ist.
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In Fig. 6 ist dargestellt, wie die Eingangsschaltung 33 eines für
das Verfahren geeigneten Empfängers auegebildet sein kann.
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Ein langgestreckter Ferritstab 38 ist mit einer Meßnicklung 37 sowie
einer zweiten Wicklung 39 versehen und dient als Meßfühler mit Richtwirkung. Wenn
der Ferritstab 38 in ein mittelfrequentes magnetisches Wechselfeld gebracht wird,
wird in der Wicklung 37 eine elektrische Wechselspannung induziert, die über die
Leitungen 35 und 36 der nicht dargestellten Verstärkerschaltung zugeführt wird,
in deren Ausgang sich eine Glühlampe 34 zur Anzeige befindet. Die Empfindlichkeit
dts Empfängers wird mit Hilfe der zweiten Wicklung 39, die über einen Kondensator
41 und einen veränderbaren Widerstand 40 kurzgeschlossen ist, verändert. Durch die
Verringerung des Widerstandes 40 wird ein Teil der vom Ferritstab 38 aufgenommenen
Energie vernichtet und dadurch die Empfindlichkeit des Empfängers herabgesetzt.
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Der Kondensator 41 ist 80 bemessen, daß der von ihn zusammen mit der
Wicklung 39 gebildete Schwingkreis mit der Sendefrequenz (62,5 kHz) in Resonanz
ist.
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