DE3907733A1 - Verfahren und einrichtung zur funkuebertragung in untertaegigen grubenbauen ohne wellenleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gerichteten Führung elektromagnetischer Wellen zwischen festen und mobilen Einheiten im untertägigen Berg- und Tunnelbau. Die Erfindung betrifft außerdem ein Richtfunkübertra­ gungssystem zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren und Systeme dienen im untertägigen Bergbau, vor allem im Bereich der Gewinnung und des Transportes zur Übertragung von Informationen zwischen zwei und/oder mehreren Stationen. Gerade im Transport­ wesen ist es wichtig, daß die Fahrzeuge im Streckenbe­ reich untereinander, aber auch mit einer Zentrale, kom­ munizieren können. Die aus dem übertägigen Bereich be­ kannten Systeme lassen sich wegen der ungünstigen Aus­ breitungsbedingungen für Funkwellen unter Tage nicht einsetzen.

Dennoch hat es nicht an Versuchen gefehlt, ein Kommuni­ kationsnetz dieser Betriebsart aufzubauen. Versuche mit leistungsfähigen Funkgeräten und freistrahlenden Anten­ nen versagten, weil die elektromagnetischen Wellen das Gebirge, Erz oder die Kohle nicht nennenswert durch­ dringen können. Oft können sie den Bereich der Hohlräu­ me, in denen sich die Funkgeräte befinden, deshalb nicht verlassen, weil dieser aus gebirgsmechanischen Gründen mit Stahlausbauten versehen ist. Ferner ist die Ausbreitungsdämpfung längs einer freien Strecke bei den bisher benutzten Frequenzen bis ca. 500 MHz im Bergbau im günstigsten Falle nach wenigen 100 Metern für eine Funkübertragung zu groß.

Um diesem Mangel abzuhelfen, ist man auch andere Wege gegangen, um die elektromagnetischen Wellen über nen­ nenswerte Entfernungen zu transportieren. So hat man über ausgelegte Leitungen oder mit Hilfe sogenannter Schlitzkabel, die sich überall dort befinden müssen, wo Funkübertragungen stattfinden sollen, elektromagneti­ sche Wellen über einige Kilometer fortgeleitet. Mit dieser Lösung sind jedoch vier entscheidende Nachteile verbunden, die im Gegensatz zu freistrahlenden Systemen vorhanden sind:

• 1. Ein Sender oder Empfänger einer mobilen Einrichtung muß relativ dicht an den Wellenleiter herangeführt werden, was einer freizügigen Beweglichkeit inner­ halb der jeweiligen Hohlräume entscheidend hinder­ lich entgegensteht.
• 2. In der Regel kann nur eine langgestreckte Kommunikations­ möglichkeit hergestellt werden. Nur mit großem Aufwand ist es möglich, auch entlang dieser Strecke vorhandene Großhohlräume und Abzweige sowie abgesetzte Grubenbaue an die Kommunikation anzuschließen.
• 3. Die Wellenleiter unterliegen in der betrieblich rauhen Umgebung, insbesondere in den abbaunahen Grubenbereichen, einer großen Zerstörungsgefahr. Fällt ein solches Teilsy­ stem aus, kann das gesamte System lahmgelegt werden.
• 4. Wegen der großen Koppel- und Längsdämpfung des Wellenlei­ ters bei Leitungslängen von mehreren Kilometern kann der praktisch nutzbare Frequenzbereich nur bis zu etwa 100 Hz betragen und liegt damit in einem durch elektromecha­ nische Störungen, hervorgerufen durch Schalt-, Regel- und Kommutierungsvorgänge elektrischer Anlagen, stark gestör­ ten Bereich.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zur Übertragung von elektromag­ netischen Wellen mit vorteilhafter Beweglichkeit für den je­ weiligen Anwender zu schaffen, mit dem eine Kommunikation in allen untertägigen Räumen auch über Abzweige und Kurven hin­ weg und unter den rauhen untertägigen Bedingungen möglich ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit Hilfe von Richtantennen und von diesen abgestrahlten pola­ risierten Wellenfronten einander ergänzende Funkfelder mit Frequenzbereichen oberhalb 1 GHz bis zum Erreichen des räum­ lichen Endpunktes der physikalischen Ausbrteitung errichtet und ihnen jeweils ortsfeste Sende-/Empfangsanlage zugeordnet werden.

Es hat sich nämlich zunächst herausgestellt, daß die Längs­ dämpfung des Funks den freien Strecken und Hohlräumen mit zunehmender Frequenz oberhalb etwa 1 GHz geringer wird. Dies ist durch Messungen bestätigt worden und ist auf Hohlleiter- und Reflexionseffekte zurückzuführen. Zusätzlich ist die elektromagnetische Beeinflussung durch die Anlagen und Gerä­ te im untertägigen Bergbau auf den Empfänger des Funküber­ tragungssystems bei diesem hohen Frequenzbereich wesentlich geringer als unterhalb des genannten Wertes. Wenngleich die Wahl dieser Frequenz für die Benutzung der Richtfunkübertra­ gung unter Tage von Wichtigkeit ist, so ist eindeutig die richtige Wahl der Polarisationsebene der abgestrahlten Wellen für die Möglichkeit überhaupt entscheidend, eine sol­ che freie Wellenabstrahlung unter Tage mit Erfolg durchzu­ führen. Wenn man sich vergegenwärtigt, daß im untertägigen Bergbau zum Einsatz kommende Stahlausbauten innerhalb der Grubenräume eine ausgeprägte Glocken- und Ringprofilstruktur aufweisen, so ist bei der Abstrahlung einer elektromagneti­ schen Welle damit zu rechnen, daß diese einen Sekundäreffekt durch die Stahlausbauten erfährt. Dieser Sekundäreffekt kann einmal die abgestrahlte Welle zum Teil reflektieren oder zum anderen absorbieren. Beides ist nachteilig für eine gute Wellenausbreitung. Andererseits ist es aber auch bewiesen, daß durch Reflexion an den besagten Stahlausbauten selbst bei der Anwendung der als vorteilhafter gegenüber der verti­ kalen Polarisation gefundenen horizontalen Polarisation es zu Wellenauslöschungen in bestimmten, räumlich engbegrenzten Bereichen kommen kann. Die Anwendung einer Anlage mit über das gesamte Grubenfeld verteilten Antennen und mit ei­ ner ortsfesten Sende-/Empfangsanlage läßt sich unter Tage nicht verwirklichen; die besondere Anordnung mehrerer ver­ teilter Sende- und Empfangsanlagen mit entsprechend polari­ sierten Richtantennen im entsprechenden Abstand aber durch­ aus, so daß dies genau die Lösung darstellt, die sich für den untertägigen Bergbau als optimal herausstellt.

Nach einer zweckmäßigen Ausbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß im Bereich von Abzweigen, Kurven und abgesetzten Hohlräumen eigene und der jeweiligen Konfiguration angepaßte Funkfelder erzeugt werden. Dadurch ist es möglich, auch ab­ weichend von einem geradlinig Ausbreiten der Funkfelder die im untertägigen Bergbau eine besondere Problematik darstel­ lenden Abzweige, Kurven und abgesetzten Hohlräume zu über­ winden und diese damit für das Übertragungssystem erreichbar zu machen.

Als besonders vorteilhaft gerade für den Einsatz im untertä­ gigen Bergbau erweist es sich, wenn mehrere an einem Punkt zusammentreffende Funkfelder von einer Sende-/Empfangsanlage gespeist werden. Damit wird die Wirtschaftlichkeit des Ver­ fahrens und des erfindungsgemäßen Systems gezielt in einen Bereich gebracht, wo ein Einsatz sich durchaus rechnet und erhebliche wirtschaftliche und technische Vorteile mit sich bringt.

Zur Durchführung des Verfahrens dient ein Richtfunkübertra­ gungssystem, bei dem Feststationen, bestehend aus Sende- und Empfangsanlagen mit zugeordneten Richtantennen, in einem den jeweiligen untertägigen Gegebenheiten angepaßten Abstand angeordnet sind, die eine horizontale oder zirkulare Wellen­ front abstrahlend ausgelegt sind, wobei den so erzeugten Funkfeldern beliebig viele mobile Sende- und Empfangsanlagen mit zugehörigen polarisierten Richtantennen zugeordnet sind. Damit ist ein System geschaffen, das genau unter Berücksich­ tigung der untertägigen Gegebenheiten eine optimale Übertra­ gung von Informationen über freie Wellenabstrahlung ermög­ licht. Mit Hilfe eines solchen Systems können nicht nur gro­ ße Entfernungen überbrückt werden, sondern vielmehr ist es auch möglich, in Teilbereiche, beispielsweise abgezweigte Großhohlräume mit der Informationsübertragung vorzudringen.

Vorteilhaft ist weiter, daß die entsprechenden Informationen sowohl zwischen einer Feststation und den Mobilstationen wie auch beliebigen weiteren Feststationen möglich ist, wo­ bei einfach über das erfindungsgemäße System sichergestellt werden kann, daß die entsprechenden Distanzen sicher über­ brückt werden.

Weiter ist vorgesehen, daß eine Sende-/Empfangsanlage mehre­ ren, vorzugsweise an einem Punkt zusammentreffende Funkfel­ dern diese speisend zugeordnet ist, um so insbesondere die Wirtschaftlichkeit des Systems zu erhöhen und damit einen Einsatz möglichst in allen Bereichen unter Tage zu ermögli­ chen. Gerade bei der Planung einer untertägigen Anlage mit ihren vielfältigen Strecken- und Hohlraumkonfigurationen kommt diesem wirtschaftlichen Aspekt eine besondere Bedeu­ tung zu, weil so eine drastische Verminderung der benötigten Sende-/Empfangsanlagen zu erreichen ist.

Um die Übertragung in abgezweigte Strecken hinein und in ge­ sonderte Hohlräume hinein zu ermöglichen, sieht die Erfind­ ung vor, daß an Abzweigen, Kurven und Einzelhohlräumen, wo es erforderlich ist, gesonderte Richtantennen vorgesehen sind.

Es werden somit bei Streckenkonfigurationen, die sich von der zuvor geschilderten geradlinigen Art unterscheiden, wie an Abzweigen, scharfen Krümmungen und abgesetzten Einzel­ hohlräumen jeweils eigene Funkfelder errichtet, die die Wei­ terleitung der Signale sicher ermöglichen.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Funkübertragungsverfahren und -system geschaffen ist, das gerade auf den untertägigen Bergbau mit seinen Besonder­ heiten zugeschnitten ist, und erstmalig eine Funkkommunika­ tion auf freier Wellenabstrahlung auch über große Entfernun­ gen mit der notwendigen Sicherheit ermöglicht. Darüber hin­ aus zeichnet sich das Verfahren und das System durch hohe Wirtschaftlichkeit aus, so daß auch bei der Planung von Ge­ samtanlagen durch frühzeitige Installation eine vorteilhafte Anpassung an den jeweiligen Anwendungsbereich möglich ist. Unabhängig von den untertägigen Ausgangskonditionen ist es möglich, das Verfahren und das System so zuzuschneiden, daß eine sichere Übertragung der gewünschten Daten und Informa­ tionen über die freie Wellenabstrahlung möglich ist.

Anhand der einzigen Zeichnung wird nachfolgend die Erfindung ergänzend beschrieben.

Dabei ist in dieser einzigen Figur eine schematisiert darge­ stelltes Anwendungsbeispiel mit mehreren Strecken wiederge­ geben.

Die Strecken 1 sind in beliebiger Ausführung aufgefahren und mit hier nicht dargestelltem Ausbau gesichert. Über Abzweige 2, 2′ gehen Strecken rechtwinklig von der Hauptstrecke oder über eine Kurve 3 geführt ab, so daß beispielsweise in einem solchen Fall mit einer üblichen, freistrahlenden Funküber­ tragung nichts zu erreichen wäre.

Zu verbinden über ein entsprechendes Funksystem wird mit Hilfe der hier mit 4, 14, 15 bezeichneten Feststationen meh­ rere Mobilstationen 5, 6.

Je nach den untertägigen Gegebenheiten sind im größeren oder kleineren Abstand Richtantennen 7, 8, 10, 12 angeordnet, über die Funkfelder 9, 9′, 11, 13 erzeugt werden, wobei sich diese einzelnen Funkfelder 9 und 11; 9′ und 13 usw. so ergänzen, daß eine einwandfreie Ausbildung des Gesamtfunk­ feldes erreicht wird. Jedem einzelnen dieser Funkfel­ der 9, 11, 13 oder aber jeweils mehreren sind Sende- und Empfangsanlagen 4, 14, 15 zugeordnet, über die die entsprechenden Informationen mittels der Funkfelder 9, 11, 13 an die Mobilstationen 5, 6 weitergegeben werden.

Durch unterschiedliche Ausbildung ist kenntlich ge­ macht, daß die Funkfelder 9, 11, 13 beispielsweise un­ terschiedliche Frequenzbereiche oberhalb von 1 GHz auf­ weisen, und sich jeweils im Berührungsbereich soweit überlappen, daß eine Ergänzung sicher erreicht ist.

 1 Strecke
 2, 2′ Abzweig
 3 Kurve
 4 Feststation (ortsfeste Sende- und Empfangsanlage)
 5 Mobilstation
 6 Mobilstation
 7 Richtantenne
 8 Richtantenne
 9, 9′ Funkfeld
 9′′, 9′′′ Funkfeld
10 Richtantenne
11, 11′, 11′′ Funkfeld
12 Richtantenne
13, 13′ Funkfeld
14 Feststation (ortsfeste Sende- u. Empfangsanlage)
15 Feststation (ortsfeste Sende- u. Empfangsanlage)

Claims (6)

1. Verfahren zur gerichteten Führung elektromagnetischer Wellen zwischen festen und mobilen Einheiten im untertägigen Berg- und Tunnelbau, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Richtantennen und von diesen abgestrahlten polarisierten Wellenfronten einander ergänzende Funkfelder mit Frequenzbe­ reichen oberhalb 1 GHz bis zum Erreichen des räumlichen End­ punktes der physikalischen Ausbreitung errichtet und ihnen jeweils ortsfeste Sende-/Empfangsanlagen zugeordnet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich von Abzweigen, Kurven und abgesetzten Hohlräumen eigene und der jeweiligen Konfiguration angepaßte Funkfelder erzeugt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß meh­ rere Funkfelder von einer Sende-/Empfangsanlage gespeist werden.

4. Richtfunkübertragungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur Funkkommunikation zwischen Feststation (4) und einer oder mehreren Mobilstationen (5, 6) Richtan­ tennen (8, 10, 12) in einem den jeweiligen untertägigen Ge­ gebenheiten angepaßten Abstand angeordnet sind, die eine ho­ rizontale oder cirkulare Wellenfront abstrahlend ausgelegt sind, wobei den so erzeugten Funkfeldern (9, 11, 13) Sende- und Empfangsanlagen (14, 15) zugeordnet sind.

5. Richtfunkübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Sende-/Empfangsanlage (14, 15) mehreren Funkfeldern (9, 11, 13) diese speisend zugeordnet ist.

6. Richtfunkübertragungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an Abzweigen (2), Kurven (3) und Einzelhohl­ räumen gesonderte Richtantennen (10, 12) vorgesehen sind.