DE19801827C2 - Verfahren zum Auffinden von Leitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffinden von Leitungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus DE 40 12 969 A1 ist ein als Tonfrequenzgenerator ausgebilde­ ter Impulssender bekannt, der im wesentlichen Sinn einen astabi­ len Multivibrator aufweist und damit verhältnismäßig kompliziert aufgebaut ist. Darüber hinaus benötigt der Tonfrequenzgenerator eine separate Stromversorgung.

Aus dem Dokument DE 32 16 263 A1 ist ein Signalgenerator bekannt, der über eine Ankopplungsvorrichtung elektrische Signale auf eine Leitung aufprägt. Der Signalgenerator ist als Sinusgenerator aus­ gebildet und benötigt ebenfalls eine separate Stromversorgung.

Weitere Dokumente, die sich mit Verfahren zum Auffinden von Lei­ tungen beschäftigen, sind DE 36 23 045 A1 und DE 36 23 588 A1. Dort wird der zu suchenden Leitung ebenfalls ein Impulssignal aufgeprägt. Zur Erzeugung des Impulssignales, das einer Wech­ selspannung überlagert wird, dient ein Tonfrequenz-Sender, der ebenfalls verhältnismäßig kompliziert aufgebaut ist. Die dort vorgesehene Schaltung muss im Gegentakt betriebene Transistoren vorsehen.

Normale Kabelsucher finden generell alle Leitungen in einer Wand oder unter Putz. Der Vorteil dieses Verfahrens ist, daß nur die Leitung durch die der Speisestrom eines Impulssenders fließt, markiert wird. Andere Stromkreise bleiben deshalb unbeeinflußt und stören die Ortungssuche nicht.

Der wesentliche Unterschied zum Stand der Technik wird deshalb darin gesehen, daß bei vorliegendem Verfahren lediglich zeitweise und intervallartig ein Impulspaket auf die zu suchende Leitung aufgeprägt wird.

Um stromführende oder nichtstromführende Leitungen, die unter Putz liegen oder vergraben sind, aufzufinden und zu verfolgen, ist es notwendig, diesen Leitungen eine zusätzliche Information aufzuprägen. Weil jeder Stromfluß ein elektromagnetisches Feld erzeugt, kann dieses dann mit einem geeigneten Induktionsempfäng­ er empfangen, verfolgt oder selektiert werden.

Grundlage des Patentantrages ist es, hier ein sehr einfaches und doch zugleich leistungsstarkes Verfahren vorzustellen, mit dem es möglich ist, die oben genannten Kabel bzw. Leitungen aufzufinden und zu verfolgen.

1. Der Impulssender (Fig. 1)

Auf die unter Spannung stehende Leitung wird ein abklingender Im­ puls mit einem zusätzlichen positiven Energiemoment aufgeprägt. Dieser wird dadurch erzeugt, daß ein Kondensator auf die Spitzen­ spannung der Netzspannung aufgeladen wird. Über eine Induktivität und einen Thyristor als Schalter, wird nun der Kondensator in Reihe mit dem Netz intervallartig entladen. Bei der Entladung des Kondensators über der in Reihe liegenden Induktivität wird ein Serienschwingkreis gebildet, der die gespeicherte Energie des Kondensators in ein abklingendes Schwingpaket umwandelt. Die Fre­ quenz dieses Burstes liegt im Tonfrequenzbereich. Die Folgefre­ quenz des Burstes wird durch ein elektronisches Zeitglied be­ stimmt.

2. Der Impulsempfänger (Fig. 2)

Der oben genannte Burst stellt auf der zu verfolgenden Leitung eine Art Markierung dar. Auch das der Leitung umgebende Magnet­ feld ist im gleichen Maße von dieser Beeinflussung betroffen. In einer Spule die nun der Leitung genähert wird entsteht neben der zu empfangenden 50 Hz Brummspannung noch der aufgestockte Burst. Die Empfangsspule ist gleichzeitig als Schwingkreis auf die Fre­ quenz des Burstes abgestimmt. Dieser Burst wird nun durch einen elektronischen Filter herausgesiebt und dann weiter durch einen Vorverstärker um ca. 40 dB in seinem Pegel angehoben. Ein folgen­ der Trigger digitalisiert nun das Empfangssignal. Danach wird das Signal einem monostabilen Multivibrator zugeführt. Dieser formt den kurzen Burstimpuls in einen gleichlangen Impuls um. Die Länge dieser Impulse wird durch die interne Dimensionierung des Mono­ stabilen bestimmt. Der Ausgangsimpuls des monostabilen Multivi­ brators schaltet nun einen elektrischen Tonsignalgeber im Takte des Burstes. Der Empfänger ist noch mit einer Empfindlichkeitsre­ gelung versehen, um das oben genannte Empfangssignal den am Orte vorhanden Gegebenheiten anzupassen.

Zum Erzeugen der dem Kabel zusätzlich aufzuprägenden Information, wird ein abschwingender Ton oder HF-Impuls verwendet, der zusätz­ lich auf die Leitung aufmoduliert wird. Dazu wird die Entladung eines aufgeladenen Kondensators benutzt. Damit lassen sich in einfacher Weise gedämpfte Schwingungspakete erzeugen. Das Grund­ prinzip ist in Fig. 3 dargestellt.

Der Kondensator -C- wird über die Spannungsquelle -U- aufgeladen. Wird jetzt der Umschalter -US- betätigt, entlädt sich der Konden­ sator -C- über die Spule -L-. Schaltungstechnisch ist nun eine Parallelschwingkreis entstanden, welcher der Thomschen Schwin­ gungsgleichung

folgt.

Es entsteht ein abklingendes Schwingungspaket, dessen Länge von dem Energieinhalt des Kondendators und der Güte der Spule und des Kondensators abhängt (siehe Fig. 4). Die Energie, in Wattsekun­ den, eines aufgeladenen Kondensators errechnet sich aus:

Wird ein 4,7 µF Kondensator auf die Netzspitzenspannung von 310 V aufgeladen, so ist seine Energie

Ist z. B. die Frequenz 50 KHz und die Impulsdauer 120 µsek, so sind pro Burst = 6 Schwingungen enthalten. Bei dieser Impulsdauer ist die Leistung des Impulses in Watt:

Es ist ganz erstaunlich, daß durch diese Stoßoszillation eine Leistung von 1,9 KW pro Impuls erzeugt wird. Es stand nun an, ei­ ne Schaltung zu finden, um dieses Prinzip auf eine sich selbst vom Netz speisende Anordnung zu übertragen.

In Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung, welche alle diese Anfor­ derungen erfüllt, dargestellt.

Ist der Pol -P- negativ, so lädt sich Kondensator -C1- über die Diode -D- auf die Netzspitzenspannung von 310 V auf. Dreht jetzt das Netz um, wird dieser Zustand weiter beibehalten, weil Diode -D- sowie der Thyristor -T- noch sperrt. Wird aber nun, je nach gewünschter Zeit, Thyristor -TY- mit der Zündeinrichtung an sei­ nem Gate synchron gezündet, wirkt er wie der Umschalter -US- in Bild 1. Die Spule -L- und der Kondensator -C- bilden jetzt einen Serienschwingkreis parallel zum Netz. Die nun folgende Stoßozil­ lation speist ihre Energie rückwärts ins Netz ein. Diese Leitung ist nun mit einer zusätzlichen Information behaftet, die mit dem o. g. Empfänger verfolgt werden kann. Zu der Stoßoszillatin sei noch zu bemerken, daß der Burst rein sinusförmig ist und keiner­ lei Oberwellen erzeugende Rechteckschwingungen oder Spikes ent­ hält. Der Kondensator -C- im Bild 2 hat die Aufgabe, störende HF- Impulse kurzzuschließen, war aber kaum erforderlich, wie Versuche mit einem Allwellenempfänger gezeigt haben. (Akustisch läßt sich das erzeugte Signal mit einem sinusförmigen Glockenton verglei­ chen). HF-Störungen auf dem Netz sind kaum meßbar. Sehr vorteil­ haft ist nocht, daß dieses Verfahren nur die stromführende Lei­ tung zum Impulssender markiert. Andere parallele Netzleitungen führen diese Information nicht. So kann ausgesprochen selektiv gesucht werden. Andere HF-einprägende Verfahren verfügen nicht über diesen Vorteil.

In der im vorigen beschriebenen Schaltung, wird die Impulsgeber­ schaltung automatisch mit aus dem Netz versorgt, weil die Leitun­ gen spannungsführend sind.

Nach dem gleichen Prinzip lassen sich aber auch, am Ende kurzge­ schlossene, spannungslose Leitungen suchen (vergleiche Fig. 6): Dazu muß die Ladespannung des Kondensators von ca. 300 V extern erzeugt werden. Dazu eignet sich ein Transistor-Transverter sehr gut. Die Batteriespannung -UB- wird mittels dieses Transverters auf ca. 300 V hochtransformiert und gleichgerichtet. Über einen Dämpfungswiderstand -R- wird nun der Schwingkreiskondensator -CS- aufgeladen. Über die Zündeeinrichtung -Zü- wird der aufgeladene Kondensator, periodisch in Reihe mit der Schwingkreisspule und der am Ende kurzgeschlossenen Leitung über den Thyristor -Ty-, durchgeschaltet. Nach dem bereits beschreibenen Prinzip entsteht wieder der abklingende Burstimpuls.

Funktionsbeschreibung des Kabel Impulssenders anhand eines kon­ kreten Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 7

Ist der Pol -L1- der angelegten Wechselspannung positiv, so wird der Kondensator -C2- über die Diode -D-, die Spule -L- und den Schutzwiderstand -R1- auf den positiven Spitzenwert der Netzspan­ nung aufgeladen. Gleichzeitig gelangt über den Widerstand -R3- ein Anteil dieser Energie auf den Elektrolytkondensator -C3-, nur ist dieser Anteil der Spannung nicht ausreichend um den Kondensa­ tor -C3- auf eine Spannung aufzuladen, bei der das Diac -Di- zün­ det. Dreht jetzt die Netzspannung um, ergeben sich keine Änderun­ gen. Die Diode -D- und der Thyristor -Tyr- sperren und -C2- bleibt weiter positiv geladen. Bei weiten Netzperioden wird nun -C3- weiter und weiter aufgeladen bis die Zündspannung von ca. 33 V des Diac's -Di- erreicht ist. Nun entlädt sich -C3- über den Gateschutzwiderstand -R4- zur Kathode des Thyristors (-R5- legt das Thyristorgate auf einen festen Massepunkt). Jetzt zündet der Thyristor. Nun liegt er mit der Spule -L- und dem Kondensator -C2- in Reihe als Serienschwingkreis am Netz. Es entsteht ein ge­ dämpftes Schwingungspaket, das auf die Netzleitung aufgeprägt wird. Die Frequenz der Schwingung beträgt ca. 8 kHz, die Länge des Impulspaketes beträgt ca. 420 µs.

Weitere Funktionen der Bauelemente

-C1- mit 0,1 µF, sperrt den hochfrequenten Oberwellenanteil des Impulsschwingungspaketes sehr wirksam. Dadurch entstehen nur sehr kleine HF-Störungen im Langwellenbereich, die praktisch ohne jeg­ liche Bedeutung sind und keine Telecom Probleme verursachen. -R1- mit 10 Ohm, ist ein allgemeiner Schutz und Strombegrenzungswider­ stand. -R2- mit 1 Ohm entlädt den Kondensator -C2- damit für den Benutzer nach der Netzabtrennung des Gerätes, keine E-Schock Ge­ fahr mehr besteht. Um eine Netz getrennte Messmöglichkeit zu er­ halten, wurd ein 10 mm Ferritringkern mit 10 Windungen 0,3Cu Draht bewickelt. Dieser Ferritkern wurde nahe des Senders über eine der Netzzuleitungen gesteckt. Mit dem Speicheroszi [Hameg 408] wurden folgende Werte an den 10 Windungen der Spule auf dem Ferritringkern gemessen.

Einstellung des Oszilloscopes

Chl = 5 V/Div./Prätrigger = 25% (im Speicherbetrieb) Trigger = +5 V/Time/Div. = 100 µs Meßwerte = ca. 4 Schwingungen á 125 µs = 8 Khz Länge des Schwingungspaketes = 420 µs.

Leistung

Der Energiegehalt von -C2- in Wattsekunden ist = (U²C)/2 = ((310 . 310) . 0.22 . E-6)/2 = 0.010 Wattsek.

Die Leistung in Watt des Impulses = Wattsek./Länge des Impulspa­ ketes = (0.01 Ws/420 µs) = 23 Watt. Da die Schwingung gedämpft ist, sind Ca. 50% dieses Wertes empirisch real, also beträgt die Impulsleistung: ca. 11,5 Watt.

Durch diese relative hohe Leistung ist auch die gute Reichweite des Senders von ca. 45 cm erklärbar. Praktisch kann diese noch weiter erhöht werden durch Verkleinerung von -R1- bei Impulsfesten -C2-!

Bemerkungen zur Spule -L- und den Speicherkondensator -C2-

An der Schwingkreisspule -L2- entstehen hohe Spannungsspitzen. Es wäre ein hochisolierender Lackdraht anzuraten. Durch den Spei­ cherkondensator fließt ein hoher Impulsstorm, der nur durch den Widerstand -R1- begrenzt wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum Auffinden von Leitungen, bei welchen der Leitung ein abklingendes und sich intervallartiges und wiederholendes Im­ pulssignal aufgeprägt und dieses Impulssignal mit einem der zu findenden Leitung angenäherten Impulsempfänger detektiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die zu findende Leitung Spannung führt, und daß das Impulssignal durch periodi­ sches Entladen eines Kondensators erfolgt, der mit einer Spule und einem elektrischen Schalter in Reihe an die Leitung ange­ schlossen ist, wobei sich der Kondensator bei offenem Schalter lädt und bei geschlossenem Schalter zur Erzeugung des Impuls­ signals entlädt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Schalter als Thyristor ausgebildet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulssignal etwa 420 µsec dauert.