50,2 Magazin: Integrierte Antenne für den Zählerschrank

Presse


Eine zuverlässige Datenübertragung aus intelligenten Messsystemen mit möglichst geringem Installationsaufwand – dieser Herausforderung stellten sich die Netze BW GmbH und der Hersteller Antennentechnik Bad Blankenburg GmbH (ATBB).

Schon in wenigen Jahren werden die  Geschäfts- und Netzprozesse der deutschen Energiewirtschaft wesentlich auf der digitalen Infrastruktur der intelligenten Messsysteme basieren. Verbrauchs- und Einspeisedaten aus Millionen von Anschlussstellen sowie eine Vielzahl von Steuerbefehlen müssen dazu sicher und teilweise in hoher Taktung übertragen werden. Vielfach wird dazu (Mobil-)Funktechnologie genutzt werden – heute im GSM- oder LTE-Netz, später eventuell auch über 5G. Die Einschränkungen dieser Technologie sind jedem aus dem Alltag bekannt, erläutert Marco Schäfer, der bei der EnBW-Tochter Netze BW unter anderem zuständig ist für die technische Erprobung und Qualifizierung der Kommunikationstechnik im Umfeld des intelligenten Messsystems. „Bestimmte bauliche Umgebungen und Materialien beeinflussen die Ausbreitung der Funkwellen“, erklärt er. 

Expertenlösung statt Standardtechnologie

Genau diese Gegebenheiten finden sich häufig dort, wo die Smart Meter Gateways demnächst montiert werden. „In betonierten, unterirdischen Räumen, hinter Brandschutztüren aus Stahl oder in räumlicher Nähe von größeren metallischen Gegenständen werden die Signale oft gestört“, führt der Experte aus. Hinzu kommen Unterschiede in der Netzabdeckung, die gerade in ländlichen Regionen die Übertragung der Daten beeinträchtigen können. Zuverlässig zu lösen sind solche Probleme nur durch Antennen, die für die vorhandenen Bedingungen optimiert sind. Nach Abstimmung mit den Mobilfunkbetreibern hat die Netze BW schon frühzeitig entschieden, beim Rollout sämtliche Smart Meter Gateways mit Antennen auszustatten, welche die Bänder für GPRS und LTE unterstützen und auf das Frequenzband LTE 800 MHz optimiert sind. Gefordert, so der Netze BW-Experte, sei bestes Funkverhalten.

„Aus Erfahrungen der verschiedenen Labor- und Feldtests wurden Anforderungen hinsichtlich Montage und funktechnischen Eigenschaften definiert. Die auf dem Markt verfügbaren Antennen konnten die Anforderungen nicht abdecken“, erinnert sich Marco Schäfer. Daher beschloss die EnBW-Tochter, mit der ATBB zusammenzuarbeiten, einem spezialisierten Technologieanbieter mit einhundertjähriger Geschichte, der intelligente Antennensysteme für Automotive, Smart Industry, abgesicherten Behördenfunk und Smart Meter-Anwendungen für den Energiesektor und die Geräteindustrie  entwickelt. „Schon mehr als 15 Jahre  arbeitet die Netze BW – beziehungsweise die Vorgängergesellschaften aus dem Bereich Metering – erfolgreich mit der Antennentechnik Bad Blankenburg zusammen. ATBB hat uns im Bereich Innovation und Qualität immer überzeugt“, resümiert Schäfer.  Das Unternehmen liefert für den Rollout der Netze BW jedoch nicht nur die bereits etablierten Hutschienen-, Stations- oder Außenantennen. In einem gemeinsamen Entwicklungsprojekt entstand eine innovative Antennenlösung, die speziell mit Blick auf die Montageprozesse optimiert wurde.

Installationsprozesse im Blick

In der Tat sind die Abläufe beim Einbau der intelligenten Messsysteme angesichts der zu erwartenden Mengengerüste und des engen Kostenrahmens beim Rollout eine absolut kritische Größe. „Die Kommunikationsanbindung des Gateways muss also auf Anhieb klappen“, erläutert Marco Schäfer. Die Netze BW setzt dabei auf standardisierte Prozesse: „Vor dem Einbau wird automatisiert eine Providerempfehlung ermittelt. Beim Kunden prüft der Monteur dann mit einem von der Netze BW entwickelten Pegelmeter die lokalen funktechnischen Gegebenheiten und den Montageplatz der Antenne.“ Im Idealfall reicht die Hutschienenantenne, die im Modulraum des Zählers eingesteckt wird, aus, um die notwendige Signalstärke zu erreichen. Anderenfalls muss eine spezielle Stations- oder Außenantenne am Zählerschrank oder in räumlicher Nähe montiert werden.

Diese Vorgehensweise, so der Netze BW-Experte, habe allerdings einige Tücken: „Natürlich ist die Montage aufwändiger und Antennen außerhalb des Zählerschranks sind zudem immer anfälliger für mechanische Beschädigungen.“ Insbesondere aber sei der Netzbetreiber bei diesen Einbaufällen auf die Zustimmung des Kunden angewiesen, der Eigentümer des Zählerschranks und der umgebenden Räumlichkeiten ist. „Bei einem eingemauerten Zählerschrank ist der Verbau einer Antenne außerhalb des Zählerschranks nicht so einfach möglich.“, weiß Schäfer aus der Praxis. Aus den genannten Gründen liege es im Interesse des Messstellenbetreibers, möglichst viele Antennen innerhalb der Zählerschränke zu verbauen. 

Eingebaute Antenne

Gemeinsam mit der Antennentechnik Bad Blankenburg und dem Hersteller Hager ging die Netze BW dieses Problem an. „Die Vision war, eine Antenne zu entwickeln, die leistungsfähiger ist als die Hutschienenantenne und gleich im Zählerschrank eingebaut werden kann“, berichtet ATBB-Vertriebsleiter Florian Rast. Besondere Herausforderungen ergeben sich in diesem Zusammenhang bei den zahlreichen Zählerschränken, die aufgrund des metallischen Gehäuses besonderes Know-how bei der Antennenmontage erfordern. „Es ist uns bei der Neuentwicklung tatsächlich gelungen, aus dieser Schwäche eine Stärke zu machen“, führt Rast aus, denn die integrierte Antenne ist so konzipiert, dass sie gezielt diese Kopplungseffekte des umliegenden Metalls ausnutzt, um Ihre Antennenwirkfläche zu vergrößern. Der  Schaltschrank wird somit selbst zur Antenne und in die Lage versetzt, elektromagnetische Wellen abzustrahlen und aufzunehmen. „Aufgrund der Vergrößerung der Wirkfläche durch den Schrank ergibt sich ein ausgezeichneter Wirkungsgrad und somit ein optimaler Energietransport zwischen Kabel und Freiraum“, ergänzt Florian Rast. 

Zusätzlich schütze die Innenmontage die Antenne vor unsachgemäßer Behandlung. Standardmäßig ist die Antenne, die neben Mobilfunk von 2G bis 5G auch CDMA 450, LoRaWAN 868 sowie WiFi/WLAN (2,4 GHz/5 GHz) unterstützt, derzeit für Hager-Zählerschränke mit Leitungseinführungsfeldern 19,7 x 8,1 Zentimeter ausgelegt. Um die Montage möglichst einfach zu halten, lässt sich die Antenne einfach in das Gehäuse des Schaltschranks einklicken. „Es muss also nicht mehr gebohrt werden“, betont Florian Rast. Gleichzeitig sei die Antenne so bestmöglich geschützt. Der Anschluss an das Gateway erfolgt über die FAKRA-Buchse. „Wir gehen davon aus, dass sich durch die integrierte Antenne die Montage von Außenantennen vielfach vermeiden lässt.“ Auch Marco Schäfer sieht großes Potenzial für die eingebaute Antenne im Zuge des kommenden Rollouts: „Unsere ersten Tests sind erwartungsgemäß sehr positiv verlaufen“, berichtet er.

Bei ATBB wurde das neue Produkt inzwischen ins reguläre Portfolio aufgenommen.