Gehäuse für Mobilfunkantennen im Bergbau
5G unter Tage
Das schwedische Bergbauunternehmen Boliden testet in seinen Minen den neuen Mobilfunkstandard 5G. Die Bocube-Gehäuse von Bopla schützen die dafür erforderlichen 5G-Antennen vor den rauen Umgebungsbedingungen Untertage.
(Bilder: Bopla Gehäuse Systeme GmbH)
Die Vernetzung von Maschinen und Geräten im Internet der Dinge erfordert die Übertragung sehr großer Datenmengen in äußerst kurzer Zeit. Speziell bei der automatischen, digitalen Steuerung von Sicherheitseinrichtungen ist die Übertragungsgeschwindigkeit der Signale von entscheidender Bedeutung. Ein Beispiel hierfür sind die Fernsteuerung von Maschinen und das Geofencing, bei dem ein virtueller Zaun um eine Maschine deren Betrieb stoppt, sobald sich eine Person dem Gefahrenbereich nähert. Um einen Personenschaden sicher ausschließen zu können, ist hier eine extrem schnelle Signalübertragung mit einer Verzögerung von lediglich ein bis zwei Millisekunden erforderlich. Mit dem derzeitigen Mobilfunkstandard LTE ist dies nicht umzusetzen. Doch ein Nachfolger für LTE steht bereits in den Startlöchern: der neue Standard heißt 5G. Seine Übertragungsgeschwindigkeit wird voraussichtlich das Zehnfache der LTE-Geschwindigkeit betragen und unter anderem die Konnektivität von Maschinen und Geräten wesentlich verbessern.
5G im Bergbau
Ein Sektor, der an dem neuen Mobilfunkstandard besonders interessiert ist, ist die Bergbauindustrie. Bisher ist eine Mobilfunkkommunikation Untertage nicht möglich. Der Kontakt zwischen den Flözen und den oberirdischen Einrichtungen erfolgt noch über klassischen Radiofunk. Daher führt das schwedische Bergbauunternehmen Boliden in seiner Gold- und Tellurmine in Krankberg umfangreiche Tests mit dem neuen 5G-Standard durch. Ziel ist die Rationalisierung des Bergbaubetriebs und die Erhöhung der Sicherheit. Boliden ist im Branchenvergleich führend hinsichtlich Automatisierung und Digitalisierung, und nutzt bereits WiFi in Krankberg. Der Einsatz eines 5G-Netzes, das sowohl Unter- als auch Übertage funktioniert, ist da nur der nächste logische Schritt. Der Test des 5G-Mobilfunkstandards bei Boliden ist Teil des schwedischen Pilotprojekts PIMM (Pilot for Industrial Mobile Communication in Mining) für industrielle Mobilkommunikation im Bergbau, an dem sich auch andere große schwedische Konzerne wie ABB, Ericsson und Volvo sowie führende Universitäten des Landes beteiligen.
(Bild: Bopla Gehäuse Systeme GmbH)
Robuste Gehäuselösung für 5G-Antennen
Die Umsetzung des 5G-Standards erfordert spezielle Antennen in den Bergbaukorridoren, die auch unter den sehr rauen Umgebungsbedingungen unter der Erdoberfläche zuverlässig störungsfrei arbeiten. „Die harten Bedingungen Untertage stellen ebenfalls hohe Anforderungen an die Antennengehäuse. Sie müssen sehr robust und dauerhaft staub- sowie wasserdicht sein“, erklärt Johan Eriksson, zuständig für den Bereich Geschäftsentwicklung bei Miltronic. Das Unternehmen ist die schwedische Niederlassung der internationalen Lapp-Group, einem Hersteller und Systemanbieter für Verbindungstechnologie, Automatisierungstechnik und Zubehör. Miltronic entwickelte eine Gehäuselösung, die den Schutzanforderungen der 5G-Mobilfunkantenne gerecht wird und gleichzeitig die verbaute Elektronik kühlt. Teil der Lösung ist ein graphitgraues Gehäuse aus der Bocube-Baureihe des Bünder Gehäusespezialisten Bopla (siehe auch Infokasten). Das Gehäuse ist 271mm lang, 170mm breit, 120mm hoch und aus robustem Polycarbonat in UL 94 V0-Ausführung gefertigt. Dieses Material ist schwer entflammbar sowie selbstverlöschend und damit eine gute Wahl bei sicherheitskritischen Anwendungen. Da das Material zudem die f1-Listung nach UL 746 besitzt, ist das widerstandsfähige Gehäuse ideal für den Außeneinsatz und die Anwendung in Bergwerken geeignet. Eine Dichtung aus geschäumtem Polyurethan verhindert zudem das Eindringen von Staub oder Feuchtigkeit. Das Gehäuse erreicht damit die Schutzart IP66,68 und bewahrt die Antenne sicher vor den Umgebungseinflüssen Untertage. Allerdings entsteht bei dem Betrieb der 5G-Antenne Wärme, die zum zuverlässigen Erhalt von Funktion und Lebensdauer schnell abgeführt werden muss. Über ein Metallgehäuse, wie beispielsweise das Bocube Alu von Bopla, wäre dies leicht möglich gewesen. Doch unterbindet ein vollständig aus Metall gefertigtes Gehäuse eine korrekte Antennenfunktion. Also musste das Kunststoffgehäuse mit einer Kühlung versehen werden. Johan Erikson hatte die Idee, ein herkömmliches Kupferrohr aus dem Sanitärbereich durch das Bocube-Kunststoffgehäuse zu führen und als Wärmeleiter zu nutzen. Gesagt, getan. Um dennoch den Staub- und Wasserschutz der Elektronik nach Schutzart IP66/68 zu gewährleisten, wurde das Rohr jeweils am Ein- und Austritt mit Schraubdichtungen gegen die Gehäusewand abgedichtet. Die Luft, die durch natürliche Konvektion durch das Kupferrohr strömt, reicht aus, um die Verlustleistung der Antenne abzuleiten.
Kundenspezifische Anpassungen
Für die sichere Befestigung der Antenne und der Elektronik, integrierte Miltronic eine Tragschiene aus verzinktem Stahl aus dem Bocube-Zubehörprogramm in die Gehäuse. Zudem übernahmen die schwedischen Elektronikexperten auch die Bearbeitung des Gehäuses in Eigenregie. Dazu zählte das Einbringen der Bohrungen für das Kupferrohr und das Anbringen der Flansche. In der Regel übernimmt Bopla die anwendungsspezifische Bearbeitung der Gehäuse, d.h. das Einbringen von Bohrungen und Fräsen von Aussparungen oder das Gravieren von Typenschildern oder Produktbezeichnungen, für seine Kunden. Selbst die Bestückung mit den erforderlichen Elektronikbauteilen kann durch die Gehäuseexperten aus Bünde erfolgen. Im Fall des Antennengehäuses für Boliden, versah Bopla die Gehäuse via Laserbeschriftung mit dem Logo des Kunden. „In den ersten Tests mit den Antennen für den neuen 5G-Mobilfunkstandard haben sich die Gehäuselösungen auf Basis der Bocube-Gehäuse von Bopla bewährt. Änderungen waren keine erforderlich“, resümiert Johan Eriksson, der bereits zahlreiche Bopla-Gehäuselösungen für andere Anwendungen Untertage verkauft hat.
Autor: Nikolai Wilke,
Produktmanager Eingabeeinheiten,
Bopla Gehäusesysteme GmbH
www.bopla.de
