EP4511545A1 - Vorrichtung zur überwachung eines hydranten - Google Patents

Vorrichtung zur überwachung eines hydranten

Info

Publication number
EP4511545A1
EP4511545A1 EP23717817.3A EP23717817A EP4511545A1 EP 4511545 A1 EP4511545 A1 EP 4511545A1 EP 23717817 A EP23717817 A EP 23717817A EP 4511545 A1 EP4511545 A1 EP 4511545A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hydrant
data
monitoring
hood
carrier plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23717817.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Arthur Carl SCHNEIDER
Gerhard FÜHRER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
E Hawle Armaturenwerke GmbH
Original Assignee
E Hawle Armaturenwerke GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by E Hawle Armaturenwerke GmbH filed Critical E Hawle Armaturenwerke GmbH
Publication of EP4511545A1 publication Critical patent/EP4511545A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B9/00—Methods or installations for drawing-off water
    • E03B9/02—Hydrants; Arrangements of valves therein; Keys for hydrants
    • E03B9/04—Column hydrants
    • E03B9/06—Covers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/04—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point
    • G01M3/24—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
    • G01M3/243—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by detecting the presence of fluid at the leakage point using infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for pipes

Definitions

  • Monitoring systems for hydrants are known from the prior art. For example, it is known to arrange acoustic sensors, vibration sensors or position sensors on the hydrant in order to detect leaks or damage to the hydrant.
  • EP 3 763 887 A1 shows a generic device for monitoring a hydrant.
  • the object of the invention is therefore to provide a device which has improved acoustic measurement sensitivity for detecting leaks and also allows the measurement data to be electronically processed in an improved manner in order to avoid incorrect measurements.
  • the device according to the invention should be retrofittable for existing hydrants.
  • a device for monitoring a hydrant comprises a hydrant hood which is designed to be arranged on a hydrant head, with at least one acoustic sensor, preferably designed for self-sufficient communication, being provided in the hydrant hood.
  • the acoustic sensor can preferably be designed as a piezoelectric noise logger.
  • a preferably metallic support plate is provided, which has at least one integrated metallic contact bracket.
  • the acoustic sensor is arranged on the carrier plate of the hydrant hood and is at least partially in direct mechanical contact with the contact bracket and/or the carrier plate to detect acoustic signals and vibrations.
  • the acoustic sensor detects the acoustic spectrum of the surface vibrations in the contact area with the contact bracket and/or the carrier plate, which may also include the infrasound and/or ultrasonic range.
  • the acoustic sensor detects the structure-borne noise of a vibrating hydrant as a result of flow excitations caused by water leaks or as a result of flow through the hydrant in the open position.
  • the structure-borne noise is transmitted to the sensor particularly smoothly thanks to the direct mechanical contact.
  • the acoustic sensor is at least partially pressed through a recess in the carrier plate via preferably flexible carrier clamps. This ensures that the acoustic sensor rests on the hydrant head when the hydrant hood is arranged on the hydrant head and is braced against it.
  • the carrier plate has a metallic spacer ring which is formed in one piece with the carrier plate or is welded to the carrier plate. This allows the vibrations of the hydrant head to be better transmitted to the support plate and an overall stiffer device is formed.
  • the carrier plate has recesses which are designed to produce a positive connection with sprue pins of the hydrant head when the hydrant hood is arranged on the hydrant head. This can ensure a rigid, positive connection between the hydrant head and the support plate.
  • several recesses and sprue pins are provided, particularly preferably four each, which are distributed along the circumference of the support plate or the hydrant head. This ensures that vibrations, in particular torsional vibrations of the hydrant or hydrant head, are better transmitted to the acoustic sensor.
  • a rotation angle detection preferably comprising a magnetic rotation angle sensor, is provided on the carrier plate for detecting the rotation angle of a spindle of the hydrant, which is set up to detect the degree of opening of the hydrant.
  • a position sensor is provided on the carrier plate, which is set up to detect an angle of inclination of the hydrant. This makes it possible to determine whether the hydrant is in a vertical position or has been knocked over by a vehicle.
  • an acceleration sensor is provided on the carrier plate, which is set up to detect the collision of a vehicle with the hydrant.
  • a simple retrofittable construction can be provided that protects the sensors from the environment and can easily be retrofitted to existing hydrants.
  • a communication module is arranged on the carrier plate, which is designed to receive measurement data from the rotation angle sensor, the position sensor, the acceleration sensor and / or another sensor and transmit them to a remote server via a, in particular, wireless interface.
  • the communication module can be set up to use a wireless access network, to receive requests from a remote server and to transmit the measurement data to the server.
  • the acoustic sensor uses a self-sufficient communication system, so that the communication module does not receive and forward measurement data from the acoustic sensor, but only from the rotation angle sensor, the position sensor, the acceleration sensor and/or other sensors.
  • the acoustic sensor can be designed to forward the measurement data wirelessly, in particular via Bluetooth, preferably via an integrated antenna, to a terminal near the sensor. This allows secure and simple communication between the intended electronic devices.
  • the acoustic sensor is a noise logger from Gutermann AG.
  • the communication module can include an electronic signal processing unit for processing the measurement data.
  • a programmable electronic filter can be provided in the signal processing unit, which filters the measurement data as required.
  • the communication module may include upgradable firmware, with the electronic filtering parameters being part of the firmware. In this way, a source of interference that appears in the measurement data can be suppressed depending on the circumstances.
  • the communication module can be moved from a storage mode, in which no transmission of measurement data to the server is provided, into an operational mode, in which a periodic transmission of measurement data to the server is provided. In this way, the energy consumption for carrying out monitoring can be reduced.
  • the sensors of the monitoring system can be activated and data packets containing the measurement data can be sent. After the measurement data has been transmitted back, the communication module can switch back to storage mode.
  • the invention further extends to a hydrant head of a hydrant, comprising a hydrant hood with a device according to the invention.
  • the invention further extends to a hydrant, comprising a hydrant head according to the invention.
  • the invention further extends to a system for monitoring a water pipe network, comprising at least one hydrant according to the invention and at least one server, wherein the server is set up to receive and store the measurement data sent by the hydrant, and wherein the access network is preferably as an LTE network, 5G Network, Bluetooth or as LoRaWAN, and wherein the server has a data processing unit for processing the measurement data and for generating monitoring data.
  • the server is set up to receive and store the measurement data sent by the hydrant
  • the access network is preferably as an LTE network, 5G Network, Bluetooth or as LoRaWAN
  • the server has a data processing unit for processing the measurement data and for generating monitoring data.
  • the system according to the invention comprises a monitoring unit which is set up to compare the monitoring data with reference data, in particular with historical data, and wherein the monitoring unit is connected to a warning unit which is set up to issue a warning, preferably in the form of an SMS notification via a mobile phone network and/or as an email via the Internet, if the monitoring data differs from the reference data.
  • the reference data can be designed as historical monitoring data.
  • a display unit is provided for displaying the monitoring data.
  • the reference data can be structured in the same way as the monitoring data, but can also be formed in a different data format.
  • the monitoring unit can be connected to a warning unit and can be set up to issue a warning if the reference data deviates from the monitoring data. This allows an appropriate person or authority to be alerted if a hydrant is not functioning properly, so that maintenance of the hydrant can be arranged.
  • the comparison of reference data and monitoring data can be designed as a difference between scalar values. It can also be provided that a statistical function, in particular the mean or the standard deviation, is calculated for the comparison of monitoring data and reference data. The deviation of the monitoring data from the reference data can be reported to the warning unit. For this purpose, it can also be quantified how much the monitoring data deviates from the reference data.
  • Communication can take place via the Internet and/or the mobile phone network or other communication channels.
  • the communication module can receive the measurement data either unprocessed in the frequency domain and/or in the time domain, or as processed measurement data from at least one sensor.
  • the remote server can also be set up to store the transmitted measurement data.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for monitoring a hydrant in an exploded view with a hydrant head; 2a and 2b show the embodiment of FIG. 1 in two different three-dimensional oblique views;
  • FIG. 1 shows the embodiment of FIG. 1 in two different sectional views
  • Fig. 4 shows a schematic block diagram of a system according to the invention for monitoring a hydrant.
  • Fig. 1 shows an embodiment of a device according to the invention for monitoring a hydrant 1 in an exploded view.
  • the device comprises a hydrant hood 2, which is designed to be arranged on a hydrant head 5.
  • An acoustic sensor 4 is provided in the hydrant hood 2.
  • Sensor 4 is a cylindrical piezoelectric noise logger.
  • a substantially circular, metallic support plate 14 is provided on the underside of the hydrant hood 2. The sensor 4 is attached to the metallic support plate 14.
  • the carrier plate 14 has a metallic contact bracket 25 and a recess for receiving the acoustic sensor 4.
  • the acoustic sensor 4 When installed, the acoustic sensor 4 is at least partially in close mechanical contact both with the contact bracket 25 and, via the recess, with the carrier plate 14
  • the acoustic sensor 4 detects the acoustic spectrum of the structure-borne noise that is introduced into the hydrant hood 2 or into the carrier plate 14.
  • the acoustic sensor 4 is pressed through the recess in the carrier plate 14 by flexible carrier clamps 17, so that when the hydrant hood 2 is arranged on the hydrant head 5, the noise logger is also clamped against the hydrant head 5 on the underside of the hydrant hood 2 and contacts it.
  • the carrier plate 14 has a spacer ring 22 on its underside, which is welded to the carrier plate 14 in this embodiment.
  • the spacer ring 22 is preferably arranged on the outer circumference of the support plate 14 and extends in the direction of the hydrant head. In this embodiment, the spacer ring 22 is approximately 10 mm high and contacts the top of the hydrant head 5 directly.
  • the carrier plate 14 has four circular recesses 26, which are designed to produce a positive connection with four correspondingly arranged, cylindrical sprue pins 27 of the hydrant head 5 when the hydrant hood 2 is arranged on the hydrant head 5.
  • a communication module 3 is arranged in the hydrant hood 2 and on the carrier plate 14.
  • the components of the communication module 3 are shown offset in the vertical direction for illustration purposes. It includes a lower housing 23 and an upper housing 24 as well as electronic components.
  • a battery 16 is arranged in a battery carrier 18.
  • the other components of the communication module 3 shown relate to the electronic components as well as a circuit board and plastic parts for the physical formation of the module.
  • a magnetic key 15 is shown, which enables the communication module 3 to be activated.
  • the communication module 3 is set up to transmit data via a LoRaWAN.
  • the communication module 3 can also be set up to use another radio network such as an LTE network, a 5G network, Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE) or to use WLAN.
  • LTE Long Term Evolution
  • 5G Fifth Generation
  • BLE Bluetooth Low Energy
  • the hydrant hood 2 also has a central circular opening through which a spindle 7 of the hydrant 1 can protrude.
  • the angle of rotation of the spindle 7 can be detected electronically by a rotation angle sensor 19.
  • FIG. 2a and 2b show the embodiment of FIG. 1 in two different three-dimensional oblique views.
  • Fig. 2a shows the hydrant hood 2 from diagonally above with further installed components.
  • a rotation angle sensor 19 is provided for detecting the rotation angle of the spindle 7.
  • a magnetic key 15 is also shown.
  • FIGS. 2a and 2b show the embodiment of FIGS. 2a and 2b in two different sectional views.
  • the hydrant hood 2, the support plate 14, the rotation angle sensor 19 and the spacer ring 22 are shown in both figures.
  • Fig. 3a the magnetic key 15 is also shown in section and in Fig. 3b the acoustic sensor 4 is shown as an example in full section.
  • the hydrant 1 also includes a communication module 3 and is shown schematically as a block.
  • the hydrant 1 can communicate via the Internet through its communication module 3 in this embodiment, which is shown schematically as a cloud symbol.
  • the communication module 3 can use a wireless access network and is set up to receive requests from the remote server 8 and to transmit measurement data 6 to a server 8.
  • the communication module 3 receives measurement data 6 from a rotation angle sensor of a rotation angle detection 19. Furthermore, an acoustic sensor 4 is also arranged on the hydrant 1, which communicates independently.
  • the hydrant 1 is a client in the network scheme according to the invention.
  • clients i.e. several hydrants 1
  • a data processing unit 9 and a server 8 are provided, which is connected to the data processing unit 9 and is set up to store the measurement data 6.
  • the data processing unit 9 is set up to process and manage the measurement data 6 and to generate monitoring data 12.
  • the monitoring data 12 can be transmitted directly to a display unit 13 for display. However, the monitoring data 12 can also first be transmitted to a monitoring unit 10 and compared with reference data, in particular with historical data, and then both the monitoring data 12 and the reference data can be transmitted to the display unit 13 for display. However, the comparison of the monitoring data 12 with the reference data takes place independently of the display unit 13.
  • the monitoring unit 10 is connected to a warning unit 11, the warning unit 11 being set up to issue a warning if the monitoring data 12 deviates from the reference data.
  • the warning is transmitted via the Internet and is addressed to any electronic address.
  • the server 8, the monitoring unit 10 and the warning unit 11 can also be formed as a single electronic entity in the server-side data processing unit 9, which also includes a data storage.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment shown, but rather includes all devices and methods within the scope of the following patent claims.

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Abstract

Vorrichtung zur Überwachung eines Hydranten (1), umfassend eine Hydrantenhaube (2), die zur Anordnung an einem Hydrantenkopf (5) ausgebildet ist, wobei in der Hydrantenhaube (2) zumindest ein vorzugsweise zur autarken Kommunikation ausgebildeter akustischer Sensor (4) vorgesehen ist, wobei im Bodenbereich der Hydrantenhaube (2) eine vorzugsweise metallische Trägerplatte (14) vorgesehen ist, die zumindest einen integrierten metallischen Kontaktbügel (25) aufweist, wobei der akustische Sensor (4) insbesondere ein piezoelektrischer Geräuschlogger ist, und wobei der akustische Sensor (4) an der Trägerplatte (14) der Hydrantenhaube (2) angeordnet ist, und wobei der akustische Sensor (4) zur Erfassung akustischer Signale und Vibrationen zumindest teilweise in direktem mechanischem Kontakt mit dem Kontaktbügel (25) und/oder der Trägerplatte (14) steht.

Description

Vorrichtung zur Überwachung eines Hydranten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Hydranten, einen Hydrantenkopf sowie einen Hydranten mit einer derartigen Vorrichtung, und eine Vorrichtung zur Überwachung eines Wasserleitungsnetzes.
Überwachungssysteme für Hydranten sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, akustische Sensoren, Vibrationssensoren oder Lagesensoren am Hydranten anzuordnen, um Leckagen oder Beschädigungen des Hydranten zu detektieren. Beispielsweise zeigt die EP 3 763 887 A1 eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Überwachen eines Hydranten.
Bekannte Überwachungssysteme haben jedoch den Nachteil, dass insbesondere die von den akustischen Sensoren erfassten Messdaten einer hohen Messungenauigkeit unterliegen. Dadurch wird in bekannten Systemen oftmals eine fehlerhafte Alarmmeldung übertragen. Ferner besteht insbesondere bei der Anwendung akustischer Sensoren für die elektronische Leckageortung das Problem, dass Umgebungsgeräusche die Detektion von Leckagen erschweren. Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine verbesserte akustische Messempfindlichkeit zur Detektion von Leckagen aufweist und es zudem erlaubt, die Messdaten in verbesserter Weise elektronisch zu verarbeiten, um Fehlmessungen zu vermeiden. Zudem soll die erfindungsgemäße Vorrichtung für bestehende Hydranten nachrüstbar sein.
Diese und andere Aufgaben werden durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überwachung eines Hydranten umfasst eine Hydrantenhaube, die zur Anordnung an einem Hydrantenkopf ausgebildet ist, wobei in der Hydrantenhaube zumindest ein, vorzugsweise zur autarken Kommunikation ausgebildeter, akustischer Sensor vorgesehen ist. Der akustische Sensor kann bevorzugt als piezoelektrischer Geräuschlogger ausgebildet sein.
Im Bodenbereich der Hydrantenhaube ist eine vorzugsweise metallische Trägerplatte vorgesehen, die zumindest einen integrierten metallischen Kontaktbügel aufweist. Der akustische Sensor ist an der Trägerplatte der Hydrantenhaube angeordnet und steht zur Erfassung akustischer Signale und Vibrationen zumindest teilweise in direktem mechanischem Kontakt mit dem Kontaktbügel und/oder der Trägerplatte.
Der akustische Sensor erfasst das akustische Spektrum der Oberflächenschwingen im Kontaktbereich mit dem Kontaktbügel und/oder der Trägerplatte, wobei dies gegebenenfalls auch den Infraschall- und/oder Ultraschallbereich umfasst.
Insbesondere erfasst der akustische Sensor den Körperschall eines vibrierenden Hydranten infolge von Strömungsanregungen durch Wasserleckagen oder infolge einer Durchströmung des Hydranten in Offenstellung. Der Körperschall wird durch den direkten mechanischen Kontakt besonders störungsfrei an den Sensor übertragen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass der akustische Sensor über vorzugsweise flexible Trägerschellen zumindest teilweise durch eine Ausnehmung der Trägerplatte gedrückt wird. Dadurch wird erreicht, dass der akustische Sensor bei Anordnung der Hydrantenhaube am Hydrantenkopf am Hydrantenkopf anliegt und gegen diesen verspannt ist.
Schwingungen des Hydranten werden dadurch noch besser an den akustischen Sensor übertragen und es wird eine noch höhere Messgenauigkeit erzielt.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Trägerplatte einen metallischen Distanzring aufweist, der mit der Trägerplatte einstückig gebildet ist oder mit der Trägerplatte verschweißt ist. Dadurch können die Schwingungen des Hydrantenkopfes besser an die Trägerplatte übertragen werden und es wird eine insgesamt steifere Vorrichtung gebildet.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die Trägerplatte Ausnehmungen aufweist, die dazu ausgebildet sind, bei Anordnung der Hydrantenhaube am Hydrantenkopf eine formschlüssige Verbindung mit Angusszapfen des Hydrantenkopfs herzustellen. Dadurch kann eine steife formschlüssige Verbindung zwischen dem Hydrantenkopf und der Trägerplatte sichergestellt werden.
Vorzugsweise sind mehrere Ausnehmungen und Angusszapfen vorgesehen, besonders bevorzugt jeweils vier Stück, die entlang des Umfangs der Trägerplatte bzw. des Hydrantenkopfes verteilt sind. Dadurch wird erreicht, dass Schwingungen, insbesondere Drehschwingungen des Hydranten bzw. Hydrantenkopfs besser an den akustischen Sensor übertragen werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass an der Trägerplatte eine Drehwinkelerkennung, vorzugsweise umfassend einen magnetischen Drehwinkelsensor, für die Erfassung des Drehwinkels einer Spindel des Hydranten vorgesehen ist, die zur Erkennung des Öffnungsgrades des Hydranten eingerichtet ist.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass an der Trägerplatte ein Lagesensor vorgesehen ist, der zur Erkennung eines Neigungswinkels des Hydranten eingerichtet ist. Dadurch kann festgestellt werden, ob sich der Hydranten in lotrechter Position befindet oder durch ein Fahrzeug umgefahren wurde. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass an der Trägerplatte ein Beschleunigungssensor vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, die Kollision eines Fahrzeugs mit dem Hydranten zu detektieren.
Selbstverständlich können auch weitere Sensoren an der Trägerplatte angeordnet werden.
Durch das Unterbringen zumindest eines weiteren Sensors neben dem akustischen Sensor an der Trägerplatte und somit in der Hydrantenhaube kann ein einfacher nachrüstbarer Konstruktionsaufbau bereitgestellt werden, der die Sensoren vor der Umgebung schützt und einfach bei bestehenden Hydranten nachgerüstet werden kann.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass an der Trägerplatte ein Kommunikationsmodul angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, Messdaten des Drehwinkelsensors, des Lagesensors, des Beschleunigungssensors und/oder eines weiteren Sensors zu empfangen und über eine insbesondere drahtlose Schnittstelle an einen entfernten Server zu übermitteln. Das Kommunikationsmodul kann zur Nutzung eines drahtlosen Zugangsnetzes, zur Entgegennahme von Anfragen eines entfernten Servers sowie zur Übermittlung der Messdaten an den Server eingerichtet sein.
Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der akustische Sensor ein autarkes Kommunikationssystem nutzt, sodass das Kommunikationsmodul Messdaten nicht vom akustischen Sensor, sondern nur vom Drehwinkelsensor, dem Lagesensor, dem Beschleunigungssensors und/oder weiteren Sensoren entgegennimmt und weiterleitet. Dies erhöht die Redundanz der Überwachungsvorrichtung. Beispielsweise kann der akustische Sensor dazu ausgebildet sein, die Messdaten drahtlos, insbesondere über Bluetooth, bevorzugt über eine integrierte Antenne, an ein Endgerät in der Nähe des Sensors weiterzuleiten. Dadurch kann eine sichere und einfache Kommunikation zwischen den vorgesehenen elektronischen Einrichtungen gewährt werden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der akustische Sensor ein Geräuschlogger der Gutermann AG ist. Das Kommunikationsmodul kann eine elektronische Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Messdaten umfassen. In der Signalverarbeitungseinheit kann beispielsweise ein programmierbarer elektronischer Filter vorgesehen sein, der die Messdaten je nach Erfordernis filtert. Das Kommunikationsmodul kann eine aktualisierbare Firmware umfassen, wobei die Parameter der elektronischen Filterung Teil der Firmware sind. So kann gegebenenfalls eine Störquelle, die sich in den Messdaten abzeichnet, anlassbedingt unterdrückt werden.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Kommunikationsmodul von einem Lagermodus, in dem keine Übermittlung von Messdaten an den Server vorgesehen ist, in einen operativen Modus, in dem eine periodische Übermittlung von Messdaten an den Server vorgesehen ist, versetzbar ist. So kann der Energieverbrauch zur Durchführung der Überwachung reduziert werden. Insbesondere kann nach einer Anfrage des entfernten Servers die Sensorik des Überwachungssystems aktiviert werden und Datenpakete, die die Messdaten umfassen, gesendete werden. Nach der Rückübermittlung der Messdaten kann sich das Kommunikationsmodul wieder in den Lagermodus versetzen.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf einen Hydrantenkopf eines Hydranten, umfassend eine Hydrantenhaube mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Erfindung erstreckt sich ferner auf einen Hydranten, umfassend einen erfindungsgemäßen Hydrantenkopf.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf ein System zur Überwachung eines Wasserleitungsnetzes, umfassend zumindest einen erfindungsgemäßen Hydranten und zumindest einen Server, wobei der Server zum Empfangen und Speichern der vom Hydranten gesendeten Messdaten eingerichtet ist, und wobei das Zugangsnetz vorzugsweise als LTE-Netzwerk, 5G-Netzwerk, Bluetooth oder als LoRaWAN ausgebildet ist, und wobei der Server eine Datenverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Messdaten sowie zur Generierung von Überwachungsdaten aufweist. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße System eine Überwachungseinheit umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Überwachungsdaten mit Referenzdaten, insbesondere mit historischen Daten, zu vergleichen, und wobei die Überwachungseinheit mit einer Warneinheit in Verbindung steht, die dazu eingerichtet ist, eine Warnung, vorzugsweise in Form einer SMS-Benachrichtigung über ein Mobilfunknetz und/oder als E-Mail über das Internet, auszusenden, wenn die Überwachungsdaten von den Referenzdaten abweichen. Die Referenzdaten können als historische Überwachungsdaten ausgebildet sein. Gegebenenfalls ist eine Anzeigeeinheit zum Anzeigen der Überwachungsdaten vorgesehen.
Die Referenzdaten können gleichermaßen wie die Überwachungsdaten strukturiert sein, jedoch auch in einem anderen Datenformat gebildet sein. Die Überwachungseinheit kann mit einer Warneinheit in Verbindung stehen und dazu eingerichtet sein, eine Warnung auszugeben, wenn die Referenzdaten von den Überwachungsdaten abweichen. Dadurch kann eine zuständige Person oder eine Behörde alarmiert werden, wenn ein Hydrant nicht ordnungsgemäß funktioniert, sodass die Wartung des Hydranten veranlasst wird.
Der Vergleich von Referenzdaten und Überwachungsdaten kann als Differenzbildung skalarer Werte ausgebildet sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass für den Vergleich von Überwachungsdaten und Referenzdaten eine statistische Funktion, insbesondere der Mittelwert oder die Standardabweichung berechnet wird. Das Abweichen der Überwachungsdaten von den Referenzdaten kann an die Warneinheit gemeldet werden. Zu diesem Zweck kann auch quantifiziert werden, wie stark die Überwachungsdaten von den Referenzdaten abweichen.
Die Kommunikation kann über das Internet und/oder das Mobilfunknetz oder andere Kommunikationswege erfolgen. Das Kommunikationsmodul kann die Messdaten sowohl unverarbeitet im Frequenzbereich und/oder im Zeitbereich, oder als verarbeitete Messdaten von zumindest einem Sensor empfangen. Der entfernte Server kann auch zum Speichern der übermittelten Messdaten eingerichtet sein. Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele, den Figuren und den Patentansprüchen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines nicht ausschließlichen Ausführungsbeispiels im Detail erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Hydranten in Explosionsansicht mit einem Hydrantenkopf; Fig. 2a und 2b zeigen die Ausführungsform der Fig. 1 in zwei unterschiedlichen dreidimensionalen Schrägansichten;
Fig. 3a und 3b zeigen die Ausführungsform der Fig. 1 in zwei unterschiedlichen Schnittansichten;
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung eines Hydranten.
Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Überwachung eines Hydranten 1 in Explosionsansicht. Die Vorrichtung umfasst eine Hydrantenhaube 2, die zur Anordnung an einem Hydrantenkopf 5 ausgebildet ist. In der Hydrantenhaube 2 ist ein akustischer Sensor 4 vorgesehen. Der Sensor 4 ist ein zylindrischer piezoelektrischer Geräuschlogger. An der Unterseite der Hydrantenhaube 2 ist eine im Wesentlichen kreisförmige, metallische Trägerplatte 14 vorgesehen. Der Sensor 4 ist an der metallischen Trägerplatte 14 befestigt.
Die Trägerplatte 14 verfügt über einen metallischen Kontaktbügel 25 sowie eine Ausnehmung zur Aufnahme des akustischen Sensors 4. Der akustische Sensor 4 ist im eingebauten Zustand zumindest teilweise in engem mechanischem Kontakt sowohl mit dem Kontaktbügel 25, als auch, über die Ausnehmung, mit der Trägerplatte 14. Der akustische Sensor 4 erfasst das akustische Spektrum des Körperschalls, der in die Hydrantenhaube 2 bzw. in die Trägerplatte 14 eingeleitet wird. Der akustische Sensor 4 wird durch flexible Trägerschellen 17 durch die Ausnehmung der Trägerplatte 14 gedrückt, sodass der Geräuschlogger bei Anordnung der Hydrantenhaube 2 am Hydrantenkopf 5 auch an der Unterseite der Hydrantenhaube 2 gegen den Hydrantenkopf 5 verspannt ist und diesen kontaktiert. Ferner weist die Trägerplatte 14 an ihrer Unterseite einen Distanzring 22 auf, der in dieser Ausführungsform mit der Trägerplatte 14 verschweißt ist. Der Distanzring 22 ist vorzugsweise am äußeren Umfang der Trägerplatte 14 angeordnet und erstreckt sich in Richtung des Hydrantenkopfes. Der Distanzring 22 ist in dieser Ausführungsform etwa 10 mm hoch und kontaktiert die Oberseite des Hydrantenkopfes 5 direkt.
Ferner weist die Trägerplatte 14 vier kreisförmige Ausnehmungen 26 auf, die dazu eingerichtet sind, bei der Anordnung der Hydrantenhaube 2 am Hydrantenkopf 5 eine formschlüssige Verbindung mit vier korrespondierend angeordneten, zylindrischen Angusszapfen 27 des Hydrantenkopfs 5 herzustellen.
In der Hydrantenhaube 2 und an der Trägerplatte 14 ist ein Kommunikationsmodul 3 angeordnet. Die Komponenten des Kommunikationsmoduls 3 sind zu Darstellungszwecken in vertikaler Richtung versetzt gezeigt. Es umfasst ein Untergehäuse 23 und ein Obergehäuse 24 sowie elektronische Komponenten. Eine Batterie 16 ist in einem Batterieträger 18 angeordnet. Die weiteren dargestellten Komponenten des Kommunikationsmoduls 3 betreffen die elektronischen Bauteile sowie eine Leiterplatte und Kunststoffteile zur physischen Bildung des Moduls.
Ferner ist ein Magnetschlüssel 15 gezeigt, der eine Aktivierung des Kommunikationsmoduls 3 ermöglicht.
In dieser Ausführungsform ist das Kommunikationsmodul 3 zur Übertragung von Daten über ein LoRaWAN eingerichtet. In anderen Ausführungsformen kann das Kommunikationsmodul 3 auch zur Nutzung eines anderen Funknetzes wie eines LTE- Netzwerks, eines 5G-Netzwerks, Bluetooth, Bluetooth Low Energy (BLE) oder zur Nutzung von WLAN eingerichtet sein.
Es sind auch Befestigungsschrauben gezeigt, die zum Verbinden des Untergehäuses 23 mit dem Obergehäuse 24 vorgesehen sind. Die Hydrantenhaube 2 weist ferner eine mittige kreisförmige Öffnung auf, durch die eine Spindel 7 des Hydranten 1 ragen kann. Der Drehwinkel der Spindel 7 ist in dieser Ausführungsform elektronisch durch einen Drehwinkelsensor 19 erfassbar.
Schließlich sind unter der Hydrantenhaube 2 auch vier Sollbruchschrauben 20 vorgesehen. Die Schraubenköpfe der Sollbruchschrauben 20 sind in zusammengebauter Form in rechteckförmigen Ausnehmungen in der Trägerplatte 14 angeordnet. Ferner ist zur Befestigung der Sollbruchschrauben 20 auch ein Schraubenträger 21 vorgesehen, der die Sollbruchschrauben 20 an der Trägerplatte 14 bügelartig in der zusammengebauten Form befestigt.
Fig. 2a und 2b zeigen die Ausführungsform der Fig. 1 in zwei unterschiedlichen dreidimensionalen Schrägansichten. Die Fig. 2a zeigt die Hydrantenhaube 2 von schräg oben mit weiteren verbauten Komponenten. Es ist ein Drehwinkelsensor 19 zur Erfassung der Drehwinkels der Spindel 7 vorgesehen. Ferner ist auch ein Magnetschlüssel 15 gezeigt.
In der Fig. 2b ist auch der erfindungsgemäße akustische Sensor 4 teilweise abgebildet, der zwischen Trägerplatte 14 und Hydrantenhaube 2 angeordnet ist. Es sind auch die Schraubenköpfe der vier Sollbruchschrauben 20 erkennbar, die in die rechteckförmigen Ausnehmungen der Trägerplatte 14 ragen.
Fig. 3a und 3b zeigen die Ausführungsform der Fig. 2a und 2b in zwei unterschiedlichen Schnittansichten. Es sind die Hydrantenhaube 2, die Trägerplatte 14, der Drehwinkelsensor 19 sowie der Distanzring 22 in beiden Figuren abgebildet. In Fig. 3a ist auch der Magnetschlüssel 15 geschnitten dargestellt und in Fig. 3b der akustische Sensor 4 exemplarisch im Vollschnitt gezeigt.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Systems zur Überwachung eines Hydranten 1. Der Hydrant 1 umfasst in dieser Ausführungsform auch ein Kommunikationsmodul 3 und ist schematisch als Block dargestellt. Der Hydrant 1 kann durch sein Kommunikationsmodul 3 in dieser Ausführungsform über das Internet kommunizieren, das schematisch als Wolkensymbol dargestellt ist. Das Kommunikationsmodul 3 kann ein drahtloses Zugangsnetz nutzen und ist zur Entgegennahme von Anfragen des entfernten Servers 8 sowie zur Übermittlung von Messdaten 6 an einen Server 8 eingerichtet.
In dieser Ausführungsform empfängt das Kommunikationsmodul 3 Messdaten 6 eines Drehwinkelsensors einer Drehwinkelerkennung 19. Ferner ist am Hydrant 1 auch ein akustischer Sensor 4 angeordnet, der autark kommuniziert.
Der Hydrant 1 ist im erfindungsgemäßen Netzwerkschema ein Client. Es können mehrere Clients, also mehrere Hydranten 1 , vorgesehen sein, die jeweils über das Internet kommunizieren können und so ein Hydrantennetzwerk bilden.
Serverseitig ist eine Datenverarbeitungseinheit 9 sowie ein Server 8 vorgesehen, der mit der Datenverarbeitungseinheit 9 in Verbindung steht und zum Speichern der Messdaten 6 eingerichtet ist. Die Datenverarbeitungseinheit 9 ist zur Verarbeitung und Verwaltung der Messdaten 6 sowie zur Generierung von Überwachungsdaten 12 eingerichtet. Die Überwachungsdaten 12 können direkt an eine Anzeigeeinheit 13 zum Anzeigen übermittelt werden. Die Überwachungsdaten 12 können aber auch erst zunächst an eine Überwachungseinheit 10 übermittelt werden und mit Referenzdaten, insbesondere mit historischen Daten, verglichen werden und anschließend sowohl die Überwachungsdaten 12 als auch die Referenzdaten an der Anzeigeeinheit 13 zum Anzeigen übermittelt werden. Der Vergleich der Überwachungsdaten 12 mit den Referenzdaten erfolgt jedoch unabhängig von der Anzeigeeinheit 13.
Die Überwachungseinheit 10 steht mit einer Warneinheit 11 in Verbindung, wobei die Warneinheit 11 dazu eingerichtet ist, eine Warnung auszugeben, wenn die Überwachungsdaten 12 von den Referenzdaten abweichen. Die Warnung wird in dieser Ausführungsform über das Internet übermittelt und ist an eine beliebige elektronische Adresse adressiert.
In anderen Ausführungsformen können der Server 8, die Überwachungseinheit 10 und die Warneinheit 11 auch als einzige elektronische Entität in der serverseitigen Datenverarbeitungseinheit 9 gebildet sein, die auch einen Datenspeicher umfasst. Die Erfindung beschränkt sich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel, sondern umfasst sämtliche Vorrichtungen und Verfahren im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche.
Bezugszeichen
1 Hydrant
2 Hydrantenhaube
3 Kommunikationsmodul
4 Akustischer Sensor
5 Hydrantenkopf
6 Messdaten
7 Spindel
8 Server
9 Datenverarbeitungseinheit
10 Überwachungseinheit
11 Warneinheit
12 Überwachungsdaten
13 Anzeigeeinheit
14 Trägerplatte
15 Magnetschlüssel
16 Batterie
17 Trägerschellen
18 Batterieträger
19 Drehwinkelerkennung
20 Sollbruchschraube
21 Schraubenträger
22 Distanzring
23 Untergehäuse
24 Obergehäuse
25 Kontaktbügel
26 Ausnehmung
27 Angusszapfen

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Überwachung eines Hydranten (1 ), umfassend eine Hydrantenhaube (2), die zur Anordnung an einem Hydrantenkopf (5) ausgebildet ist, wobei in der Hydrantenhaube (2) zumindest ein vorzugsweise zur autarken Kommunikation ausgebildeter akustischer Sensor (4), insbesondere ein piezoelektrischer Geräuschlogger, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass a. im Bodenbereich der Hydrantenhaube (2) eine vorzugsweise metallische Trägerplatte (14) vorgesehen ist, die zumindest einen integrierten metallischen Kontaktbügel (25) aufweist, wobei b. der akustische Sensor (4) an der Trägerplatte (14) der Hydrantenhaube (2) angeordnet ist, und c. der akustische Sensor (4) zur Erfassung akustischer Signale und Vibrationen zumindest teilweise in direktem mechanischem Kontakt mit dem Kontaktbügel (25) und/oder der Trägerplatte (14) steht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der der akustische Sensor (4) über vorzugsweise flexible Trägerschellen (17) zumindest teilweise durch eine Ausnehmung der Trägerplatte (14) ragt, sodass er bei Anordnung der Hydrantenhaube (2) am Hydrantenkopf (5) gegen den Hydrantenkopf (5) verspannt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (14) einen Distanzring (22) aufweist, der mit der Trägerplatte (14) einstückig gebildet oder verschweißt ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte (14) mehrere, vorzugsweise vier, Ausnehmungen (26) aufweist, die dazu ausgebildet sind, bei Anordnung der Hydrantenhaube (2) am Hydrantenkopf (5) eine formschlüssige Verbindung mit mehreren, vorzugsweise vier, Angusszapfen (27) des Hydrantenkopfs (5) herzustellen. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerplatte (14) eine Drehwinkelerkennung (19) für die Erfassung des Drehwinkels einer Spindel (7) des Hydranten (1 ) vorgesehen ist, die zur Erkennung des Öffnungsgrades des Hydranten (1 ) eingerichtet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerplatte (14) ein Lagesensor vorgesehen ist, der zur Erkennung eines Neigungswinkels des Hydranten (1 ) eingerichtet ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerplatte (14) ein Beschleunigungssensor vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, die Kollision mit einem Fahrzeug zu detektieren. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass an der Trägerplatte (14) ein Kommunikationsmodul (3) angeordnet ist, das dazu ausgebildet ist, Messdaten (6) der Drehwinkelerkennung (19), des Lagesensors und/oder des Beschleunigungssensors zu empfangen und über eine insbesondere drahtlose Schnittstelle an einen entfernten Server (8) zu übermitteln. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (3) eine elektronische Signalverarbeitungseinheit zur Verarbeitung der Messdaten (6) des Sensors (4) umfasst, wobei die Parameter der elektronischen Signalverarbeitungseinheit vorzugsweise durch das Kommunikationsmodul (3) aktualisierbar sind. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kommunikationsmodul (3) von einem Lagermodus, in dem keine Übermittlung von Messdaten (6) an den externen Server (8) vorgesehen ist, in einen operativen Modus, in dem eine periodische Übermittlung von Messdaten (6) an den externen Server (8) vorgesehen ist, versetzbar ist. Hydrantenkopf (5) eines Hydranten (1 ), umfassend eine Hydrantenhaube (2) mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10. Hydrant (1 ), umfassend einen Hydrantenkopf (5) nach Anspruch 11 . System zur Überwachung eines Wasserleitungsnetzes, umfassend zumindest einen Hydranten (1 ) nach Anspruch 12 und zumindest einen Server (8), dadurch gekennzeichnet, dass der Server (8) zum Empfangen und Speichern der vom Hydranten (1 ) gesendeten Messdaten (6) über ein Zugangsnetz eingerichtet ist, wobei das Zugangsnetz vorzugsweise als LTE-Netzwerk, 5G-Netzwerk oder als LoRaWAN ausgebildet ist, und wobei der Server (8) eine Datenverarbeitungseinheit (9) zur Verarbeitung der Messdaten (6) sowie zur Generierung von Überwachungsdaten (12) aufweist. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Überwachungseinheit (10) vorgesehen ist, die dazu eingerichtet ist, die Überwachungsdaten (12) mit Referenzdaten, insbesondere mit historischen Daten, zu vergleichen, und wobei die Überwachungseinheit (10) mit einer Warneinheit (11 ) in Verbindung steht, die dazu eingerichtet ist, eine Warnung, vorzugsweise in Form einer SMS-Benachrichtigung über ein Mobilfunknetz und/oder als E-Mail über das Internet, auszusenden, wenn die Überwachungsdaten (12) von den Referenzdaten abweichen. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinheit (13) zum Anzeigen der Überwachungsdaten (12) vorgesehen ist. System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzdaten als historische Daten ausgebildet sind, welche Überwachungsdaten (12) aus einem vorgegebenen Zeitraum der Vergangenheit umfassen und gegebenenfalls auf der Anzeigeeinheit (13) im Vergleich zu den aktuellen Überwachungsdaten (12) darstellbar sind.
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