DE20301609U1

DE20301609U1 - Verkleidungswerkstoff für Antennenanlagen

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Publication number: DE20301609U1
Application number: DE20301609U
Authority: DE
Original assignee: FIBER TECH PRODUCTS GmbH; MUGLER AG
Current assignee: FIBER TECH PRODUCTS GmbH; MUGLER AG
Priority date: 2003-02-01
Filing date: 2003-02-01
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2013-02-02

Description

Dr. Horn Patentanwalt European Patent Attorney European Trademark Attorney

Gbm 35/03 · J ',,! J . u. &bgr; gg. Januar 2003

Beschreibung Verkleidungswerkstoff für Antennenanlagen

Die vorliegende Erfindung gehört zum technischen Gebiet der Werkstoffe für Bauteile von Antennenverkleidungen bzw. Antennengehäusen, die nicht unmittelbar mit den Strahlungselementen mechanisch vereinigt sind und betrifft insofern einen Werkstoff aus Kunststoff mit speziellen für die Funk- und Hochfrequenztechnik geeigneten Eigenschaften.

Allgemein bekannt ist bisher, dass für Verkleidungsbauteile in bzw. an Richtfunk- wie auch Mobilfunk-Antennenanlagen Werkstoffe Verwendung finden, die u.a. auch aus Kunststoffen mit Faserverstärkung bei vorwiegend ungerichteter Faserstruktur bestehen. Dies reichte für die bisherigen Anforderungen und gleichwohl für die bisher geringen Anwendungsfälle. Es wurden daher bislang allgemein bekannte Laminierverfahren zur Erstellung reiner Laminatverkleidungen für Mobilfunk-Antennenanlagen eingesetzt. Als beispielhaft genannter Repräsentant hierfür kann auch die DE PS 199 02 511 C2 für Verkleidungen von Richtfunkantennen mit weiteren Nachweisen gelten, für die ausgesagt wird, dass die dort offenbarten Abdeckungen nicht für einen größeren Frequenz- und Durchstrahlungswinkelbereich sowie nicht bei höheren mechanischen Belastungen einsetzbar sind. Im übrigen beschreibt die DE PS 199 02 511 C2 ausschließlich eine technische Lösung zur Dimensionierung von Verkleidungen der mit kürzerer Wellenlänge arbeitenden Richtfunkantennen, die ausdrücklich im gleichen oder benachbarten Frequenzband arbeiten. Damit kann sie keine Lösung für die weiter voneinander entfernt liegenden Frequenzbereiche von Richtfunk und Mobilfunk anbieten.

Es war im Mobilfunk-Antennenbau bisher unbekannt, Kunststoffverkleidungsbauteile mit tragende Faserstrukturen einzusetzen. Somit gab es regelmäßig keine Möglichkeiten, die aufzunehmenden Kräfte, z. B. Biegekräfte infolge von Windlasten, weiterzuleiten. Es wurden lediglich Verkleidungsteile an bereits

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bestehende oder speziell anzubringende Stützkonstruktionen montiert. Dies muss sich natürlich als sehr nachteilig erweisen, weil hierzu besonders vorzusehende Aufwendungen zu machen sind, die technische wie auch wirtschaftliche Nachteile bewirken. Zum Beispiel war es bisher problematisch, tragende faserverstärkte Kunststoffe an Mauerwerken oder Unterkonstruktionen so anzubinden, dass verschiedene Krafteinleitungen, so zum Beispiel durch Wind und Sturm, auch diese Lasten abtragen können. Im Zuge des weiteren Ausbaus von insbesondere Mobilfunk- aber auch Richtfunkstandorten, erstere insbesondere in Städten und dort an denkmalgeschützten Standorten, müssen die Ansprüche an Verkleidungsbauteile, incl. deren Werkstoffe immer höher angesetzt werden. Antennenstandorte werden oftmals auf Häusern nachgerüstet. Daraus folgt, dass die nun einmal feststehenden Häuserrausrichtungen respektive die Lage der Antennen-Verkleidungen sehr oft nicht mit der optimalen Strahlrichtung der jeweiligen Antennen übereinstimmen. Dadurch muss der unbefriedigende Kompromiss, dass Antennen über die Ecke und Kante abstrahlen müssen, in Kauf genommen werden. Solche Ecken und Kanten sind aber bevorzugte Plätze von tragenden Unterstützungen aus Metall an und in Bauwerken. Diese Unterstützungen aus Metall behindern die Ausbreitung von Funkwellen bzw. führen zu Reflexionen aus diesen.

Bisher war auch nicht als erforderlich angesehen, möglicherweise auch nicht notwendig, die Faserstruktur so zu gestalten, dass dadurch hinsichtlich der relevanten funktechnischen Eigenschaften, wie z.B. die Dämpfung, wesentlich verbesserte technische Wirkungen eintreten.

Die Tele-Plan GmbH 85368 Moosburg, DE gibt in ihrer Produktbeschreibung vom 29.01.2001 als &ldquor;Planungsregeln für den Einsatz von Antennenverkleidungen" (Quelle: www.tele-plan.de/tp-kons/index.htm) an, dass die Antennen die Verkleidung möglichst senkrecht durchstrahlen sollten. Dies ist ein Beispiel dafür, dass es bisher nicht gelang, mit vernünftigen funktechnischen Werten, eine Durchstrahlungsrichtung im Winkel wesentlich größer Null zwischen der Flächennormale der Verkleidungsplatte und der Hauptstrahlrichtung zu realisieren. Auch bei dieser Offenbarung wird bei

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nahezu allen Anwendungen, die in der Sammelmappe der Firma vom 28.02.2002 (Quelle w.o.a.) dokumentiert sind, eine nahezu senkrechte Durchstrahlung der Funkwellen durch die Verkleidungsplatte realisiert, was heißt, dass die Funkwellen mit günstiger Abstrahlung nur nahezu senkrecht (nicht im Winkel) durch die Kunststoffplatte geleitet werden konnten.

Von diesem Stand der Technik und seinen Mängeln ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen im wesentlichen plattenförmigen Verkleidungswerkstoff zu schaffen, der aus einer Matrix mit eingelagerten Verstärkungsfasern besteht, selbsttragende Eigenschaften für das ein- bzw. ableiten von Kräften aus bzw. in die Unterkonstruktion oder Mauerwerk besitzt, solche gute funktechnischen Eigenschaften wie z.B. besonders geringe Dämpfung besitzt, dass er ohne Einschränkungen oder Mängel in einem breiten Frequenzbereich, nämlich für Mobilfunkfrequenzen wie auch für Richtfunkfrequenzen einsetzbar ist und dabei auch ein Winkel größer Null zwischen Flächennormale und Hauptstrahl- bzw. Durchstrahlungsrichtung ohne wesentliche Einbußen in den funktechnischen Eigenschaften realisierbar ist. Es besteht somit das Ziel, der Erfindung, den funktechnischen Anspruch an die Verkleidung (aus der Sicht der Funktechnik) und den bautechnischen Anspruch aus der Sicht der Baustatik (Wind- und Eigenlast) sowie den gestalterischen Anspruch im Erscheinungsbild (Optik und Struktur) zu verbinden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgaben- und Zielstellung durch die kennzeichnenden Teile des Anspruches 1 gelöst. Weitere vorteilhafte technischen Lösung ergeben sich aus dem Anspruch 2.

Die Dielektrizitätskonstante des Verkleidungswerkstoffes wird auf einen niedrigen Wert von etwa 1,5 eingestellt und überschreitet nicht den Wert von 4,5. Vorteilhafte Wirkungen dieser vorgeschlagenen technischen Lösung ergeben sich insbesondere dadurch, dass die Verkleidungen in jeder geometrischen Form herstellbar sind und die Formenausgestaltung an die jeweiligen Bedingungen der Funktechnik angepasst werden können.

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Insbesondere führt bei Sandwich-Werkstoff 4a-d mit mehreren, vorzugsweise zwei hintereinander angeordneten und auf Abstand gehaltenen Ebenen 4a, 4d aus Kompaktwerkstoff die Wabenstruktur, welche zwischen der inneren und äußeren Schicht bzw. Ebene - dabei senkrecht stehend zu den TECRYL®- Oberflächen - vorgesehen ist, zu einer bedeutenden Erniedrigung der Gesamt-Dielektrizitätskonstante auf ca. 1,5.

An nachfolgenden Ausführungsbeispielen soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die Figuren 1 bis 10 stellen Teile des Erfindungswesentlichen dar.

Fig. 1 zeigt eine Richtfunkantennen 1a, die im Winkel &agr; > 0 zwischen der
Flächennormale und Hauptstrahlrichtung durch eine Verkleidungsplattei
c abstrahlt

Fig. 2 zeigt eine Richtfunkantennen 2a, die im Winkel &agr; = 0 zwischen der

Flächennormale und Hauptstrahlrichtung durch eine Verkleidungsplatte Abstrahlt

Fig. 3 zeigt eine Mobilfunk-Antennen 3a, die im Winkel &agr; > 0 zwischen der
Flächennormale und Hauptstrahlrichtung durch eine Verkleidungsplatte Abstrahlt

Fig. 4 zeigt einen Abschirmwerkstoff 4a-d in seiner Zusammensetzung
Fig. 5 zeigt eine Kaminansicht, integriert in die Baustruktur
Fig. 6 zeigt einen Kaminquerschnitt

Fig. 7 zeigt eine Kamineckstielausführung
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Fig. 8 zeigt eine selbsttragende Kaminanbindung an das Bauwerk
Fig. 9 zeigt eine Kaminansicht mit Zentralmastbefestigung
Fig. 10 zeigt eine Revisionsöffnung

Ausführungsbeispiel 1:

Die Erfindung wird als komplexes Beispiel an Hand eines typischen Bauteils aus dem Verkleidungswerkstoff TECRYL® in Form eines Kamins, hierzu insbesondere Fig. 6 und 9, näher beschrieben. Es sind drei Antennen 1, die im Winkel von 120° anzuordnen sind, an einem Zentralmast 2 aus Kompaktwerkstoff nach Anspruch 1 befestigt, hierzu Fig. 6. Aus Figur 6 ist gleichfalls zu erkennen, dass vier ebene Flächen 3 aus Verkleidungswerkstoff rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Jede dieser Flächen 3 besteht aus einer äußeren 4 und einer inneren 5 dünnen Kunststoff-Haut in die Sandwich, vorzugsweise PU-Stegschaum 6 oder Waben 7 eingebunden sind, hierzu Fig. 6 und 7. Im Bereich der senkrechten Kanten sind die Häute zusammengefügt und verklebt, so dass jede Fläche 3 ein geschlossenes Profil darstellt, Fig. 6 und 7. Es ist wichtig und auch so vorzusehen, dass die zusammengefügten Häute in ihrer Gesamtdicke 9 ein Minimum darstellen, so dass der Dämpfungswert &egr; im senkrechten Kantenbereich des Kamins ebenfalls minimiert ist, Fig. 6 und 7. Der so bestehende Abschnitt hinter dem Eckstiel 10 hat dann nur noch eine optische Funktion und ist für die Statik nicht relevant.

Die Lastübertragung, hervorgerufen durch Wind und Eigengewicht, erfolgt über vier Eckstiele 11, die entsprechend ihrer Lastaufnahme dimensioniert sind. Zum Einsatz kommen faserorientierte Verstärkungsmaterialien, die sowohl hochfrequenzoptimiert sind, als auch den statischen Erfordernissen entsprechen. Die logischerweise größere notwendige Dicke 12 der Eckstiele 11 liegt näherungsweise rechtwinklig zur Wellenausbreitungsrichtung 13 und verursacht somit wieder einen minimalen Dämpfungswert. Die vier Eckstiele

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11 sind in diesem Bereich mit den Flächen 3 verklebt, so dass der Kamin ebenfalls als ein geschlossenes Kastenprofil besteht. Alle vier senkrechten Kanten sind so mit Eckleisten 14 verbunden (verklebt). Die Oberfläche ist vorzugsweise in Klinkerstruktur 15 dargestellt, wobei die Fugen 16 zurückgesetzt und farblich abgesetzt sind. Darüber hinaus sind durch die modulare Bauweise alle Kaminstrukturen denkbar, so z.B. Schiefer-, Dachziegel-, Zink- und Kupferbleicheindeckung, Fig. 5. Der Kamin ist mit Befestigungskreuzen 17 zum Zentralmast 2 abgestützt, wobei die Schellen direkt an die Eckstiele angeschraubt sind. Eine variable Einstellung der Anschlussfläche bzw. Anschraubfläche 19 zum Zentralmast 2 sowie deren radiale Einstellung ist mittels Schiebeelemente 20 und Langloch 21 gewährleistet. Damit ist auch die Flexibilität auf der Baustelle gesichert. Der Kamin 23 ist mit einer Kaminabdeckung versehen, die die Antennen 1 vor Witterung und Vogelbehausung schützt. In Figur 10 ist eine Revisionsöffnung 24 dargestellt, die im Falle der Anwendung eines nichttragenden Kamins 25 zu Revisionszwecken notwendig ist. Die Revisionsöffnung 24 ist mit einem TECRYL" - Scharnier 26, dass am Eckstiel 11 befestigt ist, versehen. Die Eckstiele 11 sind nach unten zur Gebäudeoberfläche - Dach 27 geführt und an einen nicht näher dargestellten Rahmen 22 aus Winkeleisen an das Metall angeschraubt. Damit wird der Kamin 23 selbsttragend und steht ohne weitere Abstützung. Es kann auch ein kleiner dimensionierter Zentralmast 2 vorgesehen sein, so dass dann zu Revisionszwecken der Zentralmast 2 mit der Antenne 1 abgesenkt werden kann, wodurch keine Revisionsöffnung notwendig wäre.

Ausführungsbeispiel 2:

Aus Plattenmaterial des Verkleidungswerkstoffes TECRYL® sind Dachlatten, Eckstiele, Brüstungen für Attikas oder Querriegel geformt, die beispielsweise als Teile einer Antennenverkleidung für Mobilfunkantennen, Haltestangen für Antennen wie auch als Containerdächer vorgesehen sind. Ihre

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funktechnischen Eigenschaften haben sich als besser als die anderer Werkstoffe erwiesen.

In schwer belüfteten Räumen z.B. U-Bahnschächten wird der erfindungsgemäße Verkleidungswerkstoff mit nicht brennbaren Füllstoffen angereichert.

Hierzu folgende dokumentierte Untersuchungsergebnisse als Grafik:

Dämpfung OdBD 3	Dicke = 7mm	—'	_^^-—	y	/
2	Dicke = 4mm	■—			/
	Dicke = 5mm
1	_ Dicke = 3mm		__—-^		/
	Dicke = 2mm	__——	I
	Dicke = 2mm	—	40
	I I	I	I	I
	10 20	30	50 Winkel	60 ,. I⁰I

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Claims

1. Verkleidungswerkstoff für Antennenanlagen, insbesondere für Mobilfunk- und zugleich für Richtfunkantennen-Anlagen, der die folgenden Merkmale umfasst,

1. der Verkleidungswerkstoff (1c, 2c, 3c, 4a-d) ist als Kompaktwerkstoff wie auch als Sandwich-Werkstoff (4a-d) ausgebildet,

2. eine Faserstruktur aus Silikaten ist in ein duroplastisches Matrixsystem eingebettet,

3. die Geometrie der Verkleidungsteile (1c, 2c, 3c, 4a-d) ist so gestaltet, dass damit der Zweckbestimmung eines Winkels α zwischen der Werkstoffoberflächennormalen (= Flächennormalen) und der Hauptstrahlrichtung mit 0° = α = 50° entsprochen ist,

4. als umgebungsfremder Werkstoff ist der Verkleidungswerkstoff (1c, 2c, 3c, 4a-d) mittels einer passenden Oberflächenstruktur in einer optischen Anpassung an die bestehenden Umgebungsverhältnisse vorgesehen,

5. der Faserverlauf ist in der Oberfläche des Verkleidungswerkstoffes vorzugsweise parallel zur Oberfläche angeordnet,

6. der Faservolumenanteil im Verkleidungsteil ist ab wenig unter halb von 15% bis weniger oberhalb von 60% vorgesehen,

7. die Hauptfaserrichtung für nichttragende Anteile des Verkleidungswerkstoffes in der Verkleidung ist quasiisotrop angeordnet,

8. die Verkleidungswerkstoffoberfläche weist UV-stabilisierende, witterungsfeste, wasserabweisende und gegebenenfalls gefärbte Oberflächenschutzschichten auf,

9. die Verkleidungswerkstoffe sind bevorzugt tragende Bauteile mit bevorzugt angeordneter, gerichteter Faserrichtung für Zug-, Druck- und Biegebelastungen,

10. die Grunddämpfung des Verkleidungswerkstoffes im Frequenzbereich von 0,5 GHz bis 5 GHz übersteigt nicht den Wert von 2,5 dB und die im Frequenzbereich von 7 GHz bis 38 GHz übersteigt nicht den Wert von 3,5 dB,

11. die Dicke des Verkleidungswerkstoffes beträgt für den Frequenzbereich von 0,5 GHz bis 5 GHz 2 mm bis 6 mm und für den Frequenzbereich von 7 GHz bis 38 GHz 2 mm bis 10 mm,

12. der Verkleidungswerkstoff ist so vorgesehen, dass der Abstand der Antenne (1a, 2a, 3a) zum Verkleidungswerkstoff für den Frequenzbereich von 0,5 GHz bis 5 GHz das 1-2 fache der Wellenlänge und für den Frequenzbereich von 7 GHz bis 38 GHz das 5-10 fach der Wellenlänge beträgt,

13. die Oberfläche des Verkleidungswerkstoffes weist keine elektrisch leitenden Komponenten auf und die Dicke der Oberflächenschicht ist kleiner als 10% der Wellenlänge,

14. die Dielektrizitätskonstante des Verkleidungswerkstoffes ist auf einen niedrigen Wert von z. B. etwa 1,5 eingestellt und überschreitet nicht den Wert 4,5.

2. Verkleidungswerkstoff nach Anspruch 1, der mit TECRYL® benannt ist und ausgestaltend weitere folgende Merkmale umfasst,

1. bei Sandwich-Werkstoff (4a-d) mit mehreren, vorzugsweise zwei hintereinander angeordneten und auf Abstand gehaltenen Ebenen (4a, 4d) aus Kompaktwerkstoff befinden sich zwischen der inneren und äußeren Schicht bzw. Ebene mäanderförmig verlaufende Stege (4c), wobei der Winkel zur inneren und äußeren Schicht mit 60°-90° vorgesehen ist,

2. bei Sandwich-Werkstoff (4a-d) mit mehreren, vorzugsweise zwei hintereinander angeordneten und auf Abstand gehaltenen Ebenen (4a, 4d) aus Kompaktwerkstoff ist zwischen der inneren und äußeren Schicht bzw. Ebene ein wabenförmiger Aufbau, wobei die Waben dabei senkrecht zu den TECRYL®-Oberflächen stehen und an diesen anlaminiert sind, zum Zwecke der Erniedrigung der Gesamt- Dielektrizitätskonstante des Verkleidungswerkstoffes durch die Wabenstruktur auf ca. 1, 5, angeordnet,

3. das zwischen den Schichten angeordnete Material (4b) ist mit einer Rohdichte von geringer als 80 kg/m³, einem Dämpfungswert geringer als 1 dB und mit einer Dielektrizitätskonstante(-zahl) von ≤ 2,5 vorgesehen.