Die Planungen zur Installation der hauptsächlich im Kanalnetz zu verbauenden Sensorik waren bereits Ende 2019 abgeschlossen. Durch Verzögerungen bei der Bestellung konnten die Geräte leider nicht vor Corona-Pandemiebeginn geliefert werden. So wurde aus dem geplanten Aufbaudatum Mitte April Ende Juli. „Glücklicherweise“ ging in der Zeit kein relevanter Starkregen im betrachteten Einzugsgebiet nieder.

In den vier betrachteten Senkengebieten sind so vier verschiedene Konzepte entstanden. Wie die Gebiete ausgewählt wurden ist hier nachzulesen. Die Schächte sollten an repräsentativen Orten im Kanalnetz, also kleineren und größeren Kanalquerschnitten im Bereich der zu erwartenden Überflutungsflächen platziert werden. Die Auswahlkriterien sind in Tabelle 1 dargestellt.


KanalschachtStraßenablauf
StandortMöglichst repräsentativ für das Teileinzugsgebiet im Bereich der ermittelten ÜberflutungsschwerpunkteIm Kernbereich der Überflutungsschwerpunkte
AbstandVerschiedene Sammelstränge, je nach Struktur des Netzes und Nähe zum PumpwerkKleinräumig, möglichst an verschiedenen Kanälen angeschlossen
Anzahl3-5 pro Senke an Schlüsselstellen (Sammler & Überflutungsschwerpunkte)1-3 pro Senkenschwerpunkt
HöheMindestens 50 cm über niedrigstem Punkt in Senke, um Überstau zu vermeiden (Geräteschonung)Niedrigster Punkt im Straßenraum (senkenbezogen)
AufteilungMehrere große Sammelkanäle, tief gelegenen Kanalabschnitte und einzelne höher gelegene kleine Kanäle zum VergleichGenormte Straßenabläufe
Tabelle 1: Kriterien zur Auswahl der Standorte für die Sensorinstallation.

Für die Umsetzung des in SENSARE entwickelten Konstruktionskonzept wurde die Firma ISW GbR aus Magdeburg beauftragt. Die vier im Projekt betrachteten Modellsenken sollten an Schlüsselstellen mit Wasserstandssensorik im Kanal und an der Oberfläche ausgestattet werden. Die Messtechnik für eine direkte Wasserstandsmessung auf der Straße wurde gesondert beauftragt.

Die insgesamt 14 Straßenabläufe und 12 Kanalschächte sollten auf eine möglichst zerstörungsfreie Art und Weise, den Umständen entsprechend mit Sensorik bestückt werden. Die Bedingung konnte im Straßenablauf mit einem horizontal angebrachten Spannring (Bild 2) und im Kanalschacht durch Ersetzen des Laubfangs durch ein einfaches Haltekreuz (Bild 1) erfüllt werden. Die Fachfirma plante dem Konzept folgend den Aufbau und ließ die Edelstahlmaterialien teilweise extra anfertigen. Aufgrund der 20-jährigen Erfahrung im Bereich Abwasserkanal wurde bei der Konstruktion wichtige Details, wie eine flexible Verlängerung und Kürzung des Haltekreuzes und ein platzsparendes „Kabelmanagement“ durch die Firma ISW vorausgedacht. Da der Messaufbau in Straßenabläufen deutlich sichtbar ist, wurde das Spannringsystem so gebaut, dass der am Straßenablauf auf dem oberen Schachtende aufsitzende schmalere Ring eine Entnahme der Geräte verhindert und die Messeinrichtung damit nahezu diebstahlsicher bei gleichzeitiger Flexibilität zur Anordnung der Sensoreinheiten ist.

Bild 1: Haltekreuzvorrichtung für Kanalsensorik. Die Batterien und Übertragungseinheiten sind als Block an dem Kreuz aufgehängt. Die Radarsonde ist über eine austarierbare Halterung befestigt. Ein flexibles Schraubsystem ermöglicht die Verschiebung der Radarsonde. (Bild: Max Bartel, ISW)
Bild 2: Spannringvorrichtung für die Straßenablaufsensorik. Ansicht eines Standard-Straßenablaufschachtrings von innen. Der Spannring wird mit einem Gewinde gegen die Innenwände gedrückt, sodass starke mechanisch Belastungen es nicht verrücken können. Über Einschubhülsen können die Messgeräte eingehängt werden. (Bild: Max Bartel, ISW)

Insgesamt galt ein wartungsarmer Aufbau als wichtiges Konstruktionsprinzip. Da mehrere Kanalschächte und alle Straßenabläufe im Straßenraum liegen und damit nicht ohne Beeinflussung des Fließ-, und teilweise Parkverkehrs begangen werden können, würden häufige Wartungsintervalle hohe Folgekosten verursachen und viel Zeit in Anspruch nehmen. Für die Überflutungsüberwachung nach dem in SENSARE erarbeiteten Prinzip soll eine vor Ort Überprüfung mindestens ein Jahr nicht notwendig sein.

Die Koordination und Begleitung des Einbaus erfolgte als Eigentümer der unterirdischen Infrastruktur durch die Berliner Wasserbetriebe. In Vorbereitung wurde jeder einzelne Schacht gesichtet und auf Tauglichkeit geprüft. Alle geplanten Standorte konnten so an insgesamt 5 Werktagen bestückt werden.

Einbau der Wasserstandssensoren im Kanalschacht

Da es sich bei der Messtechnik im Kanalschacht um zwei unterschiedliche Konzepte handelte (siehe Artikel zu Messmethoden), musste die Konstruktion leicht abgewandelt werden. Die Drucksonden wurden so an der Schachtwand befestigt, dass sie möglichst nicht direkt durch die Strömung im Abwasserkanal erfasst werden. Zusätzlich wurde ein Vierkantrohr als Schutzhülle gegen Stöße um die Sonde an der Wand angebracht. Die Sonde wurde dann oberhalb des Kantrohrs mit Edelstahlklemmen und Dübeln an der Wand verschraubt und das Kabel mit Luftkapillare gerade an der Wand nach oben verlegt. In Abständen von 50 -100 cm wurde zur Fixierung eine Klemme mit Dübel in der Wand verschraubt. Wichtig war auch hier robuste Edelstahlklemmen zu verwenden, um der aggressiven Atmosphäre langfristig standzuhalten. Die Sonden wurden mit 5 m Kabel geliefert. Je nach Schacht wurde das übrige Kabel oben aufgewickelt und fixiert. Dabei wurden stets ca. 70 cm Kabel Puffer gelassen, damit man die Haltekreuze bei notwendigem Zugang zum Kanal herausheben kann. Die Installationshöhe der Drucksonde wurde ungefähr auf 2/3 des Kanalquerschnitts festgelegt (siehe Bild 3). Damit wird sie keiner Dauerbelastung ausgesetzt, kann aber das An- und Abschwellen des Wasserstandes gut mitverfolgen. Der Aufbau der am Haltekreuz befestigten Komponenten war an jedem Schacht gleich. Zuerst wurde die optimale Position für den Ultraschall / Radarsensor gesucht – also nach Möglichkeit mittig über dem Gerinnequerschnitt. Eine Schraubkonstruktion erlaubt die nachträgliche Ausrichtung der Sensoren, um eine Messung im Lot zur Wasseroberfläche zu erreichen. Anschließend wurden die Versorgungs- und Sendemodule installiert.

Bild 3: Einbauhöhe der Drucksonde mit Vierkant-Schutzrohr und Befestigungsschelle an der Schachtwand. (Bild: Max Bartel, ISW)

Die Befestigung der Sende- und Versorgungsmodule am Haltekreuz (Bild 4 & 5) konnte aber in beiden Fällen – also sowohl bei den LoRaWAN-Geräten von Tekelek, als auch den Mobilfunkgeräten von RCT – sichergestellt werden.

Bild 4: Haltekreuz im Kanalschacht mit RCT Bauteilen: Die Radarsonde liegt unter der Metallplatte. Beide Sendeeinheiten sind mit Batterie am Schachtkreuz befestigt. Die Antennen wurden aufgrund ihrer Höhe horizontal ausgerichtet. Die schwarze Box musste nachträglich für einen Schutz der Luftkapillare vor Eindringen von Feuchtigkeit angebracht werden. Die Ästhetik ist im Projekt erst einmal zweitrangig. (Bild: Max Bartel, ISW)
Bild 5: Haltekreuz im Kanalschacht mit Tekelek Bauteilen: Die Ultraschallsonde liegt unter der Metallplatte. Die Sendeeinheiten sind am Schachtkreuz befestigt. Der betrachtete Schacht ist wesentlich weniger tief, als im Bild 4 links – deshalb ist auch mehr Kabel der Drucksonde aufgewickelt. (Bild: Max Bartel, ISW)

Sollte es notwendig sein, den Schacht zu betreten / zu leeren, kann man das Haltekreuz herausheben und schadlos kopfüber ablegen. Eine Spraymarkierung zeigt die richtige Position an.

Einbau der Wasserstandsindikatoren am Straßenablauf

Die Konzeption des Messaufbaus im Straßenablauf orientierte sich an dem in Berlin üblichen tiefen Straßenabläufen mit Schlammfang. Der genormte Innenradius vereinfachte die Auswahl des Spannrings. Die von der Firma nivus eingesetzten Spannringe für die Durchflussmessung im Abwasserkanal konnten für die vertikale Variante im Straßenablauf gut verwendet werden. Die Schwimmerschalter selbst ist beweglich und schwimmt bei entsprechendem Wasserpegel an einer Stange nach oben zum Schaltpunkt. Fließt das Wasser ab, bewegt sich das Schaltelement durch die Schwerkraft zurück in Ausgangsposition. Damit der Mechanismus nicht verschmutzt ist der Schalter durch eine Edelstahlglocke geschützt, die auch als Halterung dient. Um die zwei Schwimmer auf unterschiedlichen Höhe zu platzieren, wurden sie an Vierkantrohren befestigt. Das untere Rohr wurde je nach Höhe des Ablaufrohrs zum Kanal so gekürzt, dass der Schaltpunkt knapp über dem Rohr liegt. So soll der Einstauzeitpunkt genau bestimmt werden. Der obere Schalter liegt auf selber Höhe, wie die Datenübertragungsgeräte – so nah wie möglich unter dem Deckel. So wird das Funksignal so gering wie möglich beeinflusst und der zweite Schalter liegt so nah wie möglich am Überstaupunkt auf der Straße.

Bild 6: Bemessen der Einbautiefe des unteren Schwimmerschalters. (Bild: Max Bartel, ISW)
Bild 7: Fertiger Einbau in einem Straßenablaufschacht. Der Spannring ist unter dem Auflagering des Schachts platziert, der als Diebstahlschutz dient. Unten rechts ist das Gewinde sichtbar, mit dem der Spannring festgezogen wird. (Bild: Max Bartel, ISW)

Weitere Details zum Messaufbau an der Oberfläche sind in diesem Artikel zu finden.

Sensormontage – jeder Schacht ist anders
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