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Die Erfindung betrifft einen Drehübertrager.
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Drehübertrager werden zur Übertragung von Daten von einem drehenden Gegenstand, wie z.B. einer Welle, auf einen ruhenden Gegenstand wie z.B. eine in einem Schaltschrank sich befindliche Regelungsbaugruppe eingesetzt.
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Bei handelsüblichen Drehübertragern erfolgt z.B. die Übertragung der Daten mittels Schleifringen.
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Weiterhin sind auch Drehübertrager bekannt, bei der eine Übertragung der Daten vom drehenden auf den ruhenden Teil mittels optischer Signalübertragung erfolgt. Ein im axialen Drehzentrum der Welle angeordneter Sender sendet dabei ein Lichtsignal an einen ebenfalls axial zentrisch angeordneten ruhenden Empfänger. Ein solcher handelsüblich ausgebildeter optischer Drehübertrager ist aber ungeeignet zur Übertragung von Signalen, wenn die Welle als Hohlwelle ausgebildet ist, da der Sender nicht im axialen Drehzentrum der Welle angebracht werden kann, sondern außerhalb des Drehzentrums auf der Hohlwelle angebracht werden, so dass eine Übertragung von Daten nur möglich ist, wenn die Welle und damit der Sender eine bestimmte Winkellage aufweisen, so dass eine Übertragung auf den ebenfalls außerhalb des Drehzentrums angeordneten Empfänger möglich ist. Bei der Verwendung eines einzelnen Senders und eines einzelnen Empfängers ist dann im Allgemeinen pro Umdrehung der Welle eine Übertragung von Daten nur genau einmal, bei einer bestimmten Winkellage der Welle möglich, nämlich genau dann, wenn Sender und Empfänger sich axial gegenüberstehen, so dass der vom Sender ausgesandte Lichtstrahl vom Empfänger empfangen werden kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehübertrager zu schaffen, bei dem insbesondere auch bei der Verwendung von Hohlwellen, eine zuverlässige Signalübertragung möglich ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch jeweils einen Drehübertrager gemäß der Ansprüche 1 oder 2.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der Drehübertrager einen zweiten lichtleitenden Hohlkörper aufweist, wobei der erste Hohlkörper und der zweite Hohlkörper relativ zueinander drehbar und koaxial angeordnet sind. Durch den zweite Hohlkörper wird im Falle der Ausführungsform gemäß 2 eine bidirektionale Datenübertragung ermöglicht.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Hohlkörper koaxial hintereinander angeordnet sind, wobei das Lichtsignal vom Sender über den ersten und den zweiten Hohlkörper zum Empfänger übertragbar ist, da hierdurch der Drehübertrager mechanisch einfach aufgebaut werden kann.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste und der zweite Hohlkörper zumindest in einem Teilbereich koaxial ineinander angeordnet sind, da dann eine besonders störungsunanfällige Übertragung des Lichtsignals vom Sender über den ersten und den zweiten Hohlkörper zum Empfänger gewährleistet ist.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste und/oder der zweite Hohlkörper als Rohr ausgebildet ist. Eine Ausbildung des Hohlkörpers als Rohr ermöglicht eine besonders leichte Bauweise des Drehübertragers. Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei einer entsprechenden in Längsrichtung des Rohrs schmalen Ausbildung des Rohrs, das Rohr auch in Form eines Rings ausgebildet sein kann. Weiterhin sein angemerkt, dass das Rohr nicht unbedingt eine runde Querschnittsfläche aufweisen muss, sondern, dass das Rohr auch eine eckige Querschnittsfläche aufweisen kann (z.B. 6-eckiges Rohr).
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Sender über mehrere Lichtleiter zur Übertragung des Lichtsignals mit einer Stirnseite des ersten Hohlkörpers verbunden ist. Durch diese Maßnahme ist im Falle einer unidirektionalen Übertragung nur mindestens ein einzelner Sender bei gleichzeitiger hoher Übertragungssicherheit notwendig.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Lichtleiter mit einer Stirnseite des ersten Hohlkörpers mittels über der Stirnseite gleichmäßig verteilter Anschlüsse verbunden sind. Durch diese Maßnahme ist eine kontinuierliche Übertragung der Daten sichergestellt.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Drehübertrager einen ersten Sender zur Erzeugung eines ersten Lichtsignals und einen zweiten Sender zur Erzeugung eines zweiten Lichtsignals aufweist, wobei der Drehübertrager einen ersten Empfänger zum Empfang des ersten Lichtsignals und einen zweiten Empfänger zum Empfang des zweiten Lichtsignals aufweist, wobei das erste Lichtsignal vom ersten Sender über den ersten und den zweiten Hohlkörper zum ersten Empfänger übertragbar ist, wobei das zweite Lichtsignal vom zweiten Sender über den zweiten und den ersten Hohlkörper zum zweiten Empfänger übertragbar ist. Hierdurch ist ein bidirektionaler Datenverkehr möglich.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Drehübertrager einen ersten Sender zur Erzeugung eines ersten Lichtsignals und einen zweiten Sender zur Erzeugung eines zweiten Lichtsignals aufweist, wobei der Drehübertrager einen ersten Empfänger zum Empfang des ersten Lichtsignals und einen zweiten Empfänger zum Empfang des zweiten Lichtsignals aufweist, wobei das erste Lichtsignal vom ersten Sender über den ersten Hohlkörper zum ersten Empfänger übertragbar ist, wobei das zweite Lichtsignal vom zweiten Sender über den zweiten Hohlkörper zum zweiten Empfänger übertragbar ist. Hierdurch ist ein bidirektionaler Datenverkehr möglich.
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Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der erste Sender über mehrere Lichtleiter zur Übertragung des ersten Lichtsignals mit einer Stirnseite des ersten Hohlkörpers verbunden ist, wobei der zweite Sender über mehrere weitere Lichtleiter zur Übertragung des zweiten Lichtsignals mit einer Stirnseite des zweiten Hohlkörpers verbunden ist. Durch diese Maßnahme sind im Falle einer bidirektionalen Übertragung nur mindestens zwei Sender bei gleichzeitiger hoher Übertragungssicherheit notwendig.
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Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Lichtleiter mit einer Stirnseite des ersten Hohlkörpers mittels über der Stirnseite des ersten Hohlkörpers gleichmäßig verteilter Anschlüsse verbunden sind, wobei die weiteren Lichtleiter mit einer Stirnseite des zweiten Hohlkörpers mittels über der Stirnseite des zweiten Hohlkörpers gleichmäßig verteilter Anschlüsse verbunden sind. Durch diese Maßnahme ist eine kontinuierliche Übertragung der Daten sichergestellt.
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Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 eine erste erfindungsgemäße Ausbildung des Drehübertragers,
- 2 eine zweite erfindungsgemäße Ausbildung des Drehübertragers,
- 3 Anschlüsse auf der Stirnseite des ersten Hohlkörpers und
- 4 Anschlüsse auf der Stirnseite des zweiten Hohlkörpers.
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In 1 ist in Form einer schematisierten Darstellung eine erste Ausbildung des erfindungsgemäßen Drehübertragers dargestellt. Der Drehübertrager weist dabei ein erstes Gehäuseteil 3, das fest mit einer sich drehenden (siehe Pfeil 6) Hohlwelle 7 verbunden ist, auf. Die Hohlwelle 7 kann dabei z.B. in Form einer Motorwelle vorliegen. Durch die feste Verbindung des ersten Gehäuseteils 3 mit der Hohlwelle 7 dreht sich das erste Gehäuseteil 3 mit der Hohlwelle 7 mit. Weiterhin weist der Drehübertrager ein zweites ruhendes Gehäuseteil 4 auf, das fest mit einem Maschinenbett 5, z.B. einer Werkzeugmaschine, verbunden ist. Der Drehübertrager weist weiterhin einen ersten lichtleitenden Hohlkörper 1 und einen zweiten lichtleitenden Hohlkörper 2 auf. Die beiden Hohlkörper sind im Rahmen des Ausführungsbeispiels als lichtdurchlässige Rohre, z.B. aus Glas oder Plexiglas ausgebildet. Der erste Hohlkörper 1 ist fest mit dem ersten Gehäuseteil 3 verbunden und der zweite Hohlkörper 2 ist fest mit dem zweiten Gehäuseteil 4 verbunden. Der erste Hohlkörper dreht sich solchermaßen mit der Hohlwelle 7 mit während der zweite Hohlkörper 2 ruht. Ein erster Sender 8 zur Erzeugung eines Lichtsignals ist über Lichtleiter 12 zur Übertragung des Lichtsignals mit einer Stirnseite 19 des ersten Hohlkörpers 1 verbunden. Weiterhin weist der Drehübertrager zum Empfang des Lichtsignals einen ersten Empfänger 16 auf, der fest mit dem zweiten Gehäuseteil 4 verbunden ist. Erfindungsgemäß wird das Lichtsignal vom ersten Sender 8 über den ersten und den zweiten Hohlkörper zum ersten Empfänger 16 übertragen, wobei die Übertragung des Lichtsignals vom ersten Hohlkörper 1 auf den zweiten Hohlkörper 2 durch die beiden Pfeile 14 angedeutet ist. Der erste Hohlkörper 1 und der zweite Hohlkörper 2 sind relativ zueinander drehbar und bezüglich einer Drehachse 21 der Hohlwelle 7 koaxial angeordnet. Im Rahmen einer ersten Ausbildung der Erfindung gemäß 1 sind der erste und der zweite Hohlkörper dabei koaxial hintereinander angeordnet und eine Übertragung des Lichtsignals vom sich drehenden ersten Hohlkörper zum ruhenden zweiten Hohlkörper 2 erfolgt über die sich gegenüberstehenden Stirnseiten der beiden Hohlkörper. Die beiden Hohlkörper weisen dabei einen identischen Durchmesser auf. Vom ersten Sender 8 über den ersten Hohlkörper 1 und dem zweiten Hohlkörper 2 und dem ersten Empfänger 16 findet somit ein unidirektionaler Datenverkehr statt, wobei Daten von den drehenden Komponenten auf die ruhenden Komponenten übertragen werden. Solchermaßen können z.B. die Daten eines sich mit der Hohlwelle 7 drehenden Sensors über den Drehübertrager auf eine z.B. in einen Schaltschrank ruhend angeordnete Regelungsbaugruppe übertragen werden.
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Zur Realisierung einer unidirektionalen Datenverbindung reicht es somit aus, wenn der Drehübertrager über einen einzelnen Sender und einen einzelnen Empfänger verfügt.
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Zur Realisierung eines bidirektionalen Datenverkehrs weist der Drehübertrager im Rahmen des Ausführungsbeispiels gemäß 1 zusätzlich einen zweiten Sender 9 auf, der fest mit dem zweiten Gehäuseteil 4 verbunden ist und über weitere Lichtleiter 13 mit einer Stirnseite 20 des zweiten Hohlkörpers 2 verbunden ist und einen zweiten Empfänger 10, der fest mit dem ersten Gehäuseteil 3 verbunden ist, auf. Der zweite Sender 9 erzeugt ein zweites Lichtsignal was vom zweiten Sender 9 über den zweiten und den ersten Hohlkörper zum zweiten Empfänger 10 übertragen wird. Die Übertragung des zweiten Lichtsignals vom zweiten Hohlkörper 2 auf dem ersten Hohlkörper 1 ist mittels Pfeile 15 in 1 angedeutet. Solchermaßen können auch Daten vom ruhenden Gehäuseteil zum drehenden Gehäuseteil übertragen werden. Der erste und der zweite Empfänger sind außerhalb der Drehachse 21 der Hohlwelle 7, gegenüberliegend der jeweilig gegenüberliegenden Stirnseite 19 oder 20, angeordnet. Die in Richtung Empfänger stirnseitig aus den Hohlkörpern austretenden Lichtsignale sind in 1 jeweils durch einen Pfeil angedeutet.
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Um eine sehr gute Signalübertragung zu gewährleisten kann optional falls erforderlich oder gewünscht der Empfänger 16 über einen zusätzlichen Lichtwellenleiter 24 mit dem zweiten Hohlkörper 2 verbunden werden und/oder der Empfänger 10 über einen zusätzlichen Lichtwellenleiter 23 mit dem ersten Hohlkörper 1 verbunden werden (in 1 gestrichelt gezeichnet angedeutet). Dies hat den Vorteil, dass der jeweilige Empfänger nicht unbedingt mehr auf der jeweilig zugehörigen gegenüberliegenden Stirnseite 19 oder 20 angeordnet sein muss.
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In 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die in 2 dargestellte Ausführungsform entspricht im Grundaufbau im Wesentlichen der vorstehend in 1 beschriebenen Ausführungsform. Gleiche Elemente sind daher in 2 mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in 1. Der wesentliche Unterschied der Ausführungsform gemäß 2 gegenüber der Ausführungsform gemäß 1 besteht darin, dass bei der Ausführungsform gemäß 2 der erste und der zweite Hohlkörper nicht axial hintereinander angeordnet sind, sondern dass der erste und der zweite Hohlkörper zumindest in einen Teilbereich 22 axial ineinander angeordnet sind. Eine Übertragung des ersten Lichtsignals vom ersten Sender 8 auf den ersten Empfänger 16 findet ausschließlich über den ersten Hohlkörper 1 statt. Eine Übertragung des zweiten Lichtsignals vom zweiten Sender 9 auf den zweiten Empfänger 10 findet ausschließlich über den zweiten Hohlkörper 2 statt. Die in Richtung Empfänger stirnseitig aus den Hohlkörpern austretenden Lichtsignale sind in 2 jeweils durch einen Pfeil angedeutet.
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Falls nur ein unidirektionaler Datenverkehr realisiert werden soll, reicht es bei der Ausführungsform gemäß 2 aus, wenn der erfindungsgemäße Drehübertrager nur einen ersten Hohlkörper aufweist. Der zweite Hohlkörper wird dann nicht benötigt und kann entfallen.
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In 3 ist eine Stirnseite 19 des ersten Hohlkörpers 1 mit Anschlüssen zum Anschluss der Lichtleiter 12 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist dabei nur ein Anschluss 17 mit Bezugszeichen versehen.
In 4 ist die Stirnseite 20 des zweiten Hohlkörpers 2 mit entsprechenden Anschlüssen zum Anschluss der weiteren Lichtleiter 13 dargestellt. Der Übersichtlichkeit halber ist nur ein Anschluss 18 mit Bezugszeichen versehen.
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Da innerhalb des ersten und des zweiten Hohlkörpers jeweils ausgehend von der jeweiligen Anschlussstelle eine Aufspreizung des Lichtstrahls stattfindet, ist eine Übertragung des Lichtsignals vom Sender auf dem Empfänger entweder über den gesamten Drehwinkelbereich oder zumindest über eine relativ weiten Drehwinkelbereich möglich. Falls keine vollständige Aufspreizung des Lichtsignals über den gesamten Umfang der empfängerseitigen Stirnseite des Hohlkörpers stattfindet aber trotzdem eine kontinuierliche Signalübertragung realisiert werden soll, ist es zweckmäßig, wie in den beiden Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 dargestellt, nicht nur einen einzelnen Lichtwellenleitern sondern den jeweiligen Sender mittels mehrerer Lichtleiter 12 und 13 mit dem jeweilig zugehörigen Hohlkörper zu verbinden. Besonders vorteilhaft sollten dabei die jeweiligen Anschlüsse der Lichtwellenleiter gleichmäßig über der Stirnseite des jeweiligen zugehörigen Hohlkörpers angeordnet sein, wie in 3 und 4 dargestellt, so dass bei jedem beliebigen Drehwinkel der Hohlwelle 7 eine kontinuierliche Übertragung von Daten zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper uni- oder bidirektional möglich ist.
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Die Lichtleiter können z.B. in Form von Glasfasern oder in Form von Polymeren Optische Fasern (POF) vorliegen.
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Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, das es selbstverständlich auch möglich ist, sowohl auf Seite des ersten Gehäusebauteils 3 als auch auf Seite des zweiten Gehäusebauteils 4, anstatt jeweils eines einzelnen Empfängers und/oder eines einzelnen Senders mehrere Sender und/oder Empfänger anzuordnen und die Übertragungssicherheit somit noch weiter zu erhöhen.
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Durch den mechanischen Aufbau des Drehübertragers wird zudem ein einfacher elektrischer Aufbau des Drehübertragers ermöglicht und Fehler, wie z.B. mögliche Laufzeitunterschiede oder das Übersprechen von Signalleitungen bei der Signalübertragung vermieden.
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Weiterhin sein an dieser Stelle angemerkt, dass der erfindungsgemäße Drehübertrager selbstverständlich nicht nur bei Hohlwellen verwendet werden kann, sondern auch bei anderen Arten von Wellen oder sich drehenden Teilen eine zuverlässige Signalübertragung ermöglicht.
