-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur optischen Datenübertragung zwischen zwei auf einer gemeinsamen Achse angeordneten Bauteilen, wobei auf dem ersten Bauteil eine erste Sendeeinrichtung und auf dem zweiten Bauteil mindestens eine erste Empfangseinrichtung angeordnet sind.
-
Durch die
DE 44 28 790 C1 wurde eine Vorrichtung zur bidirektionalen Informationsübertragung bekannt, wobei eine direkte optische Signalübertragung von einem ersten rotierenden Bauteil auf ein zweites stationäres Bauteil erfolgt. Das rotierende und das stationäre Bauteil weisen eine gemeinsame Achse auf, auf welcher ein rotorseitiger Empfänger und ein statorseitiger Empfänger angeordnet sind. Ferner sind, versetzt zu der gemeinsamen Achse, der Rotorachse, eine rotorseitige Sendediode sowie eine statorseitige Sendediode vorgesehen, welche jeweils auf die Empfänger abstrahlen. Die Sendestrahlen sind dabei um einen spitzen Winkel gegenüber der Rotationsachse geneigt. Die rotorseitige Sendediode rotiert dabei auf einer Kreisbahn um die Rotationsachse. Beide Empfangsdioden, die rotor- und die statorseitige, liegen sich somit auf der Rotationsachse direkt gegenüber.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
-
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die erste Sendeeinrichtung auf der gemeinsamen Achse des ersten und des zweiten Bauteils angeordnet ist und dass die mindestens eine erste Empfangseinrichtung gegenüber der gemeinsamen Achse in radialer Richtung versetzt angeordnet ist. Mit dieser Anordnung wird eine unidirektionale, also eine Datenübertragung in einer Richtung zwischen zwei relativ zueinander beweglichen Bauteilen erreicht. Die Vorrichtung dient insbesondere zur berührungslosen optischen Datenübertragung.
-
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die beiden Bauteile entlang oder um die gemeinsame Achse relativ zueinander beweglich sind, d.h. dass beispielsweise die beiden Bauteile entlang der gemeinsamen Achse zueinander verschiebbar sind oder dass die beiden Bauteile um die gemeinsame Achse zueinander drehbar sind. Es ist somit möglich, dass das erste Bauteil um die gemeinsame Achse, auch Rotationsachse genannt, rotiert und das zweite Bauteil feststeht, dass das erste Bauteil und das zweite Bauteil rotieren oder dass das erste Bauteil steht und das zweite Bauteil rotiert. Die erste Empfangseinrichtung ist bezüglich ihrer Exzentrizität und ihres axialen Abstandes zur ersten Sendeeinrichtung so angeordnet ist, dass sie ständig im Abstrahlbereich der zentrisch angeordneten ersten Sendeinrichtung liegt.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist auf dem zweiten Bauteil eine zweite Sendeeinrichtung ebenfalls koaxial zur gemeinsamen Achse angeordnet, während auf dem ersten Bauteil mindestens eine mit der zweiten Sendeeinrichtung kommunizierende zweite Empfangseinrichtung exzentrisch gegenüber der gemeinsamen Achse angeordnet ist. Die erste und die zweite Sendeeinrichtung sowie die kommunizierenden ersten und zweiten Empfangseinrichtungen sind somit symmetrisch zueinander auf den beiden Bauteilen angeordnet. Es ist möglich, dass nur die erste Sendeeinrichtung, nur die zweite Sendeeinrichtung oder beide Sendeeinrichtungen gleichzeitig senden, d. h. es kann eine unidirektionale oder bidirektionale Kommunikation zwischen den Sende- und Empfangseinrichtungen stattfinden, ohne dass bei dieser optischen Datenübertragung eine gegenseitige Störung stattfindet.
-
Die gemeinsam auf dem ersten bzw. zweiten Bauteil angeordnete Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung(en) sind insbesondere in axialer Richtung, also entlang der gemeinsamen Achse, versetzt angeordnet. Vorzugsweise steht die Sendeeinrichtung gegenüber der Empfangseinrichtung(en) auf dem gleichen der Bauteile axial in Richtung des jeweils anderen der Bauteile hervor, d.h. die Sendeeinrichtung ist axial näher an dem gegenüberliegenden anderen der Bauteile angeordnet als die Empfangseinrichtung(en). Mit anderen Worten kann die erste Sendeeinrichtung gegenüber der zweiten Empfangseinrichtung axial versetzt sein und/oder die zweite Sendeeinrichtung gegenüber der ersten Empfangseinrichtung axial versetzt sein. Durch diese Maßnahmen wird ein Nebensprechen der gemeinsam auf einem der Bauteile angeordneten Sende- und Empfangseinrichtung(en) verringert oder sogar völlig verhindert.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden Bauteile jeweils als Platinen ausgebildet, welche jeweils sich gegenüber liegende, senkrecht zur Rotationsachse angeordnete Planflächen aufweisen. Die Planflächen sind somit parallel und relativ zueinander beweglich angeordnet und tragen die optischen Sende- und Empfangseinrichtungen. Damit wird eine genaue Ausrichtung der Abstrahl- und Empfangscharakteristiken der Sende- und Empfangseinrichtungen erreicht.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die erste und/oder die zweite Sendeeinrichtung eine Abstrahlcharakteristik in Form eines Abstrahl- oder Lichtkegels auf, wobei die Kegelachse der gemeinsamen Achse respektive der Rotationsachse entspricht. Der Kegelwinkel des Abstrahlkegels ist so gewählt, dass die Empfangsbereiche der Empfangseinrichtungen im Bereich des Abstrahlkegels liegen. Dabei weisen die Empfangseinrichtungen ebenfalls kegelförmige Empfangsbereiche auf, welche sich mit den Abstrahlbereichen teilweise überschneiden.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können mehrere Empfangseinrichtungen über den Umfang verteilt auf den Planflächen einer oder beider Platinen angeordnet sein, d. h. auf gemeinsamen Teilkreisen. Dadurch kann die Empfangskapazität erhöht werden.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die erste und/oder die zweite Empfangseinrichtung Empfangsbereiche auf, welche in Richtung der kommunizierenden Sendeeinrichtung ausgerichtet sind. Die Empfangsbereiche können dabei kegel- oder trichterförmig ausgebildet sein, wobei die Kegel- oder Trichterachse in Richtung der kommunizierenden Sendeeinrichtung geneigt ist. Damit wird erreicht, dass ein relativ hoher Anteil der Abstrahlung von der oder den Empfangseinrichtungen empfangen werden kann, sodass die Empfangsleistung verbessert wird.
-
Jeder der Empfangsbereiche eines der Bauteile kann insbesondere über einen eigenen Empfangssensor verfügen, beispielsweise einen Fotosensor bzw. ein Fotosensorarray etc. Jedem Empfangsbereich ist also ein bestimmter Empfangssensor zugeordnet. Alternativ dazu können auch mehrere der Empfangsbereiche eines der Bauteile je über einen Lichtwellenleiter, beispielsweise einer Glasfaser oder einem Glasfaserbündel etc., mit einem gemeinsamen Empfangssensor (optisch) gekoppelt sein. Es gibt dann also Gruppen von Empfangsbereichen, welchen jeweils ein bestimmter gemeinsamer Empfangssensor zugeordnet ist. Oder alternativ kann auch jeder der Empfangsbereiche eines der Bauteile je über einen Lichtwellenleiter mit einem gemeinsamen/zentralen Empfangssensor (optisch) gekoppelt sein. Hierdurch kann die Anzahl der erforderlichen Empfangssensoren reduziert bzw. minimiert werden.
-
Vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner eine günstige Energiebilanz: für eine Datenübertragungsrichtung ist jeweils nur eine optische Sendeeinrichtung erforderlich, die Strom bzw. Energie verbraucht. Die optischen Empfangseinrichtungen, die einzeln oder zu mehreren auf dem Umfang der Platinen angeordnet sind, verbrauchen dagegen relativ wenig oder keinen zusätzlichen Strom.
-
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben, wobei sich aus der Beschreibung und/oder der Zeichnung weitere Merkmale und/oder Vorteile ergeben können. Es zeigen:
-
1 eine Ansicht in axialer Richtung auf eine erste und eine zweite, jeweils eine Sende- und eine Empfangseinrichtung aufweisende Platine,
-
2 eine Ansicht in radialer Richtung auf die Platinen gemäß 1 mit sendender erster Sendeeinrichtung,
-
3 die Platinen gemäß 1 mit sendender zweiter Sendeeinrichtung,
-
4 die Platinen mit sendender erster und zweiter Sendeeinrichtung,
-
5 eine Ansicht in axialer Richtung auf die erste Platine mit mehreren auf dem Umfang angeordneten Empfangseinrichtungen und
-
6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zur Sendeeinrichtung ausgerichteten Empfangseinrichtungen.
-
1 zeigt ein als Platine 1 ausgebildetes erstes Bauteil und ein als Platine 2 ausgebildetes zweites Bauteil, wobei die erste Platine 1 rotiert bzw. drehbar ist, während die zweite Platine 2 ortsfest angeordnet ist. Abweichend von dieser Darstellung können auch beide Platinen 1, 2 verschiebbar sein oder rotieren, d.h. relativ zueinander drehbar angeordnet sein, oder alternativ feststehen, d.h. ortsfest angeordnet sein. Eine mögliche Drehrichtung der ersten Platine 1 ist durch einen bogenförmigen Pfeil D angedeutet. Im Zentrum der kreisförmigen Platine 1 ist eine erste Sendeeinrichtung S1 und im Zentrum der zweiten Platine 2 ist eine zweite Sendeeinrichtung S2 angeordnet. Mit der ersten Sendeeinrichtung S1 kommuniziert eine erste Empfangseinrichtung E1, welche exzentrisch, d.h. mit Abstand zum Mittelpunkt auf der zweiten Platine 2 angeordnet ist. Mit der zweiten Sendeeinrichtung S2 kommuniziert eine zweite Empfangseinrichtung E2, welche exzentrisch, d.h. mit Abstand zum Mittelpunkt auf der ersten Platine 1 angeordnet ist. Die Platinen 1, 2 können beispielsweise kreisförmig sein oder alternativ eine beliebige andere Form aufweisen.
-
2 zeigt eine Ansicht in radialer Richtung auf die erste Platine 1 und die zweite Platine 2, welche im Abstand zueinander auf einer gemeinsamen Achse a angeordnet sind, um welche die erste Platine 1 rotiert, was durch den Pfeil D angedeutet ist. Die erste und die zweite Platine 1, 2 weisen jeweils senkrecht zur Achse a angeordnete Planflächen 1a, 2a auf, auf denen die Sende- und Empfangseinrichtungen S1, S2, E1, E2 angeordnet sind. 2 lässt deutlich erkennen, dass die erste Sendeeinrichtung S1 und die zweite Sendeeinrichtung S2 auf der gemeinsamen Achse a angeordnet sind und sich direkt gegenüberliegen. Die erste Sendeeinrichtung S1 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel aktiviert, d.h. sie sendet einen Kegel von Lichtstrahlen x1 aus. Die räumliche Anordnung der Lichtstrahlen x1 wird in ihrer Gesamtheit als Abstrahl- oder Lichtkegel K1 bezeichnet. Die mit der ersten Sendeeinrichtung S1 kommunizierende erste Empfangseinrichtung E1 auf der zweiten Platine 2 weist einen kegel- oder trichterförmigen Empfangsbereich y1 auf, welcher sich teilweise mit dem Abstrahlkegel K1 überschneidet. Bei rotierender erster Platine 1 und feststehender zweiter Platine 2 treffen also laufend Lichtstrahlen x1 in den Empfangsbereich y1. Dabei findet eine unidirektionale, berührungslose, optische Datenübertragung statt. Die Sendeeinrichtungen S1, S2 können beliebige Lichtquellen, z.B. Leuchtdioden sein, die sichtbares oder nicht sichtbares Licht aussenden.
-
3 zeigt die erste Platine 1 und die zweite Platine 2 mit sendender zweiter Sendeeinrichtung S2, welche eine gleiche oder ähnliche Abstrahlcharakteristik wie die erste Sendeeinrichtung S1, d.h. in Form von kegelförmig angeordneten Lichtstrahlen x2 aufweist. Die Gesamtheit der räumlich angeordneten Lichtstrahlen x2 wird als Licht- oder Abstrahlkegel K2 bezeichnet. Die zweite Empfangseinrichtung E2 auf der ersten Platine 1 weist einen kegel- oder trichterförmig ausgebildeten Empfangsbereich y2 auf, welcher sich teilweise mit dem Abstrahlkegel K2 überschneidet, sodass die zweite Sendeeinrichtung S2 und die zweite Empfangseinrichtung E2 miteinander kommunizieren können. Somit findet eine unidirektionale, berührungslose, optische Datenübertragung statt.
-
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Sendeeinrichtung S1 und/oder die zweite Sendeeinrichtung S2 gegenüber der auf der gleichen Platine 1, 2 angeordneten zweiten bzw. ersten Empfangseinrichtung E2, E1 in axialer Richtung, also entlang der gemeinsamen Achse a, versetzt angeordnet ist. Die Sendeeinrichtung S1, S2 kann also gegenüber der Empfangseinrichtung E2, E1 von der Planflächen 1a, 2a hervorstehen oder darin versenkt sein. Somit kann also ein axialer Abstand zwischen den Sendeeinrichtungen S1, S2 deutlich kürzer oder länger sein, als ein axialer Abstand zwischen den Empfangseinrichtungen E1, E2.
-
4 zeigt die rotierende erste Platine 1 und die stehende zweite Platine 2, wobei sowohl die erste als auch die zweite Sendeeinrichtung S1, S2 aktiviert sind und Lichtstrahlen x1, x2 in entgegengesetzte Richtungen aussenden. Die Lichtstrahlen x1 der ersten Sendeeinrichtung S1 werden vom Empfangsbereich y1 der ersten Empfangseinrichtung E1 empfangen, und die Lichtstrahlen x2 der zweiten Sendeeinrichtung S2 werden vom Empfangsbereich y2 der zweiten Empfangseinrichtung E2 empfangen. Somit findet eine bidirektionale, berührungslose, optische Datenübertragung zwischen relativ zueinander drehbaren Bauteilen 1, 2 statt.
-
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, nämlich die erste Platine 1 mit der zentral angeordneten ersten Sendeeinrichtung S1. Konzentrisch zu der ersten Sendeeinrichtung S1 sind mehrere zweite Empfangseinrichtungen E2 vorgesehen. Gemäß 5 sind beispielhaft insgesamt acht zweite Empfangseinrichtungen E2, gleichmäßig verteilt über den Umfang, auf der Planfläche 1a der Platine 1 angeordnet. Selbstverständlich können auch mehr oder weniger Empfangseinrichtungen E2 vorgesehen sein, welche gleichmäßig oder ungleichmäßig über den Umfang, auf der Planfläche 1a der Platine 1 angeordnet sein können. Die zweiten Empfangseinrichtungen E2 liegen im Abstrahlbereich oder Abstrahlkegel K2 (hier nicht dargestellt) der zweiten Sendeeinrichtung S2 (nicht dargestellt). Die Empfangsleistung wird dadurch erweitert.
-
6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei auf der ersten Platine 1 die erste Sendeeinrichtung S1 auf der Rotationsachse a und die ersten Empfangseinrichtungen E1 exzentrisch und über den Umfang verteilt auf der zweiten Platine 2 angeordnet sind. Im Unterschied zu vorherigen Ausführungsbeispielen sind die Empfangsbereiche y1 der ersten Empfangseinrichtungen E1 in Richtung auf die erste Sendeeinrichtung E1 ausgerichtet. Die Achsen der trichterförmigen Empfangsbereiche y1 sind mit b bezeichnet und gegenüber der Rotationsachse a so weit geneigt, dass sie sich mit der Rotationsachse a im Bereich der ersten Sendeeinrichtung S1 schneiden. Damit werden die Empfangskapazität und die optische Übertragungsleistung weiter verbessert. In gleicher Weise können die Empfangsbereiche der zweiten Empfangseinrichtungen auf der ersten Platine 1 auf die zweite Sendeeinrichtung auf der zweiten Platine 2 ausgerichtet werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- erste Platine (Bauteil)
- 1a
- Planfläche
- 2
- zweite Platine (Bauteil)
- 2a
- Planfläche
- a
- gemeinsame Achse
- b
- Trichterachse
- D
- Drehrichtung
- S1
- erste Sendeeinrichtung
- S2
- zweite Sendeeinrichtung
- E1
- erste Empfangseinrichtung
- E2
- zweite Empfangseinrichtung
- K1
- Abstrahlkegel (Lichtkegel)
- K2
- Abstrahlkegel (Lichtkegel)
- x1
- Lichtstrahl
- x2
- Lichtstrahl
- y1
- Empfangsbereich
- y2
- Empfangsbereich
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
