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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung mindestens eines optischen Signals zwischen gegeneinander um eine Drehachse drehbeweglichen optoelektrischen Wandlern. Solche Vorrichtungen werden im Stand der Technik auch als optische Drehübertrager oder optische Schleifringe bezeichnet.
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In dem Dokument
US 4 953 932 ist eine als optischer Schleifring oder optischer Drehwandler bekannte Vorrichtung zur Übertragung von Lichtenergie von einem nichtrotierenden Bauteil auf ein rotierendes Bauteil offenbart, bei der optische Fasern in einem vorbestimmten Muster angeordnet sind. Aus der optischen Übertragung kann die Drehposition des rotierenden Bauteils ermittelt werden. Der optische Drehwandler umfasst einen ersten und einen zweiten ringförmigen Träger für eine erste und eine zweite Menge optischer Fasern, die jeweils in einem vorbestimmten Muster um die Drehachse angeordnet sind. Licht tritt aus den Enden der optischen Fasern des ersten Trägers aus und wird in die optischen Fasern des zweiten Trägers eingekoppelt. Die vorbestimmten Muster für die Anordnung der optischen Fasern sind so gewählt, dass aus der übertragenen Lichtenergie die Drehposition des ersten Trägers relativ zum zweiten Träger ermittelt werden kann.
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Das Dokument
US 4 492 427 offenbart einen optischen Drehwandler zur Einkopplung eines optischen Signals von einer drehbeweglichen optischen Quelle zu einem drehfesten optischen Empfänger. Der Rotor umfasst rotatorische optische Fasern, die mit einem ersten Ende mit einer optischen Signalquelle gekoppelt sind und an einem zweiten Ende Licht auskoppeln. Der Stator umfasst radialsymmetrisch um den Rotor angeordnete optische Fasern, die so angeordnet sind, dass sie an einem ersten Ende von den rotatorischen optischen Fasern ausgekoppeltes Licht aufnehmen und an einen gemeinsamen Empfänger im Stator übertragen.
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Das Dokument
US 5 016 961 beschreibt eine Anordnung von optischen Sendern auf einem Rotor entlang eines Kreises konzentrisch zur Drehachse. An einem Stator sind konzentrisch optische Empfänger angeordnet und koaxial von den optischen Sendern des Rotors beabstandet. Die optischen Empfänger werden sequenziell und synchron zur Drehbewegung des Rotors durchgeschaltet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen optischen Drehwandler zur Übertragung mindestens eines optischen Signals und/oder zur Übertragung von Energie anzugeben, der mit einer geringeren Zahl von Bauelementen und einem geringeren Justieraufwand gefertigt werden kann als optische Drehwandler nach dem Stand der Technik.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Vorrichtung zur Übertragung mindestens eines optischen Signals zwischen mindestens einem statorischen optoelektrischen Wandler und mindestens einem hierzu korrespondierenden und um eine Drehachse rotatorischen optoelektrischen Wandler umfasst ein diffus streuendes optisches Übertragungselement, im Folgenden als Diffusor bezeichnet, mit einer ersten und einer zweiten Oberfläche. Der mindestens eine Diffusor ist so ausgebildet, dass Licht, das in einem Punkt der ersten oder der zweiten Oberfläche eingestrahlt oder eingekoppelt wird, flächig auf der ersten und auf der zweiten Oberfläche abgestrahlt oder ausgekoppelt wird. Der mindestens eine Diffusor ist zwischen dem mindestens einen statorischen und dem mindestens einen rotatorischen optoelektrischen Wandler so angeordnet, dass für jeden Drehwinkel bei einer Drehung des mindestens einen rotatorischen optoelektrischen Wandlers die erste Oberfläche den mindestens einen rotatorischen optoelektrischen Wandler überdeckt und die zweite Oberfläche den mindestens einen statorischen optoelektrischen Wandler überdeckt.
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Da der Diffusor ein irgendwo entlang der Bewegungsbahn des rotatorischen optoelektrischen Sensors abgegebenes optisches Signal aufnimmt und flächig, also teilweise auch an den statorischen optoelektrischen Wandler, wieder abstrahlt, kann unabhängig vom Drehwinkel ein optisches Signal vom rotatorischen auf den statorischen optoelektrischen Sensor übertragen werden. In analoger Weise kann, da der Diffusor ein vom statorischen optoelektrischen Sensor abgegebenes optisches Signal aufnimmt und flächig, also teilweise auch auf jeden Punkt der Bewegungsbahn des rotatorischen optoelektrischen Sensors, wieder abstrahlt, unabhängig vom Drehwinkel ein optisches Signal vom statorischen auf den rotatorischen optoelektrischen Sensor übertragen werden. Somit ist eine Signalübertragung zwischen dem statorischen und dem rotatorischen optoelektrischen Sensor möglich. Das übertragene optische Signal kann ein analoges oder ein zeitdiskretes oder ein digitales Signal sein.
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In vorteilhafter Weise bedarf die erfindungsgemäße Vorrichtung nur mindestens eines rotatorischen und mindestens eines statorischen optoelektrischen Wandlers, die korrespondierend aufgebaut sind, so dass sie über einen optischen Pfad ein optisches Signal übertragen können. Der optische Pfad wird durch den Diffusor vermittelt. Korrespondierende optoelektrische Wandler sind als Wandlerpaar umfassend einen Sender und einen Empfänger ausgebildet, wobei der Sender ein elektrisches Signal in ein optisches Signal wandelt und der Empfänger ein solches optisches Signal in ein elektrisches Signal zurückwandelt.
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Da lediglich sicherzustellen ist, dass der Diffusor für jeden Punkt der Drehbewegung sowohl den mindestens einen statorischen optoelektrischen Wandler als auch den mindestens einen rotatorischen optoelektrischen Wandler überdeckt, sind die Anforderungen an die Justierung der Vorrichtung im Vergleich zu Lösungen aus dem Stand der Technik gering. Eine solche Lösung lässt sich daher besonders kostengünstig und einfach fertigen und ist zudem robust gegenüber Lageveränderungen der Wandler gegeneinander. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass eine Übertragung eines optischen Signals zwischen einem rotatorischen und einem dazu korrespondierenden statorischen optoelektrischen Wandler fortlaufend, insbesondere bei jedem beliebigen Drehwinkel des rotatorischen optoelektrischen Wandlers, möglich ist und somit keine Umschaltverluste bei der Signalübertragung auftreten und aufwändige Umschaltvorrichtungen für die Synchronisation korrespondierender optoelektrischer Wandler vermieden werden können.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind mindestens ein statorischer optoelektrischer Wandler und mindestens ein rotatorischer optoelektrischer Wandler radial aufeinander zuweisend und konzentrisch zur Drehachse angeordnet. Zwischen dem mindestens einen statorischen optoelektrischen Wandler und dem mindestens einen rotatorischen optoelektrischen Wandler ist mindestens ein Diffusor als Hülse konzentrisch zur Drehachse angeordnet. Der mindestens eine hülsenförmige Diffusor umschließt mindestens einen rotatorischen optoelektrischen Wandler.
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In vorteilhafter Weise können bei dieser Ausführungsform der Erfindung rotierende optoelektrische Wandler platzsparend längs der Drehachse einer innerhalb eines feststehenden Stators rotierenden Welle angeordnet werden. Hülsenförmige Diffusoren sind leicht herstellbar und können leicht auf einer rotierenden Welle mit darauf angeordneten rotierenden optoelektrischen Wandlern befestigt werden. Werden in einer Ausführungsform in Längsrichtung einer solchen Welle mehrere, optisch voneinander getrennte hülsenförmige Diffusoren so angeordnet, dass jeder Diffusor jeweils mindestens einen rotierenden optoelektrischen Wandler überdeckt, so können simultan mehrere optische Signale übertragen werden, da die Streuung des Lichts auf einen hülsenförmigen Diffusor begrenzt ist. Damit wird ein optischer Pfad nur zwischen rotatorischen und statorischen optoelektrischen Wandlern vermittelt, die von dem gleichen hülsenförmigen Diffusor überdeckt werden. Somit ist bei sehr geringem Aufwand eine mehrkanalige Übertragung optischer Signale möglich. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen der Diffusor nicht auf der rotierenden Welle, sondern an einem feststehenden Stator angeordnet ist und somit drehfest zur Drehachse ist.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind mindestens ein statorischer optoelektrischer Wandler und mindestens ein korrespondierender rotatorischer optoelektrischer Wandler koaxial zur Drehachse und in Richtung der Drehachse beabstandet aufeinander zuweisend angeordnet. Zwischen dem mindestens einen statorischen und dem mindestens einen korrespondierenden rotatorischen optoelektrischen Wandler ist mindestens ein Diffusor konzentrisch zur Drehachse angeordnet. Die erste Oberfläche des mindestens einen Diffusors überdeckt mindestens einen rotatorischen optoelektrischen Wandler. Die zweite Oberfläche des mindestens einen Diffusors überdeckt den hierzu korrespondierenden mindestens einen statorischen optoelektrischen Wandler.
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In vorteilhafter Weise ermöglicht diese Ausführungsform der Erfindung die Übertragung mindestens eines optischen Signals zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Bauteil ebenso wie zwischen zwei unabhängig voneinander um eine gemeinsame Drehachse rotierenden Bauteilen. Durch Anordnung mehrerer optisch getrennter ringförmiger Diffusoren konzentrisch zur Drehachse ist eine unabhängige Übertragung mehrerer optischer Signale möglich.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die optoelektrischen Wandler zur bidirektionalen Übertragung optischer Signale vorgesehen. Beispielsweise können zwei Paare korrespondierender optoelektrischer Wandler vorgesehen sein, wobei das erste Paar einen als Sender ausgebildeten statorischen optoelektrischen Wandler und einen als Empfänger ausgebildeten rotatorischen optoelektrischen Wandler umfasst und wobei das zweite Paar einen als Empfänger ausgebildeten statorischen optoelektrischen Wandler und einen als Sender ausgebildeten rotatorischen optoelektrischen Wandler umfasst. In vorteilhafter Weise können mit dieser Ausführungsform beispielsweise sowohl Steuerdaten als auch Messdaten zwischen gegeneinander drehbeweglichen Bauteilen übertragen werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung vermittelt ein Diffusor einen optischen Pfad zwischen korrespondierenden optoelektrischen Wandlern eines ersten Wandlerpaares und zudem einen optischen Pfad zwischen korrespondierenden optoelektrischen Wandlern eines zweiten Wandlerpaares. Beispielsweise kann für eine bidirektionale Übertragung das erste Wandlerpaar einen als Sender ausgebildeten statorischen optoelektrischen Wandler und einen als Empfänger ausgebildeten rotatorischen optoelektrischen Wandler umfassen und das zweite Wandlerpaar einen als Empfänger ausgebildeten statorischen optoelektrischen Wandler und einen als Sender ausgebildeten rotatorischen optoelektrischen Wandler umfassen. Beide Wandlerpaare können aber auch für die Übertragung optischer Signale in gleicher Übertragungsrichtung vorgesehen sein. Erfindungsgemäß ist das optische Signal, das von einem als Sender ausgebildeten optoelektrischen Wandler eines Wandlerpaares erzeugt wird, mittels der als Empfänger ausgebildeten optoelektrischen Wandler aller Wandlerpaare unterscheidbar von irgendeinem optischen Signal, das von einem anderen als Sender ausgebildeten optoelektrischen Wandler erzeugt wird. Somit ist ein erstes Wandlerpaar korrespondierender optoelektrischer Wandler für die Übertragung eines ersten optischen Signals vorgesehen. Mindestens ein weiteres Wandlerpaar ist für die Übertragung mindestens eines weiteren optischen Signals vorgesehen, wobei optische Signale verschiedener Wandlerpaare voneinander unterscheidbar sind.
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In vorteilhafter Weise kann so ein einziger Diffusor die Übertragung mehrerer optischer Signale vermitteln. Somit kann die Konstruktion eines optischen Drehwandlers vereinfacht werden. Zudem können sowohl rotatorische als auch statorische optoelektrische Wandler platzsparender und flexibler angeordnet werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
- 1 schematisch eine perspektivische Darstellung optoelektrischer Wandler und eines hülsenförmigen Diffusors,
- 2 schematisch eine Querschnittsdarstellung optoelektrischer Wandler und eines hülsenförmigen Diffusors,
- 3 schematisch eine perspektivische Darstellung optoelektrischer Wandler und eines scheibenförmigen Diffusors,
- 4 schematisch eine Querschnittsdarstellung optoelektrischer Wandler und eines ringförmigen Diffusors,
- 5 schematisch eine perspektivische Darstellung optoelektrischer Wandler zur bidirektionalen Signalübertragung und eines hülsenförmigen Diffusors,
- 6 schematisch eine perspektivische Darstellung optoelektrischer Wandler zur bidirektionalen Signalübertragung und eines ringförmigen Diffusors,
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Welle 1, die um eine sich in Längsrichtung erstreckende Drehachse D drehbar in einem nicht näher dargestellten, zur Drehachse D drehfesten Gehäuse angeordnet ist. Auf der Welle 1 sind in eine radiale Richtung R nach außen auf das Gehäuse weisend rotatorische optoelektrische Wandler 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4 angeordnet, die mit der Welle 1 um die Drehachse D rotieren. Die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2 und 1.E.3, 1.S.4 sind jeweils entlang eines Umfangs auf der Mantelfläche der Welle 1 angeordnet. Die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1 und 1.E.3 sind als Empfänger ausgebildet und wandeln ein optisches Signal S.1, S.3 in ein elektrisches Signal. Die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.S.2 und 1.S.4 sind als Sender ausgebildet und wandeln ein elektrisches Signal in ein optisches Signal S.2, S.4.
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Am Gehäuse sind in radialer Richtung R auf die Welle 1 weisend statorische optoelektrische Wandler 2.S.1, 2.E.2, 2.S.3, 2.E.4 drehfest angeordnet. Die statorischen optoelektrischen Wandler 2.S.1, 2.E.2 und 2.S.3, 2.E.4 sind jeweils entlang eines Umfangs um die Welle 1 angeordnet. Die statorischen optoelektrischen Wandler 2.S.1 und 2.S.3 sind als Sender ausgebildet und wandeln ein elektrisches Signal in ein optisches Signal S.1, S.3. Die statorischen optoelektrischen Wandler 2.E.2 und 2.E.4 sind als Empfänger ausgebildet und wandeln ein optisches Signal S.2, S.4 in ein elektrisches Signal.
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Dabei bilden die optoelektrischen Wandler 1.E.1 und 2.S.1, die optoelektrischen Wandler 1.S.2 und 2.E.2, die optoelektrischen Wandler 1.E.3 und 2.S.3 und die optoelektrischen Wandler 1.S.4 und 2.E.4 jeweils ein Wandlerpaar P.1, P.2, P.3 und P.4 mit einem ersten und einem dazu korrespondierenden zweiten optoelektrischen Wandler, von denen jeweils ein optoelektrischer Wandler 2.S.1, 1.S.2, 2.S.3, 1.S.4 als Sender und der andere optoelektrische Wandler 1.E.1, 2.E.2, 1.E.3, 2.E.4 als Empfänger ausgebildet sind. Ein Wandlerpaar P.1 bis P.4 überträgt jeweils ein optisches Signal S.1 bis S.4. Die je zwei korrespondierenden optoelektrischen Wandler 1.E.1 und 2.S.1, 1.S.2 und 2.E.2, 1.E.3 und 2.S.3 sowie 1.S.4 und 2.E.4 sind in Längsrichtung so angeordnet, dass sie bei einem gewissen Drehwinkel der Welle 1 in radialer Richtung R fluchten.
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Um die Welle 1 sind zwei hülsenförmige Diffusoren 3, 3' so angeordnet, dass jeweils ein hülsenförmiger Diffusor 3, 3' die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2 beziehungsweise 1.E.3, 1.S.4 überdeckt. Somit sind die hülsenförmigen Diffusoren 3, 3' in radialer Richtung R jeweils zwischen korrespondierenden optoelektrischen Wandlern 1.E.1 bis 2.E.4 der Wandlerpaare P.1, P.2 sowie P.3, P.4 angeordnet. Die hülsenförmigen Diffusoren 3, 3' sind drehfest mit der Welle 1 verbunden, so dass sie mit der Welle 1 und den darauf angeordneten rotatorischen optoelektrischen Wandlern 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4 um die Drehachse D rotieren. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung können hülsenförmige Diffusoren aber auch mit dem Gehäuse und den statorischen optoelektrischen Wandlern 2.S.1, 2.E.2, 2.S.3, 2.E.4 drehfest verbunden, und somit drehbeweglich gegenüber der Welle 1 sein.
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Eine lichtdurchlässige innere Oberfläche 3.1, 3'.1 der hülsenförmigen Diffusoren 3, 3' weist in radialer Richtung R auf die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4. Eine lichtdurchlässige äußere Oberfläche 3.2, 3'.2 der hülsenförmigen Diffusoren 3, 3' weist in radialer Richtung R auf die statorischen optoelektrischen Wandler 2.S.1, 2.E.2, 2.S.3, 2.E.4.
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Die hülsenförmigen Diffusoren 3, 3' sind aus optisch streuendem Material gefertigt, so dass Licht von jedem Punkt der inneren Oberfläche 3.1, 3'.1 und/oder von jedem Punkt der äußeren Oberfläche 3.2, 3'.2 eingekoppelt werden kann. Eingekoppeltes Licht breitet sich infolge der optischen Streuung im Diffusor 3, 3' in dem Bereich zwischen der inneren Oberfläche 3.1, 3'.1 und der äußeren Oberfläche 3.2, 3'.2 gleichmäßig in alle Richtungen aus. Infolge dieser Streuung wird eingekoppeltes Licht flächig über sowohl die lichtdurchlässige innere Oberfläche 3.1, 3'.1 als auch über die lichtdurchlässige äußere Oberfläche 3.2, 3'.2 abgegeben. Die Lichtabgabe erfolgt im Wesentlichen homogen entlang jeder Oberfläche 3.1, 3.2, 3'.1, 3'.2 des Diffusors 3, 3'. Optisch kann ein Diffusor 3, 3', in den an einem beliebigen Punkt seiner Oberflächen 3.1, 3.2, 3'.1, 3'.2 Licht eingekoppelt wurde, als selbst leuchtendes Objekt mit näherungsweise homogener Lichtabstrahlung angesehen werden.
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Somit wird durch einen Diffusor 3, 3' ein optischer Pfad jeweils zwischen den korrespondierenden optoelektrischen Sensoren eines Wanderpaares P.1, P.2, P.3, P.4 ermöglicht, der unabhängig vom Drehwinkel der rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4 relativ zu den statorischen optoelektrischen Wandlern 2.S.1, 2.E.2, 2.S.3, 2.E.4 ist. Somit kann ein solcher optischer Pfad für die Übertragung eines optischen Signals S.1, S.2, S.3, S.4 zwischen dem Gehäuse und der Welle 1 unabhängig von der Drehbewegung der Welle 1 genutzt werden, wie anhand der 2 näher dargestellt wird.
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Hierzu ist jeweils ein optoelektrischer Wandler 1.E.1, 2.E.2, 1.E.3, 2.E.4 eines Wandlerpaares P.1, P.2, P.3, P.4 als optoelektrischer Empfänger zur Wandlung von Lichtenergie in elektrische Energie ausgebildet und zugleich der korrespondierende andere optoelektrische Wandler 2.S.1, 1.S.2, 2.S.3, 1.S.4 als optoelektrischer Sender zur Wandlung von elektrischer Energie in Lichtenergie ausgebildet. Ein optoelektrischer Sender 2.S.1, 1.S.2, 2.S.3, 1.S.4 kann als Licht emittierende Diode (LED) ausgebildet sein, die ein elektrisches Eingangssignal in ein optisches Signal S.1, S.2, S.3, S.4 wandelt. Ein optoelektrischer Empfänger 1.E.1, 2.E.2, 1.E.3, 2.E.4 kann als Fototransistor ausgebildet sein, der in invertierender, nicht-invertierender, differenzieller, schaltender oder in einer anderen, aus dem Stand der Technik bekannten Beschaltung so betrieben wird, dass das elektrische Ausgangssignal an dem Fototransistor 1.E.1, 2.E.2, 1.E.3, 2.E.4 invertiert, nicht-invertiert, von gleicher Amplitude oder amplitudenproportional zum elektrischen Eingangssignal der korrespondierenden LED 2.S.1, 1.S.2, 2.S.3, 1.S.4 ist.
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Die hülsenförmigen Diffusoren 3, 3' sind in Längsrichtung optisch voneinander getrennt und beabstandet, so dass keine Lichtübertragung zwischen den ersten und zweiten rotatorischen und statorischen optischen Wandlern 1.E.1, 1.S.2, 2.S.1, 2.E.2 einerseits und den dritten und vierten rotatorischen und statorischen optischen Wandlern 1.E.3, 1.S.4, 2.S.3, 2.E.4 andererseits möglich ist. Somit sind das erste und zweite Wandlerpaar P.1, P.2 optisch entkoppelt vom dritten und vierten Wandlerpaar P.3, P.4. Es kann somit nur jeweils das erste Wandlerpaar P.1 oder das zweite Wandlerpaar P.2 über den ersten Diffusor 3 ein optisches Signal S.1 beziehungsweise S.2 übertragen. Ebenso kann nur jeweils das dritte Wandlerpaar P.3 oder das vierte Wandlerpaar P.4 über den zweiten Diffusor 3' ein optisches Signal S.3 beziehungsweise S.4 übertragen.
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Mit dieser Ausführungsform der Erfindung ist somit durch den ersten Diffusor 3 vermittelt die Übertragung eines ersten optischen Signals S.1 vom Gehäuse zur Welle 1 über das erste Wandlerpaar P.1 und die Übertragung eines zweiten optischen Signals S.2 von der Welle 1 zum Gehäuse über das zweite Wandlerpaar P.2 möglich.
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Unabhängig von der Übertragung des ersten und des zweiten optischen Signals S.1, S.2 und insbesondere zeitgleich hierzu ist durch den zweiten Diffusor 3' vermittelt die Übertragung eines dritten optischen Signals S.3 vom Gehäuse zur Welle 1 über das dritte Wandlerpaar P.3 und die Übertragung eines vierten optischen Signals S.4 von der Welle 1 zum Gehäuse möglich.
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Ein optisches Signal S.1, S.2, S.3, S.4 kann als analoges, zeitdiskretes oder digitales Signal ausgebildet sein. In vorteilhafter Weise ist zur Übertragung eines analogen Signals der Diffusor 3, 3' aus besonders homogen streuendem Material gefertigt, so dass aus der rotatorischen Bewegung nur sehr geringe Unterschiede in der übertragenen Helligkeitsamplitude resultieren.
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Ein optisches Signal S.1, S.2, S.3, S.4 kann beispielsweise durch Pulsmodulationsverfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, zur Übertragung von Informationen zwischen der Welle 1 und dem Gehäuse genutzt werden.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem ein Stator 2 und eine hierzu um eine Drehachse D drehbewegliche Welle 1 einander gegenüberliegend und koaxial zur Drehachse D angeordnet sind. An der Stirnseite der Welle 1 ist ein scheibenförmiger rotatorischer Träger 1.1 zur Aufnahme rotatorischer optoelektrischer Wandler 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4 angeordnet, wobei jeweils ein erster und ein zweiter rotatorischer optoelektrischer Wandler 1.E.1, 1.S.2 sowie ein dritter und ein vierter rotatorischer optoelektrischer Wandler 1.E.3, 1.S.4 einander gegenüberliegend in gleichem Abstand zur Drehachse D auf einem Durchmesser des scheibenförmigen rotatorischen Trägers 1.1 angeordnet sind.
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Die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4 weisen zur gegenüberliegenden Stirnseite des Stators 2, auf der ein scheibenförmiger statorischer Träger 2.1 angebracht ist. Auf dem scheibenförmigen statorischen Träger 2.1 sind zum rotatorischen scheibenförmigen Träger 1.1 weisend statorische optoelektrische Wandler 2.S.1, 2.E.2, 2.S.3, 2.E.4 angeordnet, wobei jeweils ein erster und ein zweiter statorischer optoelektrischer Wandler 2.S.1, 2.E.2 sowie ein dritter und ein vierter statorischer optoelektrischer Wandler 2.S.3, 2.E.4 einander gegenüberliegend in gleichem Abstand zur Drehachse D auf einem Durchmesser des scheibenförmigen statorischen Trägers 2.1 angeordnet sind.
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Die radialen Abstände des ersten und zweiten statorischen optoelektrischen Wandlers 2.S.1, 2.E.2 sowie des dritten und vierten statorischen optoelektrischen Wandlers 2.S.3, 2.E.4 von der Drehachse D sind gleich gewählt zu den radialen Abständen des ersten und zweiten rotatorischen optoelektrischen Wandlers 1.E.1, 1.S.2 beziehungsweise des dritten und des vierten rotatorischen optoelektrischen Wandlers 1.E.3, 1.S.4.
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Somit bilden die optoelektrischen Wandler 1.E.1 und 2.S.1, die optoelektrischen Wandler 1.S.2 und 2.E.2, die optoelektrischen Wandler 1.E.3 und 2.S.3 und die optoelektrischen Wandler 1.S.4 und 2.E.4 jeweils ein Wandlerpaar P.1, P.2, P.3 und P.4 mit einem ersten und einem dazu korrespondierenden zweiten optoelektrischen Wandler, die jeweils einem gewissen Drehwinkel der Welle 1 in Längsrichtung fluchten.
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Zwischen dem rotatorischen und dem statorischen scheibenförmigen Träger 1.1, 1.2 sind koaxial zur Drehachse D ein erster äußerer ringförmiger Diffusor 3 und ein zweiter innerer ringförmiger Diffusor 3' so angeordnet, dass der äußere ringförmige Diffusor 3 die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2 und der innere ringförmige Diffusor 3' die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.3, 1.S.4 überdeckt. Somit sind die ringförmigen Diffusoren 3, 3' in Längsrichtung, also in Richtung der Drehachse D, jeweils zwischen korrespondierenden optoelektrischen Wandlern der Wandlerpaare P.1, P.2 sowie P.3, P.4 angeordnet.
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Die ringförmigen Diffusoren 3, 3' können drehfest mit der Welle 1 oder mit dem Stator 2 verbunden sein. Es ist auch möglich, dass die ringförmigen Diffusoren 3, 3' drehbeweglich sowohl zur Welle 1 als auch zum Stator 2 sind. Ferner ist es möglich, dass ein erster ringförmiger Diffusor 3, 3' drehfest mit der Welle 1 gekoppelt ist und ein zweiter ringförmiger Diffusor 3, 3' drehfest mit dem Stator 2 gekoppelt ist.
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Eine lichtdurchlässige wellenseitige Oberfläche 3.1, 3'.1 der ringförmigen Diffusoren 3, 3' weist in Längsrichtung auf die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4. Eine lichtdurchlässige statorseitige Oberfläche 3.2, 3'.2 der ringförmigen Diffusoren 3, 3' weist in Längsrichtung auf die statorischen optoelektrischen Wandler 2.S.1, 2.E.2, 2.S.3, 2.E.4.
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Die ringförmigen Diffusoren 3, 3' sind aus optisch streuendem Material gefertigt, so dass Licht von jedem Punkt der wellenseitigen Oberfläche 3.1, 3'.1 und/oder von jedem Punkt der statorseitigen Oberfläche 3.2, 3'.2 eingekoppelt werden kann. Eingekoppeltes Licht breitet sich infolge der optischen Streuung im Diffusor 3, 3' in dem Bereich zwischen der wellenseitigen Oberfläche 3.1, 3'.1 und der statorseitigen Oberfläche 3.2, 3'.2 im Wesentlichen gleichmäßig in alle Richtungen aus. Infolge dieser Streuung wird eingekoppeltes Licht flächig über sowohl die lichtdurchlässige wellenseitige Oberfläche 3.1, 3'.1 als auch über die lichtdurchlässige statorseitige Oberfläche 3.2, 3'.2 abgegeben. Die Lichtabgabe erfolgt im Wesentlichen homogen entlang jeder Oberfläche 3.1, 3'.1, 3.2, 3`.2 des Diffusors 3,3'.
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Somit wird durch einen Diffusor 3, 3' ein optischer Pfad jeweils zwischen den korrespondierenden optoelektrischen Sensoren eines Wanderpaares P.1, P.2, P.3, P.4 ermöglicht, der unabhängig vom Drehwinkel der Welle 1 und somit auch unabhängig vom Drehwinkel der rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1, 1.S.2, 1.E.3, 1.S.4 relativ zu den statorischen optoelektrischen Wandlern 2.S.1, 2.E.2, 2.S.3, 2.E.4 ist. Somit kann ein solcher optischer Pfad für die Übertragung eines optischen Signals S.1, S.2, S.3, S.4 zwischen dem Gehäuse und der Welle 1 unabhängig von der Drehbewegung der Welle 1 genutzt werden, wie in 4 dargestellt. Die Erzeugung der optischen Signale S.1, S.2, S.3, S.4 aus elektrischen Signalen durch als Sender ausgebildete optoelektrische Wandler 2.S.1, 1.S.2, 2.S.3, 1.S.4 und die Wandlung der optischen Signale S.1, S.2, S.3, S.4 in elektrische Signale mittels als Empfänger ausgebildeter optoelektrischer Wandler 1.E.1, 2.E.2, 1.E.3, 2.E.4 erfolgt in analoger Weise zu dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel.
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Die ringförmigen Diffusoren 3, 3' sind in radialer Richtung R optisch voneinander getrennt, so dass keine Lichtübertragung zwischen den ersten und zweiten rotatorischen und statorischen optischen Wandlern 1.E.1, 1.S.2, 2.S.1, 2.E.2 einerseits und den dritten und vierten rotatorischen und statorischen optischen Wandlern 1.E.3, 1.S.4, 2.S.3, 2.E.4 andererseits möglich ist. Somit sind das erste und zweite Wandlerpaar P.1, P.2 optisch entkoppelt vom dritten und vierten Wandlerpaar P.3, P.4.
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5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das sich von dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass ein einziger hülsenförmiger Diffusor 3 koaxial zur Drehachse D zwischen rotatorischen und statorischen optoelektrischen Wandlern 1.E.1 bis 2.E.4 angeordnet ist. Die optoelektrischen Wandler 1.E.1 bis 2.E.4 bilden Wandlerpaare P.1 bis P. 4 von korrespondierenden statorischen und rotatorischen Wandlern, wobei eine Mehrzahl von Wandlerpaaren P.1, P.3 für die Übertragung optischer Signale S.1, S.3 vom Gehäuse auf die Welle 1 sowie eine Mehrzahl von Wandlerpaaren P.2, P.4 für die Übertragung optischer Signale S.2, S.4 von der Welle 1 auf das Gehäuse vorgesehen ist.
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Erfindungsgemäß sind die Wandlerpaare P.1 bis P.4 so ausgebildet, dass die damit übertragenen optischen Signale S.1 bis S.4 unterscheidbar sind. So ist ein optisches Signal S.1, das vom statorischen Sender 2.S.1 des ersten Wandlerpaares P.1 über den gemeinsamen Diffusor 3 übertragen wird, nur von dem korrespondierenden rotatorischen Empfänger 1.E.1 empfangbar. In gleicher Weise ist die selektive Empfangbarkeit für jedes von den weiteren Wandlerpaaren P.2 bis P.4 übertragene optische Signal S.2 bis S.4 ausgebildet. Da ein einziger Diffusor 3 die simultane Übertragung einer Mehrzahl optischer Signale S.1 bis S.4 vermitteln kann, ist eine einfachere Konstruktion und eine kostengünstigere Herstellung eines Drehwandlers möglich.
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Für eine selektive Empfangbarkeit können die optischen Signale S.1 bis S.4 unterschiedliche spektrale Eigenschaften, beispielsweise unterschiedliche Farben oder Farbkombinationen, aufweisen. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen, beispielsweise Farbfilter oder Polarisationsfilter, sowie Verfahren, beispielsweise Modulationsverfahren, für optoelektrische Wandler bekannt, die für die Erzeugung und den selektiven Empfang unterscheidbarer Signale über einen gemeinsamen optischen Pfad geeignet sind.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einem einzelnen, simultan zur Übertragung aller optischen Signale S.1 bis S.4 genutzten Diffusor 3. Der Diffusor 3 kann drehfest mit der Welle 1 oder drehfest mit dem Stator 2 verbunden sein oder aber drehbeweglich gegenüber sowohl dem Stator 2 als auch gegenüber der Welle 1 sein.
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Diese Ausführungsform unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach den 3 und 4 dadurch, dass die rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1 bis 1.S.4 sowie die statorischen optoelektrischen Wandler 2.S.1 bis 2.E.4 in gleichem radialen Abstand zur Drehachse D auf dem rotatorischen beziehungsweise auf dem statorischen scheibenförmigen Träger 1.1, 2.1 angeordnet sind. Ein einziger ringförmiger Diffusor 3 ist zwischen den scheibenförmigen Trägern 1.1, 2.1 so angeordnet, dass die wellenseitige Oberfläche 3.1 alle rotatorischen optoelektrischen Wandler 1.E.1 bis 1.S.4 überdeckt und die statorseitige Oberfläche 3.2 alle statorischen optoelektrischen Wandler 2.S.1 bis 2.E.4 abdeckt. Die selektive Empfangbarkeit der simultan über den Diffusor 3 übertragenen optischen Signale S.1 bis S.4 kann in gleicher Weise hergestellt werden wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 5. Es ist ohne Änderung des optischen Prinzips auch möglich, zwei in Längsrichtung deckungsgleiche ringförmige Diffusoren 3 vorzusehen, die jeweils mit der Welle 1 und mit dem Stator 2 drehfest verbunden sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4953932 [0002]
- US 4492427 [0003]
- US 5016961 [0004]
