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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft ein Strahlführungselement sowie ein System zur Datenübertragung in optischen Systemen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Für Hochleistungs-Lichtleitkabel (LLK) ist aus Gründen der Arbeitssicherheit ein Schutz vor unkontrolliert austretender Laserstrahlung vorgeschrieben. Daher empfiehlt sich ein Sicherheitssystem zur Bruchüberwachung von Lichtleitkabeln, da bei einer Beschädigung (z.B. Faserbruch) gefährliche Mengen Laserlicht freigesetzt werden, welches bei Auftreffen auf den menschlichen Organismus irreversible Schäden hervorrufen kann. Daher soll schon im Falle einer Beschädigung eines LLK ein Sicherheitssystem auslösen und den Laser abschalten.
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Aus dem Stand der Technik sind Lösungen zur LLK-Bruchüberwachung bekannt. So offenbart die
DE 19806629 A1 ein Verfahren zur Überwachung des Biegeradius und zur Bruchüberwachung von Lichtleitkabeln und ein Lichtleitkabel zur Anwendung dieses Verfahrens. Die Überwachung erfolgt durch mindestens eine zusätzlich zur Hauptlichtleitfaser in das Lichtleitkabel eingebrachte Lichtleitfaser, die mit einem Empfangssystem ausgestattet ist. Die Veränderung von durch die Überwachungsfaser gesendeter Strahlung wird zur Feststellung von zu starker Biegung oder zur Feststellung eines Bruches verwendet. Bei der Feststellung eines gefährlichen Zustandes wird ein Warnsignal ausgegeben bzw. die Leistungsübertragung abgeschaltet.
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In der
DE 20 2005 005 869 U1 wird eine Versorgungsleitung offenbart, insbesondere Schlauchpaket für einen Industrieroboter, mit einer Anzahl von Kabeln und/oder Leitungen sowie mit einem integrierten Überwachungssensor zur Überwachung der Verformung der Versorgungsleitung, der eine claddingfreie Lichtleiterfaser umfasst, die von einer Ummantelung derart umgeben ist, dass diese bei Krafteinwirkung gegen die Lichtleiterfaser gepresst wird, wobei die Lichtleiterfaser mit einer Einspeisestelle zum Einkoppeln von Licht sowie mit einer Auswerteeinrichtung verbindbar ist.
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In der
EP 1 662 288 A1 (entsprechend
DE 20 2005 018 553 U1 ) wird eine Schutzeinrichtung für eine Lichtleitfaser offenbart, bestehend aus einem Schutzschlauch, mindestens einer durch den Schutzschlauch geführten elektrischen Leiterschleife mit einer definierten elektrischen Impedanz und einer besonderen Isolation der Leiterschleife, wobei a. der Schutzschlauch einen zwei- oder mehrlagigen Aufbau besitzt, bestehend aus einer inneren Lage aus einem optisch transparenten, elektrisch isolierenden Material sowie mindestens einer darüber liegenden Lage aus einem nicht-transparenten Material, b. eine Leiterschleife zusätzlich zur Lichtleitfaser durch den Schlauch geführt ist, bestehend aus zwei gegeneinander isolierten elektrischen Leitern, die an einem Ende des Schlauches über eine definierte elektrische Impedanz und am anderen Ende mit einer die Impedanz kontrollierenden Messeinheit verbunden sind, c. wobei die Isolation der beiden elektrischen Leiter so gewählt ist, dass sie durch die Wärmewirkung von austretendem Licht bei einem Bruch der Lichtleitfaser oder durch die Strahlung, entweder zur Beeinflussung der elektrischen Leiter oder zu einem direkten Kontakt der elektrischen Leiter führt oder mindestens einer der elektrischen Leiter durchtrennt wird, und d. eine Änderung des Widerstandes durch die Messeinheit detektierbar ist.
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Damit beruht die LLK-Bruchüberwachung derzeit auf der Detektion elektrischer Parameter durch im Lichtleitkabel integrierter Überwachungselemente, wie beispielswiese zwei oder drei elektrischen Leitern, welche durch eine Isolation voneinander getrennt sind, die ihre Eigenschaft bei Bestrahlung mit Laserlicht ändern.
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Neben der Überwachungsfunktion ist eine Datenübertragung entlang des Strahlführungssystems erwünscht. Diese Daten umfassen Steuersignale für angeschlossene oder verbundene Systeme, aber auch Daten, welche von Sensoren übermittelt werden oder Daten, welche Eigenschaften angeschlossener Systeme beinhalten. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden diese Daten auch als Nutzdaten bezeichnet.
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Zur Übertragung derartiger Daten können zusätzliche, separat laufende Datenleitungen verwendet werden. Ein Nachteil einer derartigen Lösung ist die umständliche Handhabbarkeit für den Anwender.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein optisches System zur Verfügung zu stellen, bei dem Nutzerdaten auch ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand für den Anwender übertragen werden können.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die vorlegende Erfindung stellt ein optisches Strahlführungselement zur Verfügung, umfassend eine Schnittstelle zum Einkoppeln und/oder eine Schnittstelle zum Auskoppeln von Daten und zumindest einen ersten Datenkanal zur Übertragung von Daten.
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In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Strahlführungselement zumindest einen ersten elektrischen Kanal und einen zweiten elektrischen Kanal oder optischen Kanal.
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Weiterhin kann das Strahlführungselement auch einen optischen Kanal als zweiten Datenkanal umfassen.
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Es ist erfindungsgemäß auch vorgesehen, dass in dem Strahlführungselement als erster Datenkanal eine elektrische Leitung zur Ansteuerung einer Quelle des zweiten Datenkanals angeordnet ist und als zweiter Kanal eine elektrische Leitung oder in dem Strahlführungselement angeordnet ist.
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In einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform des Strahlführungselement ist vorgesehen, dass der zweite Datenkanal die an einem Ende des Strahlführungselements angeordnete Quelle zur Erzeugung eines elektrischen Signals, einer elektromagnetischen Welle oder eines optischen Signals mit einem am jeweils anderen Ende des Strahlführungselements angeordneten Detektor verbinden kann.
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Weiterhin kann das Strahlführungselement mindestens eine Steckverbindung zur Übertragung von Nutzdaten, Kommunikation mit Sensoren und/oder Aktoren, der elektrischen Ansteuerung der Quelle an einem Ende des Strahlführungselements und/oder des Signals von der Quelle zum Detektor und/oder des Signals des Detektors umfassen.
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Erfindungsgemäß ist in einem weiteren Aspekt vorgesehen, dass die Quelle in einer an das Strahlführungselement angeschlossenen Steckverbindung angeordnet ist oder in dem Strahlführungselement selber.
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Die Erfindung umfasst auch eine Ausführungsform, bei welcher eine mit dem Strahlführungselement verbundene Steckverbindung elektrische und/oder optische Kanäle unterbricht.
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Das Strahlführungselement kann weiterhin Steckverbindungen an beiden Enden für beide Kanäle zur Verbindung mit weiteren Strahlführungselementen umfassen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Strahlführungselement mindestens einen Überwachungskanal als Datenleitung oder separate Datenleitungen entlang des Systems umfassen.
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Ein weiteres Objekt der vorliegenden Erfindung ist ein Strahlführungssystem, welches aus wenigstens zwei miteinander verbundenen Strahlführungselementen, wie zuvor beschrieben, besteht oder miteinander verbundenen Strahlführungskomponenten besteht, umfassend Strahlführungselemente, wie zuvor beschrieben.
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Weiterhin umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Übertragung von Daten, in optischen Systemen umfassend die Schritte:
- a. Einkoppeln von Daten in eine Schnittstelle eines Strahlführungselements;
- b. Übertragung der Daten mittels eines ersten und/oder einen zweiten Datenkanals, welche innerhalb des Strahlführungselements angeordnet sind
- c. Auskoppeln der Daten aus einer Schnittstelle eines Strahlführungselements.
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Das erfindungsgemäße umfasset auch die Verwendung elektrischer Leiter als ersten Datenkanal.
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Weiterhin kann bei dem Verfahren der zweite Datenkanal eine Kontrollfaser oder eine elektrische Leitung sein.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht weiterhin vor, dass Daten über den ersten Datenkanal elektrisch übertragen werden und Daten über den zweiten Datenkanal elektrisch, optisch oder elektromagnetisch übertragen werden.
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Weiterhin können bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die zu übertragenden Daten innerhalb und/oder außerhalb des Strahlführungselements erzeugt werden.
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Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die zu übertragenden Daten in einer mit dem Strahlführungselement verbundenen Steckverbindung erzeugt werden.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung des zuvor beschrieben Verfahrens in einem Strahlführungssystem umfassend wenigstens zwei miteinander verbundene Strahlführungselemente wie zuvor beschrieben.
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Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung eines Strahlführungselements wie zuvor beschrieben oder eines Strahlführungselements gemäß den vorstehenden Ausführungen zur Übertragung von Daten in einem optischen System.
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Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich ohne weiteres aus der folgenden detaillierten Beschreibung, in der einfach bevorzugte Ausführungsformen und Implementierungen dargestellt sind. Die vorliegende Erfindung kann auch in anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen verwirklicht werden und ihre verschiedenen Details können in verschiedenen, offensichtlichen Aspekten modifiziert werden, ohne Lehre und Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als veranschaulichend und nicht als einschränkend anzusehen. Zusätzliche Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt und werden teilweise aus der Beschreibung offensichtlich oder können der Ausführung der Erfindung entnommen werden.
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Figurenliste
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren näher dargestellt. Dabei ist für den Fachmann offensichtlich, dass es sich nur um mögliche, beispielhafte Ausführungsformen handelt, ohne dass die Erfindung auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt wird. Es zeigt:
- 1 Lichtleitkabel mit Leistungsfaser, sowie elektrischem Kanal und Kontrollfaser
- 2 Lichtleitkabel mit zweitem Koaxialkabel als zweiten elektrischen Kanal
- 3 Schematische Darstellung einer redundanten und diversitären Übergabestelle
- 4 Schematische Darstellung redundant ausgeführter Stecküberwachung an der Übergabestelle
- 5 Hintereinanderschaltung von Strahlführungskomponenten
- 6 Aufbau eines Datenübertragungsweges bei Sub-Systemen
- 7 Schematischer Aufbau Auswerteeinheit
- 8 Aufbau Datenpaket
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die zuvor formulierte Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche decken weitere spezifische Ausführungsformen der Erfindung ab.
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Die Begriffe Strahlführungselemente und optische Elemente werde im Zusammenhang mit der Beschreibung der vorliegenden Erfindung synonym verwendet. Beides kann ein Lichtleitkabel oder einen Verbindungsstecker für Lichtleitkabel bezeichnen. Weiterhin fallen unter diese Begriffe auch Stecker oder Verbindungen zum Ein- und Auskoppeln von Laserstrahlung. Ein optisches System ist aus Strahlführungselementen bzw. Optischen Elementen gebildet.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Elemente, welche für eine Bruchüberwachung für ein Lichtleitkabel (LLK) oder ein Strahlführungssystem genutzt werden, zusätzlich für die Übertragung von Nutzdaten verwendet werden oder innerhalb eines Strahlführungssystems separate Elemente für den Datentransport vorgesehen werden.
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Ein Kanal ist im Sinne der vorliegenden Anmeldung bezeichnet einen Teil des gesamten Sicherheitskanals der Erfindung, welcher somit immer aus zumindest zwei Kanälen besteht und zur Übertragung von Nutzdaten - also Daten unabhängig von der Überwachungsfunktion - verwendet wird. Der gesamte Sicherheitskanal ist in die Teile des Strahlführungssystems integriert, z.B. Lichtleitkabel, Lichtleitstecker, etc.). Die vorliegende Erfindung stellt somit einen Sicherheitskanal zur Verfügung, welcher auch noch bei Ausfall eines Kanals die Sicherheit eines in Betrieb befindlichen Systems gewährleistet. Der zweikanalige Sicherheitskanal erhöht somit die Zuverlässigkeit bei der Detektion in dem Sinne, dass tatsächlich nur abgeschaltet wird, wenn eine Beschädigung vorliegt und nicht auch dann schon, wenn eine Fehlfunktion eines singulären Überwachungskanals vorliegt. Die zumindest zwei Kanäle als Teil eines erfindungsgemäßen Sicherheitskanals können sowohl in ihrer Funktion und Arbeitsweise unterschiedlich oder gleich sein. Jeder Kanal befindet sich innerhalb des Schutzschlauchs, also in der direkten Nähe der Leistungsfaser. Es sind allerdings separate Teile, also keine Bestandteile der Leistungsfaser.
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Ein Kanal als Teil des Sicherheitskanals, welcher zur Übertragung von Nutzdaten verwendet werden kann, ist beispielsweise ein elektrischer Kanal, welcher entlang des Strahlführungssystems verläuft und eigenständig in der Lage ist Daten zu übertragen.
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Die Geometrie der elektrischen Leiter ist nicht begrenzt, also mögliche Ausführungen sind mehrere separate Leiter, ein mindestens zweiadriges Kabel oder die Leitungen können koaxial zu einander liegen.
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Ein optischer Kanal als Teil eines erfindungsgemäßen Sicherheitskanals ist eine Kombination aus mindestens einer separaten, so genannten Überwachungsfaser die neben der Leistungsfaser im Schutzschlauch eingezogen wird und den dazu benötigten Koppelelementen sowie für die elektrische Weiterleitung und Verarbeitung benötigte Wandler. Mindestens ein Material der Überwachungsfaser ist so gewählt, dass es die Wellenlänge der Hochleistungslaserstrahlung absorbiert, also mindestens ein Material aus Kern, Mantel, Schutzbeschichtung oder äußerer Hülle. Durch die Überwachungsfaser wird zur Überwachung oder auch zur Übertragung von Nutzdaten Licht geleitet. Der optische Kanal verläuft entlang des Strahlführungssystems und ist eigenständig in der Lage neben der Sicherheitsfunktion auch Nutzdaten zu übertragen.
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Die Weiterleitung innerhalb des Strahlführungssystems als auch zur Auswerteeinheit kann eine Wandlung der optischen Signale in elektrische Signale (und umgekehrt) beinhalten.
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Bei diesen Elementen handelt es sich beispielsweise um Überwachungselemente, welche mehrkanalig sein können. Der Begriff „mehrkanalig“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Elemente zumindest zwei Kanäle verwenden, wie es beispielsweise mit einem elektrischen und einem optischen Kanal oder zwei elektrischen Kanälen erfolgt.
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Bei der Nutzung von Elementen, die zur Sicherheitsüberwachung des optischen Systems verwendet werden ist darauf zu achten, dass diese Sicherheitsunktion nicht durch die Übertragung der Nutzdaten beinträchtig wird.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung werden im Folgenden anhand von Figuren die Sicherheitskomponenten dargestellt und beschrieben, so dass deren Nutzung zur Datenübertragung leichter verständlich ist. Dabei werden die Worte Kanal und Datenkanal als gleichbedeutend verwendet.
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1 zeigt eine Ausführungsform, bei der das Lichtleitkabel mit einem Schutzschlauch 1 ummantelt ist und neben der Leistungsfaser 5 eine weitere sogenannte Kontrollfaser 15 innerhalb derselben Schutzummantelung verlegt wird sowie eine Quelle 25 und ein Detektor 30 in den LLK-Stecker 20 bzw. LLK-Aufnahmen 35 hinzugefügt werden. Für die Kontrollfaser gilt, dass diese so zu verlegen ist, dass sie bei einer Beschädigung der Leistungsfaser ebenfalls beschädigt wird, um eine zuverlässige Detektion zu gewährleisten. Die Kontrollfaser leitet eine elektromagnetische Welle, die durch eine Quelle / (einen) Sender generiert wird, von einem Ende des Lichtleitkabels an das Andere. Das andere Ende der Kontrollfaser wird mit einem Detektor /Empfänger abgeschlossen. Dieser erkennt ob die Kontrollfaser intakt ist, wenn die von der Quelle ausgesendete Welle am Detektor korrekt empfangen wird.
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Dabei bildet das Koaxialkabel 1 den ersten Überwachungskanal 10 und die Kontrollfaser 15 einen zweiten Überwachungskanal entlang der Leistungsfaser 5. Beide Kanäle verwenden für die Signalleitung der Überwachungssignale unterschiedliche Medien (elektrisch und optisch) und bilden somit eine echte Diversität und Redundanz.
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Bei der Realisierung dieses Konzeptes muss gewährleistet werden, dass eine geeignete Kontrollfaser 15 eingesetzt wird. Hier sind insbesondere die Absorption der Kontrollfaser 15 im Wellenlängenbereich der in der Leistungsfaser 5 transportierten Leistung sowie das Übersprechen (optisches Einkoppeln) von Leistungsfaser in Kontrollfaser zu betrachten.
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Ein Übersprechen von der Leistungsfaser 5 in die Kontrollfaser 15 kann durch ein geeignetes Signalmuster, welches von der Quelle 25 generiert wird, vom Signal der Leistungsfaser 5 separiert werden. Ein geeignetes Signalmuster ist jede Eigenschaft des von der Quelle 25 generierten Lichtes, welches sich von den Eigenschaften des in der Leistungsfaser 5 transportierten Lichtes unterscheidet. Dies kann zum Beispiel eine bestimmte Wellenlänge, eine Kombination verschiedener Wellenlängen oder die Modulation des von der Quelle erzeugten Signales sein.
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Durch die geeignete spektrale Wahl der Quelle sowie des Detektors als auch durch Ummantelung der Kontrollfaser kann ein Übersprechen minimiert werden.
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Der Zugang zu den Signalen oder Nutzdaten kann sowohl durch separat aus dem LLK-Stecker 20 herausgeführte Anschlusskabel (Stecker 40 in 1) als auch direkt durch die Kontaktierung der Stecküberwachung in der LLK-Aufnahme 35 realisiert werden.
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Die Stecküberwachung ist eine Vorrichtung, die überwacht, ob das Ende des Lichtleitkabels oder Strahlführungssystems ordnungsgemäß in die dazu passende Aufnahme gesteckt ist.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der in das Lichtleitkabel (LLK) neben der Leitungsfaser 5 und dem bereits vorhandenen (Koaxial)Kabel 1 10 zur Bruchüberwachung ein weiteres (Koaxial)Kabel 2 45 anstelle der Kontrollfaser 15 zur Bruchüberwachung hinzugefügt wird und somit den zweiten Kanal des Überwachungssystems bildet. Die Auswertung beider Kanäle kann hierbei auf verschiedene Arten ausgelegt werden. Eine Möglichkeit ist die parallele Auswertung beider Kanäle. Hierfür können bewährte Auswerteprinzipien verwendet werden. Der LLK-Stecker 20 wird mit LLK-Aufnahme 35 verbunden, in welchem Impedanz 1 50 mit dem Koaxialkabel 1 10 verbunden wird und Impedanz 2 55 mit dem Koaxialkabel 2 45.
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3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer redundanten und diversitären Übergabestelle zwischen z.B. LLK-Stecker 20 und LLK-Aufnahme 35. Dabei gehen beide Überwachungskanäle an der Übergabestelle an die nächste Komponente des Strahlführungssystems über. Dabei wurde die Quelle/Sender 25 aus dem LLK-Stecker 20 in die LLK-Aufnahme 35 verlegt. Durch die Übergabe des elektrischen Kanals, ausgeführt als Koaxialkabel 1 10 und des optischen Kanals (Kontrollfaser 15) bietet die Stecküberwachung nun den Vorteil der Zweikanaligkeit und Diversität. Mögliche Störungen, wie z.B. das Kurzschließen der elektrischen Kontakte des Faser-Steckers (bzw. unabsichtliches Abschließen mit der Abschluss-Impedanz) führen dadurch nicht zum Ausfall der Sicherheitsfunktion.
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Neben der elektrischen Verbindung muss auch eine definierte optische Kopplung zwischen Quelle/Sender und dem Überwachungselement im LLK gewährleistet werden.
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4 zeigt eine redundant ausgeführte Stecküberwachung. Der Aufbau entspricht der Beschreibung in 2. Hierbei sind beide Kanäle elektrisch ausgeführt. Die Verschaltung der in 4 gezeigten Stecküberwachung stellt eine mögliche Variante dar. Dabei unterbricht die Stecküberwachung beide Kanäle der im LLK integrierten Bruchüberwachung. Diese Unterbrechung kann durch eine geeignete Auswertung detektiert werden.
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In 5 ist ein LLK mit Stecker 20 dargestellt, das über zwei Überwachungskreise verfügt, wie oben beschrieben. Beide werden an der LLK-Aufnahme an die nächste Komponente 65 des Strahlführungssystems (auch Sub-System) übergeben. Es ist ein Koaxialkabel 1 10 als erster Kanal und eine Kontrollfaser 15 als zweiter Kanal dargestellt. Die in 5 beschriebene Ausführungsform bezieht sich auf die Verbindung weiterer Sub-Systeme an die oben beschriebenen Ausführungsformen und somit die Realisierung einer Hintereinanderschaltung von Sub-Systemen ohne die Schwächung der Anforderungen an die Sicherheit. Damit verläuft die durchgehende, redundante Überwachung über die Verbindung zweier Sub-Systeme hinweg.
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Die Summe der Sub-Systeme bildet das Strahlführungssystem, welches auch als System bezeichnet wird.
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Eine Quelle 25 erzeugt geeignete elektrische Signale, die in einen Überwachungskanal eingespeist werden. Das zweite Überwachungselement bildet dabei den zweiten Kanal (beziehungsweise Rückkanal). Dieser kann sowohl optisch (s.o.) als auch elektrisch (s.o.) ausgelegt sein. Durch die Rückführung des Signals über den Überwachungskanal 2 ist es möglich, die Einspeisung sowie die Auswertung der Überwachungssignale am gleichen Ende des Strahlführungssystems anzuordnen.
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Das Strahlführungssystem muss so ausgelegt werden, dass es entweder nur eine Kopplung zwischen den beiden Überwachungskanälen am Ende der Überwachungskette gibt, oder beide Überwachungskanäle separat ausgewertet werden.
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Bei mehreren miteinander verbundenen Sub-Systemen ist es vorteilhaft, eine Steuerung und Zustandsüberwachung der beteiligten Komponenten zu realisieren. Dafür wird eine Datenübertragung entlang des Strahlführungssystems benötigt. Im einfachsten Fall könnte dies durch eine separat laufende Verdrahtung realisiert werden (Stand der Technik), welche jedoch für den Anwender umständlich zu handhaben ist.
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Die Erfindung integriert einen Datenübertragungsweg in die beteiligten Strahlführungskomponenten. Diese Integration ermöglicht zudem die Entwicklung von Komponenten mit erhöhtem Funktionsumfang. So kann zum Beispiel die Integration zusätzlicher Sensorik, Datenspeicher, Aktorik etc. in die Komponenten des Strahlführungssystems realisiert werden welche ohne zusätzlichen Aufwand des Anwenders angesteuert, beziehungsweise ausgelesen werden können.
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Durch die Verwendung intern geführter Datenübertragungskanäle kann eine Intermodul-Kommunikation entlang des Strahlführungssystems realisiert werden. Dadurch wird der Transport und Austausch von Nutzdaten ermöglicht.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Nutzdaten entlang des Strahlführungssystems (Lichtleitkabel, LLK-Koppler, etc.) verteilt. Das Verteilen der Daten beinhaltet neben einem reinen passiven Datentransport (welcher unabhängig davon zusätzlich möglich ist) eine direkte Einbindung der beteiligten Sub-Systeme als aktive Komponenten (in 5 als optionales Kommunikationsmodul 60 bezeichnet) in das dadurch entstandene Netzwerk.
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Die Sub-Systeme welche nun das Netzwerk bilden, können sowohl passiv (reiner Datentransport, keine Manipulation des Datenstroms) als auch aktiv (Teilnahme am Datenaustausch) ausgeführt werden. Ist zum Beispiel das Lichtleitkabel oder eine andere Komponente des Strahlführungssystems ein aktiver Teilnehmer der Datenübertragung, kann es Nutzdaten (z.B. Seriennummer, Typ, Sensordaten o.a.) aus dem Datenstrom empfangen, verarbeiten und/oder in den Datenstrom einspeisen. Ebenso verhält es sich mit allen anderen angeschlossenen Sub-Systemen.
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Als Nutzdaten werden alle Arten von Daten bezeichnet, die nichts mit der Aufrechterhaltung der Sicherheitsfunktion zu tun haben. Dies können beliebige Daten aller angeschlossener Sub-Systeme und ihrer Peripherie sein. Dazu gehören sowohl Steuersignale für die Bedienung der Sub-Systeme als auch Sensordaten.
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Eine Möglichkeit der Teilnahme am Datenstrom wäre zum Beispiel die Integration zusätzlicher Datenleitungen in das Lichtleitkabel sowie die Herausführung über zusätzliche Anschlüsse am Lichtleitkabelstecker. Dies beinhaltet jedoch den Nachteil zusätzlicher Elemente im Lichtleitkabel und im Stecker. Der Vorteil dieser Möglichkeit ist die Unabhängigkeit des Datentransports von der Sicherheitsüberwachung.
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Eine andere Möglichkeit ist die Anschlüsse und Verbindungen für die Datenübertragung zu nutzen, welche für den LLK-Sicherheitskreis ohnehin integriert sind. Die dafür zusätzlich benötigten Elemente zum Ein- und Auskoppeln der Daten dürfen die Sicherheitsfunktion nicht beeinträchtigen.
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Die Übertragung der Nutzdaten kann dabei Teile der Sicherheitsfunktion oder sogar die Sicherheitsfunktion komplett übernehmen. Dies kann zum Beispiel durch einen kombinierten Datenstrom aus Sicherheits- und Nutzdaten erfolgen.
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Sollen bislang passive (bezüglich Teilnahme am Datenverkehr) Komponenten (z.B. Lichtleitkabel) zu aktiven Komponenten werden, so muss eine Energieversorgung für die aktiven Teile gewährleistet werden. Diese kann über separate Anschlüsse erfolgen oder in begrenztem Umfang über die Datenleitungen selbst realisiert werden.
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6 zeigt einen möglichen prinzipiellen Aufbau des Datenübertragungsweges anhand der Sub-Systeme 4, 85 und Sub-System 5, 90. Hierbei ist beispielhaft ein redundant diversitäres Sicherheitssystem aus Überwachungskanal 1, 95 und Überwachungskanal 2, 100 als Datenübertragungswege dargestellt. Die Funktionsweise ist jedoch unabhängig vom Übertragungsmedium anwendbar.
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Dabei beinhaltet jedes aktive Sub-System ein Kommunikationsmodul 60. Dieses empfängt den ankommenden Datenstrom, modifiziert diesen je nach Aufgabe des Sub-Systems und sendet ihn weiter an das nächste Sub-System. Das letzte Sub-System in der Kette schließt die Verbindung zwischen den beiden Übertragungskanälen und stellt somit den Abschluss der Kette dar.
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Zur Auftrennung der Sicherheitsfunktion und der Nutzdaten sowie zur Integration des Netzwerkes bestehend aus Sub-Systemen in ein Übergeordnetes System kann eine Auswerteeinheit 105 notwendig sein.
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7 zeigt den schematischen Aufbau einer Auswerteeinheit 105. Diese hat zwei Hauptaufgaben:
- a. Die für die Sicherheitsfunktion relevanten Parameter (z.B. Sicherheits-ID A (SIDA), Sicherheits-ID B (SIDB), Zykluszeit, Kurzschluss im Übertragungskanal, Unterbrechung im Übertragungskanal, etc.) des Übertragungsweges zu überwachen und deren Zustand ausgeben (Ausgabe Sicherheitskreis).
- b. Eine Schnittstelle zum Ein- und Auskoppeln der Nutzdaten IDN zur Verfügung zu stellen (Nutzdaten/Kommunikation).
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Falls die beiden Kanäle komplett unabhängig voneinander mit der Auswerteeinheit (oder den Auswerteeinheiten) verschaltet sind, ist es natürlich auch möglich nur die Sicherheits-IDs über den jeweiligen Kanal zu verschicken, also SIDA über das eine Kanal und SIDB über das andere.
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Die Auswerteeinheit 105 bildet dabei das Koppelglied zwischen den Übertragungskanälen 1, 95 und 2, 100 zum Übergeordneten System. In der Auswerteeinheit 105 erfolgt die Auswertung SIDA 110, SIDB 115 und IDN 120. Die Auswerteeinheit 105 verfügt weiterhin über den Ausgang des Sicherheitskreises 125 sowie einen Ausgang der Nutzdaten oder Daten zur Kommunikation 130.
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8 zeigt einen möglichen Aufbau des Datenpaketes 135, welches von der Auswerteeinheit 105 (nicht gezeigt) verschickt, von den Kommunikations-Modulen (nicht gezeigt) der Sub-Systeme modifiziert und von der Auswerteeinheit wieder empfangen und ausgewertet wird. Das Datenpaket 135 umfasst die Daten der Auswertung SIDA 110, SIDB 115 und IDN 120.
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SIDA und SIDB stellen eindeutige einmalige (pro Gesamtsystem) Identifikationsmerkmale der redundant aufgebauten Sicherheitsauswertungen dar. Jede Sicherheitsauswertung sendet und bewertet nur das von ihr und für sie bestimmte Identifikationsmerkmal.
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Werden SIDA und SIDB zyklisch übertragen, richtet sich die Zeit für solch einen Zyklus nach der geforderten Reaktionszeit der Sicherheitsfunktion und wird von den für die Sicherheit zuständigen Komponenten der Auswerteeinheit ebenfalls überwacht.
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Die übrige Zeit eines Zyklus, welche nicht für die Übertragung der SIDA und SIDB benötigt wird, wird für die Übertragung der Nutzdaten IDN verwendet.
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Die vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung gegeben. Es ist nicht beabsichtigt, erschöpfend zu sein oder die Erfindung genau auf die offenbarte Form zu beschränken. Modifikationen und Variationen sind angesichts der obigen Lehre möglich oder können aus der Praxis der Erfindung erlangt werden. Die Ausführungsform wurde gewählt und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen zu verwenden, die für die spezielle beabsichtigte Verwendung geeignet sind. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird. Die Gesamtheit jedes der oben genannten Dokumente wird durch Bezugnahme hierin aufgenommen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schutzschlauch
- 5
- Leistungsfaser
- 10
- Koaxialkabel 1
- 15
- Kontrollfaser
- 20
- LLK-Stecker
- 25
- Quelle / Sender
- 30
- Detektor / Empfänger
- 35
- LLK-Aufnahme
- 40
- Stecker
- 45
- Koaxialkabel 2
- 50
- Impedanz 1
- 55
- Impedanz 2
- 60
- Kommunikationsmodul
- 65
- Komponente des Strahlführungssystems
- 70
- Sub-System 1
- 75
- Sub-System 2
- 80
- Sub-System 3
- 85
- Sub-System 4
- 90
- Sub-System 5
- 95
- Überwachungs- /Übertragungskanal 1
- 100
- Überwachungs- /Übertragungskanal 2
- 105
- Auswerteeinheit
- 110
- Auswertung SIDA
- 115
- Auswertung SIDB
- 120
- Auswertung IDN
- 125
- Ausgang Sicherheitskreis
- 130
- Ausgang Nutzdaten / Kommunikation
- 135
- Datenpaket
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19806629 A1 [0003]
- DE 202005005869 U1 [0004]
- EP 1662288 A1 [0005]
- DE 202005018553 U1 [0005]
