DE102020212916A1

DE102020212916A1 - Sammelschienensystem zum Austausch optischer Signale mittels LiFi

Info

Publication number: DE102020212916A1
Application number: DE102020212916.9A
Authority: DE
Inventors: Florian Wank
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-10-13
Filing date: 2020-10-13
Publication date: 2022-04-14

Abstract

Es ist ein Sammelschienensystem (10) zum Austausch optischer Signale mittels LiFi beschrieben, welche mindestens eine Potentialschiene (20) und mindestens einen optischen Signalträger umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, in einem Zustand, in welchem Endgeräte an dem Sammelschienensystem (10) angeordnet sind, optische Signale von einem Endgerät zu einem oder mehreren anderen Endgeräten zu transportieren. Außerdem ist ein Endgerät beschrieben, welches an dem Sammelschienensystem anordenbar ist. Ferner ist ein Verfahren zum Betreiben mindestens eines Sammelschienensystemsund eine Verwendung eines Sammelschienensystems (10) beschrieben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sammelschienensystem zum Austausch optischer Signale mittels LiFi (Light Fidelity), ein Endgerät zum Anordnen an das Sammelschienensystem, ein Verfahren zum Betreiben mindestens eines Sammelschienensystems, ein System mit mindestens einer Sammelschiene und einer Anzahl an Endgeräten und eine Verwendung eines Sammelschienensystems.
In der zunehmenden Vernetzung von industriellen Anlagen besteht ein wachsender Verdrahtungsaufwand durch Kommunikationsleitungen. Die digitale Infrastruktur erzeugt dabei einen enormen Kostenaufwand, sodass bereits die Materialkosten der Schnittstellenkomponenten die Materialkosten der Grundgeräte überschreiten. Ferner sind bisherige Systeme störanfällig gegenüber elektromagnetischen Störfeldern. In Rechenzentren gilt es eine Vielzahl von Rechnern mit Spannungs- und Netzwerkleitungen zu versorgen. Hier würde eine Systemlösung den Infrastrukturaufwand reduzieren.
Bisher erfolgt im Niederspannungsnetz nur die Energieverteilung mit Sammelschienensystemen, eine digitale Infrastruktur wird klassisch mit Einzelverbindungen verdrahtet. In Rechenzentren werden Racks ebenfalls mit vielen Einzelverbindungen aufgebaut. Elektromagnetische Störfelder werden mit Hilfe von differentiellen Signalen und Schirmungen reduziert.
Im Zuge zunehmend komplexerer Schaltschränke entwickelte sich in den 1980ern ein beziehungsweise entwickelten sich mehrere Pseudostandards in der Energieverteilung auf Niederspannungsebene. Diese basieren auf in der Regel drei übereinander angeordneten Kupferschienen, welche den drei Phasen des Niederspannungsnetzes zugeordnet werden, wie dies beispielsweise in der DE8807873 U1 offenbart ist. Dadurch konnte eine zentrale Einspeisung und Verteilung in mehrere Subnetzte einfach realisiert werden.
Zur Führung von mehr als drei Potentialen wurden auch alternative Lösungen entwickelt. Der einfache Aufbau der Systeme und die wachsende Anzahl an adaptierbaren Komponenten sorgten dafür, dass heute in Schaltschränken - bis auf wenige Ausnahmen - keine freie Verdrahtung mehr vorzufinden ist und bevorzugt Systemlösungen eingesetzt werden.
Im Zuge der Entwicklung zur Industrie 4.0 werden Schaltschrankkomponenten intelligenter und eine Vielzahl der eingesetzten Komponenten für elektrische Antriebe, wie beispielsweise Umrichter und Wechselrichter benötigen vergleichsweise geringe Ströme im dreiphasigen Niederspannungsbereich. Daher hat beispielsweise Rittal mit dem Produkt „Rittal Board RiLine Compact“ eine neue kompakte Systemlösung im Sortiment, welches bereits das Sammelschienensystem in einem einfachen Steckmodul zusammenfasst.
Light Fidelity (LiFi) ist eine Technologie zur optischen Datenübertragung. Die Technologie nutzt Lichtemitter, welche durch schnelle an/aus Pulse eine Information optisch übertragen. Dabei kann die Datenrate den Gigabitbereich erreichen mit der Erfüllung von Echtzeitanforderungen mit Latenzen unterhalb von 1 µs. Die Technologie bietet einen enormen Sicherheitsvorteil gegenüber der drahtlosen Datenübertragung, da ein direkter Sichtkontakt zum Sender bestehen muss. LiFi verspricht damit nicht nur eine Weiterentwicklung von Wifi, sondern gleichzeitig eine kostengünstige Zukunftstechnologie ohne Störanfälligkeit für elektromagnetische Felder, wie dies beispielsweise in der Publikation „Integration of LiFi Technology in an Industry 4.0 Learning Factory“ von Vasu Dev Mukku et al., Elsevier, Procedia Manufacturing, Vol. 31, 2019, Seiten 232-238 beschrieben ist.
Bei großen Industriesteuerungen ergibt sich selbst mit den derzeitigen Technologien wie beispielsweise Profinet oder SmartWire ein enormer Verkabelungsaufwand. Unter Einsatz von Profinet beispielsweise reduziert sich der Verdrahtungsaufwand etwas, wobei weiterhin bei großen Installationen Netzwerkschleifen oder Router zum Einsatz kommen, um eine Redundanz und damit Systemstabilität zu gewährleisten.
Ein Systemaufbau mit Profinet erzeugt hohe Materialkosten, bereits eine Geräteschnittstelle erzeugt einen Aufpreis in der Herstellung im Bereich von rund 20 € bei einem jährlichen Produktionsvolumen von 1000 Geräten. Damit ist eine Realisierung für viele Versorgungs-, Steuer- und Überwachungsgeräten im industriellen Umfeld häufig unwirtschaftlich, sodass lediglich high performance Geräte mit einer solchen Schnittstelle ausgestattet sind. Ein weiteres Manko vieler industrieller Schnittstellen ist der hohe Aufwand zur Erzeugung von redundanten Systemen sowie der Realisierung einer Hotplug-Fähigkeit. Ein Komponentenaustausch geht damit häufig mit Ausfallzeiten einer gesamten Anlage einher.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Sammelschienensystem und ein entsprechend geeignetes Endgerät, sowie ein Verfahren zum Betreiben des Sammelschienensystems und eine Verwendung des Sammelschienensystems bereitzustellen, welche(s) kostengünstig und einfach einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Sammelschienensystem zum Austausch optischer Signale mittels LiFi vorgeschlagen. Das vorgeschlagene Sammelschienensystem umfasst mindestens eine Potentialschiene, und mindestens einen optischen Signalträger. Der optische Signalträger könnte auch als optische Sammelschiene bezeichnet werden. Eine Energieversorgung mindestens eines an dem Sammelschienensystem angebrachten Endgeräts kann durch die mindestens eine Potentialschiene bereitgestellt werden. Die optische Sammelschiene oder der optische Signalträger ist dazu ausgebildet, in einem Zustand, in welchem Endgeräte in dem Sammelschienensystem angeordnet sind, optische Signale von einem Endgerät zu einem oder mehreren anderen Endgeräten zu transportieren. Vorliegend ist ein Sammelschienensystem beansprucht, an welches Endgeräte angeordnet werden können. Das Sammelschienensystem und die entsprechend ausgebildeten Endgeräte, welche an das Sammelschienensystem angeordnet werden können, werden als eigenständige Vorrichtungen beansprucht, wobei in dem vorgeschlagenen Verfahren ein System aus Sammelschienensystem und einer Anzahl an Endgeräten zum Einsatz kommt. Die vorgeschlagene Erfindung basiert auf der Verwendung von Lifi als Systemlösung für den gebündelten optischen Datenaustausch, insbesondere in Industrieanalgen. Bei der vorliegenden Erfindung einer optischen Datenübertragung als Systemlösung können beliebige Komponenten sehr preiswert miteinander vernetzt werden. Gegenüber einer drahtlosen Anbindung besteht eine höhere Systemstabilität sowie eine geringere Angriffsfläche für Fremdzugriffe. Mit der vorgeschlagenen Systemlösung wird die Datenkommunikation über einen statischen, optischen Informationsträger realisiert. Bei Verwendung von Lifi werden elektrische Signale in optische Signale übersetzt und anschließend in den optischen Signalträger eingekoppelt, und an einem Bestimmungsort wieder ausgekoppelt. Eine optische Kommunikation ist prinzipbedingt unanfällig gegenüber elektromagnetischen Störfeldern. Ferner ermöglicht eine optische Datenübertragung höhere Datenraten sowie eine kostengünstigere Realisierung. Der Installationsaufwand reduziert sich auf einfaches Hinzufügen und Entfernen von Netzwerkteilnehmern bzw. Endgeräten. Das Sammelschienensystem wird von Sammelschienenträgern bzw. Systemträgern beidseitig getragen. Ein Sammelschienenträger kann als eine mechanische Befestigungseinheit verstanden werden, in welche sowohl die mindestens eine Potentialschiene als auch der mindestens eine optische Signalträger angeordnet werden können. Der Datenverkehr wird durch ein oder mehrere Gateways, insbesondere durch angeordnete Endgeräte wie einem Masterendgerät, gesteuert und erfolgt auf den optischen Datenkanälen. Ferner kann der Datenverkehr mittels eines Master-Slave-Systems geregelt werden. Die Energieversorgung erfolgt vorzugsweise aus der vorhandenen mindestens einen Potentialschiene. Außerdem erlaubt das Sammelschienensystem, bzw. das Sammelschienensystem und die darin angeordneten Endgeräte, ein Hotplugging und ermöglicht Redundanzmöglichkeiten, bei deutlich geringeren Kosten zu bisherigen Lösungen. Eine aufwändige händische Verdrahtung entfällt durch den Systemgedanken.
Mit anderen Worten, mit dem vorgeschlagenen Sammelschienensystem mit optischer Sammelschiene bzw. mit dem optischen Signalträger, dem Endgerät, dem Verfahren und der Verwendung wird ein deutlich reduzierter Geräteinstallationsaufwand, keine Störanfälligkeit gegenüber elektromagnetischen Feldern und höhere Datenraten erreicht. Hierdurch wird zeitgleich eine Kostensenkung erzielt. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung in der industriellen Kommunikation, bei der Kommunikation in Schaltschränken oder als Systemlösung für Server und in Rechenzentren eingesetzt werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Draufsicht auf ein Sammelschienensystem mit einem optischen Signalträger und angeordneten Endgeräten;
2 eine schematische Draufsicht auf ein Sammelschienensystem mit zwei optischen Signalträgern und angeordneten Endgeräten;
3 eine perspektivische Ansicht eines Sammelschienensystems mit zwei optischen Signalträgern und angeordneten Endgeräten;
4 eine perspektivische Ansicht eines Sammelschienensystems mit einem optischen Signalträger; und
5 ein Ablaufschema eines vorgeschlagenen Verfahrens.

Einzelne Aspekte der hierin beschriebenen Erfindung sind nachfolgend in den 1 bis 5 beschrieben. In Zusammenschau der 1 bis 4 wird das Prinzip der vorliegenden Erfindung verdeutlicht. In der vorliegenden Anmeldung betreffen gleiche Bezugszeichen gleiche oder gleichwirkende Elemente, wobei nicht alle Bezugszeichen in allen Zeichnungen, sofern sie sich wiederholen, erneut dargelegt werden.
In den 1 bis 4 ist ein Sammelschienensystem 10 bestehend aus drei Potentialschienen bzw. drei Stromschienen 20, einer optischen Sammelschiene 40 bzw. einem optischen Signalträger 40 und an dem Sammelschienensystem 10 angeordneten Endgeräten 30 gezeigt. Das vorgeschlagene Sammelschienensystem 10 zum Austausch optischer Signale mittels LiFi umfasst daher mindestens eine Potentialschiene 20, welche eine Energieversorgung mindestens eines an der Sammelschienensystem 10 anordenbaren Endgerätes 30 bereitstellen kann aber nicht notwendigerweise muss. Abhängig von der Länge eines Sammelschienensystems und abhängig von einer Breite des Endgerätes 30 kann eine Anzahl an Endgeräten 30 an das Sammelschienensystem angeordnet werden. Hierbei kann ein Sammelschienensystem 10 auch mit einem Bereich ohne Endgerät 30 betrieben werden. Das Sammelschienensystem 10 umfasst ferner mindestens eine optische Sammelschiene 40, welche vorliegend auch als optischer Signalträger 40 bezeichnet wird. Der optische Signalträger 40 ist dazu ausgebildet, in einem Zustand, in welchem Endgeräte 30 in dem Sammelschienensystem 10 angeordnet sind, optische Signale von einem Endgerät 30 zu einem oder mehreren anderen Endgeräten 30 zu transportieren oder zu leiten.
Das vorgeschlagene Sammelschienensystem bietet eine Systemlösung, die einen statischen, optischen Informationsträger bzw. optischen Signalträger 40 beinhaltet. Bevorzugt besteht der mindestens eine optische Signalträger 40 aus einem beliebigen optischen transitiven Material. Beispielsweise kann der optische Signalträger 40 eine Glasfaserstange oder eine Acryglasstange sein. In dem optischen Signalträger können Daten uni- oder bidirektional zu einer oder mehreren Steuereinheiten bzw. Endgeräten 30 übertragen werden.
Bevorzugt ist der optische Signalträger 40 daher eine an das Sammelschienensystem 10 montierte Glasfaserstange oder eine Acrylglasstange. Der optische Signalträger 40 ist dabei als massiver Zylinder, insbesondere mit einer kreisrunden oder einer ovalen oder einer rechteckigen Querschnittfläche, ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass der Signalträger 40 eine andere Querschnittsfläche aufweist, wie beispielsweise eine durch einen Polygonzug vorgegebene eckige Querschnittsfläche, insbesondere mit drei oder mehr Ecken. Dabei werden die Sammelschienen, d.h. die oder der optische Signalträger 40 und der oder die Potentialschienen 20 von Systemhaltern getragen. Ein Systemhalt wird vorliegend auch als mechanische Befestigungseinheit bezeichnet. Beispielsweise ist eine Realisierung der vorgeschlagenen Sammelschiene gemäß 3 denkbar, welche zwei optische Signalträger 40 aufweist. Der optische Signalträger kann beispielsweise eine Querschnittfläche von 30x10mm bzw. 12x5mm aufweisen. Ferner sind auch andere Größen der Querschnittsfläche des optischen Signalträgers möglich. Insbesondere kann die Querschnittfläche des optischen Signalträgers dem verwendeten Sammelschienensystem entsprechend angepasst gewählt werden.
Bevorzugt weist der optische Signalträger 40 mindestens eine Signalein/auskopplungsstelle 50 auf, an der ein optisches Signal von einem angeordneten Endgerät 30 einkoppelbar und/oder auskoppelbar ist. Die Signaleinkopplungsstelle 50 und die Signalauskopplungsstelle 50 haben vorliegend dasselbe Bezugszeichen 50, da die Signaleinkopplungsstelle 50 und die Signalauskopplungsstelle 50 ein und dieselbe Stelle oder zwei unterschiedliche Stellen sein können, welche jedoch gleichermaßen ausgebildet sind, ein optisches Signal zwischen einem Endgerät 30 und dem optischen Signalträger 40 zu übertragen. Die Signalein/auskopplungsstelle 50 kann an dem optischen Signalträger 40 und/oder in einem Übergangsbereich 55 zwischen einem Endgerät 30 und dem optischen Signalträger 40 ausgebildet sein. Wichtig ist nur, dass die Endgeräte 30 an den vorgesehenen Signalein/auskopplungsstellen 50 angeordnet um eine Signalübertragung zwischen einem Endgerät 30 und dem optischen Signalträger 40 zu verbessern.
Bevorzugt weist die Signalein/auskopplungsstelle 50 mindestens einen Wellenlängenfilter auf. Ferner bevorzugt ist der mindestens eine Wellenlängenfilter an oder in dem optischen Signalträger 40 ausgebildet und/oder ist im Zustand angeordneter Endgeräte 30 in einem Übergangsbereich 55 zwischen dem optischen Signalträger 40 und dem Endgerät 30 angeordnet ist. In den Figuren sind die Signalein/auskopplungsstelle 50 und der Übergangsbereich 55 an denselben Positionen eingezeichnet. Denn die Signalein/auskopplungsstelle 50 liegt in dem Übergangsbereich 55. Beispielsweise kann der Wellenlängenfilter als ein Bragg-Gitter, welches insbesondere in dem optischen Signalträger eingebracht ist ausgebildet sein. Ein Bragg-Gitter agiert in diesem Zusammenhang als ein optischer Interferenzfilter. Wellenlängen der optischen Signale, welche innerhalb einer Filterbandbreite liegen, werden reflektiert, und damit an der Weiterleitung in dem optischen Signalträger 40 gehindert. Beispielsweise können solche Bragg-Gitter mit einem harten Prisma oder einem Laser in den optischen Signalträger eingeschrieben werden. Durch das Bragg-Gitter kann eine periodische Modulation des Brechungsindex des optischen Signalträgers 40 erfolgen. Hierdurch können hohe und niedrige Brechungsindexbereiche in dem optischen Signalträger 40 hergestellt werden, die Signale einer bestimmten Wellenlänge reflektieren, so dass eine Bandsperre entsteht. Ferner kann es möglich sein, durch das/die im optischen Signalträger 40 eingebrachte(n) Bragg Gitter(n) einer Position an dem optischen Signalträger 40 das Spektrum zuzuweisen. Hierdurch wiederum kann einem Endgerät 30 eindeutig eine Position an dem optischen Signalträger 40 zugeordnet werden; wodurch sogar eine Lokalisierung des Endgerätes 30 in einem Schaltschrank möglich ist. Bisher ist ein Auffinden eines Endgerätes 30 in einem Schaltschrank ein ungelöstes Problem gewesen. Durch das vorgeschlagene Sammelschienensystem wird jedoch eine Lösung für dieses Problem mitgeliefert. Hierdurch kann auch eine Fehlersuche zielführender durchgeführt werden. Ferner beispielsweise kann der Wellenlängenfilter auch als ein Plättchen ausgebildet sein, welches eine bestimmte Wellenlänge oder einen bestimmten Wellenlängenbereich nicht transmittiert. Ein Plättchen kann in dem Übergangsbereich 55 zwischen dem Endgerät 30 und dem optischen Signalträger 40 angebracht und insbesondere gegen ein anderen Plättchen, welches ein anderes Spektrum transmittiert, ausgetauscht werden.
Bevorzugt weist das Sammelschienensystem 10 eine Anzahl an Steckvorrichtungen zum Anordnen und Kontaktieren einer Anzahl an Endgeräten 30 an der mindestens einen Potentialschiene 20 und/oder an dem mindestens einen optischen Signalträger 40 auf. Hierdurch können auch bereits bekannte Endgeräte 30 an das vorgeschlagene Sammelschienensystem 10 angebracht werden. Außerdem ermöglichen die Steckvorrichtungen ein einfaches und schnelles Anbringen der Endgeräte 30 an das Sammelschienensystem 10. Ferner kann es möglich sein, Endgeräte unter Last zu ziehen, also während eines Arbeitsbetriebes von dem Sammelschienensystem zu entfernen, ohne dieses vorher abschalten/freischalten zu müssen. Dies wird in der Fachsprache als „hot plugging“ bezeichnet. Ein Ziehen unter Last kann beispielsweise dann möglich sein, wenn bei einem Entfernen des Endgerätes 30 von dem Sammelschienensystem 10 die optische Signalverbindung zuerst getrennt wird. Hierdurch kann der Leistungspfad unterbrochen werden, wodurch eine Lichtbogenbildung bei der Demontage vermieden werden kann. Beispielsweise kann es an einem Sammelschienensystem definierte Steckpositionen (also Steckvorrichtungen) geben. Ferner beispielsweise kontaktieren Endgeräte dreiphasig; aber auch zwei-phasig oder n-phasig mit einer natürlichen Zahl n>2 wäre möglich. Man könnte mit dem vorgeschlagenen Sammelschienensystem einen normalen Motor betreiben. Ein Gerät könnte an der optischen Sammelschiene kontaktieren, um die optische Kommunikation zu ermöglichen, oder eben nicht. Ferner könnte es Geräte geben, wie beispielsweise ein Gateway, welches extern statt über die Potentialschiene mit Strom versorgt wird und damit nur an der optische Schiene kontaktiert.
Das vorgeschlagene Sammelschienensystem 10 kann mindestens drei Potentialschienen 20 umfassen, wie dies beispielsweise in den 1 und 2 gezeigt ist. Die Anzahl der Potentialschienen 20 kann nach Bedarf angepasst werden. So sind beispielsweise Sammelschienensysteme 10 mit fünf oder mehr Potentialschienen 20 oder auch weniger denkbar.
Bevorzugt weist jedes an dem Sammelschienensystem 10 angeordnete Endgerät 30 eine Signalübersetzungseinheit auf, um ein elektrisches Signal zur Übertragung in den mindestens einen optischen Signalträger 40 in ein optisches Signal zu übersetzen. Eine Signalübersetzungseinheit ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Signal durch An und Aus Sequenzen in ein optisches Signal zu überführen. Das optische Signal kann in den optischen Signalträger 40 eingebracht werden und an ein anderes Endgerät 30 geleitet werden. Entsprechend sind die Endgeräte 30 dazu ausgebildet, ein empfangenes optisches Signal in ein elektrisches Signal zu übersetzen und/oder ein elektrisches Signal in ein optisches Signal zu übersetzen. Die Signalübersetzungseinheit kann beispielsweise eine Laserdiode oder eine LED (Licht Emittierende Diode) aufweisen oder aus dieser bestehen. Die Signalübersetzungseinheit kann beispielsweise auch eine Photodiode oder einen Phototransistor umfassen oder aus dieser/diesem bestehen. Um ein elektrisches Signal in ein optisches Signal zu übersetzen und umgekehrt, können verschiedene Protokolle verwendet werden. Beispielsweise könnte ein Ethernet-basiertes Protokoll wie Profinet, Ethercat oder Modbus verwendet werden. Ferner beispielsweise könnten auch CAN oder CAN-FD verwendet werden. Ferner könnte beispielsweise IR WLAN verwendet werden.
Weiter bevorzugt weist das Sammelschienensystem 10 zwei oder mehrere optische Signalträger 40 auf, wobei dem einen optischen Signalträger 40 eine Signalleitung in eine Richtung zugeordnet ist und dem anderen optischen Signalträger 40 eine Signalleitung in eine entgegengesetzte Richtung zugeordnet ist. Eine solche Konfiguration ist beispielswese durch die Pfeile 80 in 2 angedeutet. Vorliegend bezieht sich der Ausdruck „in eine Richtung‟ entlang einer axialen Erstreckung des optischen Signalträgers 40. Eine optischer Signalträger 40 weist somit entlang seiner axialen Erstreckung zwei entgegengesetzt Richtungen auf. Bei zwei Endgeräten 30 und einem einzigen optischen Signalträger 40 bedarf es nicht notwendigerweise einer Synchronisation der internen Uhren, sofern jedem Teilnehmer, insbesondere jedem Endgerät 30 eindeutig, ein optischer Kanal eines optischen Signalträgers 40 in eine Richtung zugeordnet werden kann. Damit bedarf es in diesem Fall nicht notwendigerweise eines Master-Slave-systems. Mit anderen Worten gibt es pro Endgerät 30 einen einzigen Sendekanal (oder auch eine Signalleitung genannt) eines optischen Signalträgers 40 in eine der beiden Richtungen, dann ist kein Master-Slave-System erforderlich. Denn beispielsweise kann bei einem Paar Endgeräte ein optischer Signalträger 40 zugewiesen werden, wobei ein Endgerät (ein erstes Endgerät) in die eine Richtung mit dem anderen Endgerät (einem zweiten Endgerät) kommuniziert und das andere (zweite) Endgerät dieses Paares über den optischen Kanal in die entgegengesetzte Richtung mit dem ersten Endgerät kommuniziert. Es ist auch denkbar, dass jeder optische Signalträger 40, ähnlich wie in 1, zur bidirektionalen Kommunikation der, insbesondere zwei, Endgeräte 30 untereinander verwendet wird. Bei zwei Endgeräten 30 und einem optischen Signalträger 40 braucht nicht notwendigerweise ein Master-Slave-System implementiert zu sein. Erst wenn nicht jedem Endgerät 30 eindeutig ein optischer Kanal in eine Richtung zugewiesen werden kann, d.h. mindestens zwei Endgeräte sich einen optischen Kanal in eine Richtung teilen müssen, dann muss ein Master-Slave-System implementiert werden. Mit anderen Worten, erst wenn mindestens ein drittes Endgerät 30 oder mehr auch auf dem optischen Kanal 40 mit dem ersten und/oder dem zweiten Endgerät 30 über den optischen Kanal in eine oder beide, d.h. auch in eine entgegengesetzte, Richtungen kommunizieren sollen, bedarf es einer Implementierung eines Master-Slave-Systems. Bei einem Master-Slave-System bedarf es einer Synchronisation interner Uhren der Endgeräte 30, wie dies weiter unten beschrieben werden wird. Durch die Synchronisation der internen Uhren der Endgeräte kann jedem Endgerät 30 ein Zeitfenster und/oder auch ein Wellenlängenbereich zugeordnet werden, in welchem Signale von einem Endgerät 30 zu einem anderen Endgerät 30 bei einer Mehrzahl von Endgeräten 30 ausgetauscht werden können. Ein Master-Slave-System mit zwei optischen Signalträgern 40 kann beispielsweise mit einem Modbus-Protokoll verwendet werden.
Bevorzugt ist in dem Übergangsbereich 55 zwischen dem angeordneten Endgerät 30 und dem optischen Signalträger 40 eine Koppelstruktur 60, insbesondere an der Signaleinkopplungsstelle 50 und/oder an der Signalauskopplungsstelle 50, angeordnet, um die optische Einkopplung des Lichtsignals in den Signalträger 40 oder die optische Auskopplung des Lichtsignals aus dem Signalträger 40 zu verbessern. In den Figuren ist die Koppelstruktur 60 an derselben Position wie der Übergangsbereich 50 eingezeichnet. Insgesamt sind die Bezugszeichen 50, 55 und 60 an denselben Positionen gezeigt. Die Koppelstruktur 60 kann als ein angekratzter Bereich des optischen Signalträgers 40 ausgebildet und/oder als galerartiges Medium zwischen einem angeordneten Endgerät 30 und dem optischen Signalträger 40 vorgesehen sein. Hierdurch erfolgt somit eine Adaption an die optische Sammelschiene 40. Denn die Verwendung einer Koppelstruktur 60 sorgt für eine verbesserte optische Ein-/Auskopplung des Lichtsignals in den optischen Signalträger 40. Beispielsweise kann die Koppelstruktur 60 aus einem Ankratzen des optischen Signalträgers 40 mit einem sehr harten Prisma bestehen. Es ist auch möglich, dass die Koppelstruktur 60 aus einem galertartigen weichen Medium besteht, welches sich verformt und eine Ein/Auskopplung des optischen Signals durch einen bestmöglichen optischen Übergang zwischen einem Endgerät 30 und dem optischen Signalträger 40 ermöglicht.
Das vorgeschlagenen Sammelschienensystem kann auch unter Verwendung von Tragschienen oder Hutschienen umgesetzt werden. Eine solche Trag-oder Hutschiene kann einen optischen Signalträger 40 zur digital optischen Ansteuerung eines Relais, insbesondere eines Reihenklemmrelais, aufweisen. Die vorgeschlagene optische Sammelschiene 40 bzw. der optische Signalträger 40 kann problemlos in weitere Anwendungsgebiete integriert bzw. adaptiert werden.
Bevorzugt umfasst das Sammelschienensystem 10 mindestens eine mechanische Befestigungseinheit, an welcher die mindestens eine Potentialschiene 20 und der mindestens eine optische Signalträger 40 befestigt sind. Es können mehrere, insbesondere zwei, Befestigungseinheiten vorgesehen sein, sodass die mindestens eine Potentialschiene 20 und der mindestens eine optische Signalträger 40 beidseitig von den Befestigungseinheiten umgeben sind, wie dies beispielsweise in 1 und 2 gezeigt ist. Die Befestigung der mindestens einen Potentialschiene 20 und des mindestens einen optische Signalträgers 40 zwischen Befestigungseinheiten kann beispielsweise dazu führen, dass die mindestens eine Potentialschiene 20 und der mindestens eine optische Signalträger 40 parallel zueinander angeordnet sind.
Weiter bevorzugt ist an dem Sammelschienensystem eine Anzahl an Endgeräten 30 an der mindestens einen Potentialschiene 20 und an dem mindestens einen optischen Signalträger 40 angeordnet. Hierbei steht jedes Endgerät 30 der Anzahl an Endgeräten 30 sowohl mit der mindestens einen Potentialschiene 20 als auch mit dem mindestens einen optischen Signalträger 40 in Kontakt. Hierbei kann die mindestens eine Potentialschiene 20 zur Energieversorgung des entsprechenden Endgerätes 30 verwendet werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass ein Endgerät mit einer anderen Energiequelle verdrahtet ist.
Bevorzugt weist jedes am Sammelschienensystem 10 angeordnete Endgerät 30 eine interne Uhr auf, um die optischen Signale an den optischen Signalträger 40 in deterministischen Zeitfenstern zu übertragen. Insbesondere wenn nur ein optischer Signalträger 40 vorgesehen ist, bedarf das System an synchronisierten Uhren, sodass eine Übertragung optischer Signale in deterministischen Zeitfenstern erfolgen kann. Aber auch bei zwei oder mehreren optischen Signalträgern 40 kann jedes Endgerät 30 eine interne Uhr aufweisen, wodurch die optische Signalübertragung und Signalleitung koordiniert erfolgen kann. Durch die Synchronisation der internen Uhren kann ein Master-Slave-System an bzw. in dem Sammelschienensystem 10 implementiert werden.
Bevorzugt erfolgt ein sich wiederholendes Synchronisieren der internen Uhren von einer Anzahl an dem Sammelschienensystem 10 angeordneten Endgeräten 30 während des Betriebes dem Sammelschienensystem 10, insbesondere bei Bedarf. Durch ein wiederholendes Synchronisieren der internen Uhren kann sichergestellt werden, dass die Uhrzeit aller internen Uhren gleich ist. Hierdurch können die Endgeräte 30 unter anderen eindeutig angesteuert werden.
Bevorzugt ist bei Verwendung eines einzigen optischen Signalträgers 40 im Sammelschienensystem 10 ein Masterendgerät 35 angeordnet, welches die Signalleitung zwischen den an dem Sammelschienensystem 10 angeordneten Endgeräten 30 koordiniert. Ein Masterendgerät ist beispielsweise in 1 gezeigt. Das Masterendgerät 35 kann beispielsweise als ein Gateway ausgebildet sein. Gemäß 1 erfolgt eine Datenleitung in den beiden entgegengesetzten Richtungen über den einzigen optischen Signalträger 40. Dies ist durch den Doppelpfeil 80 in 1 angedeutet. Es können auch mehrere Masterendgeräte 35 vorgesehen sein. Ein Endgerät 30 kann durch Zuweisung zu einem Masterendgerät 35 definiert oder bestimmt werden. Im Laufe eines Betriebes kann auch ein anderes Endgerät 30 zu einem Masterendgerät bestimmt werden. Die weiteren Endgeräte 30 sind nach Zuweisung des oder der Masterendgeräte(s) dann als Slave-Endgeräte tätig. Dies bedeutet, die Slave-Endgeräte führen die Befehle des oder der Masterendgeräte(s) aus. Ein solches Multimastersystem, wie es beispielsweise in 1 gezeigt ist, zeichnet sich durch einen einzigen optischen Signalträger 40 aus. Ein Multimastersystem kann beispielsweise auch in einem CAN Bus realisiert werden, insbesondere als Halbduplex-Verfahren einer koordinierten Signalübertragung und Signalleitung in deterministischen Zeitfenstern.
Bei einer Anzahl an an dem Sammelschienensystem 10 angeordneter Endgeräten 30 ist ein Endgerät 30 bevorzugt als ein Masterendgerät 35 identifiziert. Das Masterendgerät 35 weist den weiteren Endgeräten 30, welche als Slave-Endgeräte identifiziert sind, jeweils eine Kommunikationsressource zu, welche zum Ausbilden einer zeitlichen Synchronisation und zum Übertragen der optischen Signale zwischen dem Masterendgerät 35 und mindestens einem Slave-Endgerät geeignet ist. Mit anderen Worten, das Masterendgerät bestimmt, wann welches Slave-Endgerät 30 welche Funktion ausführt. Vorliegend wird einem Slave-Endgerät auch das Bezugszeichen 30 zugeordnet, da durch Zuordnung ein Endgerät 30 zu einem Slave-Endgerät 30 bestimmt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Endgerät 30, welches an dem bereits beschriebenen Sammelschienensystem 10 angeordnet ist und ausgebildet ist, optische Signale mittels LiFi über das Sammelschienensystem 10 mit einem anderen Endgerät 30 auszutauschen. Das Endgerät 30 ist beispielsweise auch in den 1 bis 4 gezeigt. Außerdem wurde das Endgerät 30 teilweise auch schon im Zusammenhang mit dem Sammelschienensystem 10 beschrieben. Um Redundanzen zu vermeiden, wird an dieser Stelle auf die Beschreibung für das Sammelschienensystem 10, in welcher auch auf das in dem Sammelschienensystem 10 angeordnete Endgerät 30 Bezug genommen ist, verwiesen.
Das Endgerät 30 weist mindestens eine Signalübersetzungseinheit auf, um ein elektrisches Signal in ein optisches Signal zu übersetzen. Die Signalübersetzungseinheit kann beispielsweise eine Laserdiode oder eine LED aufweisen oder aus dieser bestehen. Die Signalübersetzungseinheit kann beispielsweise auch eine Photodiode oder einen Phototransistor umfassen oder aus dieser/diesem bestehen. Außerdem weist das Endgerät 30 einen Empfänger 70 zum Empfangen eines Signals und/oder einen Sender 70 zum Senden eines Signals auf. Der Empfänger 70 weist dabei eine Signaleinkopplungsstelle 50 zum Einkoppeln des Signals in einem optischen Signalträger 40 des Sammelschienensystems 10 auf. Der Sender 70 weist eine Signalauskopplungsstelle 50 zum Auskoppeln des Signals in den optischen Signalträger 40 des Sammelschienensystems 10 auf. Hierbei können die Signalauskopplungsstelle 50 und die Signaleinkopplungsstelle 50 durch ein und dieselbe Stelle oder durch unterschiedliche Stellen gegeben sein. Ferner sind bevorzugt die Signalaus/einkopplungsstelle 50 am Endgerät 30 integriert. Sofern ein Endgerät 30 einen Sender 70 und einen Empfänger 70 aufweist, wird diese Kombination auch als Transceiver 70 bezeichnet. In der vorliegenden Anmeldung haben ein Sender, ein Empfänger und ein Transceiver dasselbe Bezugszeichen 70. Ein Endgerät im Sinne des hierin beschriebenen Prinzips kann entweder nur einen Sender, oder nur einen Empfänger oder einen Empfänger und einen Sender haben.
Bevorzugt weist jedes Endgerät 30 elektrische Kontakte 90 auf, welche in elektrischen Kontakt mit den Polschienen 20 gebracht werden können. Die Anzahl der elektrischen Kontakte 90 kann dabei der Anzahl der Polschienen 20 entsprechen. Es kann auch sein, dass die Anzahl der elektrischen Kontakte und die Anzahl der Polschienen 20 unterschiedlich ist. Beispielsweise könnte die Anzahl der Polschienen 20 größer sein als die Anzahl der elektrischen Kontakte 90. In diesem Fall könnte beispielsweise ein Sammelschienensystem 10 mit angeordneten Endgeräten 30 realisiert werden, welches Potentialschienen 20 mit den Potentialen L1, L2 und N aufweist, wobei einige Endgeräte nur Kontakte für die Potentialschienen L1 und N aufweisen und andere Endgeräte 30 nur Kontakte für die Potentialschienen L2 und N aufweisen und dies jeweils kontaktieren, sodass bei einer Abschaltung, insbesondere bei einem Kurschluss, auf L1 ein Subnetz über L2 weiterlaufen könnte. Es ist beispielsweise auch ein System mit L1, N und PE denkbar. In diesem Fall hätte man die gleichen Potentiale wie an einer normalen Steckdose, wobei einige Geräte keinen PE Anschluss aufweisen. Beispielsweise müssen Geräte mit Metallgehäuse einen PE Anschluss aufweisen, während Geräte mit verstärkter Isolierung nicht mit PE verbunden werden.
Bevorzugt weist das Endgerät 30 eine interne Uhr auf, um ein Synchronisieren mit anderen Endgeräten 30 zu ermöglichen. Hierdurch kann vor Allem ein Master-Slave-System implementiert werden, welches im halbduplex oder auch im vollduplex betrieben werden kann. Ferner weisen die Endgeräte 30 mindestens eine Signaleinkopplungsstelle 50 und/oder eine Signalauskopplungsstelle 50 auf. Die Anzahl der Signalein/auskopplungsstellen 50 kann der Anzahl an optischen Signalträgern 40 entsprechen. Die Anzahl der Signalein/auskopplungsstellen 50 und die Anzahl an optischen Signalträgern 40 kann auch unterschiedlich groß sein. Beispielsweise kann ein einziger optischer Signalträger 40 mehrere optische Signalträgerschienen aufweisen, wenn zum Beispiel ein optischer Signalträger 40 zwei oder mehrere zusammengeklebte Signalträgerschienen umfasst. Ein Endgerät 30 kann entsprechend ausgebildet sein, nur in eine Signalträgerschiene oder in mehrere der zusammengeklebten Signalträgerschienen oder in alle der zusammengeklebten Signalträgerschienen ein Signal einzukoppeln.
Bevorzugt ist ein hierin vorgeschlagenes Endgerät 30 an einem hierin vorgeschlagenen Sammelschienensystem angeordnet.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren 500 zum Betreiben mindestens eines Sammelschienensystems 10, wobei das Sammelschienensystem 10 umfasst:

mindestens eine Potentialschiene 20 und mindestens einen optischen Signalträger 40, welcher in einem Zustand angeordneter Endgeräte 30 an dem Sammelschienensystem 10 Daten in Form von optischen Signalen von einem Endgerät 30 zu einem anderen Endgerät 30 optisch transportiert.

Das Verfahren 500 umfasst in Schritt 510 ein Anordnen von mindestens zwei Endgeräten 30, insbesondere mittels Steckverbindung, an dafür vorgesehenen Positionen an dem Sammelschienensystem 10, wobei jedes Endgerät 30 einen Sender 70 und/oder einen Empfänger 70, insbesondere einen Transceiver, aufweist. Es ist denkbar, dass ein Endgerät 30 nur mit einem Sender oder ein anderes Endgerät 30 nur mit einem Empfänger ausgebildet ist beispielsweise in einer Ausführung, in welchem Schalter-Sicherungseinheiten (z.B. Lasttrennschalter) lediglich das Auslösen einer Sicherung optisch melden und kein Rückkanal besteht, könnte das Endgerät 30 nur mit einem Empfänger ausgebildet sein. Es ist auch denkbar, dass das Endgerät 30 nur einen Sender aufweist, wenn beispielsweise lediglich Lasten an/aus geschaltet werden, insbesondere über Relais.
Außerdem umfasst das Verfahren 500 in Schritt 520 ein Aussenden eines optischen Signals von einem ersten Endgerät 30 und/oder Aussenden einer Zeitinformation. Letztere kann insbesondere bei Master-Slave-Systemen von Vorteil sein. In Schritt 530 umfasst das Verfahren 500 ein Einkoppeln des optischen Signals in den optischen Signalträger 40, und in Schritt 540 ein Leiten des optischen Signals in dem optischen Signalträger 40 bis zu mindestens einem zweiten Endgerät 30. Ferner umfasst das Verfahren 500 den Schritt 550, welcher ein Empfangen des ausgesendeten optischen Signals durch das mindestens zweite Endgerät 30 und/oder Empfangen der ausgesendeten Zeitinformation an dem mindesten zweiten Endgerät 30 vorsieht. Schließlich umfasst das Verfahren 500 in Schritt 560 ein Weiterverarbeiten des empfangenen optischen Signals durch das zweite Endgerät 30. Ein solches Verfahren 500 ist beispielweise in 5 skizziert. Die Verfahrensschritte 510 bis 560 sind, wie beschrieben, bevorzugt in dieser Abfolge auszuführen. Aus der Zusammenschau der Beschreibungen zu dem Sammelschienensystem 10 und zu den Endgeräten 30 ergeben sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens 500. Aus Redundanzgründen werden die vorteilhaften Ausgestaltungen des Verfahrens 500 nicht ausführlich beschrieben. Stattdessen wird auf die jeweilige Beschreibung des Sammelschienensystems und der Endgeräte und auf die 1 bis 5 Bezug genommen. Es versteht sich von selbst, dass das hierin vorgeschlagene Verfahren mit einem hierin vorgeschlagenen Schienensammelsystem 10 und hierin vorgeschlagenen Endgeräten 30 ausgeführt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Verwendung mindestens eines Sammelschienensystems 10, wie hierin beschrieben, und mindestens zweier Endgeräte 30, wie hierin beschrieben, mit einem Verfahren zum Betreiben mindestens eines Sammelschienensystems 10, wie hierin beschrieben, in einem Schaltschrank, in einer Schaltanlage, in einer Energieverteilungsanlage oder in einer Energieumwandlungsanlage, um optische Signale mittels LiFi zwischen den Endgeräten 30 auszutauschen.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass mit dem hierin beschriebenen Konzept weiterhin eine dreiphasige Spannungsversorgung möglich ist und eine Datenübertragung über die optischen Zwischenschienen, d.h. die optischen Signalträger 40, realisiert werden kann.
Ein Endgerät 30 besitzt in diesem Fall einen Empfänger 70 und einen Sender 70, mit welchen die Endgeräte 30 über die optische Schiene untereinander kommunizieren können. Der Datenkanal ist aufgrund der optischen Datenübertragung immun gegenüber Störfeldern. Ferner werden die Luft- und Kriechstrecken durch die eingebrachten Materialien nicht beeinflusst.
Diese kostengünstige Technologie ermöglicht die Aufrüstung von vielen Komponenten, für welche bislang kein digitaler Zwilling vorhanden ist. So melden Sicherungslasttrennschalter beispielsweise heute häufig noch mit mechanischem Kontakt, wenn eine Sicherung ausgelöst hat. Dieser mechanische Kontakt wird elektrisch von einer SPS ausgewertet, sodass hier ein enormer Verdrahtungsaufwand besteht. Mit dem hierin beschriebenen Konzept entfällt oder reduziert sich der Verdrahtungsaufwand.
Das bisher beschriebene Konzept ist auf das industrielle Umfeld zugeschnitten, lässt sich aber auch auf eine Serverinfrastruktur übertragen. Die Stromversorgung der Server erfolgt über die Potentialschienen/Stromschienen, der Netzwerkverkehr erfolgt über das optische Datenübertragungsmedium. Die Vorteile dieses Konzeptes sind in einer deutlichen Kostenreduzierung und einem geringeren Verdrahtungsaufwand, welches mit einer Zeiteinsparung einhergeht, zu sehen. Außerdem ist die vorgeschlagene Lösung unempfindlich gegenüber elektromagnetischen Störfeldern. Sie kann beim Hotplugging eingesetzt werden und bietet umfangreiche Redundanzmöglichkeiten während eines Betriebes des Sammelschienensystems. Außerdem bietet das vorgeschlagene Konzept eine leichte begrenzbare Datenausbreitung sowie geringere Anlageausfallzeiten.
Mögliche Anwendungsgebiete der vorgeschlagenen Lösung lassen sich wie bereits beschrieben in der industriellen Kommunikation oder in Rechenzentren oder bei der Serverinfrastruktur finden. Außerdem kann die vorgeschlagene Lösung zur Steuerung oder beim Monitoring von Parametern von elektrischen Steuer-/Schalt-/Versorgungs-/Sicherungskomponenten verwenden. Ferner kann die vorgeschlagene Lösung allgemein bei der „einfachen“ Energieverteilung oder Energieaufbereitung, beispielsweise bei Gebäudeinstallationen, in Stadien, bei Straßenverteilungen oder bei Netzwerkverteilungen, in Bahnanlagen, in Energieumwandlungsanlagen (Windkrafträder, Solarparks, Biogasanlagen etc.), eingesetzt werden.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist und umgekehrt. Auf eine Darstellung der vorliegenden Erfindung in Form von Verfahrensschritten wird vorliegend aus Redundanzgründen abgesehen. Einige oder alle der Verfahrensschritte könnten durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder einer elektronischen Schaltung durchgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
In der vorhergehenden detaillierten Beschreibung wurden teilweise verschiedene Merkmale in Beispielen zusammen gruppiert, um die Offenbarung zu rationalisieren. Diese Art der Offenbarung soll nicht als die Absicht interpretiert werden, dass die beanspruchten Beispiele mehr Merkmale aufweisen als ausdrücklich in jedem Anspruch angegeben sind. Vielmehr kann, wie die folgenden Ansprüche wiedergeben, der Gegenstand in weniger als allen Merkmalen eines einzelnen offenbarten Beispiels liegen. Folglich werden die folgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann. Während jeder Anspruch als ein eigenes separates Beispiel stehen kann, sei angemerkt, dass, obwohl sich abhängige Ansprüche in den Ansprüchen auf eine spezifische Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen zurückbeziehen, andere Beispiele auch eine Kombination von abhängigen Ansprüchen mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen Anspruchs oder einer Kombination jedes Merkmals mit anderen abhängigen oder unabhängigen Ansprüchen umfassen. Solche Kombinationen seien umfasst, es sei denn es ist ausgeführt, dass eine spezifische Kombination nicht beabsichtigt ist. Ferner ist beabsichtigt, dass auch eine Kombination von Merkmalen eines Anspruchs mit jedem anderen unabhängigen Anspruch umfasst ist, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch ist.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software oder zumindest teilweise in Hardware oder zumindest teilweise in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer BluRay Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das die vorgeschlagene Lehre ausführbare digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der hierin beschriebenen Lehre umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Lehre als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinen-lesbaren Träger gespeichert ist. Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Merkmale als Verfahren aufgezeichnet ist. Der Datenträger oder das digitale Speichermedium oder das computerlesbare Medium sind typischerweise greifbar und/oder nicht flüchtig.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen des hierin beschriebenen Verfahrens installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Merkmals in Form eines Verfahrens zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um das hierin beschriebene Verfahren durchzuführen. Allgemein wird das Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
Bezugszeichenliste

10: Sammelschienensystem
20: Potentialschiene / Stromschiene
30: Endgerät
35: Masterendgerät
40: optischer Signalträger / optische Sammelschiene
50: Signaleinkopplungsstelle/ Signalauskopplungsstelle
55: Übergangsbereich
60: Koppelstruktur
65: mechanische Befestigungseinheit
70: Empfänger/Sender/Transceiver
80: Pfeil
90: elektrischer Kontakt
500: Verfahren
510: Schritt
520: Schritt
530: Schritt
540: Schritt
550: Schritt
560: Schritt

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

DE 8807873 U1 [0004]

Claims

Sammelschienensystem (10) zum Austausch optischer Signale mittels LiFi, welches umfasst: mindestens eine Potentialschiene (20) und mindestens einen optischen Signalträger (40), welcher dazu ausgebildet ist, in einem Zustand, in welchem Endgeräte (30) an der Sammelschiene (10) angeordnet sind, optische Signale von einem Endgerät (30) zu einem oder mehreren anderen Endgeräten (30) zu transportieren.
Sammelschienensystem (10) nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine optische Signalträger (40) aus einem beliebigen optischen transitiven Material besteht, insbesondere ist der mindestens eine optische Signalträger (40) eine an das Sammelschienensystem (10) montierte Glasfaserstange oder eine Acrylglasstange.
Sammelschienensystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der optische Signalträger (40) als massiver Zylinder mit einer kreisrunden oder einer ovalen oder einer rechteckigen Querschnittfläche ausgebildet ist.
Sammelschienensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Sammelschienensystem (10) mindestens eine Signalein/ausnkopplungsstelle (50) aufweist, an der ein optisches Signal von einem angeordneten Endgerät (30) einkoppelbar und/oder auskoppelbar ist.
Sammelschienensystem (10) nach Anspruch 4, wobei die Signalein/auskopplungsstelle (50) als mindestens ein Wellenlängenfilter ausgebildet ist.
Sammelschienensystem nach Anspruch 5, wobei der mindestens eine Wellenlängenfilter an oder in dem optischen Signalträger (40) ausgebildet ist und/oder wobei der mindestens eine Wellenlängenfilter im Zustand angeordneter Endgeräte (30) in einem Übergangsbereich zwischen dem optischen Signalträger (40) und dem Endgerät (30) angeordnet ist.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sammelschienensystem (10) eine Anzahl an Steckvorrichtungen zum Anordnen und Kontaktieren einer Anzahl an Endgeräten (30) an der mindestens einen Potentialschienen (20) und/oder an dem mindestens einen optischen Signalträger (40) aufweist.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jedes an dem Sammelschienensystem (10) angeordnete Endgerät (30) eine Signalübersetzungseinheit aufweist, um ein elektrisches Signal zur Übertragung in den optischen Signalträger (40) in ein optisches Signal zu übersetzen.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, wobei das Sammelschienensystem (10) zwei oder mehrere optische Signalträger (40) umfasst, wobei dem einen optischen Signalträger (40) eine Signalleitung in eine Richtung zugeordnet ist und dem anderen optischen Signalträger (40) eine Signalleitung in eine entgegengesetzte Richtung zugeordnet ist.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei in einem Übergangsbereich (55) zwischen dem angeordneten Endgerät (30) und dem optischen Signalträger (40) eine Koppelstruktur (60) angeordnet ist, um die Einkopplung des Lichtsignals in den optischen Signalträger (40) oder die Auskopplung des Lichtsignals aus dem optischen Signalträger (40) zu verbessern.
Sammelschienensystem (10) nach Anspruch 10, wobei die Koppelstruktur (60) als ein angekratzter Bereich des optischen Signalträgers (40) und/oder als galertartiges Medium zwischen einem angeordneten Endgerät (30) und dem optischen Signalträger (40) ausgebildet ist.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Sammelschienensystem (10) mindestens eine mechanische Befestigungseinheit (65) umfasst, an welcher die mindestens eine Potentialschiene (20) und der mindestens eine optische Signalträger (40) befestigt sind.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei eine Anzahl an Endgeräten (30) an der mindestens einen Potentialschiene (20) und an dem mindestens einen optischen Signalträger (40) angeordnet ist.
Sammelschienensystem (10) nach Anspruch 13, wobei jedes an dem Sammelschienensystem (10) angeordnete Endgerät (30) eine interne Uhr aufweist, um die optischen Signale an den optischen Signalträger (40) in deterministischen Zeitfenstern übertragen.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 13 oder 14, wobei ein sich wiederholendes Synchronisieren der internen Uhren der Anzahl an an dem Sammelschienensystem (10) angeordneter Endgeräten (30) während des Betriebes des Sammelschienensystem (10), insbesondere bei Bedarf, erfolgt.
Sammelschienensystem (10) nach einem der vorherigen Ansprüche 13 bis 15, wobei bei Verwendung eines einzigen optischen Signalträgers (40) in dem Sammelschienensystem (10) ein Masterendgerät (35) angeordnet ist, welches die Signalleitung zwischen den an dem Sammelschienensystem (10) angeordneten Endgeräten (30) koordiniert.
Sammelschienensystem (10) nach Anspruch 16, wobei bei der Anzahl an an dem Sammelschienensystem (10) angeordneter Endgeräte (30) ein Endgerät (30) als ein Masterendgerät (35) identifiziert ist und das Masterendgerät (35) den weiteren Endgeräten (30), welche als Slave-Endgeräte identifiziert sind, jeweils eine Kommunikationsressource zuweist, welche zum Ausbilden einer zeitlichen Synchronisation und zum Übertragen der optischen Signale zwischen dem Masterendgerät (35) und mindestens einem Slave-Endgerät geeignet ist.
Endgerät (30), welches ausgebildet ist, optische Signale mittels LiFi über mindestens einen optischen Signalträger (40) mit einem anderen Endgerät (30) auszutauschen, wobei das Endgerät (30) mindesten eine Signalübersetzungseinheit aufweist, um ein elektrisches Signal in ein optisches Signal zu übersetzen.
Endgerät (30) nach Anspruch 18, wobei das Endgerät (30) einen Empfänger (70) zum Empfangen eines optischen Signals und/oder einen Sender (70) zum Senden eines optischen Signals umfasst, wobei der Empfänger (70) und/oder der Sender (70) eine Signalein/auskopplungsstelle (50) zum Ein/Auskoppeln des optischen Signals aus einem optischen Signalträger (40), an welchem das Endgerät (30) angeordnet ist, umfasst
Endgerät nach einem der Ansprüche 18 oder 19, wobei das Endgerät (30) eine interne Uhr aufweist, um ein Synchronisieren mit anderen Endgeräten (30) zu ermöglichen.
Endgerät (30) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, welches an einem Sammelschienensystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben mindestens eines Sammelschienensystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Verfahren umfasst: - Anordnen von mindestens zwei Endgeräten (30) nach einem der Ansprüche 18 bis 21 an dafür vorgesehenen Positionen in dem Sammelschienensystem (10), - Aussenden eines optischen Signals von einem ersten Endgerät (30) und/oder Aussenden einer Zeitinformation, - Einkoppeln des optischen Signals in den optischen Signalträger (40); um - ein Leiten des optischen Signals in dem optischen Signalträger (40) bis zu mindestens einem zweiten Endgerät (30) zu ermöglichen, - Empfangen des ausgesendeten optischen Signals durch das mindestens zweite Endgerät (30) und/oder - Empfangen der ausgesendeten Zeitinformation an dem mindesten zweiten Endgerät (30), - Weiterverarbeiten des empfangenen optischen Signals durch das zweite Endgerät (30).
Verwendung mindestens eines Sammelschienensystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 und mindestens zweier Endgeräte (30) nach einem der Ansprüche 18 bis 21 mit einem Verfahren zum Betreiben mindestens eines Sammelschienensystems (10) nach Anspruch 22 in einem Schaltschrank, in einer Schaltanlage, in einer Energieverteilungsanlage oder in einer Energieumwandlungsanlage, um optische Signale mittels LiFi zwischen den Endgeräten (30) auszutauschen.