DE19540854A1 - Elektromagnetischer Mehrfachkoppler für die kontaktlose Übertragung von Schaltsignalen und Wechselspannungen in Telekommunikations- und Datenübertragungssystemen - Google Patents

Description

Telekommunikations- und Datenübertragungsgeräte müssen in vielen Fällen fernbedienbar ausgeführt bzw. eingerichtet sein.

Für den Anschluß von entsprechenden Fernbediengeräten sind im allgemeinen Steckverbindungen vorgesehen, die Schaltsignale zur Betätigung des Aktivierungsvorganges und/oder Wechselspannungen vom Bediengerät und zum Bediengerät übertragen.

Bei Geräten, die unter besonders erschwerten Betriebsbedingungen betrieben werden müssen, werden an solche Steckverbindungen hohe Anforderungen gestellt. Geräte, die unter Wasser betrieben werden, benötigen dichte Steckverbindungen.

Besonders schwierige Einsatzbedingungen herrschen im explosionsgefährdeten Bereich, zum Beispiel in Raffinerien, Flugplatz-Betankungsanlagen, Erdölver­ arbeitung und Erdölförderung.

Aus Sicherheitsgründen müssen Geräte der Telekommunikation und Datenüber­ tragung, insbesondere tragbare oder nicht ortsfeste Geräte, die in diesem Bereich betrieben werden sollen, besonderen Vorschriften entsprechen, die unter der Bezeichnung Ex-Schutz-Bestimmungen national und international festgelegt sind. Diese Bestimmungen stellen an steckbare Übergänge zwischen Gerät und Fernbedienung sehr hohe Anforderungen, weil in allen Fällen und unter allen denkbaren Störungsvorfällen sichergestellt werden muß, daß explosions­ auslösende Vorgänge durch die aus den Geräten herausführenden Verbindungen an den Steckern in keinem Falle auftreten können.

In der Praxis führt dieser Forderungskatalog zu wirtschaftlichen und technisch nahezu unlösbaren Problemen, weil die Sicherheitsmaßnahmen an den Steckverbindungen die Funktion der Geräte unzulässig beeinträchtigen und die Kosten außerordentlich erhöhen.

Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Probleme.

Erfindungsgemäß wird die Steckverbindung zwischen Bediengerät und Hauptgerät durch eine völlig kontaktfreie, isolierte Koppleranordnung ersetzt, die den Austausch der Informationen zwischen Bediengerät und Hauptgerät auf induktivem Wege bewirkt und so beschaffen ist, daß die beiden Kopplerteile ähnlich wie bei einer Steckverbindung voneinander lösbar sind.

Durch den Wegfall jeder galvanischen Verbindung an der Übergangsstelle entfallen Probleme der Begrenzung von Strömen und Spannungen am Übergang und damit die Gefahren für die explosionsgefährdete Umgebung.

Zwischen Bediengerät und Hauptgerät sind zumeist mehrere Funktionen auszutauschen. Bei einem tragbaren Funkgerät beispielsweise wird eine Hör- Sprecheinrichtung zur Fernbedienung eingesetzt, die folgende Signale benötigt:
ein Schaltsignal für das Einschalten des Senders,
ein Wechselspannungssignal vom Mikrofon der Sprecheinrichtung zum Gerät,
ein Wechselspannungssignal vom Gerät zur Hörereinrichtung.

Zur Übertragung der letztgenannten Wechselspannungssignale wird in bekannter Weise eine induktive Transformator-Anordnung verwendet, die aus zwei ferromagnetischen Kernhälften mit darin eingewickelten Koppelspulen besteht. Beide Kernhälften werden so zueinander positioniert, daß der magnetische Wechselfluß von einer Spule zur nächsten Spule über einen kleinen isolierenden Luftspalt geleitet wird und somit Wechselspannungen aus einer Spule in die andere Spule kontaktlos übertragen werden.

Das Übertragen von Schaltsignalen zum Einschalten der Gerätefunktion, beispielsweise der Sendefunktion, wird erfindungsgemäß wie nachstehend beschrieben gelöst:

Aus den bereits erwähnten Gründen der Explosionssicherheit kommen im Bediengerät untergebrachte Stromversorgungsquellen für solche Schaltvorgänge nicht in Betracht. Die Schalteinrichtung muß somit rein passiv, also ohne eigene Stromversorgung ausgeführt sein.

Erfindungsgemäß wird dies durch eine induktive Kopplung von zwei Spulenhälften erreicht, die vorzugsweise ferromagnetisch gekoppelt sind und bei der die dem Bediengerät zugeordnete Spule durch das Verändern ihrer elektromagnetischen bzw. elektrischen Werte die im Hauptgerät untergebrachte Spule so beeinflussen, daß deren elektromagnetischen bzw. elektrischen Werte sich ebenfalls verändern und dadurch eine elektronische Schaltung im Innern des Hauptgerätes veranlaßt wird, den Schaltbefehl zu erzeugen.

In einer besonders zweckmäßigen Anordnung wird beispielsweise die dem Bediengerät zugeordnete Spule durch einen Schalter im Bediengerät kurz­ geschlossen. Durch die enge Kopplung mit der Gegenspule im Hauptgerät wird dadurch deren Induktivität und Dämpfung erheblich verändert.

Die damit verbundene elektronische Schaltung besteht vorzugsweise aus einem selbstschwingenden Oszillator geringer Energie, der durch die Dämpfungs­ änderung in einen Zustand gelangt, der die Selbsterregungsbedingung nicht mehr aufrechterhält, so daß der Oszillator aussetzt. Dies wird in bekannter Weise in der elektronischen Schaltung so umgesetzt, daß an deren Ausgang ein internes Schaltsignal abgegeben wird, welches zum Einschalten des Hauptgerätes oder des Senders führt. Entsprechende Schaltungen sind bei Näherungsschaltern vielfach angewendet.

Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung nach dem oben genannten Beispiel.

Darin ist 1 der Hauptgeräte-Kopplerteil, 2 der Bediengeräte-Kopplerteil, 3 stellt den Schalter dar, der diese Koppelspule kurzschließt, wenn der Schaltbefehl im Haupt­ gerät erzeugt werden soll, 4 ist die elektronische Schwingschaltung, deren Selbst­ erregungsbedingung bei Kurzschluß nicht erfüllt wird, und 5 ist die nachgeschaltete Schaltsignalstufe, die das Hauptgerät schaltet.

Fig. 2 zeigt eine komplette Mehrfach-Kopplereinrichtung für ein Handfunk- Sprechgerät, das mit einer Mikrofon-Hörer-Schalterkombination bedient wird.

Mit 6 ist der Schaltkoppler nach Fig. 1 bezeichnet, 7 stellt den Mikrofon-Koppler dar, dessen geräteinterne Spulen-/Kernanordnung zu einem Verstärker 8 geführt ist. Der Verstärker 8 ist vorzugsweise als integrierter Schaltkreis ausgeführt, der einen Sperr-/ENABLE-Eingang 9 aufweist. Dieser ist mit dem Schaltausgang des Schaltkopplers 6 über einen Inverter 10 verbunden.

Dadurch wird im gezeigten Ausführungsbeispiel der Verstärker für das Mikrofonsignal nur dann aktiviert, wenn das Schaltsignal den Sender einschaltet.

Der Koppler 11 ist der Hörersignal-Koppler. Er liegt normalerweise im Hauptgerät parallel zum Lautsprecher 12, so daß die Lautsprecher-Wechselspannung auch zum Hörer des Bediengerätes gelangt.

Fig. 3 beschreibt eine Mehrfach-Koppleranordnung, die erfindungsgemäß eine zusätzliche Schalteinrichtung für das Abschalten des Lautsprechers und das Einschalten des Hörer-Kopplers besitzt.

Diese zusätzliche Einrichtung besteht aus dem Magneten 13, dem gegenüber des Magneten innerhalb des Hauptgerätes angeordneten luftdichten Reed-Kontakt 14 und einem dazwischenliegenden Gerätespalt 15, in den ein ferromagnetischer Blechstreifen 16 dann eintaucht, wenn der Bediengeräte-Koppler (Außenkoppler) mit dem Gerätekoppler (Innenkoppler) mechanisch verbunden ist.

Der Blechstreifen schließt die Kraftlinien des Magneten vor dem Reed-Kontakt kurz und bewirkt so, daß der Reed-Kontakt umschaltet, den Lautsprecher abtrennt und die Ausgangsspannung des Lautsprecher-Verstärkers zum Hörer-Koppler 11 umschaltet. Auch diese zusätzliche Schalteinrichtung erfüllt die Bedingungen der übrigen Koppler-Anordnung für galvanische Trennung und passive Funktion der außenliegenden Gerätekomponenten.

In Fig. 4 ist als ein besonders zweckmäßiges Ausführungsbeispiel eine Mehrfach­ koppler-Einrichtung gezeigt, die alle Merkmale der erfindungsgemäßen Anordnung enthält.

Auf einer Leiterkarte 12 sind die Teilkoppler 13, 14 und 15 angeordnet. Diese Leiterplatte ist in einem Gehäuse 16 untergebracht und zusammen mit dem An­ schlußkabel 17 einer Hörer-/Mikrofon-/Schalterkombination 18 vergossen, so daß diese Baugruppe wasserfest ist.

Im Gehäuse 19 des Hauptgerätes ist die innere Koppler-Baugruppe 20 so eingeklebt, daß sie wasserdicht das Gehäuse abschließt und bei aufgesetztem Außenkopplerteil (16) optimale Kopplung zwischen den Kopplerteilen bewirkt wird.

Die innere Koppler-Baugruppe 20 ist mit ihren Kopplerkomponenten und den Bauteilen der elektronischen Schaltung auf einer oder mehreren Leiterplatten als Einheit mit Kunstharz-Material voll vergossen und enthält auch den Reed-Kontakt 14 so angeordnet, daß dieser durch den Schlitz 15 hindurch vom Magnetfeld des Magneten 13 geschaltet werden kann. Das Material des Gerätegehäuses ist nichtmagnetisch.

Fig. 5 zeigt die beiden Baugruppen in der zusammengefügten Lage.

Hier taucht der Blechstreifen 16 in den Schlitz zwischen Magnet 13 und Reed- Kontakt 14, so daß dieser nicht betätigt wird. Ist der Kontakt 14 als Umschaltkontakt ausgeführt, so kann damit beispielsweise der interne Lautsprecher abgeschaltet und der außenliegende Hörer über den entsprechenden Koppler eingeschaltet werden.

Zugleich wird der Blechstreifen zur Positionierung und Arretierung des außenliegenden Kopplerteils im Gerätegehäuse durch eine Raste 22 verwendet.

Claims (10)

1. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler für die kontaktlose Übertragung von Schaltsignalen und Wechselspannungen in Telekommunikations- und Daten­ übertragungssystemen unter Verwendung von ferromagnetischen Spulenkern- Hälften mit darauf untergebrachten Teilspulen mit induktiver Kopplung, dadurch gekennzeichnet, daß Koppler vorhanden sind, die lediglich Wechselspannungen übertragen, welche zum Betrieb von außerhalb des Gerätes liegenden Zusatz­ einrichtungen, wie Fernbedienungen, Hör-/Sprechkombinationen erfor­ derlich sind, und solche Koppler, die mit passiven Schaltmitteln eine über den Koppler bewirkte Aktivierung des Gerätes bewerkstelligen, ferner Mittel, die durch Beeinflussung von Magnetfeldern beim Zusammenfügen des Kopplers über magnetisch bewirkte Kontaktgabe im Geräteinnern Umschaltungen intern vornehmen und daß die Mehrfach-Koppler­ anordnung so ausgeführt ist, daß die dem Gerät und dem Zusatzgerät zugeordneten Koppler-Hälften voneinander trennbar und in einfacher Weise zusammenfügbar ausgeführt sind.

2. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ferromagnetischen Koppler-Komponenten aus Ferrit-Halbkernen be­ stehen, die jeweils eine Koppler-Spule tragen und die bei zusam­ mengefügtem Koppler mit geringem Luftspalt aufeinander einwirken.

3. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für Handfunk-Sprechgeräte und ähnliche Kommunikationsgeräte mehrere Koppler-Spulenkernanordnungen nebeneinander auf einer Trägerplatte jeweils so angeordnet sind, daß sie in zusammengefügtem Zustand auf dem gegenüberliegenden Kopplerteil aufliegen und daß damit alle Koppler optimal mit ihrem jeweiligen Gegenkoppler verkoppelt werden.

4. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Koppler so als Schaltkoppler verwendet wird, daß die außenliegende, dem Zusatzgerät zugeordnete Kopplerspule durch einen passiven Kontakt kurzgeschlossen werden kann oder in anderer Weise in ihrem Verhalten verändert werden kann, vorzugsweise durch Bedämpfung mittels Widerstand oder durch Beschaltung mit einem Blindwiderstand, so daß die gegenüberliegende Kopplerspule in ihren elektrischen Werten so verändert wird, daß eine nachgeschaltete elektronische Schaltung in bekannter Weise ein Schaltsignal erzeugen kann, welches im Innern des Gerätes den gewünschten Schaltvorgang auslöst.

5. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Ansprüchen 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe des im Hauptgerät untergebrachten Koppler-Teils ein Magnet innerhalb des Gerätes angeordnet ist, welcher einen magnetisch schaltbaren Kontakt mittels seinem magnetischen Feld zu schalten vermag und daß im Gerätegehäuse zwischen Magnet und Kontakt ein Schlitz vorhanden ist, in den ein ferromagnetischer Körper, vorzugsweise ein Blechstreifen, beim Zusammenfügen der Kopplerteile eintaucht und somit das Magnetfeld so kurzschließt, daß der magnetisch schaltbare Kontakt nicht mehr schaltet und somit im Geräteinnern einen Schaltvorgang bewirkt.

6. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Ansprüchen 1, 2, 3, 4 und 5, da­ durch gekennzeichnet, daß dem für die Übertragung eines Mikrofonsignals aus dem Zusatzgerät vorhandenen Koppler ein elektronischer Signalverstärker nachgeschaltet ist, welcher einen Sperreingang besitzt, der beim Aktivieren des Hauptgerätes durch den Schaltkoppler eingeschaltet wird und somit das Mikrofonsignal freigibt.

7. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der außen liegende Mehrfachkoppler-Teil in Form eines flachen Körpers ausgeführt ist, in den das Anschlußkabel zum Zusatzgerät führt und das die Bauteile in diesem Gehäuse mit einem Kunststoff vergossen sind.

8. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der im Hauptgerät untergebrachte Mehrfachkoppler-Teil aus einer Träger­ platte mit den ferromagnetischen Kopplerkernteilen und ihren Spulen und aus einer oder mehreren Leiterplatten mit den elektronischen Bauteilen der Schaltsignalerzeugung und der Wechselspannungsverstärkung besteht, die gemeinsam voll umhüllend vergossen sind und die zum Anschluß der Leitungen im Geräteinnern Lötstifte enthalten und daß diese Baugruppe so geformt ist, daß sie in eine Aussparung des Gerätegehäuses paßt und dort wasserdicht eingeklebt wird.

9. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der vergossenen Baugruppe auch der magnetisch schaltbare Kontakt als hermetisch in einem Glasrohr untergebrachte Kontakt­ anordnung, üblicherweise als Reed-Kontakt bezeichnet, eingebaut ist.

10. Elektromagnetischer Mehrfachkoppler nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in den Schlitz eintauchende Blechstreifen zugleich als Arretierung und Positionierung des beweglichen außenliegenden Kopplerteils zum im Gerät eingebauten Kopplerteil verwendet wird.