DE19540854A1 - Electromagnetic multi-way coupler for telecommunications and data transmission systems - Google Patents
Electromagnetic multi-way coupler for telecommunications and data transmission systemsInfo
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Abstract
Description
Telekommunikations- und Datenübertragungsgeräte müssen in vielen Fällen fernbedienbar ausgeführt bzw. eingerichtet sein.Telecommunication and data transmission devices have to be in many cases be executed or set up remotely.
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.For the connection of appropriate remote control devices are generally Plug connections provided, the switching signals for actuating the Activation process and / or AC voltages from the operator panel and to Transfer operator panel.
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.For devices that are operated under particularly difficult operating conditions must be high demands on such connectors posed. Devices that are operated under water need tight Connectors.
Besonders schwierige Einsatzbedingungen herrschen im explosionsgefährdeten Bereich, zum Beispiel in Raffinerien, Flugplatz-Betankungsanlagen, Erdölver arbeitung und Erdölförderung.Hazardous use conditions prevail in potentially explosive atmospheres Area, for example in refineries, airfield refueling systems, petroleum labor and oil production.
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.For security reasons, telecommunications and data devices must be wear, especially portable or non-stationary equipment used in this field to be operated, comply with special regulations, which under the Ex-protection regulations are defined nationally and internationally. These provisions make pluggable transitions between the device and Remote control very high demands, because in all cases and under all conceivable malfunctions must be ensured that explosions triggering processes through the connections leading out of the devices can never occur on the plugs.
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.In practice, this catalog of demands leads to economic and technical almost unsolvable problems because the security measures on the Plug connections impair the function of the devices and the Extraordinarily increase costs.
Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Probleme.The present invention overcomes these problems.
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.According to the invention, the plug connection between the operating device and the main device replaced by a completely contact-free, isolated coupler arrangement, which the Exchange of information between the control unit and the main unit on an inductive basis Causes and is such that the two coupler parts similar to a connector are detachable from each other.
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. By eliminating any galvanic connection at the transition point Problems of limiting currents and voltages at the transition and thus the dangers for the potentially explosive environment.
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.Usually, several functions have to be exchanged between the control unit and the main unit. In the case of a portable radio, for example, a hearing / speaking device is used for remote control which requires the following signals:
a switching signal for switching on the transmitter,
an AC signal from the microphone of the intercom to the device,
an AC signal from the device to the handset.
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.For the transmission of the latter AC voltage signals is known in Way uses an inductive transformer arrangement consisting of two ferromagnetic core halves with coupling coils wrapped therein. Both core halves are positioned so that the magnetic Alternating flux from one coil to the next coil via a small insulating one Air gap is conducted and thus alternating voltages from one coil to the other Coil can be transmitted contactless.
Das Übertragen von Schaltsignalen zum Einschalten der Gerätefunktion, beispielsweise der Sendefunktion, wird erfindungsgemäß wie nachstehend beschrieben gelöst:The transmission of switching signals to switch on the device function, for example, the send function, according to the invention, is as follows described solved:
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.For the reasons of explosion safety already mentioned come in Control unit housed power supply sources for such switching operations not considered. The switching device must therefore be purely passive, that is, without its own Power supply must be carried out.
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.According to the invention, this is achieved by an inductive coupling of two coil halves achieved, which are preferably coupled ferromagnetically and in which the Control unit assigned coil by changing its electromagnetic or electrical values influence the coil housed in the main unit in such a way that their electromagnetic or electrical values also change and thereby causes an electronic circuit inside the main unit will generate the switching command.
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.In a particularly expedient arrangement, for example, the Control unit assigned coil by a switch in the control unit briefly closed. Due to the close coupling with the counter coil in the main unit thereby significantly changing their inductance and damping.
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.The electronic circuit associated therewith preferably consists of a self-oscillating low energy oscillator by the damping Change comes into a state that the self-excitation condition no longer maintained so that the oscillator fails. This is done in a known manner in the implemented electronic circuit so that an internal Switching signal is emitted, which for switching on the main unit or Transmitter leads. Corresponding circuits are common in proximity switches applied.
Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung nach dem oben genannten Beispiel. Fig. 1 shows such an arrangement according to the above example.
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.Therein 1 is the main unit coupler part, 2 the control unit coupler part, 3 represents the switch that short-circuits this coupling coil when the switching command is to be generated in the main unit, 4 is the electronic oscillation circuit, the self-excitation condition of which is not fulfilled in the event of a short circuit, and 5 is the downstream switching signal stage that switches the main unit.
Fig. 2 zeigt eine komplette Mehrfach-Kopplereinrichtung für ein Handfunk- Sprechgerät, das mit einer Mikrofon-Hörer-Schalterkombination bedient wird. Fig. 2 shows a complete multiple coupler device for a handheld radio that is operated with a microphone-handset switch combination.
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.The switch coupler according to FIG. 1 is designated by 6 , 7 represents the microphone coupler, the device-internal coil / core arrangement of which leads to an amplifier 8 . The amplifier 8 is preferably designed as an integrated circuit which has a disable / ENABLE input 9 . This is connected to the switching output of the switching coupler 6 via an inverter 10 .
Dadurch wird im gezeigten Ausführungsbeispiel der Verstärker für das Mikrofonsignal nur dann aktiviert, wenn das Schaltsignal den Sender einschaltet.As a result, the amplifier for the Microphone signal only activated when the switching signal switches the transmitter on.
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.The coupler 11 is the handset signal coupler. It is normally parallel to the loudspeaker 12 in the main device, so that the loudspeaker AC voltage also reaches the receiver of the operating device.
Fig. 3 beschreibt eine Mehrfach-Koppleranordnung, die erfindungsgemäß eine zusätzliche Schalteinrichtung für das Abschalten des Lautsprechers und das Einschalten des Hörer-Kopplers besitzt. Fig. 3 describes a multi-coupler, according to the invention an additional switching means for switching off the loudspeaker and turning on of the listener has coupler.
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.This additional device consists of the magnet 13 , the airtight reed contact 14 arranged opposite the magnet within the main device and an intermediate device gap 15 into which a ferromagnetic sheet metal strip 16 is immersed when the operating device coupler (external coupler) with the device coupler (internal coupler) ) is mechanically connected.
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.The metal strip short-circuits the lines of force of the magnet in front of the reed contact and thus causes the reed contact to switch over, disconnect the loudspeaker and switch over the output voltage of the loudspeaker amplifier to the receiver coupler 11 . This additional switching device also fulfills the conditions of the remaining coupler arrangement for electrical isolation and passive function of the external device components.
In Fig. 4 ist als ein besonders zweckmäßiges Ausführungsbeispiel eine Mehrfach koppler-Einrichtung gezeigt, die alle Merkmale der erfindungsgemäßen Anordnung enthält.In FIG. 4, a multiple coupler device is shown to be a particularly expedient embodiment, which contains all the features of the arrangement according to the invention.
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.The partial couplers 13 , 14 and 15 are arranged on a printed circuit board 12 . This circuit board is housed in a housing 16 and shed together with the connection cable 17 to a handset / microphone / switch combination 18 , so that this assembly is waterproof.
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. In the housing 19 of the main unit, the inner coupler assembly 20 is glued in such a way that it seals the housing in a watertight manner and, when the outer coupler part ( 16 ) is in place, optimal coupling between the coupler parts is effected.
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.The inner coupler assembly 20 is fully encapsulated with its coupler components and the components of the electronic circuit on one or more printed circuit boards as a unit with synthetic resin material and also contains the reed contact 14 arranged so that it passes through the slot 15 from the magnetic field of the Magnet 13 can be switched. The material of the device housing is non-magnetic.
Fig. 5 zeigt die beiden Baugruppen in der zusammengefügten Lage. Fig. 5 shows the two modules in the assembled position.
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.Here the sheet metal strip 16 dips into the slot between the magnet 13 and the reed contact 14 so that it is not actuated. If the contact 14 is designed as a changeover contact, the internal loudspeaker can, for example, be switched off and the external receiver can be switched on via the corresponding coupler.
Zugleich wird der Blechstreifen zur Positionierung und Arretierung des außenliegenden Kopplerteils im Gerätegehäuse durch eine Raste 22 verwendet.At the same time, the metal strip is used for positioning and locking the external coupler part in the device housing by means of a catch 22 .
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