DE2732806C3 - Lichtsignalübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparateteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen l.ichisignaliiberirager zwischen gegenseitig verdrehb.iren Apparatetcilcn.

In jüngster Zeit erlangt die Übertragung von Nachrichten. DaIcm, Meßwerten und dergleichen mil Hilfe von l.ichtsignalen, die in Lichtleitfasern über große Entfernungen gelcitel werden können, größere ßcdeiiliing. Derartige Übcrtragungscinrichlungen eignen sich zur Übertragung breiter Frequenzbänder; sie sind verhältnismäßig störungssichcr und vor allem cinstrctitingsarm. Bekanntlich sind Lichtleitfasern so aufgebaut, daß ein Kern mit guter Lichllcilfiihigkcit von einer Mantclschichl. deren Material einen niedereren Brechungsindex als das Kcrnmatcrial hai, umgeben ist und auf diese Weise das Licht verhältnismäßig verliislfrei auch Biegungen der l.rchtlcitfaser folgen kann, weil die Miiniulschicht !reffende l.ictminihlen dort lolalreflcktiert werden. Derartige Übcrlragtingseinrichtiingen empfehlen sich auch zur I Iberlragung von Meßwerten und Befehlen bei mehr oder weniger ausgedehnten Anlagen, wie programmgesteuerten Werkzeugmaschinen, Luft oder landfahrzeugen. Hei solchen Einrichtungen müssen oft Signale zwischen bewegen Teilen ausgetauscht werden Nun

sind Lichtleitfasern zwar beweglich, doch sind vor allem Rotationsbewegungen /.wischen den in Frage kommenden Anlage- oder Apparateteilen oft so groß, daß ihnen auch durch lockere Bündel von Lichtleitfasern nicht gefolgt werden kann.

Es besteht demnach ein Bedürfnis an Einrichtungen /ur Übertragung von Lichtsignalen zwischen bewegten Apparatcteilen.

Gemäß der Erfindung ist ein eingangs erwähnter l.ichtsignalübertrager dadurch gekennzeichnet, daß mit dem einen Apparateteil ein Lichtsignale führender, ringförmig gebogener Lichtleiter (Lichtleiterring) mit einem ringförmigen, seinen Kern teilweise offenlcgenden Spalt in seiner tolaliefleklierenden Mantelschicht und mit dem anderen Apparaleteil ein mit seiner optischen Achse einen spilzen Winkel und mit seiner Lichteinfallsfläche einen geringen Abstand gegenüber der Spaitfläche aufweisender Lichiempfänger verbunden ist.

Der Lichlsignalübertrager nach der Erfindung stellt eine Art optischer Schleifring dar. bei dem jedoch keine materielle Berührung zwischen den beiden gegeneinander verdrehbaren Apparateteilen stallfinden muß, so daß die Kontaklverschmutzung oder Abnutzung nicht eintritt.

Zweckmäßig sind der Lichtleiterring und der L.ichtcmpfüngcr bezüglich einer durch den Ringmittelpunkt gehenden und auf der Ringöffnung senkrechtstchcnden Achse gegeneinander verdrehbar.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Spaltfläche am äußeren Umfang des Lichtleiterringes angeordnet.

Eine zweite Ausführiingsform sieht einen Spalt am inneren Umfang des l.ichilciterringcs vor.

Mehrere Lichtlciierringc und Lichtempfänger können für eine raummultiplexe Übertragung längs der Drehachse angeordnet sein.

Zweckmäßig ist der Lichtleiterring mit einer lichtaussendenderi Einrichtung verbunden. Für die Hin- und Zurückübertragung von Signalen ist es deshalb vorteilhaft, sowohl auf dem einen als auch auf dem anderen beweglichen Teil l.ichtleitcrringe und Lichiempfänger anzuordnen. Bei einer Ausführiingsform dieses Gedankens ist vorgesehen, daß mehrere Lichtleiterringe mit an ihrem inneren oder äußeren Umfang angebrachtun Spaltflächen längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und Lichtleiterringen der einen Art optisch zugeordnete Lichtempfänger bezüglich einer Drehbewegung um die gemeinsame Achse mit Lichtlcitcrringen der anderen Art fest verbunden sind.

Zur Vermeidung von Übersprechen sind die Lichtleilcrringe und/oder die Lichtempfänger zweckmäßig gegeneinander optisch abzuschirmen.

Eine andere Ausführungsform der Lichtleiterringe trägt einen Spult in der Mantelschicht auf einer Stirnseite.

Mehrere Lichtlciierringc verschiedenen Durchmessers dieser An lassen sich in einer Ebene konzentrisch anordnen.

Es sind auch mehrere stirnscitig mit Spulten ihres Manlcls versehene I ichtleitorringe verschiedenen Durchmessers in zwei Ebenen anzuordnen, wobei die Spaltflächen einander zugerichtet sind und den Lichtlcitcrringen der einen Ebene optisch zugeordnete Lichiempfänger bezüglich einer Drehbewegung um eine gemeinsame Achse mit den l.ichtleilerriugen der anderen Ebene fesl verbunden sind.

Dabei können die l.ichtleiterrintie der einen libelle in Zwischenräume zwischen den Lichtleiterringen der anderen Ebene eingreifen.

Für die Lichtleiterringe als Einzelelement des Übertragers gibt es zwei vorteilhafte Bauformen. Sie können einmal als geschlossene Ringe mit einer zusätzlichen öffnung ihrer Mantelschicht zur Einspeisung eines Lichtsignales ausgeführt sein, sie können jedoch auch aus einer Schleife eines Lichtleiters bestehen, der von einer Querschnittsfläche aus gespeist und am Endquerschnitt offen ist.

Es kann zweckmäßig sein, jedem Lichtleiterring zwei einander diametral gegenüberliegende Lichtempfänger zuzuordnen.

Die Lichtempfänger können optoelektronische Wandler sein, die unmittelbar Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln, sie können jedoch auch lichtaufnehmende Flächen von Lichtleitern sein, welche die Lichtsignale ihrerseits weiterleiten.

Zur Vermeidung von Lichtverlusten über die Spaltflächen der Lichtleiterringe ist es vorteilhaft, die den Spaltflächen gegenüberliegeniicii Flächen auf den Übertragungsteil, der sich gegenüber dem Lichtleiterring verdrehen kann, bis auf das Fenster des Lichtempfängers zu verspiegeln.

Die Erfindung wird an vier Figuren, die verschiedene Aiisfül.i ungsbeispiele darstellen, erläutert.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt eines Lichtsignalübertragcrs einer Ausführungsart.

F i g. 2 stellt einen Querschnitt durch den gleichen Übertrager dar.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsart im Längsschnitt dargestellt.

Fig.4 zeigt einen Lichtleiterring, der nicht in sich geschlossen ist.

In Fig. 1 ist ein topfförmiger Drehkörper 1 zu erkennen, der mit Hilfe eines Flansches 2 an einem Apparateteil befestigt werden kann. Ein anderer Drehkörper 3 ist konzentrisch im Drehkörper 1 angeordnet. Er kann mit Hilfe einer Welle 4 an einem gegenüber einem ersten Apparateteil verdrehbaren anderen Apparateteil befestigt werden. Die Welle 4 ist durch eine Öffnung 5 im Drehkörper 1 geführt. An der Innenwand des Drehkörpers 1 ist eine Nut 6 eingearbeitet, in der ein Lichtleiterring 7 liegt. Der Lichtleiterring 7 weist an seinem inneren Umfang einen Spalt 8 in seiner Mantelschicht auf. An diesem Spalt ist entweder das ursprünglich vorhandene Mantelmaterial des Lichtleiterringes 7 auf der Innenseite des Ringes abgetragen oder es wurde bei der Herstellung ein Spalt in der Mantelschieht offengelassen, so daß aus dieser Fläche Licht aus d-;m Lichtleiterring 7 austreten kann. Das aus der Spaltfläche 8 austretende Licht gelangt in Lichtempfänger 9 und SO, die auf dem Drehkörper 3 so angeordnet sind, daß ihre optische Achse einen spitzen Winkel zur Tangente an die Spaltfläche 8 bildet Das empfangene Licht kann über Lichtleiter 11 und 12 auf den mit dem Drehkörper 3 über die Welle 4 verbundenen Apparateleil geführt werden.

Auf dem äuiWen Mantel des Drehkörpers 3 ist ebenfalls eine Nut 13 eingearbeitet. In ihr liegt ein weiterer l.ichlleiterring 14. Dem l.iehtleiterring 14 bzw. einer beispielsweise an seinem äußeren Umfang angeschlilknen Spaltfläche 15 'liegen zwei einander diametral entgegengesetzte Lichtempfänger 16 und 17 gegenüber. Die der Spaltflächen der beiden Lichtleiterringe 7 und 14 jeweils gegenüberliegenden Flächen der beiden Drehkörper werden bis auf die Eintrittsfensier der I.ichtemnfäm;er9und lObzw. 16und 17 verspiegelt.

Auf diese Weise werden die Licht Verluste durch die Spaltflächen an den l.ichtleilerringen verringert.

Ks ist vorteilhaft, die Signalrichuing so zu wühlen, dal.) das Licht immer von der Spaltfläche des Lichtleiter! m ges ausgeht. Die in !■'ig. I gezeigte Anordnung ist also für einen Hin- und Rückverkehr von Signalen /wischen zwei gegeneinander verdrehbaren Apparalclcilen ge eignet.

In Γ ig. 2 ist ein Schnitt durch die Linie A-A dargestellt. Es ist der äußere Drehkörper I zu erkennen, in den die l.ichtempfänger 16 und 17 eingelassen Mnd. Auf der geschnittenen Nut-Rückwand des inneren Drehkörpers 3 liegt der im Schnitt dargestellte l.ichtlciterring 14. Tr besteht aus einem zu einem geschlossenen Kreis gebogenen Lichtleiter, der bis auf die Spaltfläche am äußeren Umfang eine Mantclschicht mit niedererem Brechungsindex als seine Kernmasse trägt. Kin etwaiger Luftspalt 18 /wischen zwei Luden des zu einem Ring gebogenen Lichtleiters i4 isi mit einer Flüssigkeit oder Paste gleichen Hrechungsindcxes wie der Kern des l.ichtlcilerringes gefüllt. Der Lichtleitcrring 14 hat auf seiner Innenseite eine zweite Öffnung seiner Mantelschicht 19. die fest mit dem Lichtaustrittsfcnster eines Lichtleiters 20 verbunden ist. Über diesen Lichtleiter wird ein Lichtsignal in den Lichtleiterring 14 eingeführt. An dem Fenster 19 kann auch das Austrittsfenster eines optoelektronischen Senders befestigt sein, der elektrische Signale unmittelbar in Lichtsignale umwandelt.

r.s ist ohne Schwierigkeiten möglich, eine größere Anzahl von Lichtleiterringen und entsprechenden ihnen gegenüberstehenden l.ichtcmpfangern auf entsprechend verlängerten Drchtcilen 1 bzw. 3 anzuordnen und auf diese Weise den l.ichtsignalübcrlrager für dii Übertragung sehr vieler Signale einzurichten.

In der Γ ig. 3 isl eine andere Ausführiingsform de l.iclitsignalüberlragers in einer Schnittdarstellung ge zeigt. Zwei gegeneinander verdrehbare Scheiben 31 um 12 sind mit Wellen 33 bzw. 34 an gegeneinander verdrehbaren Apparalclcilen befestigt. Die Scheiben 31 und 32 tragen auf ihren einander gegenüberstehender Seiten konzentrisch zu den Wellen angeordnete Lichtleiterringe 35, 36, 37 und 38. In der Schniltdarstel lung greifen diese Ringe knmmarlig ineinander. Aul dem (!runde der zwischen α ei Ringen auf der gleichet Scheibe entstehenden Nuten sind l.ichlcmpfängcr 39 bi« 46 angeordnet. Die l.ichtlcitcrringc selbst werden diircl nicht dargestellte, fest an ihnen angebrachte l.ichlscn der gespeist. Die Lichtleiterringe haben rechteckiget Querschnitt. An ihrer den l.ichlempfangern zugewand ten Seite isl das Manlelmaterial abgetragen. Det Niiii-iigiiinu im vci>|iiigin.

In Cig. 4 ist ein einzelne! I ichlleilerring SC dargestellt, der eine andere !Uniform als die bishei gezeigten Lichtlcitcrringe hai Ft besteht aus einen nicht in sich geschlossenen Ring. Der eine (Querschnitt 51 des Ringes 50 ist über einen Lichtleiter 52 mit eineir l.ichtsender 53 verbunden Das andere KmIe de« l.ichtleiterringes 50 ist optisch offen. In den Lichtleiter ring 50 ist ein Querschnitt eingezeichnet, an den sichtbz wird, daß der Mantel des l.ichileitcrringes 50 ar seinem äußeren Umfang enifernt ist. Kbenso könnet natürlich auch eine Spaltfläche an seinem innerer Umfang oder eine Spaltfläche oben oder unter angebracht sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (18)

Patentansprüche:

1. Lichtsignalübertrager zwischen gegenseitig verdreiibaren Apparateteilen, dadurch gekennzeichnet, daßmkdem einen Apparateteil ein Lichtsignale führender, ringförmig gebogener Lichtleiter (7) (Lichtleiterring) mit einem ringförmigen, seinen Kern teilweise offenlegenden Spalt (8) in seiner totalreflektierenden Mantelschicht und mit dem anderen Apparateteil ein mit seiner optischen Achse einen spitzen Winkel und mit seiner Lichtcinfallsfläche einen geringen Abstand gegenüber dem Spalt (8) aufweisender Lichtempfänger (9, 10) verbunden ist.

2. Lichtsignalfibertniger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitcrring (7) und der Lichtcmpfänger (9, 10) bezüglich einer durch den Ringmiltelpunkt gehenden, auf der Kingöffnung senkrechistehendeii Achse gegeneinander vcrcJrchbar sind.

3. L.ichtsignalüberirager nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltfläche (15) am äußeren Umfang des Lichtlcitcrringes (14) angeordnet ist.

4. l.ichtsignaliiberlrager nach Anspruch I und 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiierring (7) an seinem inneren Umfang einen Spalt (8) aufweist.

5. Lichtsignalüberiragcr nach Anspruch 1 und 2 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,daß mehrere l.ichtleiterringe (7, 14) und !.ichtempfänger (9, 10) lungs der Achse angeordnet sind.

6. Lichtsignalüberirager n;-.<.'h Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Spaltfläche an einer Stirnseite les Lichtleiterringes (35) angeordnet ist.

7. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 5,4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere l.ichtleiter ringe (7, 14) mit an ihrem inneren oder äußeren Umfang angebrachten Spaltflächen (8, 15) längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und Lichtleiterringen der einen Art optisch zugeordnete Lichlempfänger (9, 10, 16, 17) bezüglich einer Drehbewegung um die gemeinsame Achse mit Lichtleiterringen der anderen Art fest verbunden sind.

8. Lichtsignalüberirager nach Anspruch 5 oder 6 oder 7. dadurch gekennzeichnet, daß die l.ichtleiterringe (7, 14) und/oder die Lichlempfänger (9, 10, 16, 17) gegenseitig optisch abgeschirmt sind.

9. Lichlsignalübcrtragcrnach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere l.ichtleiterringe verschiedenen Durchmessers mit stirnscitig offener Mantclschicht in einer Ebene konzentrisch angcordncl sind.

10. l.ichlsignalübcrlrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere slirnseiligc Spalte in ihrer Mantclschichl aufweisende l.ichtleiterringe (15, .36, .37, 38) verschiedenen Durchmessers in zwei Ebenen mit gcgcncinandcrgcrichleten Spaltflächen angeordnet situ! und den l.ichileiterringcn der einen libelle optisch zugeordnete l.ichtcmpfänger (W, 40, 41, 42, 4 J, 44, 45, 46) bezüglich einer Drehbewegung um eine gemeinsame Achse mit den l.ichlleiterringen der anderen Ebene fcsl verbunden sind.

11. l.ii'hisipnaliiberirairer naih Anspruch 10, dadurch üekennzeichncl. daß die l.ichtlcitcrringc (.35, 37) der einen Ebene in Zwischenräume zwischen den Liehileiterringen (36, 38) der anderen Ebene greifen.

12. Lichisignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterringe (7, 14) als optisch geschlossene Ringe mit einem zusätzlichen Fenster zur Einspeisung eines Lichtsigcales ausgeführt sind.

13. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, ausgenommen Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleilerringe jeweils aus Schleifen von einer Qucrschnittsfläche aus gespeisten, am Endquerschnitt optisch offenen Lichtleitern (50) bestehen.

14. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß pro I.ichtleiterring (14) jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Lichtempfänger (16, 17) vorgesehen sind.

15. Lichisignalübertrager nach Anspruch I oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfänger (9, 10, 16, 17) optoelektronische Wandler sind.

16. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, .laß als Lichtempfänger (9, 10, 16, 17) lichtaiifnchmende Flächen von Lichtleitern dienen.

17. l.ichtsignalübertrager nach Anspruch I oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Spaltflächen (8, 1.5) gegenüberliegende, relativ gegen sie drehbare Flächen verspiegelt sind.

18. l.ichtsignaliiberlrager nach Anspruch I oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zwischenräume zwischen Lichtein- und -auslrill.sfenslern bzw. Spaltflächen mit einer Immersionsflüssigkci» oder Paste gefüllt sind.