DE3128498A1

DE3128498A1 - "anordnung zur leitungsgebundenen uebertragung von signalen"

Info

Publication number: DE3128498A1
Application number: DE19813128498
Authority: DE
Inventors: Walter Dipl.-Phys. Baum; Arthur Ing.(grad.) 3300 Braunschweig Schneider; Hermann 3000 Hannover Zehl
Original assignee: Kabel und Metallwerke Gutehoffnungshuette Ag 3000 Hannover; KM Kabelmetal AG; Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1981-07-18
Filing date: 1981-07-18
Publication date: 1983-02-03
Also published as: DE3128498C2; FR2509934B1; IT8248790A0; IT1149019B; SE8204358D0; SE462011B; US4686530A; GB2103446B; JPH0344360B2; FR2509934A1; GB2103446A; SE8204358L; JPS5824995A

Description

Kabel- und Metallwerke

Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft-.---; __--_

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Anordnung zur leitungsqebundenen Übertragung von Signalen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Übertragung von Signalen zwischen einem Sender und einem Empfänger mittels einer von einer Isolierhülle umgebenen Leitung, an deren einem Ende ein dieselbe feuchtigkeitsdicht abschließender Spritzkörper aus Isoliermaterial angebracht ist und an deren anderem Ende ein Stecker angeordnet ist, der elektrische Kontakte und einen um Teile dieser Kontakte und das Leitungsende herumgespritzten Schutzkörper aus Isoliermaterial aufweist.

Solche Anordnungen mit Leitungen, an deren beiden Enden Kontakte aufweisende Stecker angebracht sind, gibt es seit langem insbesondere in der Elektronik. Die Leitungen dienen dabei beispielsweise als Verbindungsleitungen zwischen Meßgeräten und Oszillographen, Auch bei Kraftfahrzeugen werden solche Leitungen eingesetzt, um mit entsprechenden Geräten bestimmte Funktionen der Fahrzeuge überwachen zu können* Anwendungsbeispiele sind der obere Totpunktgeber und das Antiblockiersystem der Bremsen, Die Entwicklung auf diesem Gebiet geht daMn, daß in Zukunft weitere Punkte im Kraftfahrzeugsystem mit Hilfe eines Mikroprozessors überwacht werden. Solche Punkte sind beispielsweise der Zündwinkel, das Zündsignal, der Unterbrecherkontakt, die Drehzahl, die Geschwindigkeit und das automatische Getriebe.

Für alle Einsatzfälle in der Elektronik ist es erforderlich, daß die Signale mit einer Leitung möglichst störungsfrei von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden können. Hierzu ist es bisher erforderlich, Leitungen zu verwenden, die vollständig abgeschirmt sind,- und es müssen auch die jeweiligen Geräte in eine einwandfreie Abschirmung eingekapselt werden. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere bei der Abschirmung von Mikroprozessoren, da jede metallische Leitung, die aus der Abschirmung herausführt, wie eine Antenne wirkt und dementsprechend auch Störsignale zum Mikroprozessor führt. Eine

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vollwirksame Abschirmung für die Leitungen und die Gerate ist äuße aufwendig. Ein entsprechendes System ist daher nur mit erheblichen finanziellen Mitteln realisierbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung anzugeben die bei einfachem Aufbau und universeller Verwendbarkeit, eine stö rungsfreie, leitungsgebundene Übertragung von Signalen zwischen ei Sender und einem Empfänger gewährleistet. Es soll dabei nicht nur Störungsfreiheit in elektrischer Hinsicht erreicht werden, sondern Leitung soll darüberhinaus auch feuchtigkeitsdicht sein.

Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst,

- daß die Leitung als Lichtleiter ausgebildet ist,

- daß der zum Anschluß am Empfänger bestimmte Stecker einen licht-• empfindlichen Empfänger, einen Verstärker und einen Impulsformer

aufweist, die in dieser Reihenfolge zwischen dem Lichtleiter und den Kontakten angeschlossen und in den Schutzkörper eingebettet sind,

- daß in den Spritzkörper ein elektro/optischer Wandler und ein el trisch in Reihe mit demselben liegender, magnetischer Impulsgene, eingebettet sind, der durch Beeinflussung durch ein sich ändernd Magnetfeld einen Stromimpuls abgibt,

- und daß am Sender eine Einrichtung zur Erzeugung eines sich ände den Magnetfeldes angebracht ist, in deren unmittelbarer Nähe der Spritzkörper angeordnet ist.

Durch den Einsatz einer derartigen Anordnung mit einem Lichtleiter sind Empfänger und Sender einer Signalübertragungsstrecke galvanis entkoppelt. Da die Übertragung der Signale über den Lichtleiter erfolgt, ist außerdem jede elektromagnetische Störung von außen ausg< schlossen. Eine solche Leitung kann in eine Abschirmung eines Mikri Prozessors eingeführt werden, ohne daß Störungen in denselben hine. gebracht werden, da der Lichtleiter keine Antenne darstellt.

Die durch Spritzkörper und Stecker konfektionierte Leitung kann
äußerst einfach in einer heute beherrschten Spritztechnik hergestellt werden, in welcher zunächst der Lichtleiter mit seiner

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Isolierhülle versehen wird. Dieses Umhüllen kann kontinuierlich erfolgen, wobei der umhüllte Lichtleiter "endlos" auf eine Spule aufgewickelt werden kann. Von dem endlosen Gebilde kann zur Herstellung einer für die Anordnung geeigneten Leitung eine gewünschte Länge abgeschnitten werden, an deren Enden der Spritzkörper bzw. der Stecker angespritzt werden können. Hierzu können zunächst einerseits der Wandler und der Impulsgenerator nach elektrischer Verschaltung für den Spritzkörper und andererseits Empfänger, Verstärker und Impulsformer für den Stecker zusammengefaßt und in geeigneter Weise an den Enden der Leitung festgelegt werden. Die so vorbereiteten Leitungsenden werden in ein Spritzwerkzeug eingelegt, in welchem der Spritzkörper und der Schutzkörper für den Stecker gespritzt werden. Es ist auf diese Weise eine Leitung zur Verbindung eines Senders mit einem Empfänger geschaffen, die nicht nur unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen, sondern auch gegenüber Feuchtigkeit ist, da die Leitung selbst sowie ihre Enden durch die Spritzvorgänge völlig dicht gegen Feuchtigkeit sind.

Ein für die Anordnung nach der Erfindung geeigneter Impulsgenerator ist beispielsweise in der DE-OS 21 43 327 beschrieben. Er wird im folgenden der Einfachheit halber als "Wiegandsonde" bezeichnet. Die Wiegandsonde besteht aus einem Magnetkern aus zwei unterschiedlichen Materialien, um den herum Drähte gewickelt sind. Ein sich änderndes, auf die Wiegandsonde einwirkendes Magnetfeld erzeugt in derselben einen Stromimpuls, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld sich ändert bzw. bewegt wird. Für die Anordnung nach der Erfindung -ergibt sich dadurch der 'Vorteil, daß auf der Senderseite prinzipiell keine gesonderte Stromquelle mehr benötigt wird. Der Spritzkörper hat dann keine nach außen ragenden Kontakte, sondern ist rundum geschlossen, da sowohl die als Stromquelle dienende Wiegandsonde als auch der Wandler vollständig in den Spritzkörper eingebettet werden können.

Die Ausführungsform auf der Senderseite mit einem Wandler und einer Wiegandsonde reicht prinzipiell für die Funktion der Anordnung nach der Erfindung aus. Als Wandler werden beispielsweise Lumineszenzdioden oder Laserdioden eingesetzt, die eine Schwellspannung haben. Zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit dieser Wandler kann gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung im Spritzkörper eine

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zusätzliche Spannungsquelle vorhanden sein, die gerade die Schwellspannung abgibt. Diese Spannungsquelle kann beispielsweise eine Zenerdiode sein, die von außen mit Strom versorgt wird, so daß danr Kontakte aus dem Schritzkörper herauszuführen sind. Es ist jedoch auch möglich, in Reihe mit dem Wandler einen Kondensator zu schalte der -Ober eine niederohmige Diode vom sonst nicht benötigten Gegenimpuls der Wiegandsonde jeweils aufgeladen wird.

Ein Äusführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeict nungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Anordnung mit Verbindungsleitungen nach der Erfindung.

Fig. 2 die Verbindungsleitung in vergrößertem Maßstab.

Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie III - III.

Fig. 4 eine elektrische Schaltung der Einzelteile eines Steckers für die Empfängerseite.

Fig. 5 und 6 elektrische Schaltungen der Einzelteile im Spritzkörp« für die Senderseite.

Die Anordnung nach der Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo Signale störungsfrei von einem Sender zu einem Empfänger übertrage] werden sollen, bei gleichzeitiger galvanischer Entkopplung von Sender und Empfänger. Die folgende Beschreibung bezieht sich, stei: vertretend für alle Anwendungsfälle, auf Kraftfahrzeuge.

Mit 1 ist ein Mikroprozessor bezeichnet, der beispielsweise unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Dieser Mikroprozessor weist verschiedene Steckanschlüsse 2 auf und ist von einer durch eine gestrichelte Linie 3 angedeuteten Abschirmung umgeben, welche den Mikroprozessor selbst gegenüber elektromagnetisc] Störstrahlung schützt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind a: fünf der eingezeichneten Steckanschlüsse 2 Leitungen 4 angeschloss die mit ihren freien Enden mit Geräten 5 verbunden sind. Die Leitungen 4 sind beliebig lang und in Fig. 1 daher unterbrochen dargestellt.

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Geräte 5 sind beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die folgenden Punkte:

Die Zündwinkelverstellung, die Zündsignaleingabe, der Unterbrecherkontakt, eine Stelle zur Drehzahlmessung, eine Stelle zur Geschwindigkeitsmessung, ein Punkt mit Eingriff in das automatische Getriebe zur Steuerung desselben, ein oberer Totpunktgeber (OT) und das automatische Antiblockiersystem (ABS) für die Bremsen. An all diesen Punkten können Spritzkörper mit Wiegandsonden angeordnet sein, die auf ein sich änderndes Magnetfeld ansprechen und deren Signale über die Leitungen 4 zu dem Mikroprozessor 1 übertragen und dort ausgewertet werden können. Der Mikroprozessor 1 kann mit einer beliebigen Anzahl von Steckanschlüssen 2 ausgerüstet werden und es ist theoretisch möglich, jeden einer elektronischen Überwachung zugänglichen Punkt innerhalb eines Kraftfahrzeugs mit einer Leitung 4 an den Mikroprozessor anzuschließen.

Die Leitung 4 selbst ist entsprechend Fig. 2 und 3 beispielsweise wie folgt aufgebaut:

Das der Signalübertragung dienende Element ist als Lichtleiter 6 ausgeführt, welcher als langgestrecktes Bauteil über seine gesamte Länge mit einer Isplierhülle 7 versehen ist. Diese Isolierhülle kann mit einer üblichen Spritzmaschine kontinuierlich auf den Lichtleiter 6 aufgebracht werden und der umhüllte Lichtleiter kann "endlos" auf eine Spule aufgewickelt werden. Als Material für die Isolierhülle 7 eignet sich jeder beliebige Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen oder Polyvinylchlorid.

Der Lichtleiter 6 kann als Glasfaser oder auch als Kunststoffaser ausgeführt sein. Es ist dabei möglich/ jeweils einen Einzelleiter zu verwenden, jedoch kann als Lichtleiter auch ein Bündel aus mehreren, miteinander verseilten Fasern verwendet werden, deren Querschnitt geringer als der einer Einzelfaser ist.

Für die Herstellung einer Leitung 4 nach der Erfindung wird ein Stück vorbestimmter bzw. gewünschter Länge von der endlosen Leitung abgeschnitten, und der Lichtleiter 6 wird an beiden Enden ein

Stück von seiner Isolierhülle 7 befreit. An diese freigelegten Enden werden einerseits ein Spritzkörper 8 und andererseits ein Stecker 9 angeformt. Der Stecker weist elektrische Kontakte 10 auf, die in einer nicht dargestellten Brücke aus mechanisch festem Isoliermaterial festgelegt und auf Abstand gehalten sein können.

Im Spritzkörper 8 sind eine Wiegandsonde 11 und ein elektro/optiscl Wandler 12 eingebettet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. D< elektro/optische Wandler 10 ist vorzugsweise als Lumineszenzdiode oder als Laserdiode ausgebildet. Prinzipiell kann hier aber jeder geeignete elektro-optische Wandler eingesetzt werden. Der Spritzkörper 8 wird an einem der zu überwachenden Punkte (Sender) ange- ^ ordnet, der mit einem in Fig. 2 schematisch angedeuteten Magneten '. ausgerüstet ist.

Bei dem Magneten 13 kann es sich sowohl um einen Dauermagneten als auch um einen Elektromagneten handeln. Wenn der Magnet 13 an bewegbaren Teilen des zu überwachenden Punktes angebracht werden kann, dann ergibt sich durch diese Bewegung bezüglich eines Festpunktes, an dem die Wiegandsonde 11 angebracht ist, ein sich änderndes Magn« feld. So kann der Magnet 13 beispielsweise an dem sich dauernd drehenden Verteiler in einem Kraftfahrzeug angebracht sein.

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Es ist jedoch «'möglich, den Magneten 13 selbst stationär anzuordnen und an den bewegbaren Teil des zu überwachenden Punktes bzw. Geräts C eine magnetische Kurzschlußvorrichtung zu koppeln, die das Magnetfeld in bestimmten Abständen kurzschließt und dadurch für die gewünschte Änderung des Magnetfeldes sorgt.

Auf der anderen Seite der Leitung 4 ist der Stecker 9 angespritzt, der zum Verbinden mit dem Mikroprozessor 1 geeignet sein soll. An die Kontakte 10 des Steckers 9 können ein lichtempfindlicher Empfänger 14, ein Verstärker 15 und ein Impulsformer 16 angeschlossen sein, und zwar in dieser Reihenfolge, ausgehend vom ' Lichtleiter 6. Die genauere Schaltung dieser Teile geht aus Fig. 4 hervor. Die Teile 10, 14, 15 und 16 werden zusammen mit dem Leitunq ende in eine Spritzvorrichtung eingelegt, in welcher ein Schutzkörper 17 aus Isoliermaterial gespritzt wird, so daß auch dieses

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Leitungsende feuchtigkeitsdicht umschlossen ist. Nach dem Spritzen von Spritzkörper 8 und Schutzkörper 17, die auch in einem einzigen Arbeitsgang gespritzt werden können, ist die 'Leitung 4 fertiggestellt.

Die Kontakte 10 können als Steckerstifte ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, hier Buchsenkontakte einzusetzen, die auf entsprechende Stifte am Mikroprozessor 1 aufsteckbar sind.

Als lichtempfindliche · Empfänger 14 können beispielsweise Photodioden oder Phototransistoren eingesetzt werden. Sowohl der Verstärker 14 als auch der Impulsformer 15 können als sogenannte "IC", d. h. als integrierte Schaltkreise, ausgebildet sein, die nur noch an entsprechende Kontakte angeschlossen werden müssen. Weiterhin ist es möglich, den Empfänger 14 und den Verstärker 15 in einem IC zusammenzufassen.

Der Stecker 9 weist entsprechend Fig. 4 drei Kontakte 10 auf, von denen der mittlere der Signalübertragung dienen kann, während die beiden anderen der Stromversorgung dienen. Der Empfänger 14 ist nach Fig. 4 mit dem Eingang des Verstärkers 15 verbunden, an den auf der anderen Seite der Impulsformer 16 angeschlossen ist.

Durch das sich ändernde Magnetfeld des Magneten 13 werden, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher die Änderung des Magnetfeldes stattfindet, von der Wiegandsonde 11 ein positiver und ein negativer Stromimpuls erzeugt. Der positive Stromimpuls wird für die Überwachung bzw. Signalübertragung verwendet. Er wird durch den Wandler 12 in ein Lichtsignal umgesetzt, das über die Leitung 4 zum Mikroprozessor 4 geführt wird.

Wie bereits erwähnt, wird als Wandler '12 vorzugsweise eine geeignete Lichtdiode eingesetzt. Derartige Dioden haben Schwellspannungen von etwa 1,2 V. Um sicherzustellen, daß diese Schwellspannung auch durch den Stromimpuls der Wiegandsonde 11 überwunden werden kann, kann in Weiterbildung des Erfindungsgedankens in Reihe mit dem Wandler 12 eine Spannungsquelle angeordnet werden. Bei dieser Spannungsquelle kann es sich um eine Zenerdiode 18 handeln, die über aus dem Spritzkörper 8 herausragende Kontakte 19 und 20 mit einer Stromquelle verbindbar ist, wobei diese Kontakte feuchtigkeitsdicht aus dem Spritzkörper 8 herausgeführt sind.

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Es ist jedoch auch möglich, als Spannungsquelle einen Kondensator 2 zu verwenden, der über eine Diode oder einen Transistor 22 jeweils von dem negativen Stromimpuls der Wiegandsonde 11 aufgeladen wird. Als Diode 22, die antiparallel zum Wandler 12 geschaltet wird, sollen Dio^.den mit n,iedriger/Jci<tfellspannung eingesetzt werden, wie beispielsweise Germanium- oder Siliciumdioden. Bei dieser Ausführur form bleibt der Vorteil des vollständig abgeschlossenen Spritzkörpers 8 ohne herausgeführte Kontakte erhalten und es wird auch keine zusätzliche Stromquelle benötigt·.

Insgesamt ist eine robuste, einfach zu handhabende und feuchtigkeit dichte Leitung 4 gegeben, die eine gegen elektromagnetische Störunq γ unempfindliche Übertragung von Signalen zwischen einem Sender und einem Empfänger ermöglicht und so beispielsweise in der Autoelektronik für einen störungsfreien Empfang sorgen kann. Die Anordnung nach der Erfindung ist jedoch, wie bereits erwähnt, nicht auf das bevorzugte Anwendungsgebiet der Autoelektronik beschränkt, sondern sie kann bei allen möglichen Geräten eingesetzt werden, bei denen ein störungsfreier Empfang bzw. eine störungsfreie Signalubertragur gefordert werden, die heute nur durch aufwendige Abschirmungen von Leitungen und Geräten möglich sind.

Leerseite

Claims

Kabel- 'und Metallwerk

Gutehoffnungshütte Aktiengesellschaft

Patentansprüche

l.y Anordnung zur Übertragung von Signalen zwischen einem Sender und ^v^ einem Empfänger mittels einer von einer Isolierhülle umgebenen Leitung, an deren einem Ende ein dieselbe feuchtigkeitsdicht abschließender Spritzkörper aus Isoliermaterial angebracht ist und an deren anderem Ende ein Stecker angeordnet ist, der elektrische Kontakte und einen um Teile dieser Kontakte und das Leitungsende herumgespritzten Schutzkörper aus Isoliermaterial aufweist, dadurch gekennzeichnet,

- daß die .'Leitung als Lichtleiter (6) ausgebildet ist,

- daß der zum Anschluß am Empfänger bestimmte Stecker (9) einen lichtempfindlichen Empfänger (14), einen Verstärker (15) und einen Impulsformer (16) aufweist, die in dieser Reihenfolge zwischen dem Lichtleiter (6) und den Kontakten (IC) angeschlossen und in den Schutzkörper (17) eingebettet sind,

- daß in dem Spritzkörper (8) ein elektro/optischer Wandler (12) und ein elektrisch in Reihe mit demselben liegender, magnetischer Impulsgenerator (11) eingebettet sind, der durch Beeinflussung durch ein sich änderndes Magnetfeld (13) einen Stromimpuls abgibt,

- und daß am Sender (-5) eine Einrichtung zur Erzeugung eines sich ändernden Magnetfeldes (13) angebracht ist, in deren unmittelbarer Nähe der Spritzkörper (8) angeordnet ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Wandler (12) ein Kondensator (21) geschaltet ist, und daß antiparallel zum Wandler (12) eine j&ol Diode (22) mit niedriger Schwellspannung angeschlossen ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Fähe mit dem Wandler (12) ein Kondensator (21) geschaltet ist, und daß parallel zum Wandler (12) ein Transistor angeschlossen ist.
4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem Wandler (12) eine an eine Stromquelle anschließbare Diode, vorzugsweise eine Zenerdiode (18), geschaltet ist.

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5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichi daß die Einrichtung als bewegbarer Dauermagnet (13) ausgebildet

ϊ ist.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichi daß die Einrichtung als bewegbarer Elektromagnet (13) ausgebild« ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch qekennzeichi daß die Einrichtung als stationärer Magnet (13) mit bewegbarerem Kurzschlußvorrichtung ausgebildet ist.
^- 8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch qekennzeichi daß der Lichtleiter (6) aus Glas besteht.
9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch qekennzeichi daß der Lichtleiter (6) aus Kunststoff besteht.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichi daß der Lichtleiter (6) aus Einzelfasern oder aus Faserbündeln 1 steht.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch qekennzeicl· daß der elektro/optische Wandler (12) als Diode, vorzugsweise a] Lumineszenzdiode oder Laserdiode, ausgebildet ist.

c ■
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch qekennzeicl: daß der Empfänger (14) als Photodiode oder Phototransistor ausge bildet ist.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch qekennzeicl· daß der Verstärker (15) und der Impulsformer (16) als integriert Schaltkreise (IC) ausgeführt sind.
14. Anordnung nach einem .der Ansprüche 1 bis 13, dadurch qekennzeicl·· daß der Empfänger (14) und der Verstärker (15) in einem integrie

ν Schaltkreis (IC) zusammengefaßt sind.