DE4126492A1 - Schalteinrichtung fuer eine lichtleitersignalleitung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Sig­ nalübertragung mit einer mindestens einen Lichtleiter auf­ weisenden, insbesondere einen elektrooptischen Wandler mit einem optoelektrischen Wandler verbindenden, Signalleitung.

Die elektrische Signalleitung ist in vielen Anwendungsbe­ reichen problematisch. Insbesondere soll eine elektrische Signalleitung in explosionsgefährdeten Räumen vermieden werden. Ebenso treten Schwierigkeiten in Bereichen auf, in welchen starke elektromagnetische oder hochfrequente Felder erzeugt werden, die Störsignale verursachen, oder in welchen empfindliche Felder gemessen oder ausgewertet werden müssen, die durch das von der Signalleitung erzeugte elektromagne­ tische Feld gestört werden können. Um solche Gefährdungen, Störungen oder Beeinflussungen auszuschließen, ist es be­ kannt, zur Signalleitung Lichtwellenleiter einzusetzen.

Schwierig ist es jedoch bislang, die Lichtwellenleiter in solchen gefährdungs- oder störungsanfälligen Bereichen mit Schalteinrichtungen zu versehen, um etwa in diesem Bereich anfallende Steuerparameter unmittelbar als Änderung des Lichtsignals in diesem Bereich zu schalten. Solche Steuerpa­ rameter dienen beispielsweise zur Ansteuerung von außerhalb des gefährdungs- oder störungsanfälligen Bereiches angeord­ neten elektromechanischen oder elektroakustischen Einrich­ tungen, insbesondere zur codierten Schaltung von Signalen. Bei elektromechanischen Schalteinrichtungen in dem gefährde­ ten oder störungsanfälligen Bereich kann selbst bei sorgfäl­ tigster Abschirmung und bei optimalen Sicherheitsvorkehrun­ gen ein verbleibendes Gefährdungs- oder störungspotential nicht vermieden werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Signalübertragung zu schaffen, die eine risikolose, gefährdungsfreie Schaltung von im Gefährdungsbe­ reich anfallenden Steuerparametern auf die Signalleitung in­ nerhalb des Gefährdungsbereichs ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Vor­ richtung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, durch den völligen Verzicht auf Elektrizität die aufgeführten Risiken zu ver­ meiden. Hierzu ist die erfindungsgemäße Schalteinrichtung zur Schaltung von Steuerparametern auf die Signalleitung rein mechanisch aufgebaut und wird rein mechanisch betätigt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltein­ richtung, die die Lichtleiter der Signalleitung in jeweils zwei Lichtleiterelemente aufteilt, mehrere Schaltelemente zur wahlweisen schaltungstechnischen Verknüpfung zweier oder mehrerer Lichtleiterelemente auf. Die Anordnung mehrerer Schaltelemente in der Schalteinrichtung ermöglicht nicht nur die Schaltung eines einfachen Ein-/Aus-Signals auf die Sig­ nalleitung, sondern eine in Abhängigkeit von der Anzahl der Schaltelemente und der Anzahl der Lichtleiter mehr oder we­ niger komplexe binäre Kodierung der auf die Signalleitung geschalteten Steuerparameter. Hierdurch ist etwa nicht nur ein einfaches Ein-/Ausschalten von außerhalb des Gefähr­ dungsbereichs angeordneten Einrichtungen möglich, sondern es können auch codierte Signale zur Anwahl oder Ansteuerung von elektro-akustischen oder elektro-motorischen Einrich­ tungen geschaltet werden.

Die Schalteinrichtung weist eine mechanisch betätigte Stell­ einrichtung auf, die zur Übertragung nichtelektrischer Stellgrößen auf die Schaltelemente dient. Die Stellgrößen können dabei etwa mechanische, pneumatische oder hydrauli­ sche Stellgrößen sein; etwa ein durch den Luftdruck im Ge­ fährdungsbereich gesteuerter pneumatischer Stellzylinder, der über ein mechanisches Getriebe auf die Schaltelemente der Schalteinrichtung wirkt.

Die Schaltelemente der Schalteinrichtung sind als Kodiermas­ ken ausgeführt, die in den Strahlengang der durch die Schalteinrichtung voneinander getrennten Lichtleiterelemente einsetzbar sind. Hierdurch kann auf einfache Art und Weise, etwa durch die Zuordnung bestimmter Kodiermasken zu vorgege­ benen Luftdruckschwellwerten bzw. Stellhüben des genannten Pneumatikzylinders eine Schaltung des Steuerparameters auf die Signalleitung erfolgen.

Die Kodiermasken können als einfache Lochscheiben ausgebil­ det sein, die den Strahlengang zwischen den Lichtleiterele­ menten ganz oder teilweise unterbrechen, oder auch Lichtlei­ terweichen bilden, die ein oder mehrere Lichtleiterelemente variationenreich miteinander verknüpfen, um somit selbst die Übertragung komplexer Steuerinformationen durch die Signal­ leitung zu ermöglichen.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, daß mehrere Lichtleiter codiert durch die Schalteinrichtung geschaltet, d. h. verbunden oder getrennt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, aus dem gefährdeten oder stö­ rungsanfälligen Bereich codierte Signale zu übertragen, um beispielsweise Informationen zu übertragen oder elektrische oder elektroakustische Einrichtungen anzuwählen oder zu steuern. Eine einfache Möglichkeit zur codierten Schaltung ergibt sich dabei durch eine manuelle Tastenbetätigung der Schalteinrichtung.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer durch einen Gefährdungsbereich führenden, zwei Opto-Wand­ ler miteinander verbindenden Signalleitung,

Fig. 2 den schematischen Aufbau einer Schalteinrichtung mit einer Stelleinrichtung,

Fig. 3 eine mehrere Schaltelemente aufweisende Kodierschei­ be der Schalteinrichtung,

Fig. 4 ein als Lichtleiterweiche ausgebildetes Schaltele­ ment,

Fig. 5 eine Variation eines als Lichtleiterweiche aufgebau­ ten Schaltelements,

Fig. 6 eine weitere Variation eines als Lichtleiterweiche aufgebauten Schaltelements,

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Schalteinrichtung zur codierten Schaltung für die Erzeugung von co­ dierten Signalen.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer schematischen Übersicht. Zwischen einem elektrooptischen Eingangswandler 10 und einem optoelektrischen Ausgangswand­ ler 11, die jeweils außerhalb eines Gefährdungsbereiches 12 angeordnet und durch eine Signalleitung 13 miteinander ver­ bunden sind, ist eine Schalteinrichtung 14 vorgesehen. Die Schalteinrichtung 14 befindet sich innerhalb des Gefähr­ dungsbereiches 12 und trennt die mehrere Lichtleiter 15, 16, 17, 18 aufweisende Signalleitung 13 in mehrere Lichtleiter­ elemente 19 bis 26. Anstelle des elektrooptischen Eingangs­ wandlers 10 und des optoelektrischen Ausgangswandlers 11 können natürlich auch andere Signalwandler vorgesehen sein. Für die Funktion der nachstehend beschriebenen Schaltein­ richtung 14 ist allein maßgeblich, daß auf der Eingangsseite der Schalteinrichtung 14 ein optisches Signal anliegt.

Fig. 2 zeigt die Schalteinrichtung 14 mit daran gekoppelter Stelleinrichtung 27 in einer schematischen Darstellung. Die Schalteinrichtung 14 weist eine Schaltscheibe 28 auf, die zwischen den Lichtleiterelementen 19, 20, 21, 22 auf der Eingangsseite und den Lichtleiterelementen 23, 24, 25, 26 auf der Ausgangsseite der Schalteinrichtung 14 angeordnet ist. Die Schaltscheibe 28 ist in einer Schaltscheibenauf­ nahme 29 drehbar gelagert und über einen Kurbeltrieb 30 mit der Stelleinrichtung 27 verbunden. Auf eine Hubstange 31 der Stelleinrichtung 27 wirkt eine mechanische Stellgröße 32, die etwa durch den Hub eines Pneumatikzylinders gegeben sein kann.

Fig. 3 zeigt die Schaltscheibe 28 in einer Seitenansicht. Die Schaltscheibe 28 ist als Kodierscheibe ausgebildet und weist mehrere über ihren Umfang verteilt angeordnete Schalt­ elemente 39, 40 auf. Die Schaltelemente 39, 40 sind in Auf­ nahmeöffnungen 35, 36, 37, 38 der Schaltscheibe 28 aufgenom­ men. Die Aufnahmeöffnungen 35 bis 38 sind dabei so in der Schaltscheibe 28 angeordnet, daß sich ein Überdeckungsbe­ reich zwischen den Querschnitten der im wesentlichen senk­ recht zur Schaltscheibe 28 ausgerichteten Lichtleiterelemen­ te 19 bis 26 und den Aufnahmeöffnungen 35 bis 38 ergibt.

Die in Fig. 3 in den Aufnahmeöffnungen 35 und 36 angeord­ neten Schaltelemente 39 und 40 sind als quaderförmige Loch­ scheiben ausgebildet. Die Lochscheiben 39, 40 weisen Licht­ öffnungen 41, 42, 43 auf, die bei Überdeckung mit den Licht­ leiterelementen 19 bis 22 einen Lichtdurchtritt und somit einen Signalübergang von den Lichtleiterelementen 19 bis 22 auf der Eingangsseite zu den Lichtleiterelementen 23 bis 26 auf der Ausgangsseite der Schalteinrichtung 14 bzw. der Schaltscheibe 28 ermöglichen. Bei der in Fig. 3 dargestell­ ten Konfiguration hat eine Drehung der Schaltscheibe 28 um 90° entgegen dem Uhrzeigersinn zur Folge, daß ein Signal­ übergang zwischen dem Lichtleiterelement 20 auf der Ein­ gangsseite zum Lichtleiterelement 24 auf der Ausgangsseite der Schalteinrichtung 14 gegeben ist. Demgegenüber ist ein Signalübergang von den Lichtleiterelementen 19, 21 und 22 zu den Lichtleiterelementen 23, 25 und 26 nicht möglich. Das Hineinschwenken der Lochscheibe 39 in den Strahlengang zwischen den Lichtleiterelementen 19 bis 26 bewirkt demnach eine eindeutige Kodierung des Lichtsignals. Eine hiervon abweichende Kodierung ergibt sich bei einer Drehung der Schaltscheibe 28 um 180° entgegen dem Uhrzeigersinn. Hier­ durch ist ein Signalübergang von den Lichtleiterelementen 20, 22 auf der Eingangsseite zu den Lichtleiterelementen 24, 26 auf der Ausgangsseite der Schalteinrichtung 14 möglich.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen Ausführungen der Schaltelemen­ te als Lichtleiterweichen 44, 45, 46. Die Lichtleiterweichen 44, 45, 46 weisen einen lichtundurchlässigen Basiskörper 47, 48, 49 auf, in den lichtleitende Signalbrücken 50, 51, 52, 53 integriert sind, die zur Umlenkung bzw. Aufteilung eines oder mehrerer aus den Lichtleiterelementen 19 bis 22 der Eingangsseite herkommenden Lichtsignalen dienen.

Die Signalbrücken 50 bzw. 51, 52 der Lichtleiterweichen 44 bzw. 45 bewirken eine Umlenkung der aus dem Lichtleiterele­ ment 19 bzw. den Lichtleiterelementen 19, 21 in das Licht­ leiterelement 24 bzw. in die Lichtleiterelemente 24, 26 fortgesetzten Lichtsignale. Die Signalbrücke 53 der Licht­ leiterweiche 46 hingegen bewirkt neben der Umlenkung eine Aufteilung des aus dem Lichtleiterelement 19 stammenden Lichtsignals zu dessen Fortführung in den Lichtleiterelemen­ ten 24, 26. Durch die Möglichkeit der Umlenkung und Auftei­ lung der Lichtsignale in den Lichtleiterweichen 44 bis 46 ist eine gegenüber den Lochscheiben 39, 40 noch höher auflö­ sende Kodierung des in der Signalleitung 13 geleiteten Lichtsignals in der Schalteinrichtung 14 möglich. Hieraus ergibt sich die vorteilhafte Möglichkeit, die mittels der Schalteinrichtung 14 auf die Signalleitung 13 geschalteten Steuerparameter nahezu beliebig hoch aufzulösen. Damit ist es möglich, selbst kleinste Druckunterschiede des die Stell­ größe 32 beispielhaft vorgebenden Pneumatikzylinders über einen weiten Druckbereich als Steuersignal für einen außer­ halb des Gefährdungsbereiches 12 angeordneten Elektromotor zu nutzen.

Eine weitere mögliche Variante besteht darin, die Kodiermas­ ken, also die Schaltelemente als einen hier nicht näher dar­ gestellten Lochstreifen auszubilden, der über eine geeignete Vorschubeinrichtung durch die Schalteinrichtung 14 hindurch­ führbar ist und auf diese Art und Weise eine in der Wirkung den Lochscheiben 39, 40 entsprechende Beeinflussung des aus den Lichtleiterelementen 19 bis 22 auf der Eingangsseite der Schalteinrichtung 14 herrührenden Lichtsignales bewirkt. Un­ abhängig von der Ausführung der Kodiermasken ist die Schalt­ einrichtung 14 mit konventionellen Lichtleitern kombinier­ bar, wobei beliebige Typen von Eingangs- und Auswandlern verwendbar sind. Hierdurch ist eine kostengünstige Reali­ sierung der Erfindung möglich.

In Fig. 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Vorrichtung zur codierten Schaltung der Lichtleiter über eine manuelle Eingabe dient.

In dem explosions- oder störungsgefährdeten Bereich ist ein Tastenfeld 54 angeordnet, in welchem Tasten 55 sitzen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind 16 Tasten 55 in vier Reihen und vier Spalten vorgesehen. Der Vertikalschnitt der Fig. 7 zeigt nur eine Spalte von Tasten 55, während die senkrecht zur Zeichenebene angeordneten Reihen nicht sicht­ bar sind. Die Tasten 55 sind jeweils gegen die Kraft einer Rückstellfeder 56 manuell niederdrückbar. Unter den Tasten 55 sind vier Drähte 57 oder Seile parallel zueinander und zu den Spalten der Tasten 55 gespannt. Die Drähte 57 sind jeweils mit ihrem einen, in der Fig. 7 linken Ende, fest eingespannt. Die anderen Enden der Drähte 57 sind jeweils über eine festliegende Spannschiene 58 geführt und greifen jeweils an einem als Schaltelement dienenden Plättchen 59 an. Jedes der vier Plättchen 59 befindet sich zwischen einem Paar von eingangsseitigen und ausgangsseitigen Lichtleiter­ elementen 19 und 23, 20 und 24, 21 und 25 bzw. 22 und 26. Jedes Plättchen 59 weist eine Durchlaßbohrung 60 auf, deren Durchmesser im wesentlichen dem Durchmesser der Lichtleiter­ elemente 19-26 entspricht und in eine mit diesen fluchten­ de Position gebracht werden kann. Jedem Plättchen 59 ist eine Rückstellfeder 61 zugeordnet, die mit einem Ende an dem Plättchen 59 und mit dem anderen Ende gehäusefest angebracht ist. Die Rückstellfedern 61 halten über das jeweilige Plätt­ chen 59 den zugehörigen Draht 57 gespannt, wodurch sich das Plättchen jeweils in einer solchen Position zwischen den zugehörigen Lichtleiterelementen 19-26 befindet, daß der Lichtweg zwischen den einander zugeordneten Lichtleiterele­ menten durch das Plättchen 59 versperrt ist. Unten an jeder Taste 55 ist ein Kamm 62 angeordnet, der vier Zinken 63 aufweist, die nach unten gegen die Drähte 57 gerichtet sind. Jeder der vier Zinken 63 ist dabei einem der Drähte 57 zugeordnet. Wird eine Taste 55 gegen die Kraft der Rück­ stellfeder 56 niedergedrückt, wie dies in Fig. 7 für die zweite Taste von links dargestellt ist, so kommt der Kamm 62 dieser Taste mit seinem Zinken 63 mit den jeweils zugeordne­ ten Drähten 57 in Berührung. Der Draht 47 wird dabei nieder­ gedrückt und zieht über die Spannschiene 58 das zugehörige Plättchen 59 gegen die Kraft der Rückstellfeder 61 in eine solche Position, daß die Durchlaßbohrung 60 dieses Plätt­ chens 59 mit dem zugehörigen Paar von Lichtleiterelementen 19-26 fluchtet und der Lichtweg zwischen diesen beiden Lichtleiterelementen freigegeben wird.

Die vier Zinken 63 jedes Kammes 62 können einzeln abgebro­ chen werden. Bei den Kämmen 62 der 16 Tasten 55 werden die Zinken 63 in unterschiedlicher Weise so abgebrochen, daß die verbleibenden Zinken 63 der Kämme 62 der verschiedenen Tasten 55 jeweils vierstellige binär codierte Zahlen dar­ stellen. Durch Niederdrücken einer Taste 55 wird somit entsprechend der in dieser Weise codierten Anordnung der Zinken 63 des zugehörigen Kammes 62 eine entsprechende Zahl und Anordnung von Drähten 57 niedergedrückt und über die diesen Drähten 57 zugeordneten Plättchen 59 der Lichtweg der entsprechend angeordneten Lichtleiter-Signalleitungen frei­ gegeben. Werden sämtliche eingangsseitigen Lichtleiterele­ mente 19-22 von einer Lichtquelle beaufschlagt, so kann somit über die Tasten 55 an den ausgangsseitigen Lichtlei­ terelementen 23-26 ein vierstelliges binär codiertes, z. B. BCD-codiertes Signal erzeugt werden.

Mittels der Vorrichtung kann somit aus einem explosionsge­ fährdeten oder störungsanfälligen Bereich ein codiertes Signal übertragen werden, um Informationen zu übertragen oder Wahl- oder Steuerungsvorgänge auszulösen.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur Signalübertragung mit einer mindestens einen Lichtleiter aufweisenden, insbesondere einen elek­ trooptischen Wandler mit einem optoelektrischen Wandler verbindenden, Signalleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (15, 16, 17, 18) eine rein mecha­ nisch betätigbare Schalteinrichtung (14) zur schaltungs­ technischen Verbindung mindestens zweier Lichtleiterele­ mente (19 bis 26) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalleitung (13) mehrere Lichtleiter (15, 16, 17, 18) und die Schalteinrichtung (14) mehrere Schaltelemen­ te (39, 40; 44, 45, 46; 59) zur wahlweisen Verbindung zweier oder mehrerer Lichtleiterelemente (19 bis 26) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Schalteinrichtung (14) eine mechanisch be­ tätigte Stelleinrichtung (27; 55, 62, 57) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung (27) zur Übertragung nichtelektri­ scher Stellgrößen (32) auf die Schaltelemente (39, 40; 44, 45, 46) dient.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtelektri­ schen Stellgrößen (32) mechanische, pneumatische oder hydraulische Stellgrößen sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemen­ te (39, 40; 44, 46, 46) der Schalteinrichtung (14) aus Kodiermasken gebildet sind, die in den Strahlengang der im Bereich der Schalteinrichtung (14) zur Bildung jeweils zweier Lichtleiterelemente (19, 23; 20, 24; 21, 25; 22, 26) unterbrochenen Lichtleiter (15 bis 18) einsetzbar sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodiermasken als Lochscheiben (39, 40) ausgebildet sind, die den Strahlengang zwischen den Lichtleiterele­ menten (19, 23; 20, 24; 21, 25; 22, 26) ganz oder teil­ weise unterbrechen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodiermasken als Lichtleiterweichen (44, 45, 46) ausgebildet sind, die ein oder mehrere Lichtleiterele­ mente (19 bis 22) am Eingang der Schalteinrichtung (14) mit ein oder mehreren Lichtleiterelementen (23 bis 26) am Ausgang der Schalteinrichtung (14) verbinden bzw. den Strahlengang zwischen den Lichtleiterelementen (19 bis 22, 23 bis 26) ganz oder teilweise unterbrechen.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodiermasken (39, 40; 44, 45, 46) der Schalteinrichtung (14) vorzugs­ weise auswechselbare Bestandteile einer Kodierscheibe (28) darstellen, die zur Erzeugung einer bestimmten Schaltstellung in den Strahlengang zwischen den Licht­ leiterelementen (19, 20, 21, 22; 23, 24, 25, 26) schwenkbar sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kodiermasken als Lochstreifen ausgebildet sind, dessen Vorschubstel­ lung der Stellgröße (32) proportional ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung Tasten (55) aufweist, die jeweils die Schaltelemente (59) zweier oder mehrerer Lichtlei­ terelemente (19-26) betätigen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasten (55) beim Niederdrücken auf Drähte (57) oder Seile einwirken, die die Schaltelemente (59) gegen die Kraft einer Rückstellfeder (61) betätigen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente Plättchen (59) sind, die zwischen einer den Lichtweg zwischen den Lichtleiterelementen (19-22 und 23-26) unterbrechenden und einer diesen Lichtweg freigebenden Stellung bewegbar sind.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehr Drähte (57) bzw. Seile zur Betätigung von Schaltelementen (59) parallel nebeneinander angeordnet sind und daß jede Taste (55) einen Kamm (62) mit einer codierten Anzahl und Anordnung von Zinken (63) zum Betätigen der entsprechenden Drähte (57) aufweist.