DE4242649A1

DE4242649A1 - Optischer Koppler

Info

Publication number: DE4242649A1
Application number: DE19924242649
Authority: DE
Inventors: Walter Koenigsdorfer
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: ABB Schweiz Holding AG; ABB AB
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1994-06-23

Description

Technisches Gebiet

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem optischen Koppler nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Stand der Technik

Mit dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik Bezug, wie er aus der Firmenzeitschrift: ANT Nachrichtentechnische Berichte, Heft 3, Dezember 1986, S. 113-128, der deutschen Firma: ANT Nachrichtentechnik GmbH, Backnang, bekannt ist. Dort werden, insbesondere in Verbindung mit den Bildern 12 und 27, eine Linsensteckverbindung und ein Linsenstecker beschrieben, bei denen beide Steckerteile mit je einer Linse durch ein endseitiges Schutzglas abgeschlossen sind. Die aus einem Faserkern austretenden Lichtstrahlen werden durch eine Linse in ein annähernd paralleles Strahlenbündel mit 1,6 mm Durchmesser umgewandelt. Auf der Gegenseite wird dieses breite Strahlenbündel durch eine 2. Linse wieder auf den Faserkernquerschnitt mit 50 µm Durchmesser abgebildet. Die optischen Fasern werden in einer automatischen Fahrzeugkupplung gemeinsam mit elektrischen Leitungen gekuppelt.

Im Bahnbetrieb besteht die Gefahr, daß die Schutzgläser verschmutzen.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, löst die Aufgabe, einen optischen Koppler der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß er unter schwersten Bedingungen einsetzbar ist.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei geringer mechanischer Eintauchtiefe ein 2. mechanischer Verschluß möglich ist, der die optische Trennebene sicher gegen alle Verschmutzungen abdichtet, welche durch eine Primärverschlußklappe eindringen könnten.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können Dichtungslippen zur Reinigung von Prismenflächen herangezogen werden. Eine zusätzliche Reinigung kann mittels einer Reinigungsflüssigkeit erreicht werden.

Der optische Koppler ist sowohl für eine manuelle als auch für eine automatische Kupplung geeignet. Für die Fahrzeugleitebene bzw. für einen Fahrzeugbus sind die Lichtleiterverbindungen mit Einzellichtleitern und Vielfachsteckern auch unter erschwerten Bedingungen, wie Unterflurausrüstungen und Wagenübergänge, bei betriebsmäßigem Trennen bestens geeignet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei spielen erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen elektrischen und optischen Koppler in auseinandergezogener Darstellung mit Prismen im optischen Übertragungsweg,

Fig. 2 einen Koppler gemäß Fig. 1 in zusammengeschobener Darstellung,

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Kupplungsteil eines elektrischen und optischen Kopplers,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines elektrischen und optischen Kopplers mit einem optischen Empfänger und Sender mit Spiegeln im optischen Übertragungsweg und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Waggons mit endseitigen Kupplungsteilen.

Wege der Ausführung der Erfindung

In Fig. 1 sind einander zugeordnete, getrennte Kupplungsteile (A, A′) mit je einem zylindrischen Kupplungsgehäuse (1, 1′) aus Metall oder Kunststoff dargestellt, welche je einen Gleitzylinder bzw. Kontaktträger (2, 2′) aus Metall oder Kunststoff umschließen. Dem Kupplungsteil (A′) zugeordnete Teile sind gleich bezeichnet wie diejenigen des Kupplungsteils (A), jedoch zusätzlich mit einem Apostroph versehen. Die zylindrischen Kontaktträger (2, 2′) sind verschiebbar und mittels eines Rastgesperres mit gefederten Kugeln arretierbar innerhalb des jeweiligen Kupplungsgehäuses (1, 1′) gelagert. Der rechte Teil des Kupplungsgehäuses (1′) weist endseitig eine Dichtungslippe (4′) auf und der linke Teil des Kontaktträgers (2) endseitig eine Dichtungslippe (4) zur Abdichtung und gegenseitigen Anlage der beiden Teile im zusammengesetzten Zustand, vgl. Fig. 2. Am linken Kupplungsgehäuse (1) ist endseitig eine Schutzkappe (5) angebracht, welche bei noch weiterer Trennung der beiden Kupplungsteile (A, A′) in einer axialen Richtung der Kupplungsgehäuse (1, 1′) und nach einem Zurückschieben des Kontaktträgers (2) den Kupplungsteil (A) endseitig verschießt. Den gleichen Zweck erfüllt eine endseitig am Kupplungsteil (A′) angebrachte Schutzkappe (5′) für das Kupplungsteil (A′).

Jeder Kontaktträger (2, 2′) weist eine elektrische Buchse (6) bzw. (7′) und einen Stecker (6′) bzw. (7) auf. Buchse (6) und Stecker (6′) dienen zur Verbindung einer positiven Stromleitung (P1, P1′), Stecker (7) und Buchse (7′) zur Verbindung einer negativen Stromleitung (N1, N1′), vgl. auch Fig. 4.

In jeden Kontaktträger (2, 2′) ist ein von einem Kunststoffmantel umkleideter Lichtwellenleiter (8, 8′), z. B. eine Glasfaser, geführt, welche in einer Aussparung (3, 3′) des Kontaktträgers (2, 2′) mündet. Die aus dem Lichtwellenleiter (8) nach rechts austretenden Lichtstrahlen werden durch einen Strahldivergierer bzw. eine Linse (9), die speziell eine sog. Selfoc-Linse sein kann, zu einem parallelen Strahlenbündel mit einigen Millimetern Durchmesser erweitert und anschließend durch eine Hypothenusenfläche (11) eines Prismas (10) nach unten umgelenkt. Im zusammengeschobenen Zustand der Kupplungsteile (A, A′) wird dieses umgelenkte Strahlenbündel durch eine Hypothenusenfläche (11′) eines Prismas (10′) des Kupplungsteils (A′) nach rechts umgelenkt und in einem Konvergierer bzw. einer Linse (9′) konvergiert bzw. auf den Querschnitt des Lichtwellenleiters (8′) abgebildet. Die Bauteile (8-10) sind Teile eines Signalsenders (S1) und die Bauteile (8′-10′) Teile eines Signalempfängers (E1′).

Eine untere Kathetenfläche (12) des Prismas (10) ist im auseinandergezogenen Zustand der Kupplungsteile (A, A′) durch einen gleitend gelagerten Schieber (13) bzw. durch ein Verschlußelement mit einem zentralen Kanal (14) verschlossen und mit einer elastischen Feder (15) in dieser Position gehalten. Kurz vor dem rechten Ende des Schiebers (13) ist in diesem eine Dichtungslippe (4) zur Reinigung und Abdichtung der Kathetenfläche (12) angebracht. Dem gleichen Zweck dient eine Dichtungslippe (18′) in einem Schieber (13′), welcher durch eine elastische Feder (15′) in seine Endposition bezüglich einer oberen Kathetenfläche (12′) des Prismas (10′) im Kupplungsteil (A′) gedrückt ist.

Von einem eine Reinigungsflüssigkeit enthaltenden Behälter (16) mit einem Ventil (17) gelangt die Reinigungsflüssigkeit durch den Kanal (14) in dem Schieber (13) an die Kathetenfläche (12) und reinigt diese beim Zusammenschieben bzw. Kuppeln der beiden Kupplungsteile (A, A′), wobei die Schieber (13, 13′) entgegen der Federkraft der Federn (15, 15′) zurückgeschoben werden. Dieser Reinigungseffekt tritt auch beim Trennen der beiden Kupplungsteile (A, A′) ein. Der Übersichtlichkeit halber sind der Kanal (14) und der Behälter (16) nur bei dem linken Kupplungsteil (A) eingezeichnet. Ein gewisser Reinigungseffekt wird bereits ohne Reinigungsflüssigkeit erreicht. Durch das Verschließen der Kathetenflächen (12, 12′) beim Entkuppeln bzw. beim Trennen der beiden Kupplungsteile (A, A′) werden die Kathetenflächen (12, 12′) der Prismen (10, 10′) abgedeckt und vor Verschmutzung geschützt. Einander gegenüberliegende Kathetenflächen (12, 12′) der Prismen (10, 10′) weisen im gekoppelten Zustand der Kupplungsteile (A, A′) einen gegenseitigen Abstand im Bereich von 1 µm-100 µm auf. Einen zusätzlichen Schutz gewährleisten die Schutzkappen (5, 5′).

Fig. 2 zeigt die beiden Kupplungsteile (A, A′) in gekuppeltem Zustand mit auseinandergeschobenen Schiebern (13, 13′). Beim Trennen der beiden Kupplungsteile (A, A′) in axialer Richtung der Kupplungsgehäuse (1, 1′) sowie beim Zusammenschieben bleibt eine Länge (l) des Strahlenweges zwischen den reflektierenden Flächen bzw. den Hypothenusenflächen (11, 11′) der Prismen (10, 10′) zumindest innerhalb ihres Überlappungsbereiches konstant. Das Trennen erfolgt in Bewegungsrichtung (B), wobei sich die Kathetenflächen (12, 12′) der Prismen (10, 10′) parallel zueinander verschieben.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Kupplungsteil (A) mit 2 übereinander angeordneten positiven Stromleitern (P1, P2) und negativen Stromleitern (N1, N2) sowie 2 oberhalb des Schiebers (13) und zwischen den Stromleitungen (P1, N1) angeordneten Signalsendern (S1, S2). 2 Signalempfänger (E1, E2) sind zwischen den Stromleitern (P2, N2) unterhalb des Schiebers (13) vorgesehen. Der Übersichtlichkeit halber sind bei dem Kupplungsteil (A) der Fig. 1 und 2 nur ein Signalsender (S1) und 2 elektrische Stromleitungen dargestellt.

Fig. 4 zeigt einen Koppler mit 4 elektrischen Anschlüssen (6, 6′; 7, 7′) für eine positive Leitung (P1, P1′) und für eine negative Leitung (N1, N1′) sowie für 2 optische Signalsender (S1, S1′) und für 2 optische Signalempfänger (E1, E1′). Die optischen Signale werden statt durch Prismen (10, 10′), wie in den Fig. 1 und 2, durch Spiegel (19, 19′) umgelenkt. Zur Aufweitung und Konvergierung der Lichtbündel können zusätzlich nicht dargestellte Linsen (9, 9′) vorgesehen sein, wie bei den Kupplungsteilen (A, A′) in den Fig. 1 und 2. Ferner sind nicht dargestellte, federnd positionierte Schieber (13, 13′) im Strahlengang zwischen den Spiegeln (19, 19′) vorgesehen, wie bei den Kupplungsteilen (A, A′) in den Fig. 1 und 2. Vorteilhafterweise werden zusätzlich planparallele Glasplatten (20, 20′) im Strahlengang zwischen den Spiegeln (19, 19′) angeordnet, um beim Trennen der beiden Kupplungsteile (A, A′) das Eindringen von Staub zu verhindern. Die planparallelen Glasplatten (20, 20′) weisen im gekoppelten Zustand der Kupplungsteile (A, A′) einen gegenseitigen Abstand im Bereich von 1 µm-100 µm auf. Auch hier erfolgt das Trennen der Kupplungsteile (A, A′) in axialer Richtung der Kupplungsgehäuse (1, 1′), wobei die Länge des Strahlenweges zwischen den Spiegeln (19, 19′) im Überlappungsbereich konstant bleibt.

Fig. 5 zeigt einen Eisenbahnwaggon mit 2 endseitigen Kupplungsteilen (A, A′) und einem Bus bzw. Übertrager oder Verstärker (21) als typisches Anwendungsbeispiel für den optischen Koppler.

Bezugszeichenliste

1, 1′ Kupplungsgehäuse
2, 2′ Kontaktträger, Gleitzylinder
3, 3′ Aussparungen in 2, 2′
4, 4′, 18, 18′ Dichtungslippen
5, 5′ Schutzkappen
6, 7′ Buchsen
6′, 7 Stecker
8, 8′ Lichtwellenleiter
9, 9′ Linsen, Selfoc-Linsen, Strahldivergierer
10, 10′ Prismen
11, 11′ Hypothenusenflächen
12, 12′ Kathetenflächen
13, 13′ Schieber, Verschließelemente
14 Kanal in 13
15, 15′ Federn
16 Behälter
17 Ventil
19, 19′ Spiegel
20, 20′ Glasplatten
21 Bus, Übertrager, Verstärker
A, A′ Kupplungsteile
E1, E1′, E2 Signalempfänger
l Länge des Strahlenweges zwischen den reflektierenden Flächen
N1, N1′, N2 Stromleitung, negativ
P1, P1′, P2 Stromleitung, positiv
S1, S1′, S2 Signalsender

Claims

1. Optischer Koppler zur Kupplung mindestens 2er trennbarer Kupplungsteile (A, A′) mit je einem axialsymmetrischen Kupplungsgehäuse (1, 1′),

a) wobei ein 1. Kupplungsteil (A) mindestens einen Strahldivergierer (9) und
b) ein 2. Kupplungsteil (A′) mindestens einen Strahlkonvergierer (9′) aufweist, dadurch gekennzeichnet,
c) daß im Strahlengang zwischen Strahldivergierer (9) und Strahlkonvergierer (9′) mindestens 2 einander spiegelnd zugeordnete, lichtreflektierende Flächen (11, 11′; 19, 19′) derart angeordnet sind, daß mindestens eine 1. lichtreflektierende Fläche (11, 19) an dem 1. Kupplungsteil (A) und mindestens eine 2. lichtreflektierende Fläche (11′, 19′) an dem 2. Kupplungsteil (A′) befestigt ist,
d) daß die mindestens 2 Kupplungsteile (A, A′) beim Trennen in axialer Richtung der Kupplungsgehäuse (1, 1′) verschiebbar sind,′ in welcher, zumindest im Überlappungsbereich der lichtreflektierenden Flächen (11, 11′; 19, 19′), eine Länge (l) des Strahlenweges zwischen diesen lichtreflektierenden Flächen (11, 11′; 19, 19′) konstant bleibt, und
e) daß jedes Kupplungsteil (A, A′) ein verschiebbares mechanisches Verschließelement (13, 13′) aufweist, das im getrennten Zustand der Kupplungsteile (A, A′) im Strahlengang zwischen den mindestens 2 lichtreflektierenden Flächen (11, 11; 19, 19′) angeordnet ist und die mindestens eine lichtreflektierende Fläche (11, 11′; 19, 19′) des jeweiligen Kupplungsteiles (A, A′) nach außen abschließt.

2. Optischer Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtreflektierenden Flächen (11, 11′) Hypothenusenflächen (11, 11′) eines Prismas (10, 10′) sind.

3. Optischer Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang zwischen den lichtreflektierenden Flächen (19, 19′) mindestens 2 planparallele Glasplatten (20, 20′) zur Abdichtung der jeweiligen lichtreflektierenden Fläche (19, 19′) nach außen vorgesehen sind, mindestens eine je Kupplungsteil (A, A′).

4. Optischer Koppler nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen Glasplatten (20, 20′) im gekoppelten Zustand der Kupplungsteile (A, A′) einen gegenseitigen Abstand im Bereich von 1 µm-100 µm aufweisen.

5. Optischer Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß einander gegenüberliegende Kathetenflächen (12, 12′) der Prismen (10, 10′) im gekoppelten Zustand der Kupplungsteile (A, A′) einen gegenseitigen Abstand im Bereich von 1 µm-100 µm aufweisen.

6. Optischer Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanisches Verschließelement (13, 13′) ein Schieber ist, der mit einer elastischen Feder (15) in Verbindung steht und senkrecht zum Strahlengang zwischen den mindestens 2 lichtreflektierenden Flächen (11, 11′; 19, 19′) verschiebbar ist.

7. Optischer Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß jedes mechanische Verschließelement (13, 13′) mindestens ein Dichtungselement bzw. eine Dichtungslippe (18, 18′) aufweist.

8. Optischer Koppler nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß jedes mechanische Verschließelement (13, 13′) einen Kanal (14) für eine Reinigungsflüssigkeit aufweist.