DE9421603U1 - Leitung zur Übertragung von Informationen - Google Patents

Description

Stemmann-Technik GmbH Ouendorfer Straße 34, 48465 Schüttorf

Leitung zur Übertragung von Informationen

Die Erfindung betrifft eine Leitung zur Übertragung von Informationen in Form von digitalen Daten und/oder analogen Signalen zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Steuereinheit gemäß den Merkmalen im Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Leitung zählt durch die DE-PS 41 22 469 zum Stand der Technik. Sie erlaubt eine digitale Datenübertragung zwischen z.B. Rechnern und/oder Leitstellen einerseits und mobilen Steuerungseinheiten andererseits. Da die bekannte wirtschaftlich herstellbare Leitung aber ausschließlich im niederfrequenten Bereich arbeitet, kann sie nur relativ geringe Datenmengen übertragen. Der Einsatz im hochfrequenten Bereich verbietet sich aufgrund der Lage des Informationsleiters im Tiefsten der kanalartig gestalteten Leitung, und zwar in der Nähe des dem

Telefon {0234) 5195£«&Egr;&Ugr;&Phi; ■ ,Tfejefsf (Q254).3T09i2j · Telex 825361 swop d Commerzbank AG Bochum, Konto-Nr. 3 864 7e£J(ltk«43< >40036) »''Pest^irok'ento Essen, Konto-Nr. 7447-431 (BLZ 36010043)

Schirmschlitz gegenüberliegenden Bodens. Durch diese Lage ergibt sich eine hohe Dämpfung, die sich negativ auf die erreichbare Übertragungsstrecke auswirkt.

Im Gegensatz zur praktizierten Funktechnik, wo z.B. in der Bürokommunikation Rechnernetze kabellos miteinander kommunizieren, oder auch zum heimischen Wohnbereich, wo sogenannte Videosender die Bildübertragung von einer stationären Einheit zu einem beweglichen Empfänger ermöglichen, wo also in gewissen Grenzen durch Reflektionen, Einstreuungen und ähnliche Störungen im wesentlichen keine schädlichen Auswirkungen eintreten können, ist für sensible Daten und Signale der Automatisierungstechnik in industrieller Umgebung eine demgegenüber wesentlich erhöhte Sicherheit in der Informationsübertragung notwendig, um Fehlsteuerungen mit unter Umständen Menschenleben gefährdenden Reaktionen der mobilen Steuerungseinheiten auszuschließen.

Es ist zwar unter Anwendung eines sogenannten Schlitzhohlleiters auch derzeit schon möglich, eine 'große Datenmenge zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Steuereinheit zu übertragen. Dies ist jedoch mit einem hohen Kostenaufwand verbunden, der den wirtschaftlichen Einsatz in der Automatisierungstechnik im Prinzip ausschließt.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Leitung zur Übertragung von Informationen in Form von Daten und/oder Signalen zu schaffen, die nicht nur preiswert herstellbar ist, sondern auch große Daten- und/oder Signalmengen in der Automatisierungstechnik in insbesondere industrieller Umgebung unbeeinflußt durch äußere Störquellen sicher zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Steuereinheit übertragen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 aufgeführten Merkmalen.

Unabhängig von der Querschnittsgeometr-ie des aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehenden Schirms wird der Informations leiter nunmehr im Zentrum des Schirms positioniert. Zentrum im erfindungsgemäßen Sinne bedeutet, daß in Abhängigkeit von den jeweiligen Querschnittsgestaltungen des Schirms durchaus ein Kompromiß zwischen der maximalen Schirmwirkung einerseits und einer minimalen Dämpfung andererseits erforderlich ist in dem Sinne, daß auch eine geringfügige Verlagerung des Informationsleiters aus dem mathematisch exakten Zentrum der Querschnittsgeometrie des Schirms in Richtung auf die dem Schirmschlitz abgewandte Seite der Leitung zweckmäßig sein kann. Durch die zentrische Anordnung des Informationsleiters wird nicht nur sein Abstand zum Schirm allseitig vergrößert, sondern auch die Dicke der Isolierschicht (Dielektrikum) zwischen dem Informationsleiter und dem Schirm heraufgesetzt. Eine größere Dicke des Dielektrikums ist aber mit dem Vorteil verbunden, daß die Länge der mit einer Leitung möglichen Übertragungsstrecke vergrößert werden kann. Desweiteren werden durch die zentrale Lage des Informationsleiters symmetrische Verhältnisse bei der Übertragung hochfrequenter Daten und Signale auf dem gesamten Übertragungsweg erzielt. Es wird ein von äußeren Einflüssen unabhängiges isoliertes System geschaffen. Elektrische und/oder magnetische Störfelder werden durch den im allseitigen Abstand vom Informationsleiter befindlichen Schirm in ihrer Wirkung auf eine vernachlässigbare Größe minimiert. Auch verursachen metallische Gegenstände in der Umgebung keine störenden Signalreflektionen in der gekapselten Leitung mehr.

Von ganz besonderer Bedeutung ist, daß nunmehr nicht nur Daten, sondern auch Steuersignale und Video- bzw. Audiosignale im hochfrequenten Bereich (ca. 2,4 GHz) übertragen werden können.

Als Schirmraaterial kann nahezu jedes elektrisch leitfähige Material verwendet werden, wobei mit steigender Leitfähigkeit des Materials die Schirmwirkung erhöht wird. Aus elektrischer Sicht ist es dabei unerheblich, ob der Schirm als Gewebe, Geflecht, Folie, massives Profil oder als galvanisierte Schicht realisiert wird.

Desweiteren kann durch die hochfrequente Auskopplung der Information auf frei liegende Schirmflächen an dem von einem längsverlagerbaren Koppelstück einer mobilen Steuereinheit durchfaßten Schirmschlitz zwecks schleifender Masseverbindung verzichtet werden. Dies vereinfacht die Herstellung der erfindungsgemäßen Leitung.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 2 gesehen. Danach ist der Informationsleiter am Boden einer zum Schirmschlitz hin sich keilförmig verbreiternden Längsnute eines U-förmig ausgebildeten und in einem Trägerprofil eingeklemmten Dielektikums festgelegt. Bei diesem Dielektrikum handelt es sich insbesondere um einen isolierenden Kunststoff mit möglichst kleiner Dielektrizitätskonstante. Das Dielektrikum ist vollständig in das Trägerprofil eingebettet. Die freien Längskanten der Längsnute im Dielektrikum gehen unmittelbar in die den Schirmschlitz begrenzenden Längskanten des Schirms bzw. eines Trägerprofils über.

Die Erfindung ermöglicht es gemäß Anspruch 3, daß ein isoliert aufgehängtes massives Trägerprofil den Schirm der Leitung bildet. Ein gesonderter Schirm ist dadurch entbehrlich.

Eine weitere Ausführungsform kann entsprechend Anspruch 4 darin bestehen, daß in ein eigenstabiles separates Kunststoffprofil ein Schirm, z.B. in Form einer Folie, integriert wird. Dieser Schirm befindet sich dann zwischen dem Dielektrikum und dem Trägerprofil,-wobei das Dielektrikum zusammen mit dem Schirm zweckmäßig in dem Trägerprofil eingeklemmt werden.

Die Ausbildung des Informationsleiters und/oder des Dielektrikums und/oder des Schirms als Strangmaterial (Anspruch 5), insbesondere bei einem zugleich das Trägerprofil bildenden Schirm, erlaubt lange Übertragungsstrecken ohne Stoßstellen. Dadurch wird ein mechanischer Verschleiß an Stoßstellen vermieden und es werden auch elektrische Phänomene, wie z.B. Reflektionen, an Stoßstellen unterbunden, da eine konstante Verteilung der Leitungsbeläge (Widerstands-, Kapazitäts-, Leitwert- und Induktivitätsbeläge) gewährleistet wird. Gewissermaßen liegt eine annähernd homogene Leitung vor. Eine derartige Leitung mit definiertem Wellenwiderstand hat zudem den Vorteil, daß mit entsprechenden Anpassungen Verfälschungen der Signalform durch Unterdrückung von Signalreflektionen vermieden werden.

^v*-' In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung liegt nach Anspruch 6 der Informationsleiter entlang der gesamten Übertragungsstrecke an der dem Koppelstück zugewandten Seite frei. Es besteht dann ein schleifender metallischer Kontakt zwischen dem im Schirmschlitz längsverlagerbaren Koppelstück und dem Informationsleiter. Dadurch wird die Güte der Kopplung und somit auch die erzielbare Reichweite der Informationsübertragung erhöht.

Die Daten- und/oder Signalkopplung kann entsprechend Anspruch 7 aber auch bis zu einer gewissen Dicke durch ein Dielektrikum erfolgen. In diesem Fall ist zweckmäßig das

Koppelstück stirnseitig mit einem isolierenden Kunststoff mit möglichst kleiner Dielektrizitätskonstante versehen, so daß trotz schleifenden Kontakts das Dielektrikum zwischen dem Informationsleiter und dem Koppelstück liegt. Auf diese Weise wird die Koppeldämpfung erhöht. Es reduziert sich jedoch die mögliche Übertragungsstrecke.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung wird in den Merkmalen des Anspruchs 8 erblickt. Danach besteht das Dielektrikum zwischen dem Informationsleiter und dem Koppelstück aus einem Luftspalt. Die Dicke des Luftspalts (3 kann sich etwa zwischen 2 mm bis 5 mm bewegen.

Erhält der Informationsleiter die Ausbildung gemäß Anspruch 9, so erfolgt eine unmittelbare Führung des mobilen Koppelstücks am Informationsleiter. Diese kann sowohl in dem Fall erfolgen, wo zwischen dem Koppelstück und dem Informationsleiter ein unmittelbarer metallischer Kontakt besteht als auch dann, wenn das Koppelstück und der Informationsleiter durch ein Dielektrikum aus insbesondere einem isolierenden Kunststoff getrennt sind.

Sowohl die Ausführungsform eines Informationsleiters ge-

C maß Anspruch 10 als auch die des Anspruchs 11 gelangen

bevorzugt zur Anwendung, wenn keine Zwangs führung des Koppelstücks am Informationsleiter notwendig ist und zwischen dem Koppelstück und dem Informationsleiter ein durch einen Luftspalt gebildetes Dielektrikum vorgesehen ist.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen vertikalen Querschnitt durch eine Leitung zur Übertragung von Informationen;

Figur 2 einen vertikalen Querschnitt durch eine Leitung zur Übertragung von Informationen gemäß einer weiteren Ausführungsform;

Figur 3 einen vertikalen Querschnitt durch eine Leitung zur Übertragung von informationen gemäß einer dritten Ausführungsform;

Figur 4 einen vertikalen Querschnitt durch einen konkaven Informationsleiter mit einem an diesem geführten Koppelstück;

Figur 5 einen vertikalen Querschnitt durch einen konkaven Informationsleiter mit einem an diesem geführten Koppelstück gemäß einer weiteren Ausführungsform und

Figur 6 einen vertikalen Querschnitt durch einen leistenartigen Informationsleiter mit einem an diesem entlang bewegbaren Koppelstück gemäß einer dritten Ausführungsform.

Mit 1 ist in der Figur 1 ein dünner, im Querschnitt bogenförmig gestalteter metallischer Informationsleiter zur Übertragung von Daten und/oder Signalen im hochfrequenten Bereich zwischen einer nicht näher veranschaulichten ortsfesten Steuereinheit und einer ebenfalls nicht näher dargestellten mobilen Steuereinheit bezeichnet.

Der Informationsleiter 1 ist an einem entsprechend gekrümmten Boden 2 einer im Querschnitt etwa keilförmigen Längsnut 3 in einem im Querschnitt U-förmigen Dielektrikum 4 aus einem isolierenden Kunststoff mit geringer Dielektrizitätskonstante festgelegt.

Das Dielektrikum 4 ist an ein im Querschnitt rechteckiges Trägerprofil 5 angepaßt und in dieses eingeklemmt. Das Trägerprofil 5 bildet zugleich einen isoliert aufgehängten massiven Schirm aus einem elektrisch leitfähigen Material. Es ist zu sehen, daß der Informationsleiter 1 im Zentrum der Querschnittsgeometrie des Trägerprofils bzw. des Schirms 5 angeordnet ist. Die freien Längskanten 6 der Längsnut 3 im Dielektrikum 4 münden in die den Schirmschlitz 7 begrenzenden Stirnflächen 8 der freien Schenkel 9 des Schirms 5 (Trägerprofil).

Die Höhe H der Leitung 10 verhält sich zu ihrer Breite B etwa wie 1,5 : 1 bis 2:1. Die Breite b des Schirmschlitzes 7 beträgt etwa ein Drittel der Breite B der Leitung 10.

Bei der Leitung 11 der Figur 2 ist ein Informationsleiter 12 zur Übertragung von Daten und/oder Signalen im hochfrequenten Bereich in Form einer dünnen metallischen Flachleiste vorgesehen, der am ebenen Boden 13 einer zum Schirmschlitz 14 eines etwa U-förmigen Trägerprofils 15 hin sich keilförmig verbreiternden Längsnut 16 eines in dem Trägerprofil 15 eingeklemmten Dielektrikums 17 festgelegt ist. Der dem Schirmschlitz 14 gegenüberliegende Bereich 18 des Trägerprofils 15 ist gerundet. Auch die zwischen den Längsseiten 19 des Trägerprofils 15 und den den Schirmschlitz 14 begrenzenden freien Schenkeln 20 vorhandenen Eckbereiche 21 sind gerundet. Ansonsten entsprechen die geometrischen Abmaße etwa denen der Leitung 10 der Figur 1.

Im Gegensatz zu der Leitung 10 der Figur 1 ist bei der Leitung 11 der Figur 2 zwischen das in das Trägerprofil 15 eingeklemmte Dielektrikum 17 aus einem isolierenden Kunststoff mit niedriger Dielektrizitätskonstante und das Trägerprofil 15 eine Schirmfolie 22 aus einem elektrisch

leitfähigen Material integriert. Diese erstreckt sich von einer Längskante 23 der Längsnute 16 entlang des angrenzenden Schenkels 20, der darauffolgenden Längsseite 19, des Bereichs 18, der anderen Längsseite 19 und des anderen Schenkels 20 bis zur gegenüberli-egenden Längskante 24.

Auch die Leitung 10 der Figur 1 kann so variiert werden, daß das Trägerprofil 5 ein reines Kunststoffprofil ist und zwischen diesem Trägerprofil 5 und dem Dielektrikum 4 ein Schirm aus einem elektrisch leitfähigen Material in Form eines Gewebes, eines Geflechts, einer Folie oder auch einer galvanisierten Schicht vorgesehen ist.

Die in der Figur 3 veranschaulichte Leitung 25 sieht als Trägerprofil 26 ein geschlitztes Rohr vor, welches zugleich als Schirm aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist. Der Informationsleiter 27 zur Übertragung von Daten und/oder Signalen im hochfrequenten Bereich besteht aus einem kreisrunden Metalldraht am Boden 28 einer keilförmigen Längsnut 29 in einem in das Trägerprofil 26 vollflächig eingebetteten Dielektrikum 30 aus Kunststoff mit einer geringen Dielektrizitätskon-&lgr; stante. Er liegt zentrisch im Trägerprofil 26. Die am Boden 28 gerundete Längsnut 29 erweitert sich in Richtung auf den Schirmschlitz 31.

Wie bei den Leitungen 10 und 11 der Figuren 1 und 2 kann auch bei der Leitung 25 der Figur 3 das rohrförmige Trägerprofil 26 als reines Kunststoffprofil gestaltet und zwischen diesem Trägerprofil 26 und dem Dielektrikum 30 ein Schirm aus einem elektrisch leitfähigen Material vorgesehen sein.

Die Figur 4 zeigt das Zusammenwirken eines Koppelstücks 32 als Bestandteil einer nicht näher veranschaulichten

mobilen Steuereinheit mit dem Informationsleiter 1 gemäß Figur 1. Es ist zu sehen, daß die Stirnfläche 33 des an den Querschnitt einer Längsnute 3 angepaßten Koppelstücks 32 der Querschnittsgestaltung des Informationsleiters 1 angeglichen ist und mithin das Koppelstück 32 am Informationsleiter 1 zwangsgeführt wird. Es besteht ein metallischer Kontakt zwischen dem Koppelstück 32 und dem Informationsleiter 1.

In der Figur 5 ist dargestellt, daß der Informationsleiter 1 gemäß der Figur 1 mit einem Koppelstück 34 einer {) nicht näher veranschaulichten mobilen Steuereinheit in einem galvanisch getrennten Schleifkontakt steht. Zu diesem Zweck ist die mit dem Informations leiter 1 in Berührung gelangende Stirnfläche 35 des Koppelstücks 34 an einem Dielektrikum 36 aus einem isolierenden Kunststoff mit geringer Dielektrizitätskonstante ausgebildet.

Die Figur 6 zeigt den Informationsleiter 12 der Figur 2 mit einem berührungslos an ihm vorbei bewegbaren Koppelstück 37 als Bestandteil einer nicht näher veranschaulichten mobilen Steuereinheit. Dazu ist zwischen dem Informationsleiter 12 und dem Koppelstück 37 ein Luftspalt ,.-., 38 von etwa 2 mm bis 5 mm als Dielektrikum vorgesehen.

Die in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Informationsleiter 1, 12 und 27 sind nicht an die jeweils veranschaulichten Trägerprofile 5, 15 und 26 gebunden. Es können auch der Informationsleiter 1 der Figur 1 bei einem Trägerprofil 15 gemäß Figur 2 oder 26 der Figur 3 bzw. die Informationsleiter 12 und 27 gemäß den Figuren 2 und 3 bei den Trägerprofilen 5, 15 und 26 der Figuren 1, 2 und/oder 3 angewendet werden. Auch andere Querschnittsgestaltungen von Informationsleitern und Trägerprofilen s ind denkbar.

Bezugs zeichenaufstellung

1 - Informationsleiter

2 - Boden &ngr;. 3

3 - Längsnut in 4

4 - Dielektrikum

5 - Trägerprofil

6 - Längskanten v.

7 - Schirmschlitz

Kj 8 - Stirnflächen v.

9 - Schenkel v. 5

10 - Leitung

11 - Leitung

12 - Informationsleiter

13 - Boden v. 16

14 - Schirmschlitz

15 - Trägerprofil

16 - Längsnut in

17 - Dielektrikum

18 - gerundeter Bereich v.

19 - Längsseiten v. .--v 20 - Schenkel v.

21 - Eckbereiche v.

22 - Schirmfolie

23 - Längskante v.

24 - Längskante v.

25 - Leitung

26 - Trägerprofil

27 - Informationsleiter

28 - Boden v. 29

29 - Längsnut in 30

30 - Dielektrikum

31 - Schirmschlitz

32 - Koppelstück

- 15 -

33 - Stirnfläche v,

34 - Koppelstück

35 - Stirnfläche v.

36 - Dielektrikum an

37 - Koppelstück

38 - Luftspalt

b - Breite v. 7 B - Breite v. H - Höhe v. 10

Claims (11)

- 11 - Schutzansprüche

1. Leitung zur Übertragung von Informationen in Form von digitalen Daten und/oder analogen Signalen zwischen einer ortsfesten und einer mobilen Steuereinheit, welche einen durch ein Dielektrikum (4, 17, 30) zu einem längsgeschlitzten Schirm (5, 22, 26) aus einem elektrisch leitfähigen Material distanzierten metallischen Informationsleiter (1, 12, 27) aufweist, der mit einem in Längsrichtung des Schirmschlitzes (7, 14, 31) verlagerbaren Koppelstück (32, 34, 37) als Bestandteil einer mobilen Steuereinheit in einem Informationen austauschenden Kontakt steht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung von Daten und/oder Signalen im hochfrequenten Bereich der Informationsleiter (1, 12, 27) im Zentrum der Querschnittsgeometrie des Schirms (5, 22, 26) angeordnet ist.

2. Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsleiter (1, 12, 27) am Boden {2, 13, 28) einer zum Schirmschlitz (7, 14, 31) hin sich keilförmig verbreiternden Längsnute (3, 16, 29) eines U-förmig ausgebildeten und in einem Trägerprofil (5, 15, 26) eingeklemmten Dielektrikums (4, 17, 30) festgelegt ist.

3. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (5, 26) durch ein Trägerprofil gebildet ist.

12 -

4. Leitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schirm (22) zwischen dem Dielektrikum (17) und einem Trägerprofil (15) vorgesehen ist.

5. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsleiter (1, 12, 27) und/oder das Dielektrikum (4, 17, 30) und/oder der Schirm (5, 22, 26) als Strangmaterial ausgebildet sind.

6. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Informations leiter (1) und das Koppelstück (32) in einem galvanischen Schleifkontakt stehen.

7. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Informations leiter (1) und das Koppelstück (34) in einem galvanisch getrennten Schleifkontakt stehen.

8. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsleiter (27) und das Koppelstück (37) durch einen Luftspalt (38) voneinander getrennt sind.

9. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsleiter (1) aus einer dünnen Metalleiste besteht und einen zum Schirmschlitz (7) hin konkaven Querschnitt besitzt.

10. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsleiter (12) aus einer dünnen metallischen Flachleiste gebildet ist.

- 13 -

11. Leitung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Informationsleiter (27) aus einem im Querschnitt kreisrunden Metalldraht besteht.