DE19709292C2

DE19709292C2 - Anordnung zur Übertragung von digitalen elektrischen Signalen

Info

Publication number: DE19709292C2
Application number: DE1997109292
Authority: DE
Original assignee: Stemmann Technik GmbH
Current assignee: Stemmann Technik GmbH
Priority date: 1997-03-07
Filing date: 1997-03-07
Publication date: 1999-05-12
Anticipated expiration: 2017-03-08
Also published as: DE19709292A1

Description

Zur Übertragung von digitalen elektrischen Signalen zwi schen einer ortsfesten Station und einer entlang einer Kurve oder einer Geraden verlagerbaren Station ist es be kannt, Daten-BUS-Strecken in Form von 2- oder 4-Draht- Leitungen, die jeweils mit einem Schirm versehen sind, zu verwenden. Die Taktfrequenz liegt hierbei zwischen 20 kHz und etwa 200 kHz. Im oberen Bereich dieser Taktfrequenz werden neben den vorstehend beschriebenen 2- und 4-Draht- Leitungen auch sogenannte Twinax-Kabel eingesetzt, das sind Leitungen mit zwei Innenleitern in einem Schirmge flecht, die untereinander und jeweils zum Schirm eine be stimmte Impedanz einhalten.

Eine ortsfeste Station kann beispielsweise ein Steuer stand und eine verlagerbare Station z. B. ein Container kran sein. Zwischen diesen beiden Stationen ist dann ein Schleifringübertrager vorgesehen. Überschreiten die Durchmesser der Schleifbahnen eines derartigen Schleifringübertragers ein bestimmtes Maß, etwa bei einer Größe von 3 m, so ist es bekannt, die zu übertragenden Signale einer Trägerfrequenz aufzumodulieren und an schließend mit einer weit höheren Frequenz zu übermit teln. Auf der Empfängerseite ist dann ein Demodulator in stalliert, welcher die digitalen elektrischen Signale wieder von der Trägerfrequenz trennt. Sowohl senderseitig als auch empfängerseitig sind auf jeden Fall elektroni sche Schaltungen mit aktiven Bauteilen vorhanden, die so mit das ursprünglich gesendete Signal verändern und ver fälschen können. Demzufolge kann empfängerseitig nicht mit der in vielen Fällen notwendigen Sicherheit gewähr leistet werden, daß dort in der Tat das ursprünglich ge sendete Signal korrekt ankommt.

Da es im Stand der Technik außerdem unterschiedliche BUS- Typen gibt, ist hiervon abhängig jeweils ein anderer Codierer und Decodierer nötig.

Beim Einsatz von Schleifringübertragern mit mehreren ab geschirmten Übertragungswegen wird jede Schleifbahn z. B. mit einer Quelle gekoppelt und ein die Schleifbahn kontaktierender Abgreifer in Form von z. B. einer Schleif bürste mit einer Senke verbunden. Bei ringförmigen Schleifbahnen laufen je nach Winkelstellung der Abgreifer auf den Schleifbahnen jeweils zwei Signale von dem Ab greifer zu den Kontaktstellen der Schleifbahnen mit den Anschlußkabeln. Liegen z. B. die Abgreifer in der Nähe der Kontaktstellen, so haben die beiden Signale deutlich un terschiedlich lange Wege zurückzulegen. Am Zielpunkt, das heißt an der Kontaktstelle, laufen also die beiden Signale mit einem zeitlichen Versatz ein. Diese Zeitdif ferenz wird mit wachsenden Durchmessern der Schleifbahnen größer und größer und führt letztlich zu Überlagerungen der Signale und somit zu erheblichen Störungen auf der Empfängerseite.

Im Umfang einer Nachrichtenübertragungsanlage für eine Krananlage (DE 43 19 347 A1) werden die zu übertragenden NF-Kanäle einer Trägerfrequenz aufmoduliert. Diese Hoch frequenzsignale werden dann den Energieversorgungsleitun gen überlagert. Um diese Überlagerung gewährleisten zu können, sind sowohl bei der Einspeisung als auch bei der Rückgewinnung der Daten elektronisch aktive Bauelemente nötig. Eine weitere Eigenart bei der bekannten Anlage be steht darin, daß die Signalleitungen von den Leitungen mit hohen Spannungen nicht total getrennt sind. Es ist ein Koppeltransformator vorhanden, der bei hoher Feuchte auf Kranbahnen immer das Risiko einer galvanischen Kopp lung in sich birgt.

Der Abschlußwiderstand der Schleifleitung ist über einen Kondensator angeschlossen. Damit kann sich ein Wellenwi derstand definitiv nur für eine bestimmte Frequenzband breite ergeben. Der Anschluß mehrerer Abnahmegeräte auf derselben Schleifleitung verringert den Abschlußwider stand in Abhängigkeit des Kirchhoff'schen Gesetzes zur Parallelschaltung von Widerständen. Die Folge hiervon ist, daß beim Abschluß der gesamten Schleifleitung durch die Beschaltung von mehreren Abnahmegeräten der Wellenwi derstand wesentlich kleiner werden wird.

Aus der DE 44 13 744 A1 sind sich längs mit Koppelein richtungen versehenen Schleifbahnen bewegende Stationen bekannt. Da hierbei ebenfalls ein Nutzsignal auf eine Trägerfrequenz aufmoduliert wird, sind elektronisch ak tive Bauelemente für das Einspeisen und die Rückgewinnung der Signale nötig.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Übertragung von di gitalen elektrischen Signalen zwischen einer ortsfesten Station und einer entlang einer Kurve oder einer Geraden verlagerbaren Station zu schaffen, die nicht nur eine we sentlich exaktere Datenübertragung gewährleistet, sondern auch hinsichtlich der peripheren Bauteile merklich einfa cher gestaltet ist.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in den Merkmalen des Anspruchs 1.

Kernpunkt der Erfindung ist die Aufteilung einer Schleif bahn in voneinander unabhängige Segmente, bei denen je weils an ein Ende ein eigenes Kabel einer bestimmten Impedanz angeschlossen ist. Im Abstand von den Enden der Segmente werden diese Kabel zu einer Leitung zusammengefaßt, die dann mit der ortsfesten oder der ver lagerbaren Station verbunden ist. Der Abgreifer kontak tiert nach wie vor die Schleifbahn, wobei er aber immer nur mit einem durch die Segmentlänge bestimmten Schleif bahnabschnitt in Kontakt steht. Hiermit ist der Vorteil verbunden, daß nur ein Signal über die Länge jedes Seg ments läuft. Durch die Segmentierung der Schleifbahn sind keine aktiven elektronischen Bauteile mehr notwendig, die gegebenenfalls ein Signal verfälschen können. Darüber hinaus entfallen Trägerfrequenzen, die meist sehr hoch frequent sind und folglich einer staatlichen Betriebsge nehmigung bedürfen. Mit Rücksicht auf den Sachverhalt, daß kein Signal umgesetzt werden muß, entfallen im Rahmen der Erfindung auch wirtschaftlich aufwendige Codierer und Decodierer sowie die spezielle Anpassung dieser Bauteile an das jeweilige BUS-System. Hiermit ist wiederum der be sondere Vorteil verbunden, daß ein Anwender der Erfindung sich bei der Planung und Ausführung eines Übertragungs systems nicht vorzeitig auf einen bestimmten BUS-Typ festlegen muß. Durch den Wegfall aller aktiven Bauteile kann das erfindungsgemäße Übertragungssystem mit handels üblichen, jedoch dann segmentierten Schleifbahnen aus geführt werden. Es ist damit außerordentlich wirtschaft lich.

Gelangen bei der Anwendung der Erfindung auf Schleifring übertrager sogenannte Doppelschenkelbürsten als Abgreifer zum Einsatz, so kann sich eine Betriebssituation ergeben, bei welcher ein Abgreifer zwei unmittelbar aufeinander folgende Segmente gleichzeitig kontaktiert. In diesem Fall sind zwar zwei Kabel parallel geschaltet, die Impe danz wird hierdurch jedoch maximal nur halbiert.

Dadurch, daß die anderen Enden der Segmente an eine Masseschleifbahn gelegt und in die Verbindungen zwischen den Enden und der Masseschleifbahn Abschluß-Widerstände eingegliedert sind, kann an diesen Enden durch die Beschaltung mit passiven Bauteilen ein Tiefpass herge stellt werden, der einen Schwingkreis verhindert und nur Frequenzen bis zu einem bestimmten Wert passieren läßt. Auch bei einer Parallelschaltung mehrerer Kabel gegen Masse mit dem Widerstand des Tiefpass kann der Widerstand so groß gewählt werden, daß der Gesamtinnenwiderstand nicht wesentlich unter der Impedanz liegt. Für einen Wi derstand ergeben sich Größen im Kiloohmbereich. Die Ge samtgröße aller Widerstände sollte etwa im Bereich der Impedanz liegen.

Die Erfindung kann mit denselben Vorteilen sowohl bei Schleifringübertragern als auch bei linearen Schleiflei tungen angewendet werden.

Die Merkmale des Anspruchs 2 ermöglichen es in Abhängig keit von der Anzahl und/oder der Länge der Segmente mehrere Segmente zu einer Segmentgruppe zusammenzufassen und mehrere Segmentgruppen hintereinander anzuordnen. Dies kann sowohl bei Segmenten angewendet werden, die auf einem Kreis liegen, als auch bei solchen Segmenten, die Bestandteil einer geradlinigen Schleifbahn sind. In diesem Fall wird beispielsweise zunächst von einer Quelle einer Leitung zu einer Segmentgruppe geführt, wobei die Segmente dieser Gruppe über Kabel mit der Leitung verbunden sind. Hinter der Verbindungsstelle wird ein Impedanzwandler vorgesehen, der dann wiederum über eine Leitung mit der nächsten Segmentgruppe verbunden ist, wobei die Segmente dieser Gruppe ebenfalls über jeweils ein Kabel an die Leitung angeschlossen sind.

Ein weiterer Vorteil dieser Bauart bei geradlinigen Schleifbahnen ist der, daß Signale auch über weite Strecken zunächst mit geschirmten Leitungen an Störquel len vorbeigeführt werden können. Für die Impedanzwandler können handelsübliche Geräte aus der Telekommunikation eingesetzt werden, so daß eine hohe Wirtschaftlichkeit gewährleistet werden kann.

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

Fig. 1 im Schema die Beschaltung einer Schleifbahn eines Schleifringkörpers und

Fig. 2 die Beschaltung einer sich geradlinig er streckenden Schleifbahn.

In der Fig. 1 ist mit 1 eine Schleifbahn eines ansonsten nicht näher veranschaulichten Schleifringübertragers be zeichnet. Mit 2 ist eine Masseschleifbahn gekennzeichnet.

Die Schleifbahn 1 wird von einem Abgreifer 3 in Form einer Doppelschenkelbürste kontaktiert, der über eine elektrische Leitung 4 mit einer Senke 5 verbunden ist. Bei der Senke 5 kann es sich z. B. um die Steuerung auf einem verfahrbaren Containerkran handeln.

Die Schleifbahn 1 ist in sechs voneinander unabhängige Segmente 6 aufgeteilt. An ein Ende 7 jedes Segments 6 ist ein Kabel 8 angeschlossen. Alle Kabel 8 sind zu einer Leitung 9 zusammengefaßt, die mit einer Quelle 10 gekop pelt ist, die z. B. den ortsfesten Steuerstand für den Containerkran bildet.

An den anderen Enden 11 der Segmente 6 ist durch Ab schluß-Widerstände R_x ein Tiefpass 12 hergestellt. Alle Anschlüsse der Leitungen 4 und 9 sowie der Kabel 8 sind durch Schirme 13 geschützt. Diese sind durch Leitungen 14 auf dem kürzesten Weg an die Masseschleifbahn 2 ange schlossen.

In der Fig. 2 ist eine Ausführungsform veranschaulicht, bei welcher eine geradlinige Schleifbahn 1a in mehrere Segmente 6a aufgeteilt ist. Auch hierbei ist jeweils ein Ende 7a der Segmente 6a über ein Kabel 8a an eine Leitung 9a angeschlossen, die mit einer Quelle 10 verbunden ist. Die Kabel 8a der Segmente 6a sind mit Schirmen 13 verse hen. Diese Schirme 13 sind über eine Leitung 14a an eine Masseschleifbahn 2a angeschlossen.

An den anderen Enden 11a der Segmente 6a ist durch Ab schluß-Widerstände R_x ein Tiefpass 12a hergestellt. Die Abschluß-Widerstände R_x sind wie die Schirme 13 an die Masseschleifbahn 2a angeschlossen.

Ein die Segmente 6a kontaktierender Abgreifer 3a in Form einer Doppelschenkelbürste ist über eine Leitung 4a mit einer Senke 5 verbunden.

Die Fig. 2 zeigt darüberhinaus, daß mehrere Segmente 6a zu einer Segmentgruppe SG, SG1 zusammengefaßt sind. Hin ter den Anschlüssen 15 der Kabel 8a der Segmente 6a der ersten Segmentgruppe SG an die Leitung 9a ist in die Lei tung 9a ein Impedanzwandler 16 eingegliedert, der eben falls abgeschirmt ist. Auf diese Weise können mehrere Segmentgruppen SG, SG1 hintereinander geschaltet werden.

Bezugszeichenliste

1

- Schleifbahn

1

a- Schleifbahn

2

- Masseschleifbahn

2

a- Masseschleifbahn

3

- Abgreifer

3

a- Abgreifer

4

- Leitung

4

a- Leitung

5

- Senke

6

- Segmente v.

1

6

a- Segmente v.

1

a

7

- Enden v.

6

7

a- Ende v.

6

a

8

- Kabel

8

a- Kabel

9

- Leitung

9

a- Leitung

10

- Quelle

11

- Enden v.

6

11

a- Enden v.

6

a

12

- Tiefpass

12

a- Tiefpass

13

- Schirm

14

- Leitungen

15

- Anschlüsse v.

8

a

16

- Impedanzwandler
R_x

- Abschluß-Widerstände
SG- Segmentgruppe
SG1- Segmentgruppe

Claims

1. Anordnung zur Übertragung von digitalen elektrischen Signalen zwischen einer ortsfesten Station (10) und einer verlagerbaren Station (5) unter Eingliederung einer mit einem Abschluss-Widerstand (R_x) abgeschlos senen Schleifbahn (1, 1a) und eines diese kontaktie renden Abgreifers (3, 3a), gekennzeich net durch folgende Merkmale:

1. die Schleifbahn (1, 1a) ist in mehrere voneinander unabhängige Segmente (6, 6a) aufgeteilt;
2. sowohl an den Abgreifer (3, 3a) als auch an ein Ende (7, 7a) jedes Segments (6, 6a) ist eine Daten-Leitung in Form eines Kabels (8, 8a) und/oder einer Leitung (4, 4a) angeschlossen;
3. die an die Segmente (6, 6a) angeschlossenen Kabel (8, 8a) sind im Abstand zu den Segmenten (6, 6a) zu einer mit der ortsfesten Station (10) oder der entlang einer Kurve oder einer Geraden verlagerba ren Station (5) koppelbaren Leitung (9, 9a) zusam mengefasst,
4. die anderen Enden (11, 11a) der Segmente (6, 6a) sind an eine Masseschleifbahn (2, 2a) gelegt;
5. in die Verbindungen (14, 14a) zwischen den Enden (11, 11a) und der Masseschleifbahn (2, 2a) sind Abschluss-Widerstände (R_x) eingegliedert.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Anzahl und/oder der Länge der Segmente (6, 6a) diese eine Segmentgruppe (SG, SG1) bilden und zwei aufeinanderfolgende Segmentgruppen (SG, SG1) über einen in eine die Segmentgruppen (SG, SG1) verbin dende Leitung (9a) eingegliederten Impedanzwandler (16) aneinander angeschlossen sind.