DE2732806A1

DE2732806A1 - Lichtsignaluebertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren apparateteilen

Info

Publication number: DE2732806A1
Application number: DE19772732806
Authority: DE
Inventors: Roland Form; Herbert Gailer
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-07-20
Filing date: 1977-07-20
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2732806C3; DE2732806B2

Description

Lichtsignalübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparate-
teilen Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtsignalübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparateteilen.
In Jüngster Zeit erlangt die Ubertragung von Nachrichten, Daten, Meßwerten und dergleichen mit Hilfe von Lichtsignalen, die in Lichtleitfasern über große Entfernungen geleitet werden können, größere Bedeutung. Derartige Ubertragungseinrichtungen eignen sich zur Ubertragung breiter Frequenzbänder; sie sind verhältnismäßig störungssicher und vor allem einstreuungsarm. Bekanntlich sind Lichtleitfasern so aufgebaut, daß ein Kern mit guter Lichtleitfähigkeit von einer Mantelschicht, deren Material einen niedereren Brechungsindex als das Kernmaterial hat, eingeben ist und auf diese Weise das Licht verhältnismäßig verlustfrei auch Biegungen der Lichtleitfaser folgen kann, weil die Mantelschicht treffende Lichtstrahlen dort totalreflektiert werden. Derartige Ubertragungseinrichtungen empfehlen sich auch zur Ubertragung von Meßwerten und Befehlen bei mehr oder weniger ausgedehnten Anlagen, wie programmgesteuerten Werkzeugmaschinen, Luft- oder Landfahrzeugen. Bei solchen Einrichtungen müssen oft Signale zwischen gegenseitig bewegten Teilen ausgetauscht werden. Nun sind Lichtleitfasern zwar beweglich, doch sind vor allem Rotationsbewegungen zwischen den in Frage kommenden Anlage- oder Apparateteilen oft so groß, daß ihnen auch durch lockere Bündel von Lichtleitfasern nicht gefolgt werden kann.
Es besteht demnach ein Bedürfnis an Einrichtungen zur Übertragung von Lichtsignalen zwischen bewegten Apparateteilen.
Gemäß der Erfindung ist ein eingangs erwähnter Lichtsignalübertrager dadurch gekennzeichnet, daß mit dem einen Apparateteil ein Lichtsignale führender, ringförmig gebogener Lichtleiter (Lichtleiterring) mit einem ringförmigen, seinen Kern teilweise offenlegenden Spalt in seiner totalreflektierenden Mantelschicht und mit dem anderen Apparateteil ein mit seiner optischen Achse einen spitzen Winkel und mit seiner Lichteinfallsfläche einen geringen Abstand gegenüber der Spaltfläche aufweisender Lichtempfänger verbunden ist.
Der Lichtsignalübertrager nach der Erfindung stellt eine Art optischer Schleifring dar, bei dem Jedoch keine materielle Berührung zwischen den beiden gegeneinander verdrehbaren Apparateteilen stattfinden muß, so daß Kontaktverschmutzung oder Abnutzung nicht eintritt.
Zweckmäßig sind der Lichtleiterring und der Lichtempfänger bezüglich einer durch den Ringmittelpunkt gehenden und auf der Ringöffnung senkrechtstehenden Achse gegeneinander verdrehbar.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Spalt fläche am äu-Beren Umfang des Lichtleiterringes angeordnet.
Eine zweite Ausführungsform sieht einen Spalt am inneren Umfang des Lichtleiterringes vor.
Mehrere Lichtleiterringe und Lichtempfänger können für eine raummultiplexe Übertragung längs der Drehachse angeordnet sein.
Zweckmäßig ist der Lichtleiterring mit einer lichtaussendenden Einrichtung verbunden. Für die Hin- und Zurückübertragung von Signalen ist es deshalb vorteilhaft, sowohl auf dem einen als auch auf dem anderen beweglichen Teil Lichtleiterringe und Licht empfänger anzuordnen. Bei einer Ausftihrungsform dieses Gedankens ist vorgesehen, daß mehrere Lichtleiterringe mit an ihrem inneren oder äußeren Umfang angebrachten Spaltflächen längs einer gerne in samen Achse angeordnet sind und Lichtleiterringen der einen Art optisch zugeordnete Lichtempfänger bezüglich einer Drehbewegung um die gemeinsame Achse mit Lichtleiterringen der anderen Art fest verbunden sind.
Zur Vermeidung von Übersprechen sind die Lichtleiterringe und/ oder die Lichtempfänger zweckmäßig gegeneinander optisch abzuschirmen.
Eine andere Ausführungsform der Lichtleiterringe trägt einen Spalt in der Mantelschicht auf einer Stirnseite.
Mehrere Lichtleiterringe verschiedenen Durchmessers dieser Art lassen sich in einer Ebene konzentrisch anordnen.
Es sind auch mehrere stirnseitig mit Spalten ihres Mantels versehene Lichtleiterringe verschiedenen Durchmessers in zwei Ebenen anzuordnen, wobei die Spaltflächen einander zugerichtet sind und den Lichtleiterringen der einen Ebene optisch zugeordnete Lichtempfänger bezüglich einer Drehbewegung um eine gemeinsame Achse mit den Lichtleiterringen der anderen Ebene fest verbunden sind.
Dabei können die Lichtleiterringe der einen Ebene in Zwischenräume zwischen den Lichtleiterringen der anderen Ebene eingreifen.
Für die Lichtleiterringe als Einzelelement des Übertragers gibt es zwei vorteilhafte Bauformen. Sie können einmal als geschlossene Ringe mit einer zusätzlichen Öffnung ihrer Mantelschicht zur Einspeisung eines Lichtsignales ausgeführt sein, sie können jedoch auch aus einer Schleife eines Lichtleiters bestehen, der von einer Querschnittsfläche aus gespeist und am Endquerschnitt offen ist.
Es kann zweckmäßig sein, jedem Lichtleiterring zwei einander diametral gegenüberliegende Lichtempfänger zuzuordnen.
Die Lichtempfänger können optoelektronische Wandler sein, die unmittelbar Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln, sie können jedoch auch lichtaufnehmende Flächen von Lichtleitern sein, welche die Lichtsignale ihrerseits weiterleiten.
Zur Vermeidung von Lichtverlusten über die Spaltflächen der Lichtleiterringe ist es vorteilhaft, die den Spaltflächen gegenüberliegenden Flächen auf den Übertragungsteil, der sich gegenüber dem Lichtleiterring verdrehen kann, bis auf das Fenster des Lichtempfängers zu verspiegeln.
Die Erfindung wird an vier Figuren, die verschiedene Ausführungsbeispiele darstellen, erläutert.
Figur 1 ist ein Längsschnitt eines Lichtsignalübertragers einer Ausführungsart.
Figur 2 stellt einen Querschnitt durch den gleichen Übertrager dar.
In Figur 3 ist eine andere Ausführungsart im Längsschnitt dargestellt.
Figur 4 zeigt einen Lichtleiterring, der nicht in sich geschlossen ist.
In Figur 1 ist ein topfförmiger Drehkörper 1 zu erkennen, der mit Hilfe eines Flansches 2 an einem Apparateteil befestigt werden kann. Ein anderer Drehkörper 3 ist konzentrisch im Drehkörper 1 angeordnet. Er kann mit Hilfe einer Welle 4 an einem gegenüber einem ersten Apparateteil verdrehbaren anderen Apparateteil befestigt werden. Die Welle 4 ist durch eine Öffnung 5 im Drehkörper 1 geführt. An der Innenwand des Drehkörpers 1 ist eine Nut 6 eingearbeitet, in der ein Lichtleiterring 7 liegt. Der Lichtleiterring 7 weist an seinem inneren Umfang einen Spalt 8 in seiner Mantelschicht auf. An diesem Spalt ist entweder das ursprünglich vorhandene Mantelmaterial des Lichtleiterringes 7 auf der Innenseite des Ringes abgetragen oder es wurde bei der Herstellung ein Spalt in der Mantelschicht offengelassen, so daß aus dieser Fläche Licht aus dem Lichtleiterring 7 austreten kann. Das aus der Spaltfläche 8 austretende Licht gelangt in Lichtempfänger 9 und 10, die auf dem Drehkörper 3 so angeordnet sind, daß ihre optische Achse einen spitzen Winkel zur Tangente an die Spaltfläche 8 bildet. Das empfangene Licht kann über Lichtleiter 11 und 12 auf den mit dem Drehkörper 3 über die Welle 4 verbundenen Apparateteil geführt werden.
Auf dem äußeren Mantel des Drehkörpers 3 ist ebenfalls eine Nut 13 eingearbeitet. In ihr liegt ein weiterer Lichtleiterring 14.
Dem Lichtleiterring 14 bzw. einer beispielsweise an seinem äußeren Umfang angeschliffenen Spaltfläche 15 liegen zwei einander diametral entgegengesetzte Lichtempfänger 16 und 17 gegenüber.
Die den Spaltflächen der beiden Lichtleiterringe 7 und 14 Jeweils gegenüberliegenden Flächen der beiden Drehkörper werden bis'auf die Eintrittsfenster der Lichtempfänger 9 und 10 bzw. 16 und 17 verspiegelt. Auf diese Weise werden die Lichtverluste durch die Spaltflächen an den Lichtleiterringen verringert.
Es ist vorteilhaft, die Signalrichtung so zu wählen, daß das Licht immer von der Spaltfläche des Lichtleiterringes ausgeht.
Die in Figur 1 gezeigte Anordnung ist also für einen Hin- und Rückverkehr von Signalen zwischen zwei gegeneinander verdrehbaren Apparateteilen geeignet.
In Figur 2 ist ein Schnitt durch die Linie A-A dargestellt. Es ist der äußere Drehkörper 1 zu erkennen, in den die Lichtempfänger 16 und 17 eingelassen sind. Auf der geschnittenen Nut-Rückwand des inneren Drehkörpers 3 liegt der im Schnitt dargestellte Lichtleiterring 14. Er besteht aus einem zu einem geschlossenen Kreis gebogenen Lichtleiter, der bis auf die Spaltfläche am äußeren Umfang eine Mantelschicht mit niedererem Brechungsindex als seine Kernmasse trägt. Ein etwaiger Luftspalt 18 zwischen zwei Enden des zu einem Ring gebogenen Lichtleiters 14 ist mit einer Flüssigkeit oder Paste gleichen Brechungsindexes wie der Kern des Lichtleiterringes gefüllt. Der Lichtleiterring 14 hat auf seiner Innenseite eine zweite Öffnung seiner Mantelschicht 19, die fest mit dem Lichtaustrittsfenster eines Lichtleiters 20 verbunden ist. Über diesen Lichtleiter wird ein Lichtsignal in den Lichtleiterring 14 eingeführt. An dem Fenster 19 kann auch das Austrittsfenster eines optoelektronischen Senders befestigt sein, der elektrische Signale unmittelbar in Lichtsignale umwandelt.
Es ist ohne Schwierigkeiten möglich, eine größere Anzahl von Lichtleiterringen und entsprechenden ihnen gegenüberstehenden Lichtempfängern auf entsprechend verlängerten Drehteilen 1 bzw.
3 anzuordnen und auf diese Weise den Lichtsignalübertrager für die Übertragung sehr vieler Signale einzurichten.
In der Figur 3 ist eine andere Ausführungsform des Lichtsignalübertragers in einer Schnittdarstellung gezeigt. Zwei gegeneinander verdrehbare Scheiben 31 und 32 sind mit Wellen 33 bzw. 34 an gegeneinander verdrehbaren Apparateteilen befestigt. Die Scheiben 31 und 32 tragen auf ihren einander gegenüberstehenden Seiten konzentrisch zu den Wellen angeordnete Lichtleiterringe 35, 36, 37 und 38. In der Schnittdarstellung greifen diese Ringe kammartig ineinander. Auf dem Grunde der zwischen zwei Ringen auf der gleichen Scheibe entstehenden Nuten sind Lichtempfänger 39 bis 46 angeordnet. Die Lichtleiterringe selbst werden durch nicht dargestellte, fest an ihnen angebrachte Lichtsender gespeist. Die Lichtleiterringe haben rechteckigen Querschnitt. An ihrer den Lichtempfängern zugewandten Seite ist das Mantelmaterial abgetragen. Der Nutengrund ist verspiegelt.
In Figur 4 ist ein einzelner Lichtleiterring 5q dargestellt, der eine andere Bauform als die bisher gezeigten Lichtleiterringe hat. Er besteht aus einem nicht in sich geschlossenen Ring. Der eine Querschnitt 51 des Ringes 50 ist über einen Lichtleiter 52 mit einem Lichtsender 53 verbunden. Das andere Ende des Lichtleiterringes 50 ist optisch offen. In den Lichtleiterring 50 ist ein Querschnitt eingezeichnet, an dem sichtbar wird, daß der Mantel des Lichtleiterringes 50 an seinem äußeren Umfang entfernt ist. Ebenso können natürlich auch eine Spaltfläche an seinem inneren Umfang oder eine Spaltfläche oben oder unten angebracht sein.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 1. LichtsignalUbertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparateteilen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß mit dem einen Apparateteil ein Lichtsignale fUhrender, ringförmig gebogener Lichtleiter (7) (Lichtleiterring) mit einem ringförmigen, seinen Kern teilweise offenlegenden Spalt (8) in seiner totalreflektierenden Mantelschicht und mit dem anderen Apparateteil ein mit seiner optischen Achse einen spitzen Winkel und mit seiner Lichteinfallsfläche einen geringen Abstand gegenüber dem Spalt (8) aufweisender Lichtempfänger (9, 10) verbunden ist.
2. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterring (7) und der Lichtempfänger (9, 10) bezUglich einer durch den Ringmittelpunkt gehenden, auf der Ringöffnung senkrechtstehenden Achse gegeneinander verdrehbar sind.
3. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltfläche (15) am äußeren Umfang des Lichtleiterringes (14) angeordnet ist.
4. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterring (7) an seinem inneren Umfang einen Spalt (8) aufweist.
5. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 und 2 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleiterringe (7, 14) und Lichtempfänger (9, 10) längs der Achse angeordnet sind.
6. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige Spaltfläche an einer Stirnseite des Lichtleiterringes (35) angeordnet ist.
7. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 3, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleiterringe (7, 14) mit an ihrem inneren oder äußeren Umfang angebrachten Spaltflächen (8, 15) längs einer gemeinsamen Achse angeordnet sind und Lichtleiterringen der einen Art optisch zugeordnete Lichtempfänger (9, 10, 16, 17) bezüglich einer Drehbewegung um die gemeinsame Achse mit Lichtleiterringen der anderen Art fest verbunden sind.
8. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 5 oder 6 oder 7, (l urcì gekennzeichnet, daß die Lichtleiterringe (7, 14) und/oder die Lichtempfänger (9, 10, 16, 17) gegenseitig optisch abgeschirmt sind.
9. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeicEInet, daß mehrere Lichtleiterringe verschiedenen Durchmessers mit stirnseitig offener Mantelschicht in einer Ebene konzentrisch angeordnet sind.
10. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere stirnseitige Spalt in ihrer Mantelschicht aufweisende Lichtleiterringe (35, 36, 37, 38) verschiedenen Durchmessers in zwei Ebenen mit gegeneinandergerichteten Spaltflichen angeordnet sind und den Lichtleiterringen der einen Ebene optisch zugeordnete Lichtempfänger (39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46) bezüglich einer Drehbewegung um eine gemeinsame Achse mit den Lichtleiterringen der anderen Ebene fest verbunden sind.
11. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterringe (35, 37) der einen Ebene in Zwischenräume zwischen den Lichtleiterringen (36, 38) der anderen Ebene greifen.
12. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterringe (7, 14) als optisch geschlossene Ringe mit einem zusätzlichen Fenster zur Einspeisung eines Lichtsignales ausgeführt sind.
13. Lichtsignalübeitrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, ausgenommen Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterringe Jeweils aus Schleifen von einer Querschnittsfläche aus gespeisten, am Endquerschnitt optisch offenen Lichtleitern (50) bestehen.
14. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß pro Lichtleiterring (14) Jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Lichtempfänger (16, 17) vorgesehen sind.
15. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfänger (9, 10, 16, 17) optoelektronische Wandler sind.
16. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtempfänger (9, 10, 16, 17) lichtaufnehmende Flächen von Lichtleitern dienen.
17. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den Spaltflächen (8, 15) gegenüberliegende, relativ gegen sie drehbare Flächen verspiegelt sind.
18. Lichtsignalübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß alle Zwischenräume zwischen Lichtein- und -austrittsfenstern bzw. Spaltflächen mit einer Immersionsflüssigkeit oder Paste gefüllt sind.