DE2732806B2 - Lichtsignalübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparateteilen - Google Patents
Lichtsignalübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren ApparateteilenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtsignaiübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparateteilen.
In jüngster Zeit erlangt die Übertragung von Nachrichten, Daten, Meßwerten und dergleichen mit
Hilfe von Lichtsignalen, die in Lichtleitfasern über große Entfernungen geleitet werden können, größere
Bedeutung. Derartige Übertragungseinrichtungen eignen sich zur Übertragung 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, umgeben ist und auf diese Weise das Licht verhältnismäßig
verlustfrei auch Biegungen der Lichtleitfaser folgen kann, weil die Mantelschicht treffende Lichtstrahlen
dort totalreflektiert werden. Derartige Übertragungseinrichtungen empfehlen sich auch zur Übertragung 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, dab 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 Err>ndung stellt
eine Art optischer Schleifring dar, bei dem jedoch keine materielle Berührung zwischen den beiden gegeneinander
verdrehbaren Apparateteilen stattfinden muß, so daß die 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 Spaltfläche am äußeren Umfang des Lichtleiterringes
angeordnet
Eine zweite Ausführungsform sieht einen Spalt am inneren Umfang des Lichtleiterringes vor.
Mehrere Lichtleiterringe und Lichtempfänger kön- v> nen 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 Lichtempfänger anzuordnen. Bei einer Ausführungsform dieses Gedankens
ist vorgesehen, daß mehrere Lichtleiterringe mit an ihrem inneren oder äußeren Umfang angebrachten
Spaltflächen längs einer gemeinsamen 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 w>
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 tr"> eine gemeinsame Achse mit den Lichtleiterringen der
anderen Ebene fest verbunden sind.
Dabei können die Lichtlei'erringe der einen Ebene in
Zwischenräume zwischen den Jjchtleiterringen der anderen Ebene eingreifen.
Für die Lichtleiterringe als Einzelelement des Übertragers gibt es zwei vorteilhafte Bauformea Sie
können einmal als geschlossene Ringe mit einer zusutzlichen 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, weiche 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
Fig. 1 isi ein Längsschnitt eines Lichtsignalübertragers einer Ausführungsart.
Fig.2 stellt einen Querschnitt durch den gleichen Übertrager dar.
In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsart im Längsschnitt dargestellt.
Fig.4 zeigt einen Lichtleiterring, der nicht in sich
geschlossen ist
In F i g. 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 Manteischicht 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 dianetral 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 F i g. 1 gezeigte Anordnung ist also für einen Hin- und Rückverkehr von Signalen zwischen
zwei gegeneinander verdrehbaren Apparateteilen geeignet.
In Fig.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 di< Übertragung sehr vieler Signale einzurichten.
In der F i g. 3 ist eine andere Ausführungsform de: Lichtsignalübertragers in einer Schnittdarstellung ge
zeigt. Zwei gegeneinander verdrehbare Scheiben 31 unc 32 sind mit Wellen 33 bzw. 34 an gegeneinandei
verdrehbaren Apparateteilen befestigt Die Scheiben 31 und 32 tragen auf ihren einander gegenüberstehender
Seiten konzentrisch zu den Wellen angeordnete
ίο Lichtleiterringe 35,36,37 und 38. In der Schnittdarstel
lung greifen diese Ringe kammartig ineinander. Aul dem Grunde der zwischen zwei Ringen auf der gleicher
Scheibe entstehenden Nuten sind Lichtempfänger 39 bii 46 angeordnet. Die Lichtleiterringe selbst werden durch
nicht dargestellte, fest an ihnen angebrachte Lichtsender gespeist Die Lichtleiterringe haben rechteckiger
Querschnitt. An ihrer den Lichtempfängern zugewandten Seite ist das Mantelmaterial abgetragen. Dei
Nutengrund ist verspiegelt.
In Fig. 4 ist ein einzelner Lichtleiterring 5( dargestellt, der eine andere Bauform als die bishei
gezeigten Lichtkiterringe hat. Er besteht aus einen nicht in sich geschlossenen Ring. Der eine Querschnitt
51 des Ringes 50 ist über einen Lichtleiter 52 mit einerr Lichtsender 53 verbunden. Das andere Ende des
Lichtleiterringes 50 ist optisch offen. In den Lichtleiterring 50 ist ein Querschnitt eingezeichnet, an derr
sichtbar wird, daß der Mantel des Lichtleiterringes 50 ar seinem äußeren Umfang entfernt ist Ebenso könner
natürlich auch eine Spaltfläche an seinem innerer Umfang oder eine Spaltfläche oben oder unter
angebracht sein.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (18)
1. Lichtsignaiübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparateteilen, dadurch gekennzeichnet,
daß mit dem einen Apparate teil ·> ein Lichtsignale führender, 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 in
Achse einen spitzen Winkel und mit seiner Lichteinfallsfläche einen geringen Abstand gegenüber
dem Spalt (8) aufweisender Lichtempfänger (9, 10) verbunden ist
2. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Lichtleiterring (7) und der Lichtempfänger (9, 10) bezüglich einer durch den
Ringmittelpunkt gehenden, adf der Ringöffnung senkrechtstehenden Achse gegeneinander verdr<:hbar
sind.
3. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spaltfläche (15) am
äußeren Umfang des Lichtleiterringes (14) angeordnet ist
4. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiterring (7)
an seinem inneren Umfang einen Spalt (8) aufweist.
5. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 und 2 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleiterringe m (7, 14) und Lichtempfänger (9, 10) längs der Achse
angeordnet sind.
6. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine ringförmige
Spaltfläche an einer Stirnseite des Lichtleiterringes r> (35) angeordnet ist.
7. Lichtsignaiübertrager 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 v,
sind.
8. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 5 oder 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterringe
(7,14) und/oder die Lichtempfänger (9,10,16,
17) gegenseitig optisch abgeschirmt sind. r>(>
9. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Lichtleiterringe verschiedenen
Durchmessers mit stirnseitig offener Mantelschicht in einer Ebene konzentrisch angeordnet
sind. v>
10. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere stirnseiti|;e
Spalte in ihrer Mantelschicht aufweisende Lichtleiterringe (35,36,37,38) verschiedenen Durchmessers
in zwei Ebenen Mit gegeneinandergerichteten w> Spaltflächen 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 t>o
sind.
11. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterringie (35,37) der einen Ebene in Zwischenräume zwischen
den Lichtleiterringen (36, 38) der anderen Ebene greifen.
12. Lichtsignaiübertrager 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. Lichtsignaiübertrager 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. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet daß pro Lichtleiterring (14) jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Lichtempfänger
(16, !7) vorgesehen sind.
15. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Lichtempfänger (9, 10, 16, 17) optoelektronische Wandler sind.
16. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß als I.ichtempfänger (9, 10, 16,
17) lichtaufnehmende Flächen von Lichtleitern dienen.
17. Lichtsignaiübertrager nach Anspruch 1 oder einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß den Spaltflächen (8, 15) gegenüberliegende, relativ gegen sie drehbare
Flächen verspiegelt sind.
18. Lichtsignaiübertrager 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.
Priority Applications (1)
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DE2732806A DE2732806C3 (de) | 1977-07-20 | 1977-07-20 | Lichtsignalübertrager zwischen gegenseitig verdrehbaren Apparateteilen |
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ID=6014420
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