DE3032319A1 - Induktiver koppler - Google Patents

Description

- 3 - WS217P-2156

Induktiver Koppler

Die Erfindung betrifft einen induktiven Koppler mit einem ersten induktiven Koppelteil, welcher auf einem stabförmigen Kernmittelstück eine zwischen Kernendstücke eingespannte erste Wicklung trägt, und mit einem zweiten induktiven Koppelteil, welcher auf der Innenseite einer hohlzylindrischen Abstützung ein Kernmittelstück mit einer zwischen Kernendstücken liegenden zweiten Wicklung trägt, wobei der erste induktive Koppelteil zur induktiven Verkopplung in den zweiten induktiven Koppelteil steckbar ist.

Induktive Koppelstecker zum übertragen von elektrischer Energie finden häufig in Umgebungen Verwendung, in welchen eine metallische Kontaktgabe nicht möglich ist. So werden beispielsweise derartige induktive Koppler benutzt, wenn die Funkenbildung in einer explosiven Atmosphäre unterdrückt werden muß. Weit verbreitet finden derartige induktive Koppler auch im Unterwasserbereich Anwendung, wie z.B. bei der Ölgewinnung im küstennahen Unterwasserbereich.

Die

130013/1276

- 4 - WS217P-2156

Die Funktionsweise des induktiven Kopplers beruht auf dem Transformationsprinzip unter Verwendung von Wechselströmen, d.h. durch eine elektromagnetische Induktion wird entsprechend dem Magnetfeld einer Primär-Wicklung in einer Sekundärwicklung eine Spannung erzeugt, ohne daß dadurch mechanische Kontakte benötigt werden. In der einfachsten Form besteht ein solcher induktiver Koppler aus zwei C-förmigen Kernteilen, die im Bereich des Jochs mit einer Wicklung versehen sind. Wenn die Stirnseiten der C-förmigen Kerne zusammengebracht werden, ist grundsätzlich die Transformationseigenschaft gegeben. Bei der Verwendung geeigneter elektrisch isolierender Materialien sowie korrosionsschützender Materialien können damit elektrische Kontaktverbindung auch im Unterwasserbereich hergestellt werden.

Wenn derartige mit ihren Stirnflächen einander gegenüberliegende induktive Koppler zur Signal- oder Daten-Übertragung verwendet werden, ergibt sich ein unerwünscht hoher Abfall des Übertragungsfrequenzganges bei verhältnismäßig kleinen Spalten zwischen den beiden Kopplerteilen.

Es. ist auch bereits ein weiterer induktiver Koppler durch das britische Patent 1 366 134 bekannt, bei dem ein äußerer Kopplerteil mit einer Wicklung koaxial über einem inneren Kopplerteil mit einer Wicklung angeordnet ist. Die Signalquelle liegt an der äußeren Wicklung, welche damit die Primärwicklung ist, wogegen die Last an die innere Wicklung und damit die Sekundärwicklung angeschlossen ist. Wenn bei einem derartigen Aufbau die innere Wicklung,an welcher die Last hängt, abgezogen wird, steigt der Primär-

strom

130013/1276

- 5 - WS217P-2156

strom so extrem an, daß ein Abschluß eingesetzt werden muß, um ein Durchbrennen der Primärwicklung zu vermeiden. Es wurde alternativ dazu vorgeschlagen, mit der Primärwicklung eine Hilfsschaltung zu verbinden, welche eine Vielzahl von Induktivitäten und Kapazitäten umfaßt, um zusammen mit der Primärwicklung einen abgestimmten Kreis zu bilden. Wenn nunmehr der sekundäre Wicklungsteil herausgezogen wird, erfährt dieser abgestimmte Kreis eine Verstimmung, womit der Strom im Primärkreis wesentlich verringert werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten induktiven Koppler vom koaxialen Typ zu schaffen, wobei Hilfsschaltungen aus diskreten Komponenten vermieden werden können und eine axiale Verschiebung der beiden Koppelteile gegeneinander in einem begrenzten Bereich ohne wesentlichen Einfluß auf den Übertragungsfrequenzgang bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die erste Wicklung über erste Anschlußleitungen (122) als Primärwicklung geschaltet ist, und daß die zweite Wicklung über zweite Anschlußleitungen (170) als Sekundärwicklung geschaltet ist.

Diese Maßnahmen der Erfindung finden bei einem induktiven Koppler Anwendung, der zwei koaxial übereinandergreifende Koppelstecker aufweist, deren Kernteile aufeinander ausgerichtet sind und einen magnetischen Flußkreis im zusammengesteckten Zustand schließen. Der erste Koppelstecker umfaßt zur Abstützung des ersten induktiven Koppelteils einen Stab,auf welchem die Kernendstücke und ein die Primärwicklung tragendes

Kernmittelstück

130013/1276

- 6 - WS217P-2156

Kernmittelstück angeordnet ist. Der zweite Koppelstekker hat eine hohlzylindrische Abstützung, auf deren innerer Oberfläche der zweite induktive Koppelteil angebracht ist, welche ebenfalls aus Kernendstücken und einem die Sekundärwicklung tragenden Kernmittelstück besteht. Der erste Koppelstecker ist in den zweiten Koppelstecker einsteckbar, wobei sich die beiden induktiven Koppelteile einander radial gegenüberliegen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Induktivität L^ der Primärwicklung für die zusammengesteckten Koppelstecker größer als die Induktivität L für die nicht zusammengesteckten Koppelstecker ist. Dabei soll das Verhältnis L : L nicht größer als das Fünffache des Verhältnisses I₀ : I sein, wobei I der reflektierte Laststrom und I

L R LX

der primäre Magnetisierungsstrom ist. Die Kernstücke sind nach einer Ausgestaltung der Erfindung dabei aus Ferrit hergestellt.

Um dafür zu sorgen, daß eine axiale Fehlausrichtung der beiden induktiven Koppelteile keinen wesentlichen Abfall des ubertragungsfrequenzganges bewirkt, sieht die Erfindung für eine weitere Ausgestaltung vor, daß die axiale Länge der Kernendstücke für die Primärwicklung größer als die axiale Länge der Kernendstücke für die Sekundärwicklung ist.

Ein derartiger, nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauter induktiver Koppler kann sowohl zur Energieübertragung als auch zur Daten- und Signalübertragung Verwendung finden, wenn beispielsweise ein Datensensor mit der einen Wicklung und ein Datenempfänger mit der anderen Wicklung verbunden ist.

Die

130013/1276

- 7 - WS217P-2156

Die Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:
5

Fig. 1 einen induktiven Koppler nach dem Stand der Technik mit einander gegenüberliegenden Koppelflächen,

Fig. 2 Übertragungsfrequenzgänge für den Koppler

gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein weiterer bekannter induktiver Koppler

nach dem Stand der Technik, 15

Fig. 4 eine prinzipielle Darstellung des Kopplers

gemäß der Erfindung,

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild für die Primärwicklung des Kopplers,

Fig. 6 ein Vektordiagramm zur Erläuterung der

Stromverhältnisse der Primärseite des Kopplers,

Fig. 7 einen Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, wobei die Koppelstecker getrennt sind,

Fig. 8 einen Schnitt durch die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 7 mit

zusammengesteckten Koppelsteckern,

Fig. 9

130013/1276

- 8 - WS217P-2156

30323

Fig. 9 und 10 teilweise geschnittene perspektivische Ansichten der Koppelstecker nach den Fig. 7 und 8,

Fig. 11 das Schaltdiagrainm für ein Datenübertragungssystem, bei welchen ein Koppelstecker gemäß der Erfindung Verwendung findet,

Fig. 12 der Verlauf des Übertragungsfrequenzganges des Koppelsteckers im Datenübertragungssystem

gemäß Fig. 11,

Fig. 13 einen axialen Schnitt durch eine andere Ausführungsform der Erfindung. 15

Der in Fig. 1 dargestellte Koppler 10 nach dem Stand der Technik besteht aus zwei Gehäusen 12 und 13, in welchem jeweils ein C-förmiger Kern 15 bzw. 16 untergebracht ist, der die entsprechenden Wicklungen 18 und 19 trägt. Die Kerne werden von dem umgebenden Medium, wie z.B. Wasser beim Unterwassereinsatz durch Abdeckplatten 21 bzw. 22 aus rostfreiem Stahl geschützt.

Die

130013/1276

- 9 - WS217P-2156 ·

3032313

Die Wicklungen 18 bzw. 19 sind elektrisch mit Zuführungskabel 24 bzw. 25 verbunden, über welche der Daten- und Informationsaustausch erfolgt. Derartige induktive Koppler sind extrem empfindlich im Hinblick auf den Übertragungsfrequenzgang und zwar in Abhängigkeit von Änderungen des Abstandes der beiden Gehäuse 12 und 13. In Fig. 2 ist beispielsweise ein derartiger übertragungsfrequenzgang aufgezeichnet, wobei die Kurve 30 den Verlauf des Übertragungsfrequenzganges für den Fall darstellt, daß kein Spalt zwischen den beiden aneinander angepaßten Gehäusen besteht. Die Kurve 31 dagegen zeigt einen verschlechterten Übertragungsfrequenzgang für den Fall, daß die beiden Gehäuse einen Abstand von etwa 0,078 cm haben. Aus den Kurven kann man entnehmen, daß bei einer Frequenz von 100 kHz der Abfall etwa 2 dB beträgt, wobei jedoch der Abfall bei tieferen Frequenzen sehr viel stärker zunimmt.

In Fig. 3 ist ein induktiver Koppler 39 dargestellt, wie er im Stand der Technik für die Verwendung in explosiven Atmosphären bekannt ist. Ein äußerer zylindrischer Teil 34 ist an den beiden Enden mit nach innen gerichteten Flanschen 35 und 36 versehen, und trägt im Inneren eine Wicklung 38. Dieser zylindrische Teil mit den Flanschen stellt den äußeren Teil des Kernes dar, mit dem ein innerer Teil 40 des Kernes zusammenarbeitet, wobei den Flanschen 35 und 36 scheibenförmige Kernabschnitte 41 und 42 gegenüberliegen, welche durch einen zylindrischen Steg 43 miteinander verbunden sind. Auf diesem Steg 43 ist die Wicklung 45 angeordnet.

Der induktive Koppler wird dazu benutzt, um Leistung aus einer Quelle 47 an eine Last 48 über die Wicklungen 35

38 und

130013/1276

- 10 - WS217P-2156

38 und 45 zu übertragen. Dabei ist die Wicklung 38 an die Quelle und die Wicklung 45 an die Last angeschlossen und stellen die primären sowie sekundären Wicklungen des induktiven Kopplers dar. 5

Wenn bei diesem Aufbau der innere Teil 40 zum Zwecke des Auftrennens der elektrischen Verbindung abgezogen wird, ergibt sich ein beachtlicher Anstieg des im Primärkreis fließenden Stromes, so daß anstelle des abgezogenen Kernteiles hilfsweise ein Abschluß eingesetzt werden muß. Angesichts der Notwendigkeit des Einsetzens eines Abschlusses kann bei dem induktiven Koppler gemäß Fig. 3 eine Hilfsschaltung 50 vorgesehen sein, welche eine Induktivität 51 in Serie zu einer zweiten Induktivität 52 umfaßt, die andererseits an die Wicklung 38 angeschlossen ist, und bei welcher ferner eine Kapazität 53 vom Verbindungspunkt der beiden Induktivitäten 51. und 52 aus ebenfalls zur Wicklung 38 führt. Die Induktivitäten und die Kapazität werden derart dimensioniert, daß bei einem eingesetzten inneren Teil 40 der Primärkreis auf die Versorgungsfrequenz abgestimmt ist, und daß sich für einen abgezogenen inneren Teil 40 eine Frequenzverstimmung ergibt, die den Strom im Primärkreis wesentlich reduziert und begrenzt.

Der induktive Koppler gemäß der Erfindung geht von der Gattung aus, wie sie in Fig. 3 beschrieben ist, jedoch wird für die Verwendung als Leistungsübertrager weder das Einsetzen eines Abschlusses noch das Vorsehen einer Hilfsschaltung notwendig.

Das Prinzip der Leistungsübertragung mit den Maßnahmen gemäß der Erfindung geht aus Fig. 4 hervor. Der 35

induktive

130013/1276

- 11 - WS217P-2156

induktive Koppler gemäß Fig. 4 umfaßt einen inneren Kernteil 60 mit vergrößerten Endabschnitten 60 und 61, wobei die Vergrößerung in axialer Richtung der Länge W entspricht und die Wicklung 63 eine Länge / hat. Koaxial zu dem inneren Kernteil ist ein zylindrischer äußerer Kernteil 67 mit flanschartigen Enden 68 und 69 angeordnet. Zwischen diesen flanschartigen Enden liegt eine Wicklung 70 mit einer Länge Z' , wobei die flanschartigen Enden ihrerseits eine Länge W¹ haben.

Die ungleich langen axialen Endabschnitte einerseits und der Wicklungen andererseits lassen eine begrenzte axiale Verschiebung des inneren und äußeren Kernteiles gegeneinander zu, ohne daß dadurch die Übertragungseigenschaften wesentlich beeinflußt werden.

Die Endabschnitte sowohl des inneren Kernteils 60 als auch des äußeren Kernteils 67 stehen in magnetischer Flußverbindung miteinander. Ferner sind Einrichtungen vorgesehen, um die innere Wicklung 63 mit der Energiequelle 74 und die äußere Wicklung 70 mit einer Last 75 zu verbinden. Gegenüber der bekannten Ausführungsform gemäß Fig. 3 stellt dies eine Umkehrung der Anschlüsse an die Quelle und die Last dar.

Eine vereinfachte Ersatzschaltung für die Primärwicklung ist in Fig. 5 gegeben und umfaßt eine Parallelschaltung einer Induktivität L mit einem Widerstand R. Der Primärstrom I setzt sich aus dem Magnetisierungsstrom

I durch die Induktivität und dem reflektierten Last-L

strom IR durch den Widerstand R zusammen.

In Fig. 6 ist ein Vektordiagramm für die Ströme gemäß Fig. 5 dargestellt. Dabei repräsentiert der Vektor I

den reflektierten Laststrom und der Vektor I den

Ll

Magnetisierungsstrom

130013/1276

- 12 - WS217P-2156

Magnetisierungsstrom durch die Induktivität L. Der Primärstrom I ergibt sich somit aus der Größe des resultierenden Vektors. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden die Kernteile aus einem Ferrit hergestellt, so daß sich minimale Kernverluste ergeben, die deshalb auch nicht dargestellt sind. Bei nicht angepaßten Koppler fließt kein reflektierender Laststrom, so daß in diesem Fall der Primärstrom sich aus dem Strom durch die Induktivität L ergibt, der in Fig. 6 mit dem Vektor I „ beschrieben wird.

Die innere bzw. die Primärwicklung 63 hat eine bestimmte Induktivität K. im angepaßten Zustand und eine davon abweichende, wesentlich geringere Induktivität L bei einer fehlenden Anpassung. Wenn dafür gesorgt wird, daß das Verhältnis des reflektierten Laststromes zum Magnetisierungsstrom I '· I gleich dem Verhältnis

Xv LJ.

L :L ist, dann ergibt sich keine signifikante Änderung des Primärstromes bezüglich der Amplitude, vielmehr bleibt dieser im wesentlichen konstant, sowohl für den angepaßten als auch den nicht angepaßten Betrieb des induktiven Kopplers. Damit hat der Vektor I_p gemäß Fig. 6 für den angepaßten Betrieb im wesentlichen dieselbe Größe wie die Vektor I_T„ bei fehlender Anpassung. Bei einem beispielsweisen Testaufbau mit jeweils 40 Windungen für die Primärwicklung und die Sekundärwicklung sowie einem Ferritkern ergab sich als Induktivität für die Wicklung des inneren Kernteiles im angepaßten Zustand ein Wert in der Größen-Ordnung von 4,8 mH und im nicht angepaßten Zustand ein Wert von etwa 360 uH. Daraus errechnet sich für das Verhältnis L-L ein Wert von 13,3 : 1.

In der Praxis würde dieser Wert 13,3 : 1 etwas größer als das gewünschte Verhältnis des reflektierten Last-

stromes

130013/1278

- 13 - WS217P-2156 '~

Stromes zum Magnetisierungsstrom sein, und da es mehr Primärwindungen erfordern würde, eine Zunahme der Kupferverluste verursachen, v/odurch sich ein Koppler mit etwas geringerem Wirkungsgrad ergibt. Aus diesem Grund wird das Verhältnis des reflektierten Laststromes zum Magnetisierungsstrom derart gewählt, daß es in der Größenordnung von 5 : 1 liegt. Da dies nicht exakt dem Verhältnis L : L entspricht, steigt der Strom im entkoppelten Zustand im Primärkreis geringfügig und zwar um etwa nur den Faktor 2,5 (13,3 : 5 = 2,6) an. Dies.ist voll akzeptierbar und in der Tat würde ein Anstieg des Primärstromes um den Faktor 5, bezogen auf den Primärstrom im angepaßten Zustand, noch voll akzeptierbar sein.

Der prinzipielle Aufbau gemäß Fig. 4 stellt die Primitivform eines koaxialen Kopplers dar. Ein tatsächlicher, nach den Merkmalen der Erfindung aufgebauter induktiver Koppler ist in den Fig. 7 bis 10 dargestellt, auf welche die nachfolgende Beschreibung basiert.

Ein induktiver Koppler 80 gemäß Fig. 7 umfaßt zwei Koppelstecker 82 und 83, von welchen der Koppelstecker 82 mit dem inneren Kernteil 86 und der andere Koppelstecker 83 mit dem äußeren Kernteil 87 versehen ist. Eine innere Halterung 90 hat einen langgestreckten Stab 91, auf welchem der innere Kernteil 86 montiert ist. Zur leichteren Herstellung besteht der innere Kernteil aus vorzugsweise drei separaten Ferritstücken und zwar den Endstücken 94 und 95 sowie einem Mittelstück 96, um welches die Primärwicklung 97 gelegt ist. Die gesamte Anordnung wird mit Hilfe einer Abschlußkappe 104 in der gewünschten Lage festgehalten,

welche

130013/1276

- 14 - WS217P-2156 ■ --

welche mit Hilfe einer Schraube 105 an dem Stab 91 befestigt ist.

Eine äußere Schutzhülse 110 ist am Ende 111 auf die innere Halterung 90 aufgeschraubt, an welcher mit Hilfe von Schrauben 113 eine Abschlußkappe 114 befestigt ist. Durch die innere Halterung 90 und die Abschlußkappe 114 wird ein freier Raum 118 umschlossen, in welchem ein Verankerungselement 120 vorzugsweise durch Ausfüllen dieses freien Raumes mit einem Kunstharz, wie z.B. Polyurethan gehalten ist.

Das elektrische Anschlußkabel 122 ist als Koaxialkabel aufgebaut und wird durch die Abschlußkappe 114 zugeführt. Die äußere Abschirmung 123 und der Innenleiter 124 sind an entsprechende Anschlußelemente 125 und 126 angeschlossen, wobei der Innenleiter 124 durch das Verankerungselement 120 geführt wird. Das eine Ende der Primärwicklung 97 ^t mit Anschlußelement 125 über eine Leiterstrecke verbunden, die durch eine Rille 130 im Mittelstück 96 sowie durch eine Rille 131 im Endstück 94 verläuft und in eine Öffnung 132 an der inneren Halterung 90 mündet. Das andere Ende 97 ist mit dem zweiten Anschlußelement 126 über eine entsprechende Wegstecke angeschlossen, welche über Rillen 130¹ und 131' sowie eine Öffnung 132¹ führt.

Der Koppelstecker 83 ist mit einer Abschlußkappe versehen, welche mit Hilfe von Schrauben 152 an einen Kunststoffzylxnder 154 angeschraubt ist. Dieser Kunststoff zylinder 154 hat eine Ausnehmung 155 auf der Innenseite,in welche der äußere Kernteil 87 eingeschoben werden kann, wobei er an einer Schulter der Aus-35

nehmung

130013/1276

- 15 - WS217P-2156

nehmung anliegend in axialer Richtung festgelegt ist.

Zur leichteren Montage ist der äußere Kernteil ebenfalls aus drei Teilen aufgebaut und zwar den beiden Endstücken 160 sowie 161 und einem Mittelstück 162. Dieses Mittelstück trägt die Wicklung 165, eingelegt zwischen die beiden Endstücke und 161. Der äußere Kernteil 87 wird mit Hilfe eines Führungsringes 16 8 in seiner Position festgehalten, welcher auf das vordere Ende des KunststoffZylinders 154 aufgeschraubt ist und eine konisch verlaufende sowie abgerundete Vorderkante 169 hat. Durch diese Ausbildung der Vorderkante wird das Einführen des Koppelsteckers in die Schutzhülse 110 des anderen Koppelsteckers erleichtert und gleichzeitig eine genaue Positionierung des äußeren Kernteils sichergestellt.

Ein ebenfalls als Koaxialkabel ausgebildetes Anschlußkabel 170 ist mit der äußeren Abschirmung 171 an ein Anschlußelement 172 angeschlossen. Der Innenleiter 174 verläuft durch ein Verankerungselement 175 zum zweiten Anschlußelement 176. Das Verankerungselement 175 wird ebenfalls in seiner Lage durch eine Gießmasse 178, wie z.B. Polyurethan festgehalten. Das eine Ende der Wicklung 165 ist mit dem Anschlußelement 172 und das andere Ende der Wicklung mit dem Anschlußelement 176 verbunden.

Zum Verrasten der Koppelstecker 82 und 83 sind eine Vielzahl von Rasten 184 im Innern der Abschlußkappe 150 vorgesehen. Wie man aus Fig. 8 entnehmen kann, haben die Rasten 184 Rastnocken 185, welche in eine ringförmige Ausnehmung 186 auf der Innenseite der

Schutzhülse

130013/1276

- 16 - WS217P-2156

Schutzhülse 110 eingreifen. In dieser Lage werden sie durch die Federvorspannung der Feder 188 festgehalten. Bei dieser Art der Verriegelung können die beiden Koppelstecker durch auf die Kabel 122 und 170 wirkende Zugkräfte nicht außer Eingriff gebracht werden. Zum Lösen der Koppelstecker wird ein Entwicklungsring betätigt, der eine Vielzahl von Entwicklungsstiften 191 trägt, die durch entsprechende Öffnungen in der Abschlußkappe 150 verlaufen. Diese Entwicklungsstifte 191 haben jeweils eine Rastkerbe 195, welche beim Abziehen des Entwicklungsringes 190 die Rastnocken zurückverschieben, so daß sie außer Eingriff mit der umlaufenden Ausnehmung 186 kommen. In dieser Stellung können die beiden Koppelstecker getrennt werden. Das Abziehen des Entriegelungsringes 190 wird durch Endanschläge 197 am vorderen Ende der Entwicklungsstifte 191 begrenzt. In der völlig zurückgezogenen Stellung des Entriegelungsringes werden die Rasten 184 gegen den Druck der Feder 188 so weit zurückverschoben, daß die beiden Koppelstecker ohne Schwierigkeit miteinander erneut in Eingriff gebracht werden können.

Wenn der Entriegelungsring 190 im abgezogenen Zustand des Koppelsteckers nach vorn verschoben ist, greift die Raste 184 in die Rastkerbe 195 des zugeordneten Entriegelungsstiftes 191 ein. Auch in diesem Zustand können die beiden Koppelstecker ineinander gesteckt und miteinander verrigelt werden, da eine an der vorderen Kante der Schutzhülse 110 angebrachte schräg verlaufende Fläche 200 die Rastnocken 185 zurückverschiebt und ein Ineinanderstecken der beiden Koppelstecker ermöglicht.

Wenn

130013/1276

- 17 - WS217P-2156

Wenn die Koppelstecker im Unterwassereinsatz sind, besteht die Möglichkeit, daß Fremdkörper in das Innere der abgezogenen Koppelstecker geraten. Es kann sich dabei um Schlamm, Sand oder auch Algen usw. handeln. Es sind daher Vorkehrungen getroffen, damit die Oberflächen der zusammenwirkenden Klemmteile abgewischt werden können. Zu diesem Zweck können einerseits zwischen den Kunststoffzylinder 154 und den Führungsring 168 eine Ringscheibe 204 und andererseits eine Ringscheibe 206 zwischen den Stab 91 und der Abschlußkappe 104 eingesetzt sein. Diese Ringscheiben sind vorzugsweise aus einem nachgiebigen, gummiartigen Material gemacht, wie es für diesen Zweck bekannt ist. Da die Ringscheibe 204 auf der inneren Oberfläehe der Schutzhülse 110 beim Einstecken in Eingriff kommt und an dieser dichtend anliegt, sind ferner Öffnungen 210 und 211 in der Schutzhülse vorgesehen, um das in dem Koppelstecker befindliche Wasser beim Zusammenstecken austreten zu lassen. Entsprechend ist auch eine Bohrung im Kunststoffzylinder 154 angebracht.

In

130013/1276

- 18 - WS217P-2156

In Fig. 11 ist ein Anwendungsfall für den induktiven Koppler gemäß der Erfindung dargestellt. Es handelt sich dabei um die Übertragung einer Information zwischen zwei verschiedenen Orten. Als Informationsquel-Ie dient eine Fernsehkamera 240, von welcher aus die aufgenommenen Signale zu einem Monitor 241 an einem entfernt gelegenen Ort übertragen werden sollen. Dazu finden Kabel 243 und 244 Verwendung, die mit Hilfe eines induktiven Kopplers 245 gemäß Fig. 7 bis 10 miteinander verbunden sind.

Die Ankopplung der Fernsehsignale an den induktiven Koppler 245 erfolgt über eine Emitterfolgerschaltung 250, deren Ausgangsimpedanz sehr klein und beispielsweise kleiner als 10 0hm ist. Für den Fall der Informationsübertragung ist es gleichgültig, ob die innere Wicklung oder die äußere Wicklung des Kopplers als Primärwicklung Verwendung findet. Wenn der Koppler ausgangsseitig über ein herkömmliches Koaxialkabel mit einem Wellenwiderstand von 50 0hm ausgestattet ist, wird am Kabelende ein konstanter Ausgleichswiderstand 252 vorgesehen, welcher der Signalüberhöhung für hohe Frequenzen dient. Diesem Ausgleichswiderstand folgt eine Verstärkerstufe 254 sowie eine Ausgleichsschaltung 256 für niedere Frequenzen.

Schließlich wird das Signal in Verstärkerstufen 258 und 260 weiterverstärkt, und mit Hilfe einer Rückkopp lungs anordnung im Verstärker 260 eine zusätzliche Frequenzkompensation für hohe Frequenzen zu bewirken. Das derartig verarbeitete Signal wird anschließend am Monitor 241 zur Darstellung gebracht.

Bei dem in Fig. 12 dargestellten übertragungsfrequenzgang kennzeichnet die gestrichelte Kurve 264 den Fre-35

quenzgang

130013/1276

BAD ORIGINAL

- 19 - WS217P-2156 ~

quenzgang für den Fall, daß das Fernsehsignal direkt über den induktiven Koppler an den Monitor angelegt wird. Man kann aus dem Diagramm entnehmen, daß sich ein starker Abfall unterhalb etwa 500 Hz und oberhalb etwa 2 MHz einstellt. Für hochqualitative Fernsehbilder werden jedoch Videofrequenzen von etwa 60 Hz bis mindestens etwa 3 MHz für die Übertragung benötigt. Die ausgezogene Kurve 265 charakterisiert einen Übertragungsfrequenzgang über eine Schaltungsanordnung gemäß Fig. 11, bei welcher sowohl die tiefen als auch die hohen Frequenzen eine Anhebung erfahren, um den gewünschten Übertragungsfrequenzgang zu erreichen.

In Fig. 13 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei welcher mit Hilfe koaxialer induktiver Koppler eine Vielzahl von Schaltungen aneinander angekoppelt bzw. voneinander abgekoppelt werden können. Diese induktiver Koppler umfaßt einen Kolben 270, der am einen Ende mit einem ersten induktiven Koppelteil 272 und danebenliegend mit einem zweiten induktiven Koppelteil 273 versehen ist. Die beiden Koppelteile 272 und 273 sind sowohl magnetisch als auch elektrisch gegeneinander isoliert, indem eine Kunststoffeinlage 274 zwischengeschaltet wird. Der erste Koppelteil ist mit der Wicklung 276 und der zweite Koppelteil mit der Wicklung 277 versehen.

In entsprechender Weise sind in einem außen gelegenen Montagelement, welches das Gehäuse 287 eines Gerätes sein kann, weitere induktive Koppelteile 280 und 281 nebeneinanderliegend vorgesehen, wobei diese Koppelteile wiederum mit einer Isolierung 285 magnetisch und elektrisch voneinander getrennt sind. Diese 35

äußeren

130013/1276

- 20 - WS217P-2156

äußeren dritten und vierten induktiven Koppelteile haben Wicklungen 282 und 283.

Die äußeren Koppelteile sind auf der Innenfläche einer Bohrung im Gehäuse 287 angeordnet, in welche der Kolben 270 einsetzbar ist. Dieser Kolben 270 hat an seinem den induktiven Kopplern gegenüberliegenden Seite eine Anschlagschulter 292, die dafür sorgt, daß beim Einsetzen des Kolbens 270 die Lage der induktiven Koppelteile radial zueinander der optimalen Position entspricht.

Das in Fig. 13 dargestellte Ausführungsbeispiel ist für die Übertragung von Leistung aus einer Vielzahl von Leistungsquellen geeignet, wenn diese entsprechend an eine Vielzahl von Lasten angelegt werden soll. In gleicher Weise kann diese Ausführungsform auch zur Übertragung von Informationen und Daten dienen, indefe die Primärwicklung der induktiven Koppler mit Sensoren und die Sekundärwicklung der induktiven Koppler entsprechend mit Auswerteinstrumente verbunden ist. Selbstverständlich kann bei einem derartigen Aufbau auch der eine induktive Koppler für die Leistungsübertragung und der andere induktive Koppler für die Daten bzw. Signalübertragung vorgesehen sein.

130013/1276

Leerseite

Claims (5)

1. Patentansprüche

   O Induktiver Koppler mit einem ersten induktiven Koppelteil, welcher auf einem stabförmigen Kernmittelstück eine zwischen Kernendstücke eingespannte erste Wicklung trägt und mit einem zweiten induktiven Koppelteil, welcher auf der Innenseite einer hohlzylindrischen Abstützung ein Kernmittelstück mit einer zwischen Kernendstücken liegende zweite Wicklung trägt, wobei der erste induktive Koppelteil zur Verkopplung in den zweiten induktiven Koppelteil steckbar ist,
   dadurch gekennzeichnet,

   - daß die erste Wicklung (63) über erste Anschlußleitungen (122) als Primärwicklung geschaltet ist,

   - und daß die zweite Wicklung (70) über zweite Anschlußleitungen (170) als Sekundärwicklung geschaltet ist.

   20

   130013/1276

   - 2 - WS217P-2156
2. 2. Induktiver Koppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,

   - daß die Primärwicklung (63) eine erste Induktivität L im zusammengesteckten Zustand der Koppelteile und eine zweite niedrigere Induktivität L im getrennten Zustand der Koppelteile hat,

   - und daß der induktive Koppler derart aufgebaut ist,

   daß das Verhältnis L,, : L„ kleiner als das Fünf-

   M U

   fache des Verhältnisses I : I ist, wobei I der

   K Ll K

   an der Last reflektierte Strom und I der Magnetisierungsstrom der Primärwicklung ist.
3. 3. Induktiver Koppler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis I : I etwa 5 ist.

   R Ll
4. 4. Induktiver Koppler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Verhältnisse der Induktivitäten und der Ströme für das Kernmaterial Ferrit benutzt wird.
5. 5. Induktiver Koppler nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (W, W¹) der für die Einstellung des Verhältnisses der Induktivitäten und der Ströme benutzten Kernendstücke für den Primärkreis verschieden von der Länge für den Sekuridärkreis ist.

   130013/1276