DE3128498C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 (US-PS 37 92 284).

Solche auf dem Markt erhältlichen Anordnungen mit Leitungen, an deren beider Enden Kontakte aufweisende Stecker angebracht sind, gibt es seit langem insbesondere in der Elektronik. Die Leitungen dienen beispielsweise als Verbindungsleitungen zwischen Meßgeräten und Oszillographen. Auch bei Kraftfahrzeugen werden solche Leitungen eingesetzt, um mit entsprechenden Geräten bestimmte Funktionen der Fahrzeuge überwachen zu können. Anwendungsbeispiele sind der obere Totpunktgeber und das Antiblockiersystem der Bremsen. Die Entwicklung auf diesem Gebiet geht dahin, daß in Zukunft weitere Punkte im Kraftfahrzeugsystem mit Hilfe eines Mikroprozessors überwacht werden. Solche Punkte sind beispielsweise der Zündwinkel, das Zündsignal, der Unterbrecherkontakt, die Drehzahl, die Geschwindigkeit und das automatische Getriebe.

Für alle Einsatzfälle in der Elektronik ist es erforderlich, daß die Signale mit einer Leitung möglichst strömungsfrei von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden können. Hierzu ist es bisher erforderlich, Leitungen zu verwenden, die vollständig abgeschirmt sind. Auch die jeweiligen Geräte müssen in eine einwandfreie Abschirmung eingekapselt werden. Schwierigkeiten ergeben sich insbesondere bei der Abschirmung von Mikroprozessoren, da jede metallische Leitung, die aus der Abschirmung herausführt, wie eine Antenne wirkt und dementsprechend auch Störsignale zum Mikroprozessor führt. Eine vollwirksame Abschirmung für die Leitungen und die Geräte ist äußerst aufwendig. Ein entsprechendes System ist daher nur mit erheblichen finanziellen Mitteln realisierbar.

Aus der US-PS 41 80 794 geht eine Anordnung zur Überwachung des Druckes in einem Fahrzeugreifen hervor, bei der Licht über Lichtleiter in das Innere des Reifens geführt und nach Reflexion zu einer Elektronik zurückgeführt wird. Diese Anordnung ist wegen der Lichtleiter unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen. Es handelt sich aber um eine spezielle, an einen Fahrzeugreifen angepaßte Anordnung, die nicht universell einsetzbar ist. Außerdem sind die Lichtleiter insbesondere an ihren Enden ungeschützt, so daß die für eine einwandfreie Signalübertragung benötigten Stirnflächen leicht beschädigt werden können. Für die Lichtleiter ist außerdem kein Schutz gegen Feuchtigkeit vorgesehen, so daß Wasser entlang der Lichtleiter wandern und bis in die Lichtquelle einerseits und die Elektronik andererseits vordringen kann. Störungen sind dann nicht zu vermeiden.

Die US-PS 42 36 086 zeigt den Anschluß einer elektrischen Leitung an ein metallisches Gehäuse, mit einer galvanischen Trennung eines mit der Leitung zugeführten Signalpfades. Die von Elektroden zur Aufnahme eines EKGs kommenden elektrischen Signals werden über einen Optokoppler mit einem elektro/optischen Wandler in optische Signale umgesetzt und in das Gehäuse weitergeleitet. Die metallische Leitung stellt auch hier eine Antenne dar, die elektromagnetische Störungen aufnimmt. Sie endet außerdem in einem hohlen Gehäuse, in dem der Wandler, der Optokoppler und andere Teile angeordnet sind. Alle diese Teile und auch das Ende der Leitung sind somit nicht gegen Feuchtigkeit geschützt.

Bei der bekannten Anordnung nach der eingangs erwähnten US- PS 37 92 284 sind an beiden Enden des Lichtleiters elektrische Stecker angebracht. Die Stifte dieser Stecker sind im Innern derselben mit dem jeweiligen opto/elektrischen Wandler verbunden. Die Stecker bestehen aus einer Vielzahl von Einzelteilen, aus denen sie zusammengebaut werden. Die Herstellung dieser Anordnung ist daher insgesamt aufwendig. Wegen der vielen Einzelteile sind die Stecker außerdem nicht feuchtigkeitsdicht, so daß auch bei dieser Anordnung Feuchtigkeit in die Stecker und von dort in eine angeschlossene Elektronik gelangen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs geschilderte Anordnung so weiterzubilden, daß sie bei in elektrischer Hinsicht weiter störungsfreier Übertragung von Signalen einfach herzustellen, universell verwendbar und feuchtigkeitsdicht ist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den Einsatz einer derartigen Anordnung mit einem Lichtleiter sind Empfänger und Sender einer Signalübertragungsstrecke galvanisch entkoppelt. Da die Übertragung der Signale über den Lichtleiter erfolgt, ist außerdem jede elektromagnetische Strömung von außen ausgeschlossen. Eine solche Leitung kann in eine Abschirmung eines Mikroprozessors eingeführt werden, ohne daß Störungen in denselben hineingebracht werden, da der Lichtleiter keine Antenne darstellt.

Die durch Spritzkörper und Stecker konfektionierte Leitung kann äußerst einfach in einer heute beherrschten Spritztechnik hergestellt werden, in welcher zunächst der Lichtleiter mit seiner Isolierhülle versehen wird. Dieses Umhüllen kann kontinuierlich erfolgen, wobei der umhüllte Lichtleiter "endlos" auf eine Spule aufgewickelt werden kann. Von dem endlosen Gebilde kann zur Herstellung einer für die Anordnung geeigneten Leitung eine gewünschte Länge abgeschnitten werden, an deren Enden der Spritzkörper und der Stecker angespritzt werden können. Hierzu können zunächst einerseits der Wandler und der Impulsgenerator nach elektrischer Verschaltung für den Spritzkörper und andererseits Empfangsbauteil, Verstärker und Impulsformer für den Stecker zusammengefaßt und in geeigneter Weise an den Enden der Leitung festgelegt werden. Die so vorbereiteten Leitungsenden werden jeweils in ein Spritzwerkzeug eingelegt, in welchem der Spritzkörper und der Schutzkörper für den Stecker gespritzt werden. Es ist auf diese Weise eine Leitung zur Verbindung eines Senders mit einem Empfänger geschaffen, die nicht nur unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen, sondern auch gegenüber Feuchtigkeit ist, da die Leitung selbst sowie ihre Enden durch die Spritzvorgänge völlig dicht gegen Feuchtigkeit sind.

Ein für die Anordnung nach der Erfindung geeigneter Impulsgenerator ist beispielsweise in der DE-OS 21 43 327 beschrieben. Er wird im folgenden der Einfachheit halber als "Wiegandsonde" bezeichnet. Die Wiegandsonde besteht aus einem Magnetkern aus zwei unterschiedlichen Materialien, um den herum Drähte gewickelt sind. Ein sich änderndes, auf die Wiegandsonde einwirkendes Magnetfeld erzeugt in derselben einen Stromimpuls, und zwar unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der das Magnetfeld sich ändert bzw. bewegt wird. Für die Anordnung nach der Erfindung ergibt sich dadurch der Vorteil, daß auf der Senderseite prinzipiell keine gesonderte Stromquelle mehr benötigt wird. Der Spritzkörper hat dann keine nach außen ragenden Kontakte, sondern ist rundum geschlossen, da sowohl die als Stromquelle dienende Wiegandsonde als auch der Wandler vollständig in den Spritzkörper eingebettet werden können.

Die Ausführungsform auf der Senderseite mit einem Wandler und einer Wiegandsonde reicht prinzipiell für die Funktion der Anordnung nach der Erfindung aus. Als Wandler werden beispielsweise Lumineszenzdioden oder Laserdioden eingesetzt, die eine niedrige Schwellenspannung haben. Zur Verbesserung der Ansprechempfindlichkeit dieser Wandler kann gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung im Spritzkörper eine zusätzliche Spannungsquelle vorhanden sein, die gerade die Schwellenspannung abgibt. Diese Spannungsquelle kann beispielsweise eine Zenerdiode sein, die von außen mit Strom versorgt wird, so daß dann Kontakte aus dem Spritzkörper herauszuführen sind. Es ist jedoch auch möglich, in Reihe mit dem Wandler einen Kondensator zu schalten, der über eine Diode mit niedriger Schwellenspannung vom sonst nicht benötigten Gegenimpuls der Wiegandsonde jeweils aufgeladen wird.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in den Zeichnungen dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Anordnung mit Verbindungsleitungen nach der Erfindung.

Fig. 2 die Verbindungsleitung in vergrößertem Maßstab.

Fig. 3 einen Schnitt durch Fig. 2 längs der Linie III-III.

Fig. 4 eine elektrische Schaltung der Einzelteile eines Steckers für die Empfängerseite.

Fig. 5 und 6 elektrische Schaltungen der Einzelteile im Spritzkörper für die Senderseite.

Die Anordnung nach der Erfindung ist überall dort einsetzbar, wo Signale störungsfrei von einem Sender zu einem Empfänger übertragen werden sollen, bei gleichzeitiger galvanischer Entkopplung von Sender und Empfänger. Die folgende Beschreibung bezieht sich, stellvertretend für alle Anwendungsfälle, auf Kraftfahrzeuge.

Mit 1 ist ein Mikroprozessor bezeichnet, der beispielsweise unter der Motorhaube eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Der Mikroprozessor 1 weist verschiedene Steckanschlüsse 2 auf. Er ist von einer durch eine gestrichelte Linie 3 angedeuteten Abschirmung umgeben, welche den Mikroprozessor 1 selbst gegenüber elektromagnetischer Störstrahlung schützt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind an fünf der eingezeichneten Steckanschlüsse 2 Leitungen 4 angeschlossen, die mit ihren freien Enden mit Geräten 5 verbunden sind. Die Leitungen 4 sind beliebig lang und in Fig. 1 daher unterbrochen dargestellt.

Geräte 5 sind beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die folgenden Punkte:

Die Zündwinkelverstellung, die Zündsignaleingabe, der Unterbrecherkontakt, eine Stelle zur Drehzahlmessung, eine Stelle zur Geschwindigkeitsmessung, ein Punkt mit Eingriff in das automatische Getriebe zur Steuerung desselben, ein oberer Totpunktgeber (OT) und das automatische Antiblockiersystem (ABS) für die Bremsen. An all diesen Punkten können Spritzkörper mit Wiegandsonde angeordnet sein, die auf ein sich änderndes Magnetfeld anspricht und deren Signale über die Leitungen 4 zu dem Mikroprozessor 1 übertragen und dort ausgewertet werden können. Der Mikroprozessor 1 kann mit einer beliebigen Anzahl von Steckanschlüssen 2 ausgerüstet werden und es ist theoretisch möglich, jeden einer elektronischen Überwachung zugänglichen Punkt innerhalb eines Kraftfahrzeugs mit einer Leitung 4 an den Mikroprozessor 1 anzuschließen.

Die Leitung 4 selbst ist entsprechend Fig. 2 und 3 beispielsweise wie folgt aufgebaut:

Das der Signalübertragung dienende Element ist als Lichtleiter 6 ausgeführt, welcher als langgestrecktes Bauteil über seine gesamte Länge mit einer Isolierhülle 7 versehen ist. Die Isolierhülle 7 kann mit einer üblichen Spritzmaschine kontinuierlich auf den Lichtleiter 6 aufgebracht werden und der umhüllte Lichtleiter kann "endlos" auf eine Spule aufgewickelt werden. Als Material für die Isolierhülle 7 eignet sich jeder beliebige Kunststoff, beispielsweise Polyäthylen oder Polyvinylchlorid.

Der Lichtleiter 6 kann als Glasfaser oder auch als Kunststoff-Faser ausgeführt sein. Es ist dabei möglich, jeweils eine Einzelfaser zu verwenden, jedoch kann als Lichtleiter 6 auch ein Bündel aus mehreren, miteinander verseilten Fasern verwendet werden, deren Querschnitt geringer als der einer Einzelfaser ist.

Für die Herstellung einer Leitung 4 wird zunächst ein Stück vorbestimmter bzw. gewünschter Länge von einer endlosen Leitung abgeschnitten. Der damit gewonnene Lichtleiter 6 wird dann an beiden Enden ein Stück von seiner Isolierhülle 7 befreit. An die freigelegten Enden des Lichtleiters 6 werden einerseits ein Spritzkörper 8 und andererseits ein Stecker 9 angeformt. Der Stecker weist elektrische Kontakte 10 auf, die in einer nicht dargestellten Brücke aus mechanisch festem Isoliermaterial festgelegt und auf Abstand gehalten sein können.

Im Spritzkörper 8 sind eine Wiegandsonde 11 und ein elektro/optischer Wandler 12 eingebettet, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Der elektro/optische Wandler 12 ist vorzugsweise als Lumineszenzdiode oder als Laserdiode ausgebildet. Prinzipiell kann hier aber jeder geeignete elektro/optische Wandler eingesetzt werden. Der Spritzkörper 8 wird an einem der zu überwachenden Punkte (Sender) angeordnet, der mit einer in Fig. 2 schematisch angedeuteten Einrichtung 13 zur Erzeugung eines sich ändernden Magnetfelds ausgerüstet ist.

Bei der Einrichtung 13 kann es sich sowohl um einen Dauermagneten als auch um einen Elektromagneten handeln. Wenn die Einrichtung 13 an bewegbaren Teilen des zu überwachenden Punktes angebracht werden kann, dann ergibt sich durch deren Bewegung bezüglich eines Festpunktes, an dem die Wiegandsonde 11 angeordnet ist, ein sich änderndes Magnetfeld. So kann die Einrichtung 13 beispielsweise an dem sich dauernd drehenden Verteiler in einem Kraftfahrzeug angebracht sein.

Es ist jedoch auch möglich, die Einrichtung 13 selbst stationär anzuordnen und an den bewegbaren Teil des zu überwachenden Punktes bzw. Geräts eine magnetische Kurzschlußvorrichtung zu koppeln, die das Magnetfeld in bestimmten Abständen kurzschließt und dadurch für die gewünschte Änderung des Magnetfeldes sorgt.

Auf der anderen Seite der Leitung 4 ist der Stecker 9 angespritzt, der zum Verbinden mit dem Mikroprozessor 1 geeignet sein soll. An die Kontakte 10 des Steckers 9 können ein lichtempfindliches Empfangsbauteil 14, ein Verstärker 15 und ein Impulsformer 16 angeschlossen sein, und zwar in dieser Reihenfolge, ausgehend vom Lichtleiter 6. Die genauere Schaltung dieser Teile geht aus Fig. 4 hervor. Die Teile 10, 14, 15 und 16 werden zusammen mit dem Ende des Lichtleiters 6 in eine Spritzvorrichtung eingelegt, in welcher ein Schutzkörper 17 aus Isoliermaterial gespritzt wird, so daß auch dieses Ende des Lichtleiters 6 feuchtigkeitsdicht umschlossen ist. Nach dem Spritzen von Spritzkörper 8 und Schutzkörper 17, die auch in einem einzigen Arbeitsgang gespritzt werden können, ist die Leitung 4 fertiggestellt.

Die Kontakte 10 können als Steckerstifte ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, hier Buchsenkontakte einzusetzen, die auf entsprechende Stifte am Mikroprozessor 1 aufsteckbar sind.

Als lichtempfindliche Empfangsbauteile 14 können beispielsweise Photodioden oder Phototransistoren eingesetzt werden. Sowohl der Verstärker 15 als auch der Impulsformer 16 können als sogenannte "IC", d. h. als integrierte Schaltkreise, ausgebildet sein, die nur noch an entsprechende Kontakte angeschlossen werden müssen. Weiterhin ist es möglich, das Empfangsbauteil 14 und den Verstärker 15 in einem IC zusammenzufassen.

Der Stecker 9 weist entsprechend Fig. 4 drei Kontakte 10 auf, von denen der mittlere der Signalübertragung dienen kann, während die beiden anderen der Stromversorgung dienen. Das Empfangsbauteil 14 ist nach Fig. 4 mit dem Eingang des Verstärkers 15 verbunden, an den auf der anderen Seite der Impulsformer 16 angeschlossen ist.

Durch das sich ändernde Magnetfeld der Einrichtung 13 werden, unabhängig von der Geschwindigkeit, mit welcher die Änderung des Magnetfeldes stattfindet, von der Wiegandsonde 11 ein positiver und ein negativer Stromimpuls erzeugt. Der positive Stromimpuls wird für die Überwachung bzw. Signalübertragung verwendet. Er wird durch den Wandler 12 in ein Lichtsignal umgesetzt, das über die Leitung 4 zum Mikroprozessor 1 übertragen wird.

Wie bereits erwähnt, wird als Wandler 12 vorzugsweise eine geeignete Lichtdiode eingesetzt. Derartige Dioden haben Schwellenspannungen von etwa 1,2 V. Um sicherzustellen, daß diese Schwellspannung durch den Stromimpuls der Wiegandsonde 11 überwunden wird, kann in Reihe mit dem Wandler 12 eine Spannungsquelle angeordnet werden. Bei dieser Spannungsquelle kann es sich um eine Zenerdiode 18 handeln, die über aus dem Spritzkörper 8 herausragende Kontakte 19 und 20 mit einer Stromquelle verbindbar ist, wobei diese Kontakte feuchtigkeitsdicht aus dem Spritzkörper 8 herausgeführt sind.

Es ist jedoch auch möglich, als Spannungsquelle einen Kondensator 21 zu verwenden, der über eine Diode 22 oder einen Transistor jeweils von dem negativen Stromimpuls der Wiegandsonde 11 aufgeladen wird. Als Diode 22, die antiparallel zum Wandler 12 geschaltet wird, sollen Dioden mit niedriger Schwellspannung eingesetzt werden, wie beispielsweise Germanium- oder Siliziumdioden. Bei dieser Ausführungsform bleibt der Vorteil des vollständig abgeschlossenen Spritzkörpers 8 ohne herausgeführte Kontakte erhalten und es wird auch keine zusätzliche Stromquelle benötigt.

Insgesamt ist eine robuste, einfach zu handhabende und feuchtigkeitsdichte Leitung 4 gegeben, die eine gegen elektromagnetische Störungen unempfindliche Übertragung von Signalen zwischen einem Sender und einem Empfänger ermöglicht und so beispielsweise in der Autoelektronik für einen störungsfreien Empfang sorgen kann. Die Anordnung ist jedoch, wie bereits erwähnt, nicht auf das bevorzugte Anwendungsgebiet der Autoelektronik beschränkt, sondern sie kann bei allen möglichen Geräten eingesetzt werden, bei denen ein störungsfreier Empfang bzw. eine störungsfreie Signalübertragung gefordert werden, die heute nur durch aufwendige Abschirmungen von Leitungen und Geräten möglich sind.

Claims (14)

1. Anordnung zur Übertragung von Signalen zwischen einem Sender und einem Empfänger mittels eines Lichtleiters, an dessen einem Ende ein elektro/optischer Wandler angebracht ist und an dessen anderem Ende ein Stecker angeordnet ist, der einen Schutzkörper aufweist, in dem ein opto/elektrischer Wandler und elektrische Kontakte angebracht sind, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der zum Anschluß am Empfänger bestimmte Stecker (9) neben dem als lichtempfindliches Empfangsbauteil (14) ausgebildeten Wandler einen Verstärker (15) und einen Impulsformer (16) aufweist, die in dieser Reihenfolge zwischen dem Lichtleiter (6) und den Kontakten (10) angeschlossen und in den durch Spritzen hergestellten Schutzkörper (17) feuchtigkeitsdicht eingebettet sind,
• - daß der elektro/optische Wandler (12) zusammen mit einem elektrisch in Reihe mit demselben liegenden magnetischen Impulsgenerator (11), der durch Beeinflussung durch ein sich änderndes Magnetfeld (13) einen Stromimpuls abgibt, in einen den Lichtleiter (6) feuchtigkeitsdicht abschließenden Spritzkörper (8) aus Isoliermaterial eingebettet ist und
• - daß am Sender (5) eine Einrichtung zur Erzeugung eines sich ändernden Magnetfeldes (13) angebracht ist, in deren unmittelbarer Nähe der Spritzkörper (8) angeordnet ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in Reihe mit dem elektrooptischen Wandler (12) ein Kondensator (21) geschaltet ist und
• - daß antiparallel zu diesem Wandler (12) eine Diode (22) mit niedriger Schwellenspannung angeschlossen ist (Fig. 6).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß in Reihe mit dem elektrooptischen Wandler (12) ein Kondensator (21) geschaltet ist und
• - daß parallel zu diesem Wandler (12) ein Transistor angeschlossen ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit dem elektrooptischen Wandler (12) eine an eine Stromquelle anschließbare Diode, vorzugsweise eine Zenerdiode (18), geschaltet ist (Fig. 5).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zur Erzeugung eines sich ändernden Magnetfeldes als bewegbarer Dauermagnet ausgebildet ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zur Erzeugung eines sich ändernden Magnetfeldes als bewegbarer Elektromagnet ausgebildet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (13) zur Erzeugung eines sich ändernden Magnetfeldes als stationärer Magnet mit bewegbarer, magnetischer Kurzschlußvorrichtung ausgebildet ist.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) aus Glas besteht.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) aus Kunststoff besteht.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleiter (6) aus Einzelfasern oder aus Faserbündeln besteht.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der elektro/optische Wandler (12) als Diode, vorzugsweise als Lumineszenzdiode oder Laserdiode, ausgebildet ist.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangsbauteil (14) als Photodiode oder Phototransistor ausgebildet ist.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (15) und der Impulsformer (16) als integrierte Schaltkreise ausgeführt sind.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Empfangsbauteil (14) und der Verstärker (15) in einem integrierte Schaltkreis zusammengefaßt sind.