DE19636162B4 - Verbindungskabel mit mindestens einem Lichtwellenleiter mit endseitig angeordneten Anschlußelementen - Google Patents

Abstract

Verbindungskabel mit mindestens einem Lichtwellenleiter mit endseitig angeordneten Anschlusselementen, die zur Übertragung von Daten an opto-elektrische Wandler angeschlossen sind, wobei die Anschlusselemente und die optoelektrischen Wandler in kabelendseitigen Steckergehäusen angeordnet sind, die mit elektrischen Steckkupplungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (22a, b) von einem mit einer Armierung versehenen Schutzschlauch (11) umgeben ist, wobei der Schutzschlauch mit seinen beiden Enden (12) in die Steckergehäuse (13, 14) einmündet und wobei die Anschlusselemente (23) und die opto-elektrischen Wandler (20) in den Steckergehäusen (13, 14) vergossen sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verbindungskabel mit mindestens einem Lichtwellenleiter mit endseitig angeordneten Anschlußelementen, die zur Übertragung von Daten an opto-elektrische Wandler angeschlossen sind, wobei die Anschlußelemente und die opto-elektrischen Wandler in kabelendseitigen Steckergehäusen angeordnet sind, die mit elektrischen Steckkupplungen versehen sind.
• Die Übertragung von Daten mit Lichtwellenleitern ist bereits in einer Vielzahl von Anwendungen bekannt. Lichtwellenleiter haben gegenüber den herkömmlichen Kupferleitern die Vorteile, daß sie eine Übertragung höchster Datenraten bei höchsten Reichweiten weitgehend verlustfrei erlauben und daß auch bei Beschädigung des Lichtwellenleiters keine Gefahr von Funkenbildung besteht, was die Verwendung von Lichtwellenleitern bei der Übertragung von Daten in feuer- und explosionsgefährdeten Umgebungen besonders vorteilhaft macht.
• Aus der DE 41 01 962 A1 ist eine Anordnung zur Übertragung von Daten mit mindestens einem Lichtwellenleiter bekannt, bei der die beiden Enden des mindestens einen Lichtwellenleiters jeweils in ein eigenes Steckergehäuse münden und dort im Gehäuse jeweils mit einem elektro-optischen Wandler verbunden sind. Von den einzelnen elektro-optischen Wandlern sind jeweils ein oder mehrere elektrische Kontakte aus dem jeweiligen Steckergehäuse herausgeführt. Aus der DE 41 14 156 A1 ist ein Steckverbinder für ein- und mehrfaserige Lichtwellenleiter bekannt, der aus einem Steckerteil und einem Aufnahmeteil besteht, die jeweils ein Kunststoffgehäuse mit Führungs- und Arretierelementen aufweisen, in dem die Endabschnitte der zu verbindenden Lichtwellenleiter gleichachsig festgelegt sind. Dabei ist das Kunststoffgehäuse des Steckerteils einteilig ausgebildet und an den zumindest teilweise abisolierten Endabschnitten der Lichtwellenleiter angegossen oder angespritzt und hierdurch abgedichtet befestigt. Bei dem aus der DE 39 35 986 A1 bekannten optischen Kabel mit um einen Kern verseilten optischen Adern, einer Zugentlastungsschicht und einem Außenmantel ist vorgesehen, daß der Kern gegeneinander verschiebbare Fasern aus Glas oder/und Aramit aufweist, die mit großem Schlag verseilt und in eine Masse eingebettet sind. Der Kern weist eine Kunststoffhülle auf, wobei die Zugentlastungsschicht aus einer mindestens ein Millimeter dicken Schicht Glasfasern und einem Füllstoff zur Erzielung von Längswasserdichtigkeit besteht.
• Die obenstehenden Überlegungen haben zu Versuchen geführt, Lichtwellenleiter auch im untertägigen Bergbau für Verbindungskabel für Steuereinheiten zu verwenden, beispielsweise für Ausbausteuerungen für den schreitenden Ausbau, die untereinander verbunden sind, um ein Vorrücken der einzelnen, nebeneinander liegenden Ausbaugestelle in der gewünschten Weise zu steuern. Um solche Lichtwellenleiterkabel jedoch an die vorhandenen Steuereinheiten anschließen zu können, mußten diese im allgemeinen nachträglich mit den hierfür erforderlichen opto-elektrischen Wandlern versehen werden, an die dann die Anschlußelemente der Lichtwellenleiter angekoppelt werden könnten. Der Hauptnachteil der bekannten Lichtwellenleiterkabel besteht aber darin, daß sie äußerst anfällig gegen den im untertägigen Bergbau reichlich vorhandenen Staub sind, der in die opto-elektrischen Wandler eindringen und die Lichteintritts- bzw. Austrittsflächen der Lichtwellenleiter verschmutzen kann, so daß eine zuverlässige Datenübertragung nicht länger gewährleistet ist. Aus diesem Grund haben sich Lichtwellenleiter in stark staubigen Atmosphären zur Übertragung von Daten bis heute nicht durchsetzen können.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verbindungskabel der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem es möglich ist, mittels Lichtwellenleitern große Datenmengen auch über weite Entfernungen sicher zu übertragen, wobei ein Verschmutzen der opto-elektrischen Wandler und der Lichtwellenleiter an ihren Lichteintritts- bzw. Austrittsflächen sicher vermieden wird, wobei die einzelnen Bauteile im Steckergehäuse auch sicher arretiert werden.
• Diese Aufgabe wird mit der Erfindung dadurch gelöst, daß der Lichtwellenleiter von einem mit einer Armierung versehenen Schutzschlauch umgeben ist, wobei der Schutzschlauch mit seinen beiden Enden in die Stekkergehäuse einmündet und wobei die Anschlußelemente und die optoelektrischen Wandler in den Steckergehäusen vergossen sind. Erfindungsgemäß wird also der Übergang von der elektrischen zur optischen Übertragung der Daten aus der Steuereinheit selbst in die Steckergehäuse des Kabels verlegt, wo die opto-elektrischen Wandler und die mit den Anschlußelementen versehenen Lichtwellenleiterenden gegenüber jedem Zugriff von außen und damit auch gegen ein Eintritt von Staub geschützt angeordnet sind. Die Anschlußelemente und/oder opto-elektrischen Wandler sind in den Steckergehäusen hierzu noch zusammen vergossen, beispielsweise mit Kunstharz, wodurch nicht nur ein praktisch 100%-iger Luftabschluß erreicht wird, sondern die einzelnen Bauteile im Steckergehäuse auch sicher arretiert werden. Zugänglich von außen sind damit einzig die elektrischen Steckkupplungen zum Anschluß an die Steuereinheiten, die jedoch keine Problemstellen hinsichtlich Verschmutzung durch Staub od.dgl. darstellen. Die Erfindung hat den zusätzlichen Vorteil, daß die mit den Kabeln untereinander verbundenen Rechner (Steuereinheiten), Messfühler, Anzeigegeräte od.dgl. nicht umgerüstet werden müssen, um den Einsatz von Lichtwellenleitern zu ermöglichen, da die elektrischen Steckkupplungen auch bereits bei den bekannten, elektrischen Verbindungskabeln ohne Lichtwellenleiter verwendet wurden. Dies bedeutet, daß die herkömmlichen, elektrischen Verbindungskabel ohne irgendwelche aufwendige Umrüstarbeit an den einzelnen Steuereinheiten durch die erfindungsgemäßen Verbindungskabel mit Lichtwellenleiter ersetzt und damit deren besondere Vorteile in Bezug auf Übertragungsgeschwindigkeit und Explosionssicherheit erhalten werden können.
• Für den bidirektionalen Datenaustausch sind vorzugsweise mindestens zwei Lichtwellenleiter im Kabel vorgesehen. Die beiden kabelendseitigen Stekkergehäuse weisen dann je einen optischen Sender und einen optischen Empfänger (opto-elektrische Wandler) auf, wobei der Sender für die Einspeisung der Lichtsignale in den Lichtwellenleiter eine Lumineszenzdiode oder Laserdiode und der Empfänger für die Abtastung der mittels des Lichtwellenleiters übermittelten Lichtsignale eine PIN-Avalanche-Fotodiode verwenden kann. In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind auch Schaltelektroniken für den Betrieb der opto elektrischen Wandler in den Steckergehäusen angeordnet, wodurch es möglich ist, im Steckergehäuse selbst eine Signalumwandlung von Signalen eines Signalformates in ein anderes Signalformat durchzuführen. Ferner kann in den Steckergehäusen selbstverständlich die gesamte erforderliche Elektronik zur Modulation, Verstärkung und Demodulation der mit dem Kabel übermittelten Signale enthalten sein. Wenn neben den über den bzw. die Lichtwellenleiter übermittelten Informationssignalen mit dem Kabel auch elektrische Leistung zwischen den zu verbindenden Steuereinheiten übertragen werden soll, kann das Kabel zusätzlich mit mindestens einer elektrischen Leitung zwischen den Steckkupplungen versehen sein, die dann die Übertragung von Strom bei der gewünschten Spannung erlaubt. Die Lichtwellenleiter und ggf. die elektrische(n) Leitungen) sind zwischen den Steckkupplungen bzw. Steckergehäusen von dem Schutzschlauch umgeben, der mit einer Armierung, beispielsweise aus einem Stahlgewebe, versehen ist. Derartige Schläuche werden als Hochdruckschläuche in Hydrauliksteuerungen häufig verwendet. Eine mechanische Beschädigung der im Schutzschlauch laufenden Leitungen ist daher praktisch ausgeschlossen. Der flexible Schutzschlauch ermöglicht gleichwohl ein einfaches Anschließen des Kabels an den dafür vorgesehenen Anschlüssen an den Steuereinheiten.
• Die Steckergehäuse sind zweckmäßig im Bereich ihrer Steckkupplungen mit einem Dichtring versehen, der ein Eintritt von Staub und Feuchtigkeit in die elektrische Steckverbindung zwischen Kabel und Steuereinheit sicher unterbindet.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung, worin eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung an einem Beispiel näher erläutert wird. Die Fig. zeigt ein Verbindungskabel nach der Erfindung, teilweise im Schnitt.
• In der Zeichnung ist mit 10 ein Verbindungskabel bezeichnet, das zum Verbinden der Steuereinheiten zweier benachbarter Ausbaugestelle dient, wie sie im untertägigen Bergbau zum Abstützen des Hangenden im Bereich einer Gewinnungsmaschine und des zugehörigen Förderers seit langem bekannt sind. Mit fortschreitendem Abbau der zu fördernden Kohle od.dgl. rücken diese Ausbaugestelle nacheinander derart vor, daß erst ein Ausbaugestell seinen Stützzylinder einfährt und sich dann mit Hilfe seines Rückzylinders in Richtung auf den Abbaustoß vorzieht, um anschließend den Stützzylinder zum Abstützen des Hangenden wieder auszufahren. Anschließend wird das zum ersten Gestell benachbarte Ausbaugestell in der gleichen Weise vorgerückt. Um zu vermeiden, daß zwei benachbarte Ausbaugestelle gleichzeitig gerückt werden, stehen die Steuereinheiten mit dem Kabel 10 für einen Datenaustausch untereinander in Verbindung.
• Das Kabel 10 besteht im wesentlichen aus einem armierten Schutzschlauch 11, der mit seinen beiden Enden 12 in Steckergehäuse 13, 14 einmündet. Die als Messingdrehteil ausgebildeten Stecker gehäuse 13, 14 sind an ihren vorderen Enden mit Steckkupplungen 15 versehen, über die der elektrische Anschluß an die Steuereinheiten über daran angeordnete Anschlußbuchsen 16 folgt.
• Im Inneren der Steckergehäuse 13, 14 ist eine Schaltplatine 17 angeordnet, die an den Kontakten der Steckkupplung 15 über elektrische Leitungen 18 angeschlossen ist. Die Schaltplatine 17 trägt eine – in der Zeichnung lediglich schematisch dargestellte – Schaltelektronik 19 sowie zwei opto-elektrische Wandler 20, nämlich einen optischen Sender 20a mit einer (nicht dargestellten) Lumineszenzdiode (LED) und einen optischen Empfänger 20b mit einer (ebenfalls nicht dargestellten) PIN-Avalanche-Fotodiode. Sender 20a und Empfänger 20b sind mit einer gemeinsamen Befestigungsschraube 21 an der Schaltplatine befestigt und stehen über die Schaltelektronik 19 und die elektrischen Leitungen 18 mit den Kontakten der Steckkupplung 15 in Verbindung. An den opto-elektrischen Wandlern 20 sind je ein Lichtwellenleiter 22a, 22b mittels Anschlußelementen 23 angeschlossen. Die Lichtwellenleiter verlaufen im Schutzschlauch 11 und verbinden die opto-elektrischen Wandler der beiden Steckgehäuse 13.
• Die Schaltplatine 17 mit der daran angeordneten Schaltelektronik und dem optischen Sender und Empfänger ist im Steckergehäuse 13 mit einer aushärtenden Vergußmasse 24, beispielsweise mit Kunstharz vergossen, so daß keinerlei Feuchtigkeit, Schmutz od.dgl. an die empfindlichen elektronischen und optischen Bauteile gelangen kann. Auch die Steckkupplung 15 ist in ihrem Einbauzustand in der Anschlußbuchse 16 mittels eines O-Rings 25 angedichtet, so daß auch hier weder Schmutz noch Feuchtigkeit die Betriebssicherheit der Steckverbindung beeinträchtigen.
• Bei der dargestellten Ausführungsform ist das Kabel zusätzlich zu seinen beiden Lichtwellenleitern 22a, b noch mit einem Stromversorgungsleiter 26 versehen, der ebenfalls im Schutzschlauch 11 geführt ist und über die beiderseitigen Steckkupplungen 15 auch eine Übertragung von Strom zwischen den beiden mit dem Kabel 10 verbundenen Ausbausteuerungen erlaubt.
• Das erfindungsgemäße Kabel weist nach außen lediglich elektrische Anschlüsse auf, wie sie auch bisher bei der Verwendung von Verbindungskabeln mit Kupferleitungen Verwendung fanden; die erfindungsgemäßen Kabel können daher die bisher üblichen Kupferkabel ohne irgendwelche Veränderung der Anschlußbuchsen an den Steuereinheiten ersetzen. Gleichwohl bieten sie gegenüber den bisher üblichen Kabeln eine wesentlich höhere Datensicherheit und Datenübertragungsrate mittels der verwendeten Lichtwellenleiter, die im Gegensatz zu den herkömmlichen Kupferdrahtleitern von elektromagnetischen Feldern, wie sie z.B. im Untertagebereich durch große Trossen erzeugt werden, nicht beeinflussbar sind. Die enormen Datenübertragungsgeschwindigkeiten durch die Lichtwellenleiter erlauben es, zeitkritische Abläufe wesentlich besser zu kontrollieren, steuern und regeln, was einen vorteilhaften Einfluß bei sogenannten Echtzeitdarstellungen hat. Darüber hinaus hat das erfindungsgemäße Kabel den besonderen Vorteil, daß bei Beschädigungen der Lichtwellenleiter kein elektrischer Kurzschluß auftritt und es damit nicht zur Bildung von Funken kommt, die in explosionsgefährdeten Atmosphären wie z.B. im Untertage-Kohlebergbau unbedingt vermieden werden müssen.
• Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern es sind viele Abwandlungen denkbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. So kann beispielsweise auch der die Leiter umgebende Schutzschlauch zusätzlich mit einer weichelastischen Masse verfüllt sein, so daß die darin verlegten Leiter sich nicht berühren und aneinander scheuern können. Die opto-elektrischen Wandler können auch direkt an die elektrischen Leitungen 18 von der Steckkupplung 15 angeschlossen sein, wobei sich dann die gesamte für die Ansteuerung des optischen Senders und Empfängers erforderliche Schaltelektronik an den Steuereinheiten befindet. Das Kabel kann auch zur Übermittlung von mittels Messfühlern ermittelten Messwerten zu einer Anzeige- und/oder Regeleinrichtung verwendet werden, beispielsweise zur Übermittlung von Druckmesswerten hydraulischer Drücke zu einem entfernt gelegenen Druckanzeigegerät.

Claims (5)

1. Verbindungskabel mit mindestens einem Lichtwellenleiter mit endseitig angeordneten Anschlusselementen, die zur Übertragung von Daten an opto-elektrische Wandler angeschlossen sind, wobei die Anschlusselemente und die optoelektrischen Wandler in kabelendseitigen Steckergehäusen angeordnet sind, die mit elektrischen Steckkupplungen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtwellenleiter (22a, b) von einem mit einer Armierung versehenen Schutzschlauch (11) umgeben ist, wobei der Schutzschlauch mit seinen beiden Enden (12) in die Steckergehäuse (13, 14) einmündet und wobei die Anschlusselemente (23) und die opto-elektrischen Wandler (20) in den Steckergehäusen (13, 14) vergossen sind.
2. Verbindungskabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltelektroniken (19) für den Betrieb der optoelektrischen Wandler (20a, b) in den Steckergehäusen (13, 14) angeordnet sind.
3. Verbindungskabel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu dem Lichtwellenleiter (22a, b) mindestens eine elektrische Leitung (26) zwischen den Steckkupplungen (15) angeordnet ist.
4. Verbindungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steckergehäuse (13, 14) im Bereich ihrer Steckkupplungen (15) mit einem Dichtring (25) versehen sind.
5. Verbindungskabel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens zwei Lichtwellenleiter (22a, b) für bidirektionalen Datenaustausch.