DE3627635A1 - Lichtleiterkabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Lichtleiterkabel, insbesondere Glasfaserkabel für die Signalübertragung.

Glasfasern eigenen sich besonders für die Signalübertragung.

Glasfasern haben grundsätzlich außer dem lichtführenden Kern aus Glas einen Mantel aus Glas, der eine geringere Brechzahl als der Kern be­ sitzt. Der Brechzahlsprung zwischen Kern und Mantel sorgt für Total­ reflexion, so daß in den Kern eingespeistes Licht - auch bei viel­ fach gebogener Faser - seitlich nicht ausweichen kann.

Es gibt drei Faserarten. Die Stufen- und Gradientenfasern werden auch unter dem Begriff "Multimodefasern" zusammengefaßt, weil der Durch­ messer ihres Kerns die Wellenlänge des verwendeten Lichts stark über­ trifft, so daß sich in ihnen zahlreiche Modi ausbreiten können. Da­ gegen hat die Monomodefaser einen sehr dünnen Kern, der nur einen Wellentyp, den sogenannten Grundmodus zuläßt.

In der Stufenfaser mit konstanter Brechzahl über den ganzen Kerndurch­ messer werden flach eingekoppelte Lichtstrahlen an der Kernwand weniger häufig reflektiert als Strahlen mit steileren Winkeln. Daraus resultieren unterschiedliche Laufzeiten, so daß kurze Eingangsimpulse am Faserende verbreitet (verschmiert) erscheinen, was die Übertragungs­ kapazität begrenzt.

Die Gradientenfaser weist einen konzentrisch strukturierten Kern auf, wobei die Brechzahl von den äußeren Schichten zur Mitte regelmäßig ansteigt. Alle Strahlen verlaufen in Schwingungsform und legen nahezu gleichlange Wege zurück, so daß die Impulse am Ausgang nur geringfügig von denen am Eingang abweichen. Für Monomodefasern ist außer kleinerem Kerndurchmesser auch eine niedrigere Differenz zwischen den Brechzahlen des Kerns und des Mantels kennzeichnend. Da nur ein Modus übertragen wird, kann es nicht zu unterschiedlichen Laufzeiten kommen, weshalb die Verbreiterung der Impulse vernachlässigbar ist.

Lichtleiterkabel eignen sich für die gleichzeitige Übertragung einer großen Vielzahl von Informationen. Das bedingt an einem Ende des Lichtleiterkabels einen Sender und am anderen einen Empfänger. Die Entwicklung der oben beschriebenen Lichtleiterkabel geht dahin, immer mehr Informationen gleichzeitig mit ausreichender Qualität zu übertragen, wobei immer neue Anwendungsformen gesucht werden.

Der Erfindung liegt gleichfalls die Aufgabe zugrunde, für Lichtleiter­ kabel eine Anwendung zu finden. Dies wird nach der Erfindung durch Verwendung des Lichtleiterkabels als Unterbrecherkontakt erreicht. Nach der Erfindung ist das Lichtleiterkabel dazu mit einer Unter­ brecherschranke versehen. D. h. an geeigneter Stelle ist im Licht­ leiterkabel die Unterbrecherschranke angeordnet. Das wird z. B. dadurch verwirklicht, daß das Lichtleiterkabel geteilt ist und die beiden Lichtleiterkabelteile sich beiderseits der Unterbrecher­ schranke erstrecken. In der Unterbrecherschranke besteht zwischen den korrespondierenden Enden der Lichtleiterkabelteile ein Unterbrecher­ spalt. Die korrespondierenden Enden sind jedoch festgelegt, so daß ein aus dem einen Lichtleiterkabelteil austretendes Lichtsignal un­ gehindert in den anderen Lichtleiterkabelteil eindringen kann - es sei denn, in den Spalt wird ein lichtundurchlässiger Gegenstand eingefahren. Dies kann auch umgekehrt erfolgen. D. h. der lichtundurchlässige Gegen­ stand befindet sich in Ruhe und die mit den Lichtleiterkabelenden ver­ bundene Unterbrecherschranke wird bewegt. Es kann jedoch auch beides gleichzeitig bewegt werden. Desgleichen kann ausreichen, daß in den Unterbrecherspalt ein Gegenstand eingefahren wird, der zwar lichtdurch­ lässig ist, jedoch eine Änderung des durchtretenden Lichtsignals be­ wirkt, so daß der Empfänger eine Veränderung des Lichtsignals erkennt.

Der in den Unterbrecherspalt bewegbare Gegenstand kann die Form einer Unterbrecherfahne haben. Der Gegenstand kann gleiten oder rollen. Als gleitender Gegenstand eignet sich vorzugsweise ein Profilstab. Das Rollen ist besonders vorteilhaft. Dazu werden vorzugsweise Stahlkugeln verwendet, welche handelsüblich in allen Größen verfügbar sind und auf­ grund ihres Gewichtes auch bei kleineren Neigungen und unter der Voraus­ setzung einer ausreichenden harten Auflage (geringe Eindrückung) leicht ins­ Rollen geraten. Deshalb eignen sich Kugeln insbesondere für die Aus­ bildung der Unterbrecherschranke als Kippschalter. Der Kippschalter kann jedoch auch mit dem Profilstab oder der Fahne verwirkt werden.

In dieser Ausbildung kann das erfindungsgemäße Lichtleiterkabel/ Unterbrecherschrankensystem z. B. dort Anwendung finden, wo eine bloße Lichtschranke aufgrund von Montageschwierigkeiten für Sender und Em­ pfänger ungeeignet ist. Bei dem erfindungsgemäßen System lassen sich Sender und Empfänger an beliebiger Stelle und mit beliebiger Rich­ tung anbringen. Das Lichtleiterkabel bringt das Licht auch auf ver­ wundenem Wege zur Unterbrecherschranke.

Besondere Vorteile des erfindungsgemäßen Systems ergeben sich auch, wenn mehrere Signalunterbrechungen zusammen vorkommen. Das ist der Fall, wenn z. B. in einer Anlage oder einer Vorrichtung mehrere Schalthebel gemeinsam bewegt werden müssen. Das gleiche gilt für Deckel oder andere Vorrichtungsteile. In einem solchen Fall kann an jedem gleichzeitig bewegten Teil ein Unterbrecherkontakt angeordnet werden und können die einzelnen Kontakte über Lichtleiterkabel miteinander verbunden werden. Am Ende der dann hintereinander geschalteten Unterbrecherkontakte kann auf der einen Seite ein einziger Sender und auf der anderen Seite ein einziger Empfänger angeordnet werden. Insgesamt ergeben sich mit der Verringerung der Zahl der Sender und Empfänger ganz wesentliche Vorteile gegenüber einer Kontrolle der bewegten Teile mit kompletten Einzelsystemen. Dergleichen wird insbesondere praktisch in Kokereibetrieben.

In Koksöfen von Kokereien wird in der Regel Steinkohle verkokt. Dies erfolgt unter Luftabschluß und Wärmezufuhr. Hierbei entsteht sogenanntes Koksofengas neben dem Koks. Aus dem Koksofengas werden Kohlenwertstoffe gewonnen.

Als Wärmequelle für die Beheizung der Öfen kommt Gas zum Einsatz, das innerhalb der Seitenwände der Ofenkammern in sogenannten Heiz­ zügen mit Luft verbrannt wird.

Zur besseren Energieausnutzung wird die Abhitze der Rauchgase in Regeneratoren zurückgewonnen und dient nachfolgend zur Vorwärmung von Verbrennungsluft und Heizgas.

Koksöfen sind verbrennungstechnisch durchweg eingerichtet für die wahlweise Unterfeuerung von energiereichem Gas - Starkgas - und Gasen mit geringerem Wärmeinhalt, allgemein als Schwachgase be­ zeichnet.

Zum Starkgas zählt Koksofengas. Gichtgas und Generatorgas sind dem Schwachgas zugeordnet.

Während Schwachgas vorgewärmt werden kann, ist dieses bei Starkgas nicht möglich. Die Vorwärmung würde die Brenneigenschaft des Gases durch Erhöhung der Zündgewindigkeit ungünstig beeinflussen. Hinzu kommt, daß Starkgas Kohlenwasserstoffe enthält, die bereits bei Temperaturen oberhalb 500 Grad C durch pyrogene Zersetzung in Wasser­ stoff und Kohlenstoff aufgespalten werden. Der ausgeschiedene Kohlenstoff würde dann den Wärmetauscher im Laufe der Zeit zusetzen.

Für den Wärmetausch sind unterhalb der Verkokungskammer eines jeden Ofens zwei Regeneratoren eingerichtet, von denen der einzelne etwa die Länge des halben Ofens aufweist, und durch eine Trennwand noch­ mals in zwei Kammern unterteilt ist. Die einzelnen Regeneratorkammern sind mit einem Abhitzeventil, einer Luftklappe und teilweise mit einem Gashahn für die Zuführung von vorwärmbaren Schwachgas ausgerüstet.

Die Beheizungstechnik der Koksöfen ist allgemein so ausgelegt, daß in den beiden Kammern des einen Regenerators fühlbare Wärme aus dem Verbrennungsabgas zurückgewonnen und in Gittersteinen gespeichert wird, während gleichzeitig den Kammern des anderen Regenerators - voneinander­ getrennt - Heizgas (Schwachgas) und Verbrennungsluft zum Vorwärmen zu­ geführt wird.

In regelmäßigen zeitlichen Abständen erfolgt eine Umschaltung der Regeneratoren. Die vom Abgas aufgeheizten Kammern übernehmen nunmehr die Vorwärmung der Verbrennungsluft und des Heizgases, während die anderen bis dahin der Vorwärmung dienenden Regeneratorkammern erneut Abwärme speichern.

Bei diesem Vorgang - allgemein als Umstellung bezeichnet - werden an allen Regeneratoren der Öfen die an jeder einzelnen Regeneratorkammer angebrachten Luftklappe und das Abhitzeventil getätigt, darüber hinaus die Gashähne. Üblicherweise wird die Umstellung von einer elektrisch angetriebenen Winde durchgeführt. Der Winde sind je nach Umfang der Koksofenbatterien z. B. 40 oder 50 nebeneinander liegende Öfen zuge­ ordnet. Dabei bewegt die Umstellwinde an den Öfen durchgehend vor­ beilaufende Gestänge horizontal. An den Gestängen sind - über Rollen oder Hebeln zur Umlenkung der Bewegungseinrichtung - Zugketten ange­ bracht, die das Öffnen oder Schließen (Heben oder Senken) der Luft­ klappen und Ventile erwirken.

Eine Umstellung erfolgt jeweils gegenläufig und sinngemäß so, daß die bisher geöffnete Luftklappe der Regeneratorkammer für die Lufter­ wärmung auf der einen Ofenseite geschlossen, die des Regenerators der anderen Seite desselben Ofens dagegen geöffnet wird.

Der Ofenseite mit der geöffneten Luftklappe sind ein geöffneter Gas­ hahn für Schwachgas und geschlossene Abhitzeventile zugeordnet.

Auf der anderen Ofenseite sind nach Ablauf der Umstellung Luft­ klappe und Gashahn geschlossen, die Abhitzeventile jedoch geöffnet.

Bei Starkgasbetrieb werden die sonst für Schwachgas vorgesehenen Regene­ ratorkammern zusätzlich für die Vorwärmung von Verbrennungsluft unter Einbeziehung der auch an diesen Kammern vorhandenen Luftklappen in den Umstellrythmus genutzt.

Bei Schwachgasbetrieb müssen diese Luftklappen unbedingt geschlossen bleiben. Sie dürfen an den Umstellungen nicht mehr teilnehmen. Des­ halb sind grundsätzlich alle Luftklappen über einen Karabinerhaken von der Zugkette lösbar bzw. dort einhängbar.

Es ist technisch möglich, innerhalb einer Koksofenbatterie einige Öfen mit Starkgas, andere mit Schwachgas zu beheizen. Die Verteilung der beiden unterschiedlichen Heizgase auf verschiedene Öfen kann praktisch vollkommen freizügig erfolgen und unterliegt keiner festen Regel.

Daraus folgt, daß Luftklappen in wechselnder Reihenfolge geschlossen bleiben, während benachbarte Klappen der Umstellung unterliegen und damit sowohl geöffnet als auch geschlossen sein können.

Die Praxis zeigt, daß eine Zugkettenbefestigung bei Schwergängigkeit der Absperrvorrichtung durch Oberbeanspruchung oder Verschleiß reißen kann. Dadurch bleiben Absperrarmaturen geschlossen, die bestimmungsge­ mäß öffnen sollten. Umgekehrt kann z. B. ein Ventil in der geöffneten Stellung klemmen und deshalb nicht durch Eigengewicht schließen, wenn die Zugkette hierfür den Weg freigibt.

Zur Vermeidung der durch solche Störungen hervorgerufenen Folgeschäden, z. B. nach der Verpuffung explosiver Gas-/Luftgemische, muß hierher nach jeder Umstellung, die zwei bis drei mal die Stunde erfolgt, eine visu­ elle Überprüfung aller Klappen, Ventile und Gashähn durch Bedienungs­ leute erfolgen.

Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Systems an dieser Stelle läßt sich der Kontrollaufwand vermeiden bzw. läßt sich ein erheblicher Rationali­ sierungseffekt erreichen, wobei für die Bedienungsleute eine erhebliche physische Belastung bei den Kontrollgängen in den sehr warmen, sogenannten Meistergängen unter der Koksofenbatterie entfällt.

Nach der Erfindung werden deshalb an den Luftklappen, Abhitzeventilen oder ähnlichen Stellgliedern Unterbrecherschranken angebracht. Die Unter­ brecherschranken sind mit den zwischen den Unterbrecherschranken vorge­ sehenen Lichtleiterkabeln ortsfest angeordnet, während z. B. eine Unter­ brecherfahne von den Luftklappen, Abhitzeventilen usw. mitbewegt wird.

Dadurch läßt sich die gemeinsame richtige Stellung von Luftklappen oder Abhitzeventilen über den Durchgang des Lichtstrahles an allen Unterbrecherschranken kontrollieren. Sobald eine Luftklappe bzw. Abhitzeventil in der unerwünschten Stellung bleibt, bleibt auch die zugehörige Unterbrecherfahne in dem Unterbrecherspalt. Das hindert den Lichtstrahl am Durchtritt, so daß ein am Ende des Lichtleiter­ kabels angeordneter Empfänger kein Lichtsignal erkennen und Störung melden kann.

Zweckmäßigerweise werden derartige Stellglieder wie Luftklappen und Abhitzeventile an Koksöfen sowohl in der einen als auch in der anderen Stellung kontrolliert. D. h. es sind jeweils zwei Lichtleiterkabel vorzugsweise parallel geführt. Es können jedoch auch mehr Lichtleiter­ kabel parallel geführt sein. Für die verschiedenen parallel geführten Lichtleiterkabel ist im Anwendungsfall auf Luftklappen und Abhitze­ ventile oder dergleichen für jeweils eine Luftklappe bzw. Abhitze­ ventil eine gemeinsame Unterbrecherschranke vorgesehen. Das kann z. B. dadurch verwirklicht werden, daß die Unterbrecherfahne jeweils aus dem Unterbrecherspalt des einen Lichtleiterkabels in den Unter­ brecherspalt des anderen Lichtleiterkabels bewegt wird.

Obige Ausführungen gelten für eine gradlinige Bewegung der Unterbrecher­ fahne. Bei einer Schwenkbewegung der Unterbrecherfahne gilt das gleiche, ebenso für die Verwendung einer anderen als Kippschalter ausgebildeten Unterbrecherschranke. Dazu gehören Unterbrecherschranken mit Kugeln und gleitenden Profilstäben, z. B. Stiften.

Bei rauhem Betrieb wie in einer Kokerei ist der Unterbrecherspalt vorzugs­ weise gekapselt. Das geschieht in der Weise, daß z. B. ein geschlossener Körper mit einer Bohrung versehen wird, die mit im Abstand voneinan­ der angeordneten Querbohrungen versehen wird und an beiden Enden nach Einführung einer Unterbrecherkugel verschlossen wird. An die quer­ verlaufenden Bohrungen werden zwei parallel zueinander geführte Licht­ leiterkabel angeschlossen. Ein Eindringen von Schmutz in einen solchen Unterbrecherspalt ist ausgeschlossen.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. 1 zeigt in einer Detailansicht Luftklappen 1, 2, 3, 4, 5 und 6. An den Luftklappen 1-6 befinden sich Unterbrecherfahnen 7, 8, 9, 10, 11, 12. Die Unterbrecherfahnen wirken mit Unterbrechungsschranken 13, 14, 15, 16, 17, 18 zusammen. Die Unterbrecherschranken 13-18 sind durch zwei parallel zueinander geführte Lichtleiterkabel 19, 20 mit­ einander verbunden, wobei an jeder Unterbrecherschranke 13-18 ein Unterbrecherspalt entsteht, in dem die zugehörige Unterbrecherfahne bewegt wird. Die parallele Führung des Lichtleiterkabels 19, 20 kann sich dabei auf das bloße Nebeneinander mit unterschiedlichen Windungen bzw. Neigungen beschränken.

Fig. 1 zeigt verschiedene Stellungen und Fehlerstellungen bei nicht­ schließender Klappe, bei defektem Antrieb bzw. einer Klappe an der Montagearbeiten durchgeführt werden.

Bei ordnungsgemäßem Betrieb sollen im Ausführungsbeispiel alle Klappen jeweils die gleiche Stellung einnehmen. Dadurch befinden sich die Unterbrecherfahnen 7-12 entweder im Unterbrecherspalt des Lichtleiter­ kabels 19 oder in dem des Lichtleiterkabels 20. Es ist nicht vorgesehen, daß einige Unterbrecherfahnen sich im Unterbrecherspalt des Lichtleiter­ kabels 19, andere sich gleichzeitig im Unterbrecherspalt des Kabels 20 befinden. Wenn nun durch jedes Lichtleiterkabel ein Lichtstrahl gesandt wird, so darf jeweils nur durch eines der Lichtleiterkabel der Licht­ strahl zu einem z. B. als Fotozelle ausgebildeten Empfänger am anderen Lichtleiterkabelende gelangen. Wenn für beide Empfänger an den Licht­ leiterkabelenden kein Lichtsignal erkennbar ist, muß eine Störung vor­ liegen.

Fig. 2 zeigt erfindungsgemäße Unterbrecherschranken 30, 31, 32, 33, 34, 35 und 36 in Anwendung auf Abhitzeventile 37, 38, 39, 40, 41, 42 und 43. Die Unterbrecherschranken sind mit parallel geführten Lichtleiterkabeln 45 und 46 kombiniert. Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Unter­ brecherschranke U-förmig ausgebildet und wird von den Abhitzeventilen eine Stellungsfahne 47 hin-und hergehend in der U-förmigen Unterbrecher­ schranke bewegt, wobei entweder der Lichtdurchgang durch das Lichtleiter­ kabel 45 oder der Lichtdurchgang durch das Lichtleiterkabel 46 unter­ brochen wird bzw. gestattet wird. Die Stellungsfahne 47 erlaubt das bei der dargestellten zeichnerischen Größe durch eine geeignete Ausnehmung im Bereich des Lichtleiterkabels 46. Im Bereich des Lichtleiterkabels 45 reicht das Anheben der Stellungsfahne 47 für den Lichtdurchgang aus bzw. wird der Lichtdurchgang durch Absenken der Stellungsfahne 47 unter­ brochen. Beim Absenken bewegt sich zugleich die Ausnehmung der Stellungs­ fahne 47 in den Bereich des Lichtleiterkabels 46, so daß dort der Licht­ durchgang möglich ist.

Fig. 3 zeigt eine gekapselte Ausführung einer Unterbrecherschranke 50 für zwei parallel geführte Lichtleiterkabel 51 und 52. Im Ausführungs­ beispiel besitzt die Unterbrecherschranke 50 ein quaderförmiges Ge­ häuse 53 mit einer Längsbohrung 54 und zwei Querbohrungen 55 und 56. Die Mittelachsen der Querbohrungen 55 und 56 schneiden die Mittelachse der Längsbohrung 54.

Die Längsbohrung 54 ist an beiden Enden durch Deckel 57 und 58 ver­ schlossen. In der Längsbohrung 54 ist eine Kugel 59 mit soviel Spiel angeordnet, daß sie vom schwenkenden Gehäuse 53 in der Längsbohrung 54 von einem Ende zum anderen Ende rollt. Dadurch verhindert die Kugel 59 entweder an der Querbohrung 56 oder an der Querbohrung 55 einen Lichtdurchgang. Der Lichtdurchgang wird bewirkt über die Lichtleiter­ kabel 51 und 52, die an die Querbohrungen 55 bzw. 56 über geeignete Anschlußstücke 60 angeschlossen sind.

In Anwendung der Unterbrecherkontakte aus Fig. 3 auf die Luftklappen nach Fig. 1 würden diese an den Luftklappen 1-6 befestigt, während die Unterbrecherfahnen 7-12 mit den Unterbrecherschranken 13-18 wegfallen.

Die Unterbrecherschranken nach Fig. 3 sind gekapselte Unterbrecher­ schranken, die gegen Eindringen von Schmutz gesichert sind.

Claims (7)

1. Lichtleiterkabel, insbesondere Glasfaserkabel für die Signalüber­ tragung, gekennzeichnet durch mindestens eine Unterbrecherschranke.

2. Lichtleiterkabel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecherschranke mit einer beweglich angeordneten und mit einem Bewegungsantrieb versehenen Fahne (47) versehen ist.

3. Lichtleiterkabel nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine kippbeweglich ausgebildete Unterbrecherschranke mit in einer Führung gleitenden oder rollenden Gegenstand (59).

4. Lichtleiterkabel nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Kugel (59) oder Profilstab.

5. Lichtleiterkabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens zwei Lichterleiterkabel (18, 19; 45, 46; 51, 52), wobei die Unterbrecherschranke zugleich beide Kabel umfaßt und der Unterbrecher in der einen Endstellung im Unterbrecherspalt des einen Lichtleiterkabels und in der anderen Endstellung im Unter­ brecherspalt des anderen Lichtleiterkabels liegt.

6. Lichtleiterkabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein gekapseltes Gehäuse (53).

7. Lichtleiterkabel nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, ge­ kennzeichnet durch die Anwendung auf Luftklappen und/oder Abhitze­ ventile und/oder Gashähne und/oder Ventile von Koksöfen.