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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.