Title:
Hybridkabel mit integriertem Lichtwellenleiter
Kind Code:
A1


Abstract:

System aus Komponenten, aufweisend
- eine regelbare Versorgungseinheit (5),
- eine elektrische Verbrauchereinheit (6)
- und ein Hybridkabel (1),
wobei das Hybridkabel (1) mindestens drei Leitungen (2) enthält, die ausgeführt sind, um Energie zwischen einer Versorgungseinheit (5) und einer Verbrauchereinheit (6) auszutauschen,
wobei das Hybridkabel (1) mindestens eine weitere Leitung (3) enthält, die ausgeführt ist, um an der Verbrauchereinheit (6) einen Schutz gegen elektrischen Schlag zur Verfügung zu stellen
und wobei das Hybridkabel (1) einen Lichtwellenleiter (4) enthält, der ausgeführt ist, um Informationsdaten (9), insbesondere Steuer- und/oder Regelungsinformationen, zwischen der Versorgungseinheit (5) und der Verbrauchereinheit (6) auszutauschen embedded image




Inventors:
Richter, Sebastian, Dipl.-Ing. (69120, Heidelberg, DE)
Norenburg, Benjamin (76689, Karlsdorf-Neuthard, DE)
Senft, Christian (76228, Karlsruhe, DE)
Application Number:
DE102018000509A
Publication Date:
08/02/2018
Filing Date:
01/23/2018
Assignee:
SEW-EURODRIVE GmbH & Co KG, 76646 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102013007649A1N/A2014-11-06
DE102013006730A1N/A2014-10-23
DE102013005237A1N/A2014-10-02
DE102012009494A1N/A2013-11-14
DE102012008549A1N/A2013-11-07
DE102007046980A1N/A2009-05-14
DE102007036558A1N/A2009-02-05
DE102005061568A1N/A2007-07-05
DE10239696B3N/A2004-03-25
DE19908045C2N/A2001-10-04
DE19921654C1N/A2000-12-21
DE19911217A1N/A2000-10-05



Foreign References:
EP10436432005-06-15
EP19824332014-04-23
EP19972082012-10-24
EP24984082016-01-13
EP27054132015-06-10
EP28519092015-03-25
WO2014180522A12014-11-13
Claims:
System aus Komponenten, aufweisend
- eine regelbare Versorgungseinheit (5),
- eine elektrische Verbrauchereinheit (6)
- und ein Hybridkabel (1), wobei das Hybridkabel (1) mindestens drei Leitungen (2) enthält, die ausgeführt sind, um Energie zwischen einer Versorgungseinheit (5) und einer Verbrauchereinheit (6) auszutauschen,
wobei das Hybridkabel (1) mindestens eine weitere Leitung (3) enthält, die ausgeführt ist, um an der Verbrauchereinheit (6) einen Schutz gegen elektrischen Schlag zur Verfügung zu stellen
und wobei das Hybridkabel (1) einen Lichtwellenleiter (4) enthält, der ausgeführt ist, um Informationsdaten (9), insbesondere Steuer- und/oder Regelungsinformationen, zwischen der Versorgungseinheit (5) und der Verbrauchereinheit (6) auszutauschen.

System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridkabel (1) als ein Verbindungsteil zwischen Komponenten eines elektronischen Leistungsantriebssystems mit einstellbarer Drehzahl, das für den Einsatz in sicherheitsbezogenen Anwendungen geeignet ausgeführt ist, ausgeführt ist.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Versorgungseinheit (5) ein Umrichter ist, typischerweise ein Frequenzumrichter zum Betreiben eines Elektromotors.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchereinheit (6) aus einem oder mehreren Sensorelementen (7) und/oder Aktorelementen (8), insbesondere aus einem Kommunikationsblock (26) und/oder einem Elektromotor und/oder einer elektronischen Bremse und/oder einem Temperatursensor und/oder einem Vibrationssensor und/oder einem Ölstandsensor und/oder einem Drehgeber und/oder einem Datenspeicherelement, besteht.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrauchereinheit (6) eine Antriebseinheit ist, die mindestens einen Elektromotor beinhaltet, der über die drei Leitungen (2) des Hybridkabels (1) direkt elektrisch leitend mit einer Versorgungseinheit (5) verbindbar ist.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsdaten (9) bidirektional, also sowohl von einer Versorgungseinheit (5) zu einer Verbrauchereinheit (6) als auch von einer Verbrauchereinheit (6) zu einer Versorgungseinheit (5) übertragbar sind.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über den Lichtwellenleiter (4) ein digitales Protokoll, insbesondere ein Standard-Sicherheitsprotokoll wie PROFIsafe, übertragbar ist.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridkabel (1) mindestens zwei weitere Leitungen (15) enthält, um Energie von der Versorgungseinheit (5) der Verbrauchereinheit (6) zur Verfügung zu stellen, insbesondere zum Betreiben einer in der Verbrauchereinheit (6) integrierten elektronischen Schaltung und/oder einer elektronischen Bremse.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridkabel (1) weitere Lichtwellenleiter beinhaltet.

System nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hybridkabel (1) mindestens ein zusätzliches Koaxialkabel beinhaltet.

System aus Komponenten nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass über die Versorgungseinheit (5) und/oder über eine übergeordnete Steuerung die über den Lichtwellenleiter (4) übertragenen Informationsdaten (9) der Verbrauchereinheit (6) einem Feldbussystem zur Verfügung gestellt wird.

Description:

Die Erfindung betrifft ein System aus einem Hybridkabel mit darin integriertem Lichtwellenleiter zur elektrischen sowie optischen Verbindung zweier Systemkomponenten, insbesondere einer regelbaren Versorgungseinheit mit einer elektrischen Verbrauchereinheit.

Um den Verkabelungsaufwand zwischen einer Versorgungseinheit und einer Verbrauchereinheit, bestehend aus ein oder mehreren Sensor- und/oder Aktorelementen, zu minimieren ist es üblich, sowohl die Leistungssignale zur Versorgung der Aktoren als auch die Informationsdaten der Sensoren in einem gemeinsamen Kabel, einem Hybridkabel, zusammenzufassen.

In der Literatur sind hierfür unterschiedliche Realisierungsmöglichkeiten genannt, um Leistungssignale und Informationsdaten über ein gemeinsames Hybridkabel zu übertragen.

Aus der DE19911217A1, DE19921654C1 und EP1043643B1 ist ein Hybridkabel zwischen einem übergeordneten Zentralmodul und einer Versorgungseinheit bekannt, wobei zur Übertragung von Informationen diese mit einer im Vergleich zur Netzfrequenz höheren Frequenz auf Gleichstrom-Starkstromleitungen auf- und demoduliert werden.

Aus der EP1982433B1 ist bekannt, über eine Versorgungsleitung zeitlich abwechselnd entweder nur Leistungssignale oder nur Datensignale zu übertragen.

Aus der EP1997208B1 und EP2498408B1 ist bekannt, über drei Versorgungsleitungen zeitlich abwechseln entweder nur Leistungssignale oder nur Datensignale zu übertragen.

Aus der DE102005061568A1, DE 102007036558A1 und DE102007046980A1 ist eine Versorgungsleitung bekannt, bei der auf zwei Phasenleiter des Versorgungskabels mittels einer über der Netzfrequenz liegenden Trägerfrequenz die Informationen für den Austausch zwischen Verbraucher und Versorgungseinheit aufmoduliert werden.

Aus der EP 2705413B1 und EP2851909A1 ist ein Hybridkabel bestehend aus Leitungen zur Übertragung der Leistungssignale und mindestens zwei Steuerleitungen bekannt, wobei die Steuerleitungen sowohl zur Datenübertragung als auch zur Übertragung einer Versorgungsspannung verwendet werden, wobei durch Umschalten des Pegels der Versorgungsspannung ein Aktorelement sowohl versorgbar als auch ansteuerbar ist.

Aus der DE19908045C2 ist ein Hybridkabel bekannt, dass Leitungen zur Übertragung der Leistungssignale und mindestens zwei Leitungen zur Übertragung von Sensorsignale abgeschirmt gegen die anderen Leitungen des Hybridkabels und mindestens zwei weitere Leitungen zur Versorgung eines Aktorelements abgeschirmt gegen die anderen Leitungen des Hybridkabels enthält.

Aus der WO2014/180522A1, DE102013007649A1, DE102013005237A1, DE102012008549A1 und DE102013006730A1 ist ein abgeschirmtes Hybridkabel bekannt, bei dem die Übertragung der Informationsdaten über mindestens drei Leitungen, die auch für die Durchleitung des Leistungssignals verwendet werden, erfolgt. Hierbei wird nicht ununterbrochen gesendet, sondern nur in den Zeitabschnitten, in denen keine Leistung geschaltet wird und sich somit kaum Störungen auf der Leitung befinden.

Als HYPERFACE DSL ist überdies auch eine Anordnung bekannt, bei der mittels Hybridkabel, bestehend aus Leitungen zur Übertragung der Leistungssignale und zwei verdrillten Signalleitungen mit gemeinsamer Abschirmung, die Steuerinformationen über die Signalleitungen nach dem RS485-Standard differentiell übertragen werden.

Werden wie in einem Hybridkabel üblich sowohl Leistungssignale als auch Steuer-und/oder Regelungssignale in einem gemeinsamen Kabel integriert wird der Vorteil einer Reduktion des Verkabelungsaufwands dadurch erkauft, dass bedingt durch die geringe räumliche Beabstandung zwischen den elektrischen Leitungen untereinander die Kopplungsmechanismen wie kapazitive Kopplung längs dieser Leitungen verstärkt auftritt.

Dies führt unweigerlich zu einem Übersprechen vor allem von den stromführenden Leitungen der Leistungssignale auf die nur relativ wenig Strom führenden Leitungen der Steuer-und/oder Regelungssignale unter anderem bedingt durch das Schalten von Leistungstransistoren (MOSFETs, Thyristoren, IGBTs, IGCTs oder GTOs), wie dies beispielsweise bei einem Umrichter der Fall ist. Bei üblichen Schaltfrequenzen zwischen typischerweise 4 kHz und 100 kHz sind im Frequenzstörspektrum durchaus vielfache dieser Frequenzen bis in den MHz-Bereich nachweisbar.

Aus der DE 102 39 696 B3 ist als nächstliegender Stand der Technik ein System aus Komponenten bekannt.

Aus der US 2015 / 0 310 964 A1 ist eine elektrische Verbrauchereinheit und eine regelbare Versorgungseinheit und ein abschirmender Mantel zum Schutz gegen elektrischen Schlag an der Verbrauchereinheit bekannt.

Aus der US 2012 / 0 082 422 A1 ist ein Schwerlastkran und eine Kranversorgungseinheit bekannt.

Aus der DE 199 08 045 C2 ist ein System mit einer regelbaren Versorgungseinheit bekannt.

Aus der DE 10 2012 009 494 A1 ist eine Steuereinrichtung zum Steuern eines Sicherheitsgeraetes und Verwendung eines IO-Links zur Uebermittlung eines Sicherheitsprotokolls an ein Sicherheitgeraet bekannt.

In der Literatur wird daher vorgeschlagen den Informationsaustausch genau in die Zeitpunkte zu legen, in denen kein Schalten stattfindet und somit auch kaum durch elektromagnetische Beeinflussungen bedingte Störeffekte auftreten. Mit dieser Methode ist allerdings kein lückenloser und kontinuierlicher Informationsdatenaustausch möglich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Kommunikationsverbindung zwischen einer regelbaren Versorgungseinheit und einer elektrischen Verbrauchereinheit weiterzuentwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einem System aus Komponenten nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Wichtige Merkmale der Erfindung sind, dass das System Komponenten aufweist, wobei als Komponenten

  • - eine regelbare Versorgungseinheit,
  • - eine elektrische Verbrauchereinheit
  • - und ein Hybridkabel vorgesehen sind,
wobei das Hybridkabel mindestens drei Leitungen enthält, die ausgeführt sind, um Energie zwischen einer Versorgungseinheit und einer Verbrauchereinheit auszutauschen,
wobei das Hybridkabel mindestens eine weitere Leitung enthält, die ausgeführt ist, um an der Verbrauchereinheit einen Schutz gegen elektrischen Schlag zur Verfügung zu stellen
und wobei das Hybridkabel einen Lichtwellenleiter enthält, der ausgeführt ist, um Informationsdaten, insbesondere Steuer- und/oder Regelungsinformationen, zwischen der Versorgungseinheit und der Verbrauchereinheit auszutauschen,

Von Vorteil ist dabei, dass durch die Verwendung eines Lichtwellenleiters für die Übertragung der Informationsdaten eine Übertragungsstrecke zwischen Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit realisierbar ist, die durch ihre typischen physikalischen Eigenschaften einerseits robust gegenüber elektromagnetischer Störeinflüsse ist und andererseits eine Erhöhung der Datenübertragungsrate erlaubt. Zusätzlich sind durch eine Integration sowohl der Leitungen für die Energieversorgung und der Leitungen für den Schutz gegen elektrischen Schlag als auch des Lichtwellenleiters für die Steuer- und/oder Regelungsinformationen in ein gemeinsames Hybridkabel der Verkabelungsaufwand und damit die Installationskosten reduzierbar.

In der vorliegenden Erfindung wird also das Problem der stärkeren Störeinkopplung der Leistungssignale auf die Steuer-und/oder Regelungssignale durch die geringe räumliche Beabstandung bei Integration in ein gemeinsames Hybridkabel dadurch gelöst, dass zum störsicheren Informationsdatenaustausch zwischen einer Versorgungseinheit und einer Verbrauchereinheit ein in ein Hybridkabel integrierter Lichtwellenleiter verwendet wird, über den mittels Lichtimpulse - und damit unabhängig von den Störsignalen - die Informationsdaten übertragen werden.

Hierbei zeichnet sich ein Lichtwellenleiter als Übertragungsmedium besonders aus, da dieser gegenüber einer Kupferleitung eine höhere Datenübertragungsrate bei gleichzeitig größerer Leitungslänge erlaubt. Zudem ist ein Lichtwellenleiter bedingt durch seine nicht elektrisch leitende Eigenschaft robust gegenüber kapazitiver Störeinkopplungen und zeigt somit keine Beeinflussung gegenüber elektromagnetischer Störfelder. Überdies ermöglicht die Verwendung eines Lichtwellenleiters eine galvanische Entkopplung zwischen den Kommunikationseinheiten der Verbrauchereinheit und der Versorgungseinheit.

Erfindungsgemäß wird eine Kommunikationsverbindung zwischen einer regelbaren Versorgungseinheit und einer elektrischen Verbrauchereinheit weiterentwickelt, indem ein in einem Hybridkabel integrierter Lichtwellenleiter verwendet wird, um darüber mittels Lichtimpulse Informationsdaten zu übertragen. Durch dieses Übertragungsmedium kann die Fehlerrate bei der Datenübertragung reduziert und somit auch die Datenübertragungsrate erhöht werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Hybridkabel als ein Verbindungsteil zwischen Komponenten eines elektronischen Leistungsantriebssystems mit einstellbarer Drehzahl, das für den Einsatz in sicherheitsbezogenen Anwendungen geeignet ausgeführt ist, vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass durch die Verwendung eines Hybridkabels in einer sicherheitsbezogenen Anwendung geht durch den reduzierten Verkabelungsaufwand auch eine Reduktion der Fehlerwahrscheinlichkeit durch ein falsch angeschlossenes Verbindungskabel einhergeht.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Versorgungseinheit ein Umrichter, typischerweise ein Frequenzumrichter zum Betreiben eines Elektromotors. Von Vorteil ist dabei, dass die Erfindung einfach realisierbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung besteht die Verbrauchereinheit aus ein oder mehreren Sensorelementen und/oder Aktorelementen, insbesondere aus einem Kommunikationsblock und/oder einem Elektromotor und/oder einer elektronischen Bremse und/oder einem Temperatursensor und/oder einem Vibrationssensor und/oder einem Ölstandsensor und/oder einem Drehgeber und/oder einem Datenspeicherelement.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verbrauchereinheit eine Antriebseinheit, die mindestens einen Elektromotor beinhaltet, der über die drei Leitungen des Hybridkabels direkt elektrisch leitend mit einer Versorgungseinheit verbindbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Informationsdaten bidirektional, also sowohl von einer Versorgungseinheit zu einer Verbrauchereinheit als auch von einer Verbrauchereinheit zu einer Versorgungseinheit übertragbar sind. Von Vorteil ist dabei, dass in Abhängigkeit der Informationsdaten der Sensorelemente und/oder elektronischer Datenspeicherelemente die Aktorelemente über die Versorgungseinheit geregelt ansteuerbar sind.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist über den Lichtwellenleiter ein digitales Protokoll, insbesondere ein Standard-Sicherheitsprotokoll wie PROFIsafe, übertragbar. Von Vorteil ist dabei, dass dadurch die Wahrscheinlichkeit eines Datenübertragungsfehlers bei der Übertragung der Informationsdaten zwischen Versorgungseinheit und Verbrauchereinheit weiter reduzierbar ist.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das Hybridkabel mindestens zwei weitere Leitungen, um Energie von der Versorgungseinheit der Verbrauchereinheit zur Verfügung zu stellen, insbesondere zum Betreiben einer in der Verbrauchereinheit integrierten elektronischen Schaltung und/oder einer elektronischen Bremse. Von Vorteil ist dabei, dass der Energiebedarf eines Sensorelements und/oder eines Aktorelements sehr groß ist und es ermöglicht wird, dass über einen in der Versorgungseinheit zusätzlich enthaltenen Versorgungsspannungsblock und über diese weiteren Leitungen die Verbrauchereinheit mit zusätzlicher Energie versorgt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet das Hybridkabel weitere Lichtwellenleiter. Von Vorteil ist dabei, dass die Verwendung eines weiteren Lichtwellenleiters einen weiteren unabhängigen Übertragungskanal ermöglicht, über den beispielsweise dieselben Informationsdaten wie über den ersten Lichtwellenleiter oder eine Prüfsummeninformation der Informationsdaten redundant übertragen werden können. Dadurch ist durch geeignete Korrekturmaßnahmen die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Datenübertragung reduzierbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung beinhaltet das Hybridkabel mindestens ein zusätzliches Koaxialkabel. Von Vorteil ist dabei, dass die Verwendung eines zusätzlichen Koaxialkabels ermöglicht einen weiteren unabhängigen Übertragungskanal, über den beispielsweise dieselben Informationsdaten wie über den Lichtwellenleiter oder eine Prüfsummeninformation der Informationsdaten redundant übertragen werden können. Dadurch ist durch geeignete Korrekturmaßnahmen die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der Datenübertragung reduzierbar.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird über die Versorgungseinheit und/oder über eine übergeordnete Steuerung die über den Lichtwellenleiter übertragenen Informationsdaten der Verbrauchereinheit einem Feldbussystem zur Verfügung gestellt. Von Vorteil ist dabei, dass durch das Übertragen der Informationsdaten über ein Feldbussystem diese Daten zugänglich sind für weitere Steuer- und/oder Regelungseinheiten, wodurch größere und komplexerer Prozesse in einer Anlage realisierbar sind.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.

Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:

  • In der 1 ist ein erfindungsgemäßes System aus regelbarer Versorgungseinheit (5), elektronischer Verbrauchereinheit (6) und Hybridkabel (1) skizziert.

In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridkabels (1) im Kontext eines sicherheitsbezogenen elektronischen Leistungsantriebssystems schematisch dargestellt.

In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hybridkabels (1) mit integriertem Lichtwellenleiter (4) im Querschnitt abgebildet.

Wie in 1 gezeigt wird über das Hybridkabel (1) eine elektrisch leitende sowie optische Verbindung zwischen einer Versorgungseinheit (5) und einer Verbrauchereinheit (6) realisiert. Die Verbrauchereinheit (6) beinhaltet ihrerseits Sensorelemente (7) zur Erfassung physikalischer Messgrößen und/oder Aktorelemente (8) zur Umwandlung von elektrischer Energie in eine mechanische Größe wie beispielsweise Druck, Schall, Temperatur oder Bewegung. Die im Hybridkabel (1) enthaltenen mindestens drei Leitungen (2) werden dazu verwendet, um mindestens ein Aktorelement (8) in der Verbrauchereinheit (6) elektrisch leitend mit der Versorgungseinheit (5) zu verbinden, um damit diesem Aktorelement (8) die zum Betreiben notwendige Energie zur Verfügung zu stellen. Über eine weitere Leitung (3), die an der Versorgungseinheit (5) mit einer dafür entsprechend geeigneten Stelle elektrisch leitend verbunden ist, wird an der Verbrauchereinheit (6) ein Schutz gegen elektrischen Schlag realisiert. Über den im Hybridkabel (1) integrierten Lichtwellenleiter (4) findet der Informationsdatenaustausch zwischen Versorgungseinheit (5) und Verbrauchereinheit (6) statt. Dabei werden die Informationsdaten (9) der Verbrauchereinheit (6), typischerweise die Sensordaten und/oder die Informationsdaten elektronischer Datenspeicherelemente, an die Versorgungseinheit (5) übertragen, um die Versorgungseinheit (5) mittels dieser Informationsdaten (9) zu befähigen die Aktorelemente (8) der Verbrauchereinheit (6) geregelt anzusteuern.

In dem in 2 dargestellten Kontext besteht die Versorgungseinheit (5) aus einem Umrichter, der aus den nicht skizzierten Komponenten Steuerteil, Leistungsteil und einer Sicherheitssteuerung besteht. Die Verbrauchereinheit (6) besteht aus einer Antriebseinheit, die als Aktorelement (8) einen Elektromotor, als Sensorelement (7) einen Drehgeber zur Geschwindigkeits-, Beschleunigungs- und/oder Positionsmessung und ein nicht dargestelltes Datenspeicherelement enthält. Über das erfindungsgemäße Hybridkabel (1) wird die Antriebseinheit mit dem Umrichter elektrisch leitend sowie optisch verbunden.

Um einen in der Antriebseinheit integrierten elektronischen Schaltungsteil wie beispielsweise den Kommunikationsblock (26) oder den Drehgeber verwenden zu können, wird hierfür im Umrichter durch den Block (21) eine Versorgungsspannung bereitgestellt, typischerweise eine 24 VDC Versorgungsspannung, die über mindestens zwei weitere Leiter (15) des Hybridkabels (1) an den Block (24) der Antriebseinheit zur Erzeugung ein oder mehrerer definierter Versorgungsspannungsebenen, wie beispielsweise eine 24 VDC, 5 VDC und 3,3 VDC Spannungsebene, zur Verfügung gestellt.

Um Informationsdaten (9) zwischen der Antriebseinheit und dem Umrichter auszutauschen, werden zunächst die im Kommunikationsblock (27) des Steuerteils erzeugten Signale über einen im Umrichter befindlichen Signalwandler mit Treibereinheit (22) einer Licht emittierenden Diode (20), beispielsweise einer LED oder einer Laserdiode, zugeführt und in Lichtimpulse transformiert. Durch die unterschiedlichen Übertragungsmedien für die Energie- und die Datenübertragung ist eine gegenseitige Störung ausgeschlossen. Die Fehlerrate bei der Datenübertragung wird deutlich reduziert und zusätzlich die Datenübertragungsrate erhöht. Dieses Signal wird über den Lichtwellenleiter (4) zur Antriebseinheit übertragen. Dort wird nach einem weiteren Signalwandler mit Verstärkereinheit (23) das Lichtimpulssignal wieder rücktransformiert und der Kommunikationseinheit (26) zur Verfügung gestellt. Die Kommunikationseinheit (26) generiert daraufhin ein Antwortsignal, welches über dieselben Mechanismen über den Signalwandler (22) der Antriebseinheit über den Lichtwellenleiter (4) zurück zum Umrichter übertragen wird und nach umsetzen dieser Lichtimpulse durch den Signalwandler (23) dem Steuerteil des Umrichters über den Kommunikationsblock (27) zur Verfügung steht. Dabei ist die Kommunikationseinheit (26) befähigt, Informationen von den in der Antriebseinheit enthaltenen Sensorelementen (7), Aktorelementen (8) und Datenspeicherelementen abzufragen, um diese Informationsdaten dem Umrichter zur Regelung der Ansteuersignale der Leistungshalbleiterschalter zum Betreiben eines direkt über die Energieversorgungsleitungen (2) mit diesen Leistungshalbleiterschalter verbunden Elektromotors bereitzustellen. Zusätzlich ist die Ansteuerung dieser Leistungshalbleiterschalter durch eine Sicherheitssteuerung beeinflussbar.

Vorzugsweise wird für die bidirektionale Datenübertragung über den Lichtwellenleiter (4) zwischen Kommunikationsblock (27) des Umrichters und dem Kommunikationsblock (26) der Antriebseinheit ein sicheres digitales Protokoll, insbesondere ein Standard-Sicherheitsprotokoll wie PROFIsafe, verwendet, um die Wahrscheinlichkeit eines Datenübertragungsfehlers weiter zu reduzieren.

Wie in 3 abgebildet beinhalten der Lichtwellenleiter (4) des erfindungsgemäßen Hybridkabels (1) ein oder mehrere Fasern (19). Diese Fasern (19) bestehen im Kern aus dem lichtführenden Kernglas (10), typischerweise aus Quarzglas oder Polymethylmethacrylat, welches von einem Mantelglas (11) mit niedrigerem Brechungsindex umschlossen ist. Zur mechanischen Stabilisierung werden diese Fasern (19) zusätzlich mit einer Schutzbeschichtung (12), meist auf Kunststoffbasis, versehen, um sie beispielsweise vor der Bildung von Mikrorissen auf der Glasoberfläche zu schützen. Ferner werden diese Fasern (19) von einer Ummantelung (14) umgeben, insbesondere rohrförmig ausgeführt, um die mechanische Belastung auf diese Fasern (19) weiter zu reduzieren. Dabei ist diese Ummantelung (14) vorteilhafterweise mit einem Gel (13) gefüllt, in dem die ein oder mehreren Fasern (19) beweglich eingebettet sind, um sie vor schädlicher Krafteinwirkung zu schützen, die beispielsweise durch Vibration oder durch Biegen des Lichtwellenleiters (4) entsteht.

Ferner sind im erfindungsgemäßen Hybridkabel (1) zwei der Energieversorgungsleitungen (2) und die dritte Energieversorgungsleitung (2) zusammen mit der Schutzleitung (3) jeweils paarweise verdrillt angeordnet. Zusätzlich beinhaltet das hier gezeigte Hybridkabel (1) drei weitere Leitungen (15) für den zusätzlichen Energieaustausch zwischen Aktorelemente (8) der Verbrauchereinheit (6) und der Versorgungseinheit (5). Diese weiteren Leitungen (15) können beispielsweise dazu verwendet werden, um eine elektronische Bremse in der Verbrauchereinheit (6) zu versorgen und anzusteuern. Diese weiteren Leitungen (15) sind von einer gemeinsamen Abschirmung (16) umgeben, um die elektromagnetische Störaussendung bedingt durch die Energieversorgungsleitungen (2) zu reduzieren. Um die in einer Industrieanwendung auftretenden elektromagnetischen Einflüsse zu minimieren ist das Hybridkabel (1) mit einer weiteren Abschirmung (17) umgeben. Die Ummantelung (18) des Hybridkabels (1) ist idealerweise für den Industrieeinsatz geeignet ausgeführt, insbesondere widerstandsfähig gegen typische Verschmutzungsarten wie Säuren, Laugen, Reinigungsmittel, Öle und Kraftstoffe. Ferner ist das Hybridkabel (1) für eine Schleppkettenverlegung geeignet ausgeführt.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Übertragungsanordnung für den Austausch von Steuer- und/oder Regelungsinformationen (7) zwischen einer regelbaren Versorgungseinheit (5) und einer elektrischen Verbrauchereinheit (6). Erfindungsgemäß wird diese Übertragung durch ein Hybridkabel (1) mit darin integriertem Lichtwellenleiter (4) realisiert, auf dem mittels Lichtimpulse der Informationsaustausch stattfindet. Somit erhält man eine Anordnung, die es ermöglicht, die Fehlerrate bei der Datenübertragung zu reduzieren sowie die Datenübertragungsrate zu erhöhen.

Bezugszeichenliste

(1)
Hybridkabel
(2)
Leitung zur Energieversorgung
(3)
Leitung zum Schutz vor elektrischem Schlag
(4)
Lichtwellenleiter
(5)
Regelbare Versorgungseinheit
(6)
Elektrische Verbrauchereinheit
(7)
Sensorelement
(8)
Aktorelement
(9)
Informationsdaten
(10)
Kernglas einer Faser des Lichtwellenleiters (4)
(11)
Mantelglas einer Faser des Lichtwellenleiters (4)
(12)
Beschichtung des Mantelglases (11) einer Faser des Lichtwellenleiters (4)
(13)
Gel-Füllmasse des Lichtwellenleiters (4)
(14)
Ummantelung des Lichtwellenleiters (4)
(15)
Weitere Leitung zur Energieversorgung
(16)
Abschirmung der weiteren Leitungen (15)
(17)
Abschirmung des Hybridkabels (1)
(18)
Ummantelung des Hybridkabels (1)
(19)
Lichtführende Faser des Lichtwellenleiters (4)
(20)
Licht emittierende Diode
(21)
Block zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung
(22)
Signalwandler mit Treibereinheit
(23)
Signalwandler mit Verstärkereinheit
(24)
Block zur Erzeugung einer definierten Versorgungsspannung
(25)
Photodiode
(26)
Kommunikationsblock
(27)
Kommunikationsblock

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 19911217 A1 [0004]
  • DE 19921654 C1 [0004]
  • EP 1043643 B1 [0004]
  • EP 1982433 B1 [0005]
  • EP 1997208 B1 [0006]
  • EP 2498408 B1 [0006]
  • DE 102005061568 A1 [0007]
  • DE 102007036558 A1 [0007]
  • DE 102007046980 A1 [0007]
  • EP 2705413 B1 [0008]
  • EP 2851909 A1 [0008]
  • DE 19908045 C2 [0009, 0017]
  • WO 2014/180522 A1 [0010]
  • DE 102013007649 A1 [0010]
  • DE 102013005237 A1 [0010]
  • DE 102012008549 A1 [0010]
  • DE 102013006730 A1 [0010]
  • DE 10239696 B3 [0014]
  • DE 102012009494 A1 [0018]