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1. (WO2019057795) SYSTEM FOR THE TRANSMISSION OF DATA
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System zur Übertragung von Daten

BESCHREIBUNG

Technisches Gebiet

Die Erfindung handelt von einem System zur Übertragung von Daten.

Hintergrund

Die Erfindung geht aus von einem System zur Übertragung von Daten nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Drahtlose Kommunikation ist allgegenwärtig und der Bedarf für mobile Datenver-bindung mit hoher Geschwindigkeit steigt immer weiter. Das Frequenzspektrum für funkbasierte Drahtloskommunikation entwickelt sich zu einer raren Ressource. Daher können in der nahen Zukunft funkbasierte Kommunikationstechnologien durch optische Drahtloskommunikation (Optical Wireless Communication, OWC) ergänzt oder sogar ersetzt werden. In einer optischen Drahtloskommunikation wird Licht als Medium benutzt für die Datenübertragung verwendet. Sichtbares Licht (Visible Light Communication, VLC), Infrarot (IR), nahes Infrarot (NIR) oder anderer Wellenlängen können für die Übertragung benutzt werden.

Gleichzeitig ist die lichtbasierte Übertragung unempfindlich gegenüber EMI. Dies ist beispielsweise für den Einsatz in industriellen Umgebungen von Interesse, wo Funkverbindungen etwa durch Elektromotoren, starke Magnetfelder und elektrische Schweißarbeiten gestört werden können.

Licht kann Hindernisse, wie zum Beispiel Wände und Türen, nicht beziehungsweise nur sehr schwer durchdringen. Diese Eigenschaft kann dazu ausgenutzt werden, eine drahtlose Kommunikationstechnologie lokal und abhörsicher zur Verfügung zu stellen. Die wäre beispielsweise für Konferenzräume, oder für Einrichtun-gen mit erhöhten Security-Anforderungen interessant.

Aufgrund der Eigenschaften von Licht ist eine Sichtlinien (Line of Sight, LoS)-Verbindung für die lichtbasierte Datenübertragung vorzugswürdig. Abschattungen, beispielsweise verursacht durch den menschlichen Körper, und Beweglichkeit, beispielsweise verursacht durch bewegen von Komponenten, zu denen Informati-onen übertragen werden sollen, stellen eine technische Herausforderung dar, die eine geeignete Lösung erfordert.

Um eine Sichtverbindung in nahezu jeder beliebigen Ausrichtung des Körpers beziehungsweise des Geräts aufrechtzuerhalten, werden multidirektionale Sender-/Empfänger-Einheiten benötigt. Eine Minimierung der Anzahl der Komponenten und des Umfangs der Verdrahtung zwischen den Komponenten ist hilfreich für eine Kostenreduktion. Um diese Multidirektionalität zu erreichen werden vorzugsweise lichtleitende Materialien verwendet.

Die Erfindung betrifft mechanische Systeme mit beweglichen Gelenken wie zum Beispiel Roboter. Roboter finden sich überall in der heutigen Welt in Fabriken, Industrieanlagen und anderen produzierenden Einheiten. In üblichen produzierenden Einheiten werden mehrere Roboter oder Gruppen von Robotern zu Produktionszellen zusammen gruppiert. Zu diesen Produktionszellen müssen Informationen fließen. Die Informationen betreffen zum Beispiel Produktionsflüsse, Informationen bezüglich des Zusammenwirkens von gleichen oder verschiedenen Robotern, und natürlich auch Informationen, die die Aufgabe eines jeden Roboters definieren. Dazu ist dann i.A. ein bidirektionaler Informationsfluss vom Roboter zur übergeordneten Steuerung, und von der Steuerung zum Roboter notwendig. Normalerweise werden diese Informationen kabelgebunden übertragen. Es gibt auch drahtlose Systeme wie zum Beispiel WLAN, aber über drahtlose Systeme ist der Informationsfluss oft sehr großen Störungen unterworfen. Durch die Bedingungen in industriellen Produktionshallen entstehen sehr starke Störfelder die elektromag- netischer oder elektrostatischer Natur sein können. Diese Störfelder wirken sich sehr nachteilig auf den Informationsfluss aus, sofern drahtlose radiofrequenzba-sierte Systeme verwendet werden. Daher werden üblicherweise in solchen Produktionsumgebungen drahtgebundene Systeme wie LAN-Kabel oder ähnliches verwendet. Da übliche Industrieroboter aus einer Anzahl von beweglichen Gelenken verschiedener Art bestehen, ergibt sich das Problem, diese Informationen über die beweglichen Gelenke hinweg an die entsprechenden Stellen im Roboter zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung betrifft ebenfalls Systeme, die von einer lichtbasierten Kommunika-tion profitieren, wie Produktionssysteme, Krankenhäuser, Stromschienensysteme, Montageschienensysteme für die Elektroinstallation, Lichtsysteme für Industrie-und Gewerbeobjekte und andere Systeme.

Figur 1 zeigt als Beispiel einen bekannten Industrieroboter. Der bekannte Industrieroboter besitzt eine Basis 1 1 an der ein erstes Glied 13 befestigt ist. Das erste Glied 13 ist mit einem ersten Gelenk 14 verbunden, an dessen anderer Seite ein zweites Glied 15 angebracht ist. Das Gelenk kann um den Winkel θι gedreht werden. Am Ende dieses zweiten Gliedes ist ein zweites Gelenk 16 befestigt, welches wiederum mit einem dritten Glied 17 verbunden ist. Das Gelenk kann um den Winkel Θ2 gedreht werden. Das erste und das zweite Gelenk sind daher rotatori-sehe Gelenke. An das dritte Glied 17 ist ein drittes Gelenk 18 befestigt. Das dritte

Gelenk 18 ist ein rotatorisches Gelenk, welches gleichzeitig eine translatorische Bewegung ausführen kann. Das Gelenk kann um den Winkel θ4 gedreht werden. An das Gelenk 18 ist eine Greifzange 20 als Effektor angeschlossen die wiederum translatorische Bewegungen im Raum durchführen kann (X3, X4, Xt, Yt, Zt). Figur 2 zeigt ebenfalls einen Industrieroboter, der über eine Basis 21 und verschiedene rotatorische Gelenke 22, 24, 26, 28 und 30 verfügt. Über alle diese Gelenke müssen Informationen zur Steuerung des Roboters übertragen werden. Dazu werden heutzutage hochflexible Kabel verwendet, da ein Industrieroboter ja ständig in Bewegung ist und die Kabel daher einer sehr großen Bewegungsbelastung unter-liegen. Selbst bei sehr hochwertigen hochflexiblen Kabeln müssen diese in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden, da die einzelnen Adern brechen können und den Informationsfluss dann unterbinden bzw. stören. Um dem vorzubeu-

gen, werden die Kabel daher in regelmäßigen Abständen ausgetauscht. Da die Kabel sehr teuer sind, ergibt sich das Problem eines hohen Wartungsaufwandes.

Aufgabe

Es ist Aufgabe der Erfindung, den Wartungsaufwand für ein solches System zur Übertragung von Daten zu verbessern und kostengünstiger zu gestalten.

Darstellung der Erfindung

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem System zur Übertra-gung von Daten mit einem Sender der lichtbasierte Signale aussendet, einem Empfänger der die lichtbasierten Signale empfängt, mindestens einem Medium zur Übertragung und Lenkung des Lichts, wobei der Sender und der Empfänger relativ zueinander positionier-bar sind (örtlich gebunden oder verstellbar beziehungsweise beweglich). Durch den Ersatz von leitungsgebundener Kommunikati-on zu lichtbasierter Kommunikation kann der Wartungsaufwand des Austausches von Netzwerkkabeln wegfallen und eine robuste, langlebige und wartungsarme Kommunikation kann etabliert werden.

Bevorzugt ist der Sender auch gleichzeitig ein Empfänger, und der Empfänger auch gleichzeitig ein Sender. Damit kann vorteilhaft eine bidirektionale Kommuni-kation einfach und kostengünstig etabliert werden.

Bevorzugt weist hierbei der Sender und der Empfänger ein opto-elektronisches Element auf. Dieses kann das mit Daten modulierte Licht besonders effizient in elektrische Signale umwandeln.

In einer Ausführungsform weist der Sender weiterhin eine Lichtauskoppelfläche auf. Durch die Lichtauskoppelfläche kann das erzeugte Licht besonders effizient weitergegeben werden, z.B. an einen Lichtwellenleiter.

In einer weiteren Ausführungsform weist der Empfänger eine Lichteinkoppelfläche auf. Durch die Lichteinkoppelfläche kann das Licht mit großem Wirkungsgrad empfangen und weiterverarbeitet werden. Es erhöht daher vorteilhaft die Betriebssicherheit.

In einer anderen Ausführungsform weisen der Sender wie der Empfänger jeweils eine Lichtauskoppelfläche und eine Lichteinkoppelfläche auf. Dies bedeutet, dass der Sender wie der Empfänger jeweils baugleiche Sendeempfangseinheiten sind, die vorteilhaft eine bidirektionale Kommunikation gewährleisten.

In bestimmten Ausführungsform können die Lichtauskoppelfläche und die Licht-einkoppelfläche in unterschiedlichen Raumebenen angeordnet sein. Damit wird das System vorteilhaft besonders flexibel in der Anpassung an bestimmte Vorgaben für eine spezifische Anordnung.

In einer weiteren Ausführungsform sind die Lichtauskoppelfläche und die Lichteinkoppelfläche auf unterschiedlichen Gehäuseseiten des Sender beziehungsweise des Empfänger angeordnet. Dies trägt ebenfalls zur Flexibilisierung der Datenübertragung einer bestimmten Anordnung bei, und ist daher ebenfalls von Vorteil.

Besonders bevorzugt ist der Sender derart ausgestaltet, dass das vom optoelektronischen Element abgestrahlte Licht aufgenommen und über die gesamte Lichtauskoppelfläche abgegeben wird. Dies stellt vorteilhaft eine besonders hohe Effizienz eines Teils der Übertragungsstrecke sicher.

In einer weiteren Ausführungsform sind der Sender und/oder der Empfänger mit einem Lichtkoppelelement verbunden, welches wiederum mit einem Lichtwellenleiter verbunden ist. Diese Maßnahme erhöht noch einmal die Effizienz des Übergangs des Lichtes zwischen den Komponenten. Das Lichtkoppelelement kann z.B. vorteilhaft ein optisches Gel sein, welches zwischen den Lichtkoppelflächen angeordnet ist und eine besonders gute und saubere optische Übertragung sicherstellt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Lichtwellenleiter eine Lichtauskoppelfläche auf. Dies stellt ebenfalls vorteilhaft einen effizienten Übergang des Lichtes vom einen zum anderen Medium sicher.

In einer weiteren Ausführungsform ist reflektierendes Element vorgesehen, das das vom Sender abgestrahlte Licht reflektiert, sodass es vom Empfänger empfangen werden kann. Dies kann in bestimmten Konstellationen vorteilhaft die Kommunikation vereinfachen und die Anzahl der verwendeten Komponenten reduzie-ren.

In einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Sender und dem Empfänger ein Gelenk eines Roboters angeordnet, und der Sender ist mit einem Eingangsglied des Gelenkes verbunden, und der Empfänger ist mit einem Ausgangsglied des Gelenkes verbunden. Mit dieser Maßnahme kann be-sonders vorteilhaft eine einfache und robuste Kommunikation über die Gelenke eines Roboters hinweg etabliert werden. Durch die Einsparung von Netzwerkkabeln wird der Wartungsaufwand für solche Maschinen erheblich reduziert und die Betriebskosten verringert.

In einer bevorzugten Ausführungsform für Robotergelenke ist der Lichtwellenleiter räumlich derart ausgestaltet, dass er mit der Bewegung des Gelenkes korreliert. Dadurch kann die Luftstrecke, die das Licht zwischen dem Sender und dem Empfänger zurücklegen muss, erheblich reduziert werden, und die Kommunikation wird vorteilhaft deutlich störunanfälliger. Besonders bevorzugt ist dabei der Lichtwellenleiter bei einer rotatorischen Bewegung des Gelenkes ringförmig ausgebil-det, und bei einer translatorischen Bewegung des Gelenkes stabförmig ausgebildet. Dies stellt obige Anforderungen besonders einfach und kosteneffizient sicher.

In einer anderen Ausführungsform sind das Eingangsglied, das Gelenk, und das Ausgangsglied hohl ausgestaltet, und der Sender und Empfänger derart angeordnet, dass das Licht innen durch das Eingangsglied, das Gelenk und das Aus-gangsglied vom Sender zum Empfänger strahlt. Dies ist bei Drehgelenken die einfachste und effektivste Form eine Kommunikation über das Gelenk hinweg zu etablieren.

In einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Lichtwellenleiter einen Lichtleiter und/oder eine optische Faser auf. Durch diese Maßnahme wird die Transmissivität des Lichtwellenleiters erhöht und die Effizienz der Übertragungsstrecke verbessert.

-,

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Lichtwellenleiter ein Sei-tenemitter. Seitenemitter können für besonders viele Zwecke vorteilhaft eingesetzt werden, insbesondere wenn das Licht längere Strecken zurücklegen muss.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Seitenemitters ist die seitenemit-tierende Faser in einen Lichtleiter mit parabolisch geformten Querschnitt, der auch aus mehreren Parabolen zusammengesetzt sein kann, eingebettet, und die Außenfläche des Parabols ist verspiegelt. Dadurch wird das von der Faser abgegebene Licht gesammelt und als im Wesentlichen paralleler Lichtstrahl wieder abgegeben, was vorteilhaft zu einer erhöhten Effizienz beiträgt.

In einer anderen Ausführungsform des Seitenemitters ist die seitenemittierende Faser von einem lichtleitenden Material, einem optischen Mantel, umhüllt, und diese Konfiguration ist in den parabolisch geformten Lichtleiter eingebettet. Diese Ausführung ist aufwändiger, aber auch effizienter, da die Materialübergänge für das Licht optimiert werden können.

In einer anderen Ausführungsform des Seitenemitters weist der Lichtwellenleiter einen parabolisch geformten Lichtleiter auf, wobei die Außenfläche des Parabols verspiegelt ist, und die Lichtaustrittsfläche des Parabols eine optisch wirksame Beschichtung aufweist. Durch die Beschichtung kann ebenfalls die Übertragungseffizienz verbessert werden, was vorteilhaft zu einer besseren Gesamteffizienz beiträgt.

In einer anderen Ausführungsform des Seitenemitters weist der Lichtwellenleiter einen parabolisch geformten Lichtleiter auf, wobei die Außenfläche des Lichtleiters eine optisch wirksame Beschichtung aufweist, und die Außenfläche des Parabols verspiegelt ist, und der Lichtwellenleiter lichtstreuende Strukturen aufweist. In die-ser Ausführungsform ist die optisch wirksame Beschichtung um den ganzen Lichtleiter herumgeführt, und auf dieser Beschichtung ist dann im Bereich des Parabols noch einmal die Verspiegelung angebracht. Dies ist aufwändiger, kann aber in speziellen Fällen ebenfalls zu einer besseren Performance des Lichtwellenleiters beitragen.

In einer anderen Ausführungsform ist das System zur Übertragung von Daten für die Kommunikation innerhalb eines Schaltschrankes ausgelegt. Dieses System hat nichts mehr mit Robotergelenken zu tun, denn hier geht es um die Kommunikation innerhalb eines Schaltschrankes, z.B. in einer Industriehalle. Hier kann die lichtbasierte Kommunikation ebenfalls sehr vorteilhaft eingesetzt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist hier das Medium zur Lenkung des Lichts ein Lichtwellenleiter, der in eine Montageschiene eingebettet ist. Die Montageschiene ist besonders bevorzugt eine DIN-Schiene für Schaltschränke. Dies stellt eine sehr einfache wie effiziente Möglichkeit dar, eine lichtbasierte Kommunikation in einem Schaltschrank, der DIN-Schienen verwendet, zu etablieren.

Besonders bevorzugt ist der Sender und der Empfänger in einer Sendeempfangs-einheit für die Montageschiene zusammengefasst, die als Komponente der Montageschiene mit dieser verbindbar ist und zum Zwecke der lichtbasierten Kommu-nikation Licht in den Lichtwellenleiter Licht einkoppeln und Licht aus diesem empfangen kann. Mit dieser Maßnahme kann weiter eine Standard DIN-Schiene verwendet werden, die lediglich einen zusätzlichen Lichtwellenleiter aufweist. Diese ist dann wie üblich einfach kürzbar und an die lokalen Gegebenheiten anpassbar. Dadurch, dass die Sendeempfangseinheit als normale DIN-Schienenkomponente ausgelegt ist, kann sie vorteilhaft an jeder Stelle der DIN-Schiene angebracht werden und das System ist damit sehr flexibel. Bevorzugt weist die Sendeempfangseinheit der DIN-Schiene einen Kommunikationsanschluss wie z.B. einen Ethernet-anschluss auf. Der Kommunikationsanschluss kann aber auch ein serieller An-schluss z.B. nach dem USB-Standard sein.

In einer weiteren Ausführungsform weist jede Komponente der Montageschiene eine Sendeempfangseinheit auf, die über den Lichtwellenleiter mit der Sendeempfangseinheit für die Montageschiene kommunizieren kann. Mit dieser Maßnahme kann sehr einfach ein Netzwerk zwischen den Komponenten der Montageschiene etabliert werden, ohne den Aufwand einer zusätzlichen Verkabelung.

In einer weiteren Ausführungsform weist die Sendeempfangseinheit für die Montageschiene einen Ethernet Anschluss auf. Damit ist zur Etablierung einer Netzwerkverbindung nur ein Ethernet Kabel pro Montageschiene notwendig.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform läuft der Lichtwellenleiter längs einer Innenkante der Montageschiene. Dies stellt eine sehr einfache und kostengünstige Realisierung einer Montageschiene dar.

In einer anderen Ausführungsform läuft der Lichtwellenleiter längs beider Innenkanten der Montageschiene getrennt. Diese Variante ist ebenfalls sehr einfach und durch die zwei Lichtwellenleiter können zwei unabhängige Kanäle realisiert werden.

In einer weiteren Variante läuft der Lichtwellenleiter längs beider Innenkanten der Montageschiene als einstückiges Teil. Diese Variante hat den Vorteil der größeren Flexibilität hinsichtlich der Lage der Lichtkoppelflächen der Komponenten. Auch können Komponenten wie Fehlerstromschalter in beide Richtungen in die Monta-geschiene eingebaut werden.

Besonders bevorzugt ist der Lichtwellenleiter als seitenemittierender Lichtwellenleiter ausgebildet. Dies hat den Vorteil einer größeren Lichteffizienz.

Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Montageschiene mit einem Lichtwellenleiter, die Teil des Systems zur Übertragung von Daten für die Kommunikation innerhalb eines Schaltschrankes ist.

In einer anderen Ausführungsform ist das System zur Übertragung von Daten für die Kommunikation von einer Leuchte zu einem Teilnehmer im Beleuchtungsbereich der Leuchte ausgelegt. Dazu ist das das System für die Kommunikation als Kommunikationsmodul KMD ausgebildet. Ein Teilnehmer ist in diesem Zusam-menhang z.B. ein vom Menschen bedientes Endgerät wie z.B. ein Smartphone, ein Tablet oder ein Laptop. Ein Teilnehmer kann aber auch ein autonom fahrendes Fahrzeug in einer Produktionsumgebung oder ein Industrieroboter sein. Dies stellt eine einfache und sichere Lösung zur Etablierung einer sicheren und sschnel-lendar.

Besonders vorteilhaft weist das Kommunikationsmodul einen Sender mit einem gekoppeltem ersten Lichtwellenleiter auf, und einen Empfänger mit einem gekoppeltem zweiten Lichtwellenleiter. Dadurch kann jede Übertragungsstrecke vorteilhaft optimiert werden und kann mit unterschiedlichen Wellenlängen betrieben werden.

Bevorzugt sind die Lichtwellenleiter als seitenemittierende Lichtwellenleiter ausgebildet. Dies erhöht die Effizienz der Kommunikationsstrecke erheblich.

Seitenemittierende Lichtleiter können unterschiedlich ausgebildet sein. In einer Ausführungsform weist der seitenemittierende Lichtwellenleiter eine Lichtleitfaser auf, die lichtstreuende Strukturen enthält. Bevorzugt sind dies Nanostrukturen o-der andere lichtstreuende Materialien, insbesondere Partikel, welche in die Faser eingebettet sind. Die Faser selbst ist bevorzugt aus Glas und hat eine Beschich-tung aus einem Polymer. In einer anderen Ausführungsform weisen die Lichtleitfasern keine Beschichtung auf. Der Lichtleiter selbst ist bevorzugt ebenfalls aus ei-nem gut lichtleitenden Polymer wie PMMA, PVC oder Polycarbonat. Besonders bevorzugt weist der seitenemittierende Lichtwellenleiter eine paraboloide Form auf, um das austretende Licht parallel auszurichten. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die paraboloide Seite des seitenemittierenden Lichtwellenleiters außen mit einer reflektierenden Beschichtung versehen. Diese reflektierende Be-Schichtung sorgt dafür, dass das von den Licht streuenden Strukturen gestreute Licht möglichst effektiv zu Lichtaustrittsfläche des seitenemittierenden Lichtwellenleiters abgelenkt wird. Der Lichtleiter gleicht demnach einem langgezogenen pa-raboloiden Reflektor. In einer weiteren Ausführungsform weist der seitenemittierende Lichtwellenleiter keinerlei Lichtleitfasern auf, sondern das Licht wird allein durch das Material des seitenemittierenden Lichtwellenleiters gelenkt. In dieser

Ausführungsform weist der seitenemittierenden Lichtwellenleiter selbst lichtstreuende Strukturen oder Partikel in seinem Material auf. Der seitenemittierende Lichtwellenleiter kann in einer anderen Ausführungsform eine fluoreszierende. Beschichtung aufweisen.

Das Kommunikationsmodul kann in einer Ausführungsform in eine Leuchte integriert sein. Dabei wird das Kommunikationsmodul zwischen ein Leuchtmodul und

eine Abdeckplatte angeordnet. Das Leuchtmodul kann eine Vielzahl von LEDs aufweisen. Das Kommunikationsmodul ist hierbei bevorzugt transparent, sodass das vom Leuchtmodul abgegebene Licht durch das Kommunikationsmodul und die Abdeckplatte hindurch treten kann. Lediglich an den Stellen des seitenemittie-renden Lichtwellenleiters ist das Kommunikationsmodul nicht transparent, sondern dort wird das zu Kommunikation benötigte Licht nach in Richtung der Abdeckplatte abgestrahlt.

In einer anderen Ausführungsform ist das System zur Übertragung von Daten für die Kommunikation in einem Stromschienensystem ausgelegt. Das Stromschie-nensystem weist hierbei ein Befestigungssystem für verschiedenartige Module auf, die, wenn sie einem Stromschienensystem befestigt werden, über mindestens zwei elektrische Leiter eine Versorgungsleistung erhalten, sowie über ein im Stromschienensystem verlaufendes optisches System einen Datenanschluss über eine lichtbasierte Kommunikation haben.

In einer Ausführungsform ist das optische System rohrförmig ausgeführt, wobei das zu Kommunikation verwendete Licht innerhalb dieses Rohrs geführt wird. Um Teile des zu Kommunikation verwendeten Lichts auszukoppeln und die an das Stromschienensystem angeschlossenen Module ins Netzwerk einzubinden, sind in regelmäßigen Abständen teildurchlässige Spiegel innerhalb dieses Rohres ange-ordnet. In einer Ausführungsform sind diese Spiegel in einem Winkel von 45° angeordnet. Die Lichtdurchlässigkeit diese Spiegel ist so bemessen, dass ein kleiner Teil des Lichtes von dem Spiegel reflektiert wird, und ein größerer Teil des Lichtes durch den Spiegel hindurch geht.

In einer Ausführungsform weist das lichtbasierte Kommunikationssystem einen Einspeisepunkt für die lichtbasierte Kommunikation auf. Dieser kann an ein Netzwerk wie zum Beispiel ein Ethernet Netzwerk angeschlossen werden, und setzt die vom Netzwerk empfangenen Daten in moduliertes Licht um, welches er in das Rohrsystem einspeist. Das System kann weitere Zugangspunkte aufweisen, die über die Einkoppelpunkte in das Netzwerk eingebunden sind, und die externe Ge-räte mit einer Netzwerkabdeckung versorgt. In einer Ausführungsform sind die

Rohre innen mit einer reflektierenden Beschichtung versehen, die das in das Rohr eingespeiste Licht reflektiert. Dadurch ist es möglich, dass der Einspeisepunkt kein gerichtetes Licht abstrahlen muss, sondern sehr einfach ausgeführt werden kann.

In einer anderen Ausführungsform weist das lichtbasierte Kommunikationssystem anstatt dem Rohr einen länglichen Lichtleiter auf. Der Lichtleiter ist wiederum aus einem hochtransparenten Material wie PMMA, Polycarbonat oder Ähnlichem. Der Lichtleiter ist so ausgebildet, dass er in regelmäßigen Abständen Einschnürungen aufweist, welche jeweils eine lichtleitende Fläche bilden. Diese lichtleitende Fläche lenkt einen Teil des im Lichtleiter geführten Lichtes seitlich aus dem Lichtleiter hinaus, um dort einen Einspeisepunkt für die lichtbasierte Kommunikation zu bilden. Bevorzugt werden bei dieser Ausführungsform Koppelelemente verwendet, die ebenfalls aus einem optischen Material bestehen und möglichst spaltfrei den Lichtleiter und den Einspeisepunkt bzw. die an das Stromschienensystem angeschlossenen Module verbinden.

In einer anderen Ausführungsform ist das System zur lichtbasierten Kommunikation aus Segmenten gebildet, die aneinandergereiht werden können. Um die lichtbasierte Kommunikation von einem Segment zum nächsten zu bringen sind Verbindungselemente vorgesehen, welche mit Lichtleitfasern verbunden sind. Die Verbindungselemente befinden sich in Längsrichtung an der Stirnseite der Seg-mente, und liegen bei korrekter Anordnung der Segmente exakt gegenüber. Als Auskoppelpunkt ist in jedem Segment mindestens ein Auskoppelelement vorgesehen, welches über die Lichtleitfasern mit den Verbindungselementen gekoppelt ist. Die Verbindungselemente können an der Licht ein bzw. Austrittsfläche eine bestimmte Oberfläche oder Beschichtung aufweisen. In einfachsten Fall kann dies eine Aufrauhung sein, es kann aber auch eine spezielle Polymerbeschichtung, eine fluoreszierende Beschichtung, oder eine geometrische Schicht vorgesehen sein. In einer anderen Ausführungsform weist das Verbindungselement an der Licht ein bzw. Austrittsfläche eine Sammellinse auf, die das austretende Licht ablenkt und parallel abstrahlt. Eintretendes Licht wird durch diese Linse ebenfalls gesammelt und an der Stelle konzentriert, an der das Verbindungselement mit der

Lichtleitfaser gekoppelt ist.

Auch die Auskoppelelemente können verschiedenartig ausgestaltet sein. In einer Ausführungsform ist das Auskoppelelement so gestaltet, dass nur ein geringer Teil des Lichtes seitwärts nach außen gelenkt wird, während ein größerer Teil des Lichtes durch das Auskoppelelement hindurch in die mit dem Auskoppelelement verbundene Lichtleitfaser eingekoppelt wird. In einer anderen Ausführungsform ist das Auskoppelelement so gestaltet, dass ein Großteil des Lichtes seitwärts nach außen gelenkt wird.

In einer anderen Ausführungsform kann das lichtbasierte Kommunikationssystem Verstärkerelemente aufweisen, die jeweils am Anfang bzw. Ende eines Segmen-tes angeordnet sind. Diese Verstärkerelemente empfangen das Kommunikationslicht eines Segmentes, wandeln es um oder verstärken es, und leiten es in ein weiteres Segment ein. Sofern das Licht in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, wird es von einem weiteren Verstärkerelement des nächsten Segmentes wieder in Licht zurückverwandelt und in das nächste Segment eingespeist. Die Verstärkerelemente sind hierzu mit einer Datenverbindung versehen. Die Datenverbindung kann optischer oder elektrischer Natur sein. Beim elektrischen Datenverbindung wird das Kommunikationslicht von einem Verstärkerelemente empfangen, in ein elektrisches Signal umgewandelt, und über die Datenleitung an das zweite Verstärkerelement gesendet, welches dieses Signal wiederum in Licht um-wandelt, und in das nächste Segment einspeist. Einer optischen Datenverbindung wird das vom Verstärkerelemente aufgenommene Licht verstärkt und über die optische Datenverbindung an das zweite Verstärkerelemente abgegeben, welches dieses entweder direkt in das nächste Segment einspeist, oder nochmals verstärkt und dann in das nächste Segment einspeist. Die Verstärkerelemente können auch dazu benutzt werden, ein Stromschienensystem zu etablieren, bei welchem verschiedene Teile der Stromschiene in unterschiedliche Raumrichtungen weisen. Auch können über solch ein System mehrere Stromschienen zu einem Stromschienensystem zusammengeschaltet werden. Hierzu ist ein Switch vorgesehen, von dem aus alle Datenverbindungen an die Verstärker sternförmig herausführen. Bevorzugt ist dieser Switch dann gleichzeitig als Netzwerkeinspeisepunkt ausgebildet, und weist eine Ethernetschnittstelle auf, über die das Kommunikationssystem für die Stromschiene an ein Hausnetzwerk angeschlossen werden kann.

Die Verwendung des Begriffes„lichtbasiert" soll im Folgenden kurz definiert werden:„Lichtbasiert" wir synonym zu„unter Verwendung von Licht" verwendet. Als Licht sind alle elektromagnetischen Wellen anzusehen, die sich in einem Frequenzbereich befinden, der im allgemeinen als„Licht" bezeichnet wird. Hierzu zählen das vom Menschen sichtbare Licht, aber auch die längeren und kürzeren Wellenlängen, also das infrarote Licht als auch das ultraviolette Licht. In Wellenlängen ausgedrückt ist das etwa der Bereich von 10nm bis 10μηη. Eine Übersicht zur Einordnung findet sich in der Enzyklopädie Wikipedia:

https:/'/'de.wikipedia.orq/wiki/'Licht#/'media/File:Electromaqnetic spectrum -de c.svg

Ein„opto-elektronisches Element" ist im Folgenden ein Element, welches entweder lichtbasierte Signale erzeugen oder empfangen kann. Teil eines optoelektronischen Elementes kann hier z.B. eine Leuchtdiode oder eine Photodiode sein. Es kann sich aber ebenfalls um eine Laserdiode oder einen Photowiderstand handeln. Eine eventuell notwendige Abstrahloptik oder Empfangsoptik kann Teil des opto-elektronischen Elements sein.

Sender ist im Folgenden eine Vorrichtung, die geeignet ist lichtbasierte Signale auszusenden. Ein Sender ist daher in der Lage in ihm eingegebene Informationen in lichtbasierte Signale umzuwandeln uns abzustrahlen. Ein Sender muss dem-nach ein opto-elektronisches Element aufweisen.

Empfänger ist im Folgenden eine Vorrichtung, welche in umgekehrter Richtung wie der Sender arbeitet. Ein Empfänger ist in der Lage lichtbasierte Signale in Informationen umzuwandeln und auszugeben. Ein Empfänger muss demnach ebenfalls ein opto-elektronisches Element aufweisen.

In der Praxis werden aufgrund der i.A. bidirektionalen Kommunikation Sender und

Empfänger meistens zusammen, d.h. als Paar verwendet. Die beiden Begriffe stehen im Folgenden daher auch für ein kombiniertes Sendeempfangselement.

Als Lichtleiter werden transparente Bauteile wie Fasern, Röhren oder Stäbe bezeichnet, die Licht über kurze oder lange Strecken transportieren. Die Lichtleitung wird dabei durch Reflexion an der Grenzfläche des Lichtleiters entweder durch 5

Totalreflexion auf Grund eines geringeren Brechungsindex des den Lichtleiter umgebenden Mediums oder durch Verspiegelung der Grenzfläche erreicht. Siehe auch: httpsi//de.wikipedia.org/wiki/Lichtleiter.

Optische Fasern sind Fasern aus Glas (https://de.wikipedia.org/wiki/Glasfaser) oder Kunststoffen (https://de.wikipedia.org/wiki/Polymere_optische_Faser) mit einer hohen Lichtleitfähigkeit. Sie werden vor allem Für Datenübertragungszwecke genutzt.

Als seitenemittierender Lichtleiter oder seitenemittierende Faser wird ein Lichtleiter oder eine Faser angesehen, die Teile des Lichts entlang ihrer länglichen Erstre-ckung emittiert. Dies wird dadurch erreicht, dass an den Innenwänden des Lichtleiters keine Totalreflexion stattfindet, sondern gezielt eine Lichtleckage auftritt, die das Licht zu einer Seite hin gegenüber der länglichen Erstreckung des Lichtleiters emittiert. Solche Lichtleiter werden im Folgenden auch als Seitenemitter bezeichnet. Es kann aber auch sein, dass das Licht nicht nur in eine Raumrichtung ortho-gonal zur länglichen Erstreckung des Lichtleiters emittiert wird, sondern auch in eine Raumebene. Dabei ist die längliche Erstreckung des Lichtleiters dann orthogonal zu dieser Raumebene.

Als Lichtwellenleiter wird im Folgenden ein Leiter angesehen, der Licht leitet und definierte Schnittstellen wie Lichteinkoppelflächen und Lichtauskoppelflächen auf-weist. Der Lichtwellenleiter weist daher einen Lichtleiter und/oder eine optische Faser auf.

Als optisches Element wird im Folgenden jede Kombination von einem oder mehreren optischen Basiselementen wie Linsen, Spiegel, diffraktive optische Elemente, optische Fasern, Lichtleiter und andere denkbare optische Elemente angese-hen. Auch lichtleitende Flüssigkeiten können optische Elemente bilden.

Als Lichtauskoppelfläche wird im Folgenden eine Fläche eines Lichtleiters oder eines Senders angesehen, welche dazu vorgesehen ist, das Licht auf einer vorgegeben Fläche abzugeben. Bei einem Lichtleiter kann es das umgeleitete Licht sein, bei einem Sender das erzeugte Licht. Die Fläche kann dazu besonders ge-formt, strukturiert oder beschichtet sein.

Als Lichtein koppelfläche wird im Folgenden eine Fläche eines Lichtleiters oder Empfängers angesehen, welche dazu ausgebildet ist Licht in den Lichtleiter oder Empfänger einzukoppeln. Damit dies möglichst effizient geschieht kann die Fläche besonders geformt, strukturiert oder beschichtet sein.

Bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Ansprüchen und der gesamten Offenbarung, wobei in der Darstellung nicht immer im Einzelnen zwischen Vorrichtungs- und Verwendungsaspekten unterschieden wird; jedenfalls implizit ist die Offenbarung hinsichtlich sämtlicher Anspruchskategorien zu lesen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:

Figur 1 einen Industrieroboter mit verschiedenen Gelenken und Gliedern,

Figur 2 einen weiteren Industrieroboter mit verschiedenen Gelenken und Gliedern,

Figur 3 eine Darstellung von verschiedenen gängigen Gelenken, die in einem

Roboter Verwendung finden,

Figur 4 ein Blockdiagramm eines lichtbasierten Kommunikationssystems,

Figur 5 den Einsatz eines Orthogonalgelenks O am Beispiel des Roboters aus

Figur 1 ,

7

Figur 6 eine schematische Darstellung eines Orthogonalgelenkes O, welches für eine lichtbasierte Signalübertragung geeignet ist,

Figur 7 eine weitere Ausführungsform eines Orthogonalgelenkes O,

Figur 8 die Anwendung eines Drehgelenkes T,

Figur 9 ein Drehgelenk T, welches für die Übertragung mittels lichtbasierter

Kommunikation geeignet ist,

Figur 10 eine weitere, mechanisch einfachere Ausführungsform des

Drehgelenkes T,

Figur 1 1 eine schematische Darstellung eines Lineargelenkes L,

Figur 12 eine schematische Darstellung dieses Lineargelenks L, welches eine optische Kommunikation über das Gelenk hinweg zulässt,

Figur 13 eine schematische Darstellung eines Rotationsgelenkes R,

Figur 14 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rotationsgelenkes R, welches für die lichtbasierte Kommunikation ausgerüstet ist,

Figur 15 ein Beispiel eines Arms eines Industrieroboters als Anwendung der Gelenke mit lichtbasierter Kommunikation,

Figur 16 eine weitere Anwendung der lichtbasierten Kommunikation in einem

Schienensystem innerhalb einer Produktionshalle,

Figur 17 als weitere Anwendung eines lichtbasierten Kommunikationssystems einen Kran,

Figur 18 eine weitere Anwendung eines lichtbasierten Kommunikationssystems in Form eines Portalroboters,

Figur 19 eine einfachere Ausgestaltung eines lichtbasierten Kommunikationssys- tems für den Portalroboter aus Figur 18,

Figur 20 in vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere Ausführungsform eines Kommunikationssystems der Prioritätsanmeldung 10 2017 209 093.6,

Figur 21 eine erste Ausführungsform eines lichtbasierten Kommunikationssys- tems für eine DIN-Schiene,

Figur 22 eine zweite Ausführungsform eines lichtbasierten Kommunikationssystems für eine DIN-Schiene,

Figur 23 eine dritte Ausführungsform eines lichtbasierten Kommunikationssystems für eine DIN-Schiene,

Figur 24 ein Beispiel einer Anwendung eines lichtbasierten Kommunikationssystems für eine DIN-Schiene,

Figur 25 zwei Ausführungsform einer DIN-Schiene, welche für die lichtbasierte

Kommunikation ausgerüstet ist,

Figur 26 eine weitere Ausführungsform einer DIN-Schiene, welche für die lichtbasierte Kommunikation ausgerüstet ist,

Figur 27 eine erste Ausführungsform eines seitenemittierenden Lichtleiters,

Figur 28 eine zweite Ausführungsform eines seitenemittierenden Lichtleiters,

Figur 29 eine dritte Ausführungsform eines seitenemittierenden Lichtleiters,

Figur 30 zwei Untervarianten der dritten Ausführungsform des seitenemittierenden Lichtleiters,

Figur 31 das Kommunikationsmodul einer für die lichtbasierte Kommunikation ertüchtigten Leuchte,

Figur 32 die Komponenten einer für die lichtbasierte Kommunikation ertüchtigten

Leuchte,

Figur 33 ein Stromschienensystem mit Lichtbasierter Kommunikation,

Figur 34 eine erste Ausführungsform des Stromschienensystems mit lichtbasierter Kommunikation mit Luft als lichtleitendem Medium und halbdurch- lässigen Spiegeln zur Auskopplung,

Figur 35 eine zweite Ausführungsform des lichtbasierten Stromschienensystems mit einem Rohr zur Lichtleitung, welches innen reflektiv beschichtet ist,

Figur 36 eine dritte Ausführungsform des Stromschienensystems mit lichtbasierter Kommunikation,

Figur 37 eine vierte Ausführungsform des Stromschienensystems mit lichtbasierter Kommunikation,

Figur 38 eine Schnittansicht eines Auskoppelelementes,

Figur 39 die Funktionsweise der Verbindungselemente 3210 bei einem schmalen Spalt zwischen zwei Segmenten,

Figur 40 die Funktionsweise der Verbindungselemente 3210 bei einem breiten

Spalt zwischen den Segmenten,

Figur 41 eine Verstärkerstelle für sehr lange Stromschienensysteme,

Figur 42 eine Anordnung, bei der zwei Stromschienen, welche zu einem Stromschienensystem zusammengekoppelt werden sollen, sich nicht in einer Achse befinden,

Figur 43 eine Anordnung, bei der drei Stromschienen zu einem Stromschienensystem zusammengekoppelt werden.

Bevorzugte Ausführung der Erfindung

Robotergelenke

Figur 3 zeigt eine Darstellung von verschiedenen gängigen Gelenken, die in einem Roboter Verwendung finden. Dabei wird zwischen translatorischen und rotatorischen Gelenken unterschieden.

Ein erster in der Figur 3 dargestellter Gelenktyp L ist ein translatorisches Gelenk. Das translatorische Gelenk beschreibt als Bewegungsrichtung eine Gerade. Dieser Gelenktyp wird daher auch als Lineargelenk L bezeichnet. Das translatorische Gelenk L hat ein Eingangsglied LE und ein Ausgangsglied LA. Die Bewegung zwischen Eingangsglied LE und Ausgangsglied LA ist geradlinig. Damit lässt das translatorische Gelenk L nur eine geradlinige Bewegung zwischen den beiden an- geschlossenen Gliedern LE und LA zu. Die Achsen der Eingangsglieder LE und LA sind dabei identisch mit der Bewegungsachse des Lineargelenkes L.

Ein weiteres translatorisches Gelenk ist das Orthogonalgelenk O. Das Orthogonalgelenk hat wiederum ein Eingangsglied OE und ein Ausgangsglied OA. Die Bewegung zwischen dem Eingangsglied OE und dem Ausgangsglied OA ist wiederum nur geradlinig. Jedoch ist die Achse des Ausgangsgliedes OA um 90° gegenüber der Achse des Eingangsgliedes OE gedreht.

Ein erster der Rotationsgelenktypen ist das Rotationsgelenk R. Das Rotationsgelenk R weist wiederum ein Eingangsglied RE und ein Ausgangsglied RA auf. Als Bewegungsrichtung ist beim Rotationsgelenk eine kreisförmige Bewegung zugelassen. D.h. das Ausgangsglied RA kann gegenüber dem Eingangsglied RE nur eine kreisförmige Bewegung ausführen. Bei dieser kreisförmigen Bewegung wird der Winkel zwischen den Achsen des Eingangsgliedes RE und des Ausgangsgliedes RA verändert. Die Drehachse des Rotationsgelenkes R ist hierbei orthogonal zu den Achsen des Eingangsgliedes RE und des Ausgangsgliedes RA im Raum angeordnet. Die Hauptbewegungsrichtung ist also dieselbe wie die Grundbewegungsrichtung bei menschlichen Knie oder Ellbogengelenk. Die Drehbewegung kann hierbei einen Bereich normalerweise kleiner als 360° abdecken. Üblich sind Bewegungsspielräume zwischen 180° und 270°.

Ein weiterer rotatorischer Gelenktyp ist das Drehgelenk T. Das Drehgelenk T weist wiederum ein Eingangsglied TE und ein Ausgangsglied TA auf. Zwischen dem Eingangsglied TE und dem Ausgangsglied TA ist nur eine reine Drehbewegung zugelassen. Die Drehbewegungsrichtung verläuft also in der Achse der beiden Glieder TE und TA. Die Drehbewegung kann hierbei 360° umfassen, das Aus-gangsglied kann also gegenüber dem Eingangsglied wie eine Achse gedreht werden.

Das letzte in der Figur 3 gezeigte Gelenk ist das Revolvergelenk V. Das Revolvergelenk V weist wiederum ein Eingangsglied VE und ein Ausgangsglied VA auf. Die Achse des Ausgangsgliedes VA ist hierbei senkrecht zur Achse des Eingangsglie-des VE angeordnet. Die Drehbewegung zwischen dem Ausgangsglied VA und dem Eingangsglied VE ist also derart dass der senkrechte Winkel des Ausgangs- gliedes VA gegenüber dem Eingangsglied VE beibehalten wird. Ein Ende des Ausgangsgliedes VA beschreibt also eine kreisförmige Bewegung um die Achse des Eingangsgliedes VE. Die Drehbewegung kann hierbei 360° umfassen.

Figur 4 zeigt ein Blockdiagramm des lichtbasierten Kommunikationssystems. Das lichtbasierte Kommunikationssystem teilt sich auf in einen Hardwareteil der an der Maschine oder an einer externen Steuerung angebracht ist, und einen Teil über dem die Kommunikation über Licht stattfindet. Dieser Teil wird üblicher weise auch als Luftstrecke bezeichnet, da die Kommunikation über die ganz normale Atmosphäre (die„Luft") erfolgt. Im Blockdiagramm bezeichnet die Ziffer 41 die Signalgenerierung. Hier wird das zu übertragende Signal/ Übertragungssignal erzeugt, auf weiche im nächsten Schritt eine Gleichspannung bzw. ein Gleichstrom aufaddiert wird. Das resultierende Signal wird dann an licht-emittierendes Optoelektronisches Element 45, insbesondere eine LED oder einen Laser, angelegt. Dieses opto-elektronische Element wandelt das elektrische Signal in ein modulier-tes Lichtsignal um. Die Teile 41 , 43 und 45 werden als Sender bezeichnet und sind normalerweise in einer Sendeeinheit angeordnet bzw. in eine Steuerungsein-heitintegriert. Über den Kanal, i.a. die Luftstrecke, wie in Block 47 dargestellt, gelangt das modulierte Licht nun in einem optischen Filter 48, der das Licht vorfiltert, und von da aus in ein lichtdetektierendes opto-elektronisches Element 46, insbe-sondere eine Fotodiode, der aus dem Licht wiederum ein elektrisches Signal erzeugt. Die Rauschquelle in Block 44 modelliert zusätzliches Rauschen welches dem Empfangssignal additiv überlagert ist, z.B. thermisches Rauschen oder Schrotrauschen (Shot noise), welches real vorhanden ist und nicht unterdrückt werden kann. Im Block 42 schließlich wird das Signal gefiltert, verstärkt und deco-diert. Das Blockdiagramm zeigt also die grundsätzlichen Mechanismen eines lichtbasierten Kommunikationssystems. Hierbei ist natürlich unerheblich, ob die lichtbasierte Kommunikation nur über ein Robotergelenk weg durchgeführt wird, oder einen ganzen Raum umfasst. Dabei können zum Beispiel die Informationen von Sendern an der Decke des Raumes abgestrahlt werden, und an verschiede-nen Stellen im Raum wieder empfangen werden. Hierbei ist es unerheblich, ob die

Information für eine gesamte Fertigungszelle, für einen Roboter, oder nur für ein Gelenk des Roboters zur Verfügung gestellt wird. Je nachdem, wo der Empfänger

angebracht ist, kann die Information direkt oder mittels zusätzlicher optischer Elemente (z.B. Spiegel, Lichtleiter oder optische Fasern) an jede Stelle gelangen.

Figur 5 zeigt den Einsatz eines Orthogonalgelenks O am Beispiel des Roboters aus Figur eins. Der Roboter 10 aus Figur eins wurde schon oben beschrieben. Als letztes Gelenk 18 weist der Roboter 10 ein Orthogonalgelenk auf. Das Orthogonalgelenk weist ein Eingangsglied OE auf und ein Ausgangsglied OA. Das Eingangsglied OE ist in diesem Fall identisch mit dem Glied 18. Das Ausgangsglied OA ist in der Figur bezeichnet und ist hier eine lange Stange die gegenüber dem Eingangsglied translatorisch bewegt werden kann aber auch in einer rotatorischen Weise gedreht werden kann. An das Ausgangsglied OA ist ein Effektor 20, in diesem Falle eine Zange, angebracht. Auf der rechten Seite der Figur fünf ist nochmals die schematische Darstellung des Orthogonalgelenkes O aufgetragen. Das Eingangsglied OE ist in diesem Fall das Orthogonalglied des Gelenkes. Das Ausgangsglied OA ist in diesem Fall eine lange Stange die gegenüber dem Eingangs-glied translatorisch, also in einer Achse bewegt werden kann. Die Bewegungsrichtung BR ist in die Figur eingetragen.

Die Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Orthogonalgelenkes O, welches für eine lichtbasierte Signalübertragung geeignet ist. Dazu werden dem Orthogonalgelenk einige Komponenten hinzugefügt. Das Orthogonalgelenk O be-steht weiterhin aus einem orthogonalen Eingangsglied OE und einen stangenför-migen Ausgangsglied OA. An dem Eingangsglied OE ist zusätzlich ein Sender S angebracht. An dem Ausgangsglied OA ist wiederum ein Empfänger E angebracht. Der Empfänger E weist eine lichtempfindliche Fläche auf. Diese lichtempfindliche Fläche wird im Folgenden auch als Lichteinkoppelfläche LEF bezeichnet. Der optische Emitter S strahlt mittels einer Leuchtdiode oder einem Laser LED das

Licht LT in einem bestimmten Winkel ab. Dieses Licht LT trifft auf die lichtempfindliche Fläche LEF des Empfängers E. Dadurch, dass das Licht in der gleichen Raumrichtung abgestrahlt wird, wie es die Bewegungsrichtung des Gelenkes ist, kann das vom Sender S abgestrahlte Licht immer und in jeder Stellung des Ge-lenkes O von der lichtempfindlichen Fläche LEF des Empfängers E empfangen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass es sich beim Sender S wie beim Emp-

fänger E auch um ein kombiniertes Sendeempfangselement SE handeln kann, um eine bidirektionale Kommunikation zu gewährleisten.

Figur 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Orthogonalgelenkes O. Auch hier gibt es einen Eingangsglied OE und ein Ausgangsglied OA. Das orthogonale Eingangsglied OE weist wiederum einen Sender S auf. Der Sender S strahlt das Licht LT jedoch nicht direkt ab, sondern das Licht wird über ein Lichtkoppelelement LKE in einen Lichtwellenleiter WL eingekoppelt. Der Lichtwellenleiter WL weist wiederum eine Lichtaustrittsfläche LAF auf. Das vom Sender S abgestrahlte Licht gelangt nun über das Lichtkoppelelement LKE in den Lichtwellenleiter WL, wird dort auf einer Längsachse die der Bewegungsrichtung des Orthogonalgelenkes entsprechend verteilt, und über eine Lichtaustrittsfläche orthogonal zu Längsachse des Gelenkes O abgestrahlt. Das abgestrahlte Licht LT wiederum wird von einem Empfänger E, der mit dem Ausgangsgelenk OA verbunden ist, empfangen. Der Empfänger E ist so angeordnet, dass eine lichtempfindliche Fläche LEF sozu-sagen gegenüber der Lichtaustrittsfläche LAF des Lichtwellenleiters WL angeordnet ist. Dadurch muss das Licht nur eine sehr kurze Strecke zurücklegen, und es ist sehr unwahrscheinlich, dass ein wie auch immer geartetes Objekt zwischen den Sender S und den Empfänger E gelangt. Daher wird diese lichtbasierte Kommunikation sehr betriebssicher sein.

Figur 8 beschreibt die Anwendung eines Drehgelenkes T. Wie oben schon beschrieben zeichnet sich das Drehgelenk T durch eine rotatorische Bewegung aus, die die beiden Glieder des Gelenkes gegeneinander verdreht. Dabei sind die beiden Glieder des Gelenkes in einer Achse angeordnet. Das Eingangsglied TE des Drehgelenkes T besitzt also die gleiche Drehachse wie das Ausgangsglied TA des Drehgelenkes T. Auf der linken Seite der Figur 8 ist beispielhaft ein Industrieroboter dargestellt mitsamt der Stelle, an der ein solches Drehgelenk in diesem Industrieroboter eingesetzt wird. Es ist gut zu sehen, dass das Drehgelenk T das letzte Gelenk in der kinematischen Kette des Industrieroboters darstellt, und das Ausgangsglied des Gelenkes T mit dem Effektor verbunden ist. Die restlichen Gelenke des dargestellten Roboters bleiben hier unberücksichtigt, da hier nur auf das

Drehgelenk T eingegangen werden soll.

In Figur 9 ist ein Drehgelenk T dargestellt, welches für die Übertragung mittels lichtbasierter Kommunikation geeignet ist. Wie oben beschrieben, weist das Drehgelenk T ein Eingangsglied TE und ein Ausgangsglied TA auf. An dem Eingangs-glied TE ist ein Sender S angebracht, welcher eine Lichtauskoppelfläche LAF auf-weist. An dem Stoß zwischen dem Eingangsglied TE und dem Ausgangsglied TA ist ein ringförmiger optischer Lichtwellenleiter angebracht, der eine

Lichteinkoppelfläche LEF und eine Lichtauskoppelfläche LAF aufweist. Die

Lichteinkoppelfläche LEF und die Lichtauskoppelfläche LAF sind auf den gegenüberliegenden Seiten des Ringes angeordnet. An dem Ausgangsglied TA ist ein Empfänger E angeordnet, welcher wiederum eine Lichteinkoppelfläche LEF aufweist. Das Licht gelangt nun über die Lichtauskoppelfläche LAF des Senders S zu Lichteinkoppelfläche des Lichtwellenleiters WL. Dieser verteilt das Licht über den gesamten Ring welches dann von der Lichtauskoppelfläche LAF des

Lichtwellenleiters WL emittiert wird. Ein Teil des emittierten Lichts gelangt nun wiederum zu Lichteinkoppelfläche LEF des Empfängers E und wird dort

empfangen sowie weiter verarbeitet. Damit ist das Signal nun beim Ausgangsglied TA. Das Drehgelenk der Figur neun ist als Explosionszeichnung dargestellt. In der Figur rechts unten ist das Drehgelenk T als zusammengefügtes Gelenk

dargestellt. Hier ist auch die Drehbewegung BR des Drehgelenkes T eingetragen. Es ist auch hier sehr einfach festzustellen, dass das Licht nur sehr kurze Strecken von Sender zum Empfänger zurück legen muss, und es sehr unwahrscheinlich ist, dass Störobjekte in den Bereich des Lichtes gelangen, und Störungen auslösen können. Damit ist auch das Drehgelenk T sehr betriebssicher, und wenig störanfällig. Der Lichtwellenleiter WL ist hierbei derart ausgestaltet, dass das von seiner Lichtauskoppelfläche LAF emittierte Licht jederzeit und direkt von der

Lichteinkoppelfläche LEF des Empfängers E empfangen werden kann. Da das Drehgelenk T einen Rotationswinkel von 360° zulässt, ist der Lichtwellenleiter WL also ringförmig ausgestaltet.

Eine weitere Ausführungsform des Drehgelenkes T ist in Figur 10 dargestellt. Diese Ausführungsform ist mechanisch wesentlich einfacher, da sie ohne

Lichtleiter auskommt. Dazu sind das Eingangsglied TE und das Ausgangsglied TA jeweils rohrförmig, also hohl ausgebildet. Die Drehachse 101 des Gelenkes ist hier 5

ebenfalls eingetragen. An dem dem Drehgelenk abgewandten Ende des

Eingangsgliedes TE ist ein Sender S angeordnet. Die Gelenkmechanik muss nun so ausgebildet sein, dass sie Innen ebenfalls hohl ist. Dadurch kann das vom Sender es emittierte Licht durch das Eingangsglied TE, die Gelenksmechanik, und das Ausgangsglied TA bis zum Empfänger gelangen. Weil bei dieser

Ausführungsform das Licht sozusagen innerhalb des Roboters bzw. des Gelenkes geführt wird, ist sie besonders betriebssicher, da keine Teile in die optische Lichtstrecke gelangen können. Auf der rechten Seite der Figur 10 ist das Gelenk im zusammengebauten Zustand dargestellt. Hier ist auch die Bewegungsrichtung BR des Gelenkes eingetragen.

Figur 1 1 zeigt schematisch ein Lineargelenk L. Auch das Lineargelenk L weist ein Eingangsglied LE und ein Ausgangsglied LA auf. Auf der rechten Seite der Figur 1 1 ist ein Lineargelenk L dargestellt, welches für die lichtbasierte Kommunikation ausgerüstet ist. Dazu ist wiederum ein Sender mit dem Eingangsglied LE verbun-den. Ein Empfänger E ist wiederum mit dem Ausgangsglied LH verbunden. Der Sender S weist ein opto-elektronisches Element LED auf. Das opto-elektronische Element LED kann eine Leuchtdiode, eine Laserdiode, eine organische Leuchtdiode oder ähnliches sein. Das opto-elektronische Element LED strahlt Licht in einem bestimmten Raumwinkel ab. Ein Teil des vom opto-elektronischen Element LED abgestrahlten Lichtes LT wird von einer Lichteinkoppelfläche LEF empfangen. Die Lichteinkoppelfläche LEF ist Teil des Empfängers E. Das von der Lichteinkoppelfläche LEF empfangene Licht LT wird in ein elektrisches Signal rückgewandelt und vom Empfänger E weiterverarbeitet. Auch hier gelangen Daten sehr einfach vom Eingangsglied LE zum Ausgangsglied LA. In der Figur 1 1 ist gut der Nachteil dieser Lösung zu sehen, denn das Licht LT muss eine relativ weite Strecke zurücklegen, bis es vom opto-elektronischen Element LED bis zur Lichteinkoppelfläche LEF gelangt. Dadurch können Objekte relativ leicht in den Lichtweg eindringen und Störungen verursachen.

Um dieses Problem anzusprechen, wird eine weitere Ausführungsform des Line-argelenkes L mit einem Lichtwellenleiter vorgeschlagen.

Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung dieses Lineargelenks L welches eine optische Kommunikation über das Gelenk hinweg zulässt, die störsicherer ist. Auch dieses Lineargelenk L weist wieder ein Eingangsglied LE und ein Ausgangsglied LA auf. Das Eingangsglied LE weist wiederum einen Sender S auf, der mit dem Eingangsglied LE verbunden ist. Auch hier weist der Sender S ein in der Figur nicht dargestelltes opto-elektronisches Element LED auf. Das von diesem opto-elektronischen Element LED abgestrahlte Licht wird über ein Lichtkoppelelement LKE einem Lichtwellenleiter WL zugeführt. Der Lichtwellenleiter WL leitet dieses Licht über die gesamte Ausdehnung des Lichtwellenleiters weiter, und emittiert das Licht auf der gesamten Lichtauskoppelfläche LAF, die ein Teil des Lichtwellenleiters ist. Die Lichtauskoppelfläche LAF ist so angeordnet, dass das von ihr abgestrahlte Licht in jeder Stellung des Lineargelenks L von einer Lichteinkoppelfläche LEF des Empfängers E empfangen werden kann. Der Empfänger E ist Teil Ausgangsglieds LA, und mit diesem verbunden. Durch diese Maßnahme ist der Weg, denn das Licht von der Lichtauskoppelfläche LAF des Lichtwellenleiters bis zur Lichteinkoppelfläche LEF des optischen Empfängers E zurücklegen muss, minimiert. Damit ist diese Ausführungsform störsicherer gegenüber Fremdkörpern in der Luft als die vorhergehende.

Figur 13 zeigt eine schematische Darstellung eines Rotationsgelenkes R. Auch das Rotationsgelenk weist ein Eingangsglied RE und ein Ausgangsglied RA auf. Die Bewegungsachse 131 des Rotationsgelenkes ist orthogonal zu jedem seiner Glieder RE und RA. Damit ist die Bewegungsrichtung des Gelenkes kreisförmig um die Rotationsachse 131 , die Glieder rotieren dabei kreisförmig um die an ihrem Ende befindliche orthogonal angeordnete Rotationsachse 131 . Rotationsgelenke sind eine der häufigsten Gelenkverbindungen im Industrieroboterbau. Diese Gelenke zeichnen sich dadurch aus, dass mit ihnen größere Distanzen überwunden werden können, da die Rotationsachse 131 orthogonal zur Achse der beiden Glieder ist. Aufgrund dieser Eigenschaften ist hier aber auch die Biegebeanspruchung bei konventionellen Leitungen am größten. Dies zeigt sich auch darin, dass die Ausgestaltung einer lichtbasierten Kommunikation am besten mithilfe eines Lichtwellenleiters realisiert wird.

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Figur 14 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Rotationsgelenkes R, welches für die lichtbasierte Konnnnunikation ausgerüstet ist. In der Figur 14 ist das Rotationsgelenk R dreimal dargestellt. Einmal in einer Explosionsdarstellung, einmal in einem halb zusammengebauten Zustand, und schließlich das dritte Mal in seinem zusammengebauten Zustand. Die drei Darstellungen dienen dazu, den Aufbau des Gelenkes besser darzustellen. Die vorliegende Ausführungsform ist mithilfe eines Lichtwellenleiters WL realisiert. Das Eingangsglied RE ist wie in den vorherigen Lösungen mit einem Sender S verbunden. Der Sender S weist wiederum ein opto-elektronisches Element LED (nicht gezeigt) auf, welches Licht einer bestimmten Wellenlänge abstrahlt, dass in einem Lichtkoppelelement LKE gesammelt und an einen Lichtwellenleiter WL abgegeben wird. Der Lichtwellenleiter WL weist an seiner unteren Fläche eine Lichtauskoppelfläche LAF auf. Diese Lichtauskoppelfläche LAF liegt in einer Ebene, die eine parallele Ebene zu einer Lichteinkoppelfläche LEF eines Empfängers E ist. Der Empfänger E ist wie-derum mit dem Ausgangsglied RA verbunden. Die Lichtauskoppelfläche LAF und die Lichteinkoppelfläche LEF sind also gegenüberliegend angeordnet. Zwischen der Lichtauskoppelfläche LAF und der Lichteinkoppelfläche LEF ist nur sehr wenig Abstand vorhanden, was dazu führt, dass es Fremdkörpern sehr schwer fällt in diesem Spalt einzudringen. Dadurch ist die optische Kommunikation zwischen dem Eingangsglied RE und dem Ausgangsglied RA sehr störsicher. Das Licht wird also über das opto-elektronische Element LED abgestrahlt, im Lichtkoppelelement LKE gesammelt, und an den Lichtwellenleiter WL abgegeben. Der Lichtwellenleiter WL verteilt das empfangene Licht über den gesamten Drehwinkel des Rotationsgelenkes R. Das heißt, dass in jedem denkbaren Winkel, den das Rotationsge-lenk L einnehmen kann, Licht von der Lichtauskoppelfläche LAF des Lichtwellenleiters WL abgestrahlt wird, und von der Lichteinkoppelfläche LEF empfangen wird. Aus diesem Grund ist der Lichtwellenleiter WL auch ringförmig ausgestaltet. Die Lichtauskoppelfläche LAF ist dabei an der Unterseite des ringförmigen Lichtwellenleiters WL angeordnet. An der Stelle, an der der Lichtwellenleiter WL mit dem Sender S über das Lichtkoppelelement LKE verbunden ist, ist die Lichtauskoppelfläche LAF ausgespart, und als Lichteinkoppelfläche ausgestaltet.

In den folgenden Figuren werden verschiedene Anwendungen dargestellt, die die oben beschriebenen Gelenke beinhalten, und daher für eine lichtbasierte Kommunikation geeignet sind.

Figur 15 zeigt ein Beispiel eines Arms eines Industrieroboters. Der Arm weist eine Basis 151 1 auf, die fest montiert ist. Diese Basis ist über ein erstes Revolvergelenk 1512 mit einem ersten Glied 1513 verbunden. Das Glied 1513 ist gleichzeitig Ausgangsglied für das erste Revolvergelenk 1512 und Eingangsglied 1513 für ein zweites Revolvergelenk 1514. Dessen Ausgangsglied 1515 ist wiederum gleichzeitig Eingangsglied für ein erstes Rotationsgelenk 1516. Das Rotationsgelenk 1516 weist wiederum als Ausgangsglied ein Glied 1517 auf, welches gleichzeitig Eingangsglied für ein drittes Revolvergelenk 1518 ist. Dieses dritte Revolvergelenk 1518 weist wiederum als Ausgangsglied ein Glied 1519 auf, welches gleichzeitig Eingangsglied für ein viertes Revolvergelenk 1520 ist. Dieses Revolvergelenk 1520 hat als Ausgangsglied ein Glied 1521 . Das Glied 1521 ist wiederum Ein-gangsglied für ein erstes Drehgelenk 1522, dessen Ausgangsglied der Effektor 1523 ist. Die hier dargestellte Anordnung von Gelenken ist für Industrieroboter nicht unüblich. Da jedes Glied des Roboters mit Informationen versorgt werden muss, ist es bei dem Roboter gemäß dem Stand der Technik notwendig, eine Kabelverbindung über jedes der Gelenke zu führen. Dies bedeutet für diesen Robo-ter sechs Kabelverbindungen, die aufwendig zu warten wären. Werden für solch einen Industrieroboter die oben beschriebenen Gelenke mit lichtbasierter Kommunikation verwendet, so wird diese Kommunikation zumindest innerhalb des Roboters wartungsfrei. Die stellt für eine Produktion eine erhebliche Erleichterung dar, da in einer Produktion viele solcher Roboter Anwendung finden, und das Einspar-Potenzial bezüglich der Wartung sich vervielfacht. Der Roboter kann dabei konstruktiv so ausgelegt werden, dass sich alle Elemente der lichtbasierten Kommunikation hinter einer Abdeckung oder im Inneren verbergen, sodass die Betriebssicherheit weiter erhöht wird, da keine Fremdkörper in den Kommunikationsweg eindringen können. Gegenüber der bekannten Lösung ist dies ein erheblicher Fortschritt, da bei der bekannten Lösung normalerweise längere Kabel zwischen den Gelenken herabhängen, in denen sich verschiedenste Gegenstände verfangen können, und dem Betrieb des Roboters beeinträchtigen.

Figur 16 beschreibt eine weitere Anwendung in einem Schienensystem innerhalb einer Produktionshalle. Für die Kommunikation längs des Schienensystems wird ein einziges Orthogonalgelenk verwendet. Für eine reale Duplexkommunikation gibt es nicht wie oben beschrieben einen Sender und einen Empfänger, sondern jede Einheit ist gleichzeitig Sender und Empfänger. Dies bedeutet, dass jede Einheit auf jeder Seite gleichzeitig ein opto-elektronisches Element LED zur Abstrah-lung des für die Kommunikation benötigten Lichts und ein lichtempfindliches Element zum empfangen des für die Kommunikation verwendeten Lichts aufweist. Diese Sendeempfangseinheiten können dabei identisch ausgebildet sein, sodass sich hier weitere Kosteneinsparungen ergeben. Bei dieser Anwendung ist das

Eingangsglied das Schienensystem, und das Ausgangsglied ist der Wagen der auf der Schiene fährt. Das an der Schiene montierte Sendeempfangssystem sendet hierbei das mit der Information versehene Licht längs des Schienensystems aus. Das an dem Wagen montierte Sendeempfangssystem 163 empfängt wiederum das von der anderen Einheit 161 ausgesendete Licht. Die für die Kommunikation benötigte Information wird also über einen Lichtstrahl LT übertragen. Für Strecken, die auch Kurven aufweisen, ist eine alternative Variante denkbar, bei der der Lichtstrahl LT durch einen Lichtleiter ersetzt wird, der längst der Schiene in der Mitte verläuft. Auf seiner Oberseite weist dieser Lichtleiter eine Lichtauskoppelflä-che LAF auf, die das Licht über die gesamte Länge nach oben hin abstrahlt. Dieses von der Lichtauskoppelfläche LAF abgestrahlte Licht wird von der Sendeemp-fangseinheit 163 mittels einer gegenüberliegenden Lichteinkoppelfläche LEF empfangen und weiterverarbeitet.

Figur 17 beschreibt eine weitere Anwendung eines lichtbasierten Kommunikati-onssystems in Form eines Krans. Hier dient die Kommunikationsverbindung z.B. dazu, einen motorisierten Kranhaken mit Informationen vom Kran zu versorgen, oder ein Kamerabild vom Kranhaken zum Kran zu senden. Da der Kranhaken an einem starken Stahlseil angebracht ist, ist hier eine Kommunikation über eine zusätzliche Netzwerkleitung sehr schwierig bis unmöglich. Daher wird für diesen Anwendungsfall vorgeschlagen, den Kran und den Kranhaken über eine Kombination eines Lineargelenks und eines Orthogonalgelenkes miteinander zu verbinden. Die Interpretation eines Lineargelenkes ist hier recht weit auszulegen. Für die Kommunikation werden wiederum zwei Sendeempfangseinheiten verwendet. Eine erste Sendeempfangseinheit 171 ist an den Kran angebracht. Diese Sendeemp-fangseinheit 171 sendet einen stark fokussierten Lichtstrahl in Richtung des Kranauslegers. Die Sendeempfangseinheit 171 ist dabei an dem Ausleger angebracht. Dadurch sendet der Lichtstrahl sein Licht immer in Achse des Kranauslegers aus. Der Wagen beziehungsweise Schlitten, an dem das Stahlseil für den Kranhaken hängt, ist mit einem Spiegel 175 versehen, der das abgestrahlte Licht der Sendeempfangseinheit 171 nach unten in Richtung Kranhaken ablenkt. Der Kranhaken wiederum ist mit einer zweiten Sendeempfangseinheit 173 ausgestattet, die das vom Spiegel 175 abgelenkte Licht empfängt und weiterverarbeitet. Die gesamte Kommunikationskette kann demnach als eine Verkettung von zwei Gelenken angesehen werden, nämlich einem ersten Orthogonalgelenk O und einem ersten Lineargelenk L. Das Orthogonalgelenk O ist hierbei der Wagen oder Schlitten, an dem das Stahlseil für den Kranhaken befestigt ist, und der längs des Auslegers bewegbar ist. Da der Kranhaken hochgezogen und herabgelassen werden kann, kann dieser als Lineargelenk ausgelegt werden. Über diese lichtbasierte Kommunikation kann sehr einfach und präzise Information vom Kran zum Kranhaken und zurück übertragen werden. Denn auch die Sendeempfangseinheit 173 kann einen starken Lichtstrahl aussenden, der vom Spiegel 105 und 70 abgelenkt wird und auf eine Lichteinkoppelfläche der Sendeempfangseinheit 171 trifft. Damit kann eine bidirektionale Kommunikation etabliert werden. Hierbei können Informationen zwischen Kran und Kranhaken ausgetauscht werden. Dies kann nicht nur Information für einen motorisierten Kranhaken sein, sondern der Kranhaken kann zum Beispiel auch mit einer Kamera ausgestattet sein, über die der Kranführer sehr exakt navigieren kann. Da die lichtbasierte Kommunikation bei entsprechender

Auslegung über eine sehr hohe Datenrate verfügt, kann ein hochauflösendes Kamerabild problemlos übertragen werden. Ein Kran, der mit einer solchen Kranhaken Kamera ausgerüstet ist, ist ein großer Fortschritt für den Kranführer, der sonst üblicherweise sehr weit weg vom Geschehen sitzt. Da gerade bei älteren Men-sehen die Sehkraft nachlässt, kann solch eine Kamera mit entsprechendem Monitor eine große Erleichterung sein und eine wesentlich effektivere Arbeit des Kranführers bewirken.

Figur 18 zeigt eine weitere Anwendung eines lichtbasierten Kommunikationssys-tems in Form eines Portalroboters. Der Portalroboter ist hierbei eine typische Portalmaschine, die Bewegungen in drei Achsen zulässt. Hierbei wird jeweils für die X-Achse, für die Y-Achse, und für die Z-Achse ein Orthogonalgelenk verwendet. Jede Achse weist hierbei ein Schienensystem in die entsprechende Raumrichtung auf. Eine erste Sendeempfangseinheit 181 ist mit jenem Schienensystem verbunden, welches wiederum mit der Basis des Portalroboters verbunden ist. Diese Sendeempfangseinheit 181 strahlt Licht LT nach oben in Richtung Decke des Raumes, in dem der Portalroboter steht. An der Decke des Raumes ist ein Spiegel oder ein anderes reflektierendes Element 185 angebracht, der das von der Sendeempfangseinheit 181 abgestrahlte Licht LT auf dem Portalroboter zurück reflektiert. Hier wird es von einer zweiten Sendeempfangseinheit 183 empfangen, welche mit der Z-Achsenschiene des Portalroboters verbunden ist. Die Steuerinformation gelangt somit über alle drei Orthogonalgelenke hinweg von der Basis des Roboters zur Z-Achse mit dem Effektor des Roboters.

Figur 19 zeigt eine einfachere Ausgestaltung eines lichtbasierten Kommunikationssystems für den Portalroboter aus Figur 18. Hierbei gelangt das Licht LT von der mit der Basis verbundenen Sendeempfangseinheit 191 direkt und ohne Spiegel zur mit der Z-Achse verbundenen Sendeempfangseinheit 193. Der Portal Ro-boter ist hier gleich wie der in Figur 18 aufgebaut. Es werden also wiederum drei Orthogonalgelenke verwendet, die als Schienen ausgestaltet sind, welche im jeweils eine Raumrichtung weisen. Die beiden Sendeempfangseinheiten 191 und 193 sind hierbei derart angebracht, dass das von der Sendeempfangseinheit 191 abgestrahlte Licht LT direkt von der Sendeempfangseinheit 193 empfangen und weiterverarbeitet werden kann. Da die Drei Orthogonalgelenke der drei Achsen in jeder Raumrichtung ein vorhersehbares System bilden, können die beiden Sendeempfangseinheiten derart angeordnet werden, dass keine Abschattung oder ähnliche Probleme auftreten können. Damit wird diese Ausgestaltung ähnlich zuverlässig wie die Ausgestaltung mit Spiegel funktionieren, ist aber wesentlich einfacher, da beim Aufstellen des Roboters keine sonstigen Gegebenheiten des Raumes berücksichtigt werden müssen.

Kommunikation mit Licht / Kommunikation zwischen den Joints

Aufgrund ihrer Ähnlichkeiten bietet die lichtbasierte Kommunikation ähnliche Ausgestaltungsmöglichkeiten wie die Funkkommunikation. Der zu bewältigende Da-tenfluss kann in mehrere Kanäle aufgeteilt werden. Im Vergleich zum Funk können bei der lichtbasierten Kommunikation verschiedene Wellenlängen des Lichts jeweils als eigener lichtbasierter Kanal angesehen werden. Als Beispiel verschiedener Wellenlängen im Lichtbereich kann zum Beispiel rotes, grünes, und blaues Licht angesehen werden. Weiterhin ist auch für den Menschen nicht sichtbares Licht im Infrarotbereich (nahes, mittleres oder fernes infrarot), Ultraviolettes Licht zur Übertragung von Informationen nutzbar. Weiterhin können mehrere Wellenlängen gleichzeitig für die Übertragung verwendet werden (z.B. um Redundanz einzuführen und damit die Zuverlässigkeit der Übertragung zu steigern) oder die Mischung verschiedener Wellenlängen wie z.B. bei weißem Licht zur Übertragung von Informationen verwendet werden. Dadurch, dass Licht eine wesentlich kürzere Wellenlänge hat als die üblicherweise verwendeten Funkkanäle, kann über einen lichtbasierten Kanal potentiell mehr Informationen pro Zeiteinheit übertragen werden, was aus heutiger technischer Sicht noch nicht ausgeschöpft werden kann, aber enormes Potential für zukünftige Entwicklungen bietet. Weiterhin umfasst der Wellenlängenbereich von Infrarot über das sichtbare Licht bis hin zum Ultraviolett einen extrem großen Spektralbereich, der für die Übertragung verwendet werden kann. Licht als Übertragungsmedium bietet damit enormes Potential für die hoch-bitratige Kommunikation bzw. eröffnet die Möglichkeit für eine Vielzahl von parallelen Übertragungskanälen. Das Problem bei der lichtbasierten Kommunikation liegt allerdings darin, dass lichtbasierte Kanäle in der Regel großen Störungen unter-worfen sind. Als einfaches Beispiel sei hier Licht von anderen Quellen sowie Tageslicht im Bereich von Fenstern erwähnt. Dieses Licht kann die Übertragungsqualität der verschiedenen verwendeten lichtbasierten Kanäle direkt oder indirekt beeinflussen. Um diesem Problem zu begegnen, ist es notwendig, das Übertragungssystem entsprechend zu gestalten und auszulegen. Dies umfasst analoge Sende- und Empfangsbaugruppen und weitere Schaltungskomponenten, das Modulationsverfahren und die Codierung, die Signalverarbeitung, Kanalzugriffs- und Übertragungsprotokolle, sowie diverse Sicherungsmechanismen und Konfigurati-onsmöglichkeiten auf höheren Protokoll und Applikationsebenen.

Wichtiger Schritt, um eine robuste Datenübertragung über einen lichtbasierten Kanal zu ermöglichen, ist die Wahl von geeigneten Modulations- und Codierverfah-ren. In fortgeschrittenen lichtbasierten Datenübertragungssystemen wird ein robustes Codierverfahren zusammen mit einem geeigneten Modulationsverfahren auf mehrere lichtbasierte Kanäle verteilt, die eine gewisse Redundanz aufweisen. Dies ermöglicht eine extrem robuste und sichere Datenübertragung. Störungen in bestimmten Wellenlängenbereich des Lichts werden durch die Redundanz über verschiedene Kanäle, sprich Wellenlängenbereiche, eliminiert. Nachteilig hieran ist, dass durch die Redundanz und die Kodierung Bandbreite verloren geht, so dass die praktisch erreichbare Übertragungsgeschwindigkeit deutlich niedriger ist als es die Wellenlänge vermuten ließe. Da der theoretische Wert aber sehr hoch ist, ist die praktisch erreichbare Geschwindigkeit trotzdem mehr als ausreichend.

Eine bidirektionale Übertragung kann, wie z.B. auch bei Funk und bei leitungsgebundenen Übertragungsverfahren üblich, durch eine (Halb-) Duplexübertragung im Zeit- und Frequenzmultiplexverfahren realisiert werden. Bei der lichtbasierten Kommunikation bietet sich dabei zusätzlich an, verschiedene Wellenlängen (mit nicht überlappenden Spektren) für die Duplexübertragung zu verwenden. Dabei liegen dann Hin- und Rückkanal verschiedenen Wellenlängenbereichen, sodass Hin- und Rückkanal zeitgleich übertragen werden können. Eine echte Vollduplex-Übertragung wäre prinzipiell auch denkbar, ist aber aufgrund von Herausforderungen bei der Realisierung primär von akademischem Interesse.

Wie auch schon bei anderen Datenübertragungsverfahren üblich, kann die Band-breite für den Hin und für den Rückkanal unterschiedlich ausfallen. Solche asymmetrischen Übertragungsverfahren sind zum Beispiel bei der Datenübertragung mittels DSL üblich. Bei vielen Anwendungen, zum Beispiel auch bei der Ansteue-rung von Robotern, werden mehr Daten für den Hinkanal zu übertragen sein als für den Rückkanal. Daher kann es zum Beispiel Sinn machen, mehrere Kanäle für den Hinkanal zu verwenden, und nur einen oder weniger Kanäle für den Rückkanal. Je nach Anwendung kann dies stark variieren. Prinzipiell ist es natürlich auch möglich, eine lichtbasierte Datenkommunikation nur für den Hinkanal zu verwenden, und für den Rückkanal auf eine andere Datenübertragung zurückzugreifen. Dies kann zum Beispiel eine funkbasierte Datenübertragung gemäß einem der etablierten Standards sein. Grundsätzlich ist eine lichtbasierte Daten kommunikati-on durch die sehr hohe Bandbreite stark skalierbar. Es können sehr viele verschiedene Konfigurationen möglich sein, die ein optimales ausnutzen der vorhandenen Bandbreite ermöglichen.

Als Leuchtmittel für die lichtbasierte Datenkommunikation kommen vor allem dem Strom schnell folgende Lichtquellen infrage. Die Lichtquellen sollen dabei eine möglichst hohe Modulationsbandbreite haben. Beispielhaft seien hier die Leuchtdiode, die Laserdiode, der Oberflächenemitter (Vertical Cavity Surface Emitting Laser/ VCSEL), oder MicroLED genannt. Diese können je nach Beschaffenheit und den verwendeten Halbleitermaterialien im Infrarotbereich, im sichtbaren, oder im ultravioletten Wellenlängenbereich operieren. Da moderne Leuchten ohnehin mit Leuchtdioden ausgestattet sind, ist im besten Fall kein zusätzlicher Aufwand nötig, und die lichtbasierte Datenkommunikation verwenden zu können. Selbst wenn die für die Leuchte verwendeten Leuchtmittel ungeeignet erscheinen, kann mit geringem Aufwand zum Beispiel eine oder mehrere Leuchtdioden, die im Infrarotbereich abstrahlen, und die zur Kommunikation verwendet werden können, in die Leuchte integriert werden.

Bei einer rechteckförmigen Büroleuchte können zum Beispiel die Leuchtdioden, die für das Licht verwendet werden, in einer ringförmigen Matrix angeordnet sein, wobei einige der mittleren Leuchtdioden in der Mitte der Matrix ausgespart sind, und hier anstelle der für das Licht verwendeten Leuchtdioden im Infrarotbereich abstrahlende Leuchtdioden angeordnet sind. Bei einer runden Deckenleuchte kann dies in ähnlicher Weise erfolgen, die das Licht erzeugenden Leuchtdioden können kreisförmig angeordnet sein, wobei die für die Datenkommunikation verwendeten Leuchtdioden in der Mitte der Leuchte angeordnet sind. Natürlich können die für die Datenkommunikation verwendeten Leuchtdioden aber auch an an-derer Stelle in der jeweiligen Matrix angeordnet sein. Bezüglich des Leiterplattenlayouts wird es jedoch von Vorteil sein, wenn die für die Datenkommunikation verwendeten Leuchtdioden alle an einer Stelle gruppiert sein werden.

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Sollte die Leuchte als Spielrasterleuchte ausgeführt sein, dann könnte die Daten-kommunikation durch die Spiegelsysteme beeinträchtigt werden. Hier kann es sinnvoll sein, die für die Datenkommunikation verwendeten Leuchtdioden außerhalb des Spiegelrasters anzuordnen. Die für die Datenkommunikation verwende-ten Leuchtdioden können zum Beispiel an den Ecken der Leuchte angeordnet werden. Es wäre aber auch möglich, diese Leuchtdioden im Spiegelraster anzuordnen, derart, dass die Lichtabstrahlung durch das Spiegelraster selbst nicht mehr beeinträchtigt wird.

Generell ist bei lichtbasierter Kommunikation eine direkte Sichtverbindung (Line of Sight/ LoS) zwischen Sender und Empfänger vorteilhaft, da reflektierte Signalanteile häufig stark gedämpft und/ oder einen zeitlichen Versatz zueinander haben, was wiederum die Signalrekonstruktion erschwert. Daher ist die Qualität der Datenübertragung bei einer LoS-Verbindung in der Regel besser. Je nach Ausgestaltung der zu versehenden Räume kann es jedoch zu„blinden Flecken" bei der Ab-deckung mit lichtbasierter Kommunikation kommen. Diese blinden Flecken sind Orte, an denen eine direkte Datenkommunikation nicht stattfinden kann. Dies können zum Beispiel Verschattungen hinter Säulen oder ähnliches sein. Um die Datenverbindung in diesen Fällen aufrecht zu erhalten müssen indirekte Signalanteile, d.h. Reflexionen, für die Kommunikation verwendet werden. Hierbei ist es wich-tig, dass das Kommunikationssystem derart ausgestaltet ist, dies zu ermöglichen. Beispielsweise durch eine geeignete Wahl von Handware-Komponenten, Modula-tions- und Codierverfahren. Steht ein solches Übertragungssystem zur Verfügung, kann generell über reflektierende Flächen gearbeitet werden. Reflektierende Flächen können im einfachsten Fall weiß gestrichene Wände sein, oder aber auch spezielle Spiegel, die das Kommunikationslicht auf die entsprechenden blinden

Flecken reflektieren, sodass auch dort kommuniziert werden kann.

Eine Leuchte kann weiterhin dazu ausgelegt sein, verschiedene Kommunikationskanäle aufzubauen. Hierbei kann ein Kommunikationskanal der Bildung eines Meshnetzwerkes dienen, wohingegen ein anderer Kommunikationskanal zur Kommunikation mit den Clients wie z.B. Smartphones oder anderen Endgeräten verwendet wird. Zur Bildung eines Meshnetzwerkes wird eine Kommunikation zwischen verschiedenen Leuchten angestrebt. Die Leuchten bilden dabei die Knoten- punkte des Meshnetzwerkes. Eine vorteilhafte Ausgestaltung einer Leuchte, die netzwerkfähig ist, beinhaltet ein oder mehrere Leuchtdioden, die in vertikaler lichtabstrahlender Richtung angeordnet sind, um die Kommunikation mit den Endgeräten zu gewährleisten. Weiterhin sind eine oder mehrere Leuchtdioden in horizonta-ler Richtung an der Leuchte angeordnet, die die Kommunikation zwischen den Leuchten bewerkstelligen. Besonders vorteilhaft ist hier eine Anordnung in verschiedenen horizontalen Richtungen, damit eine Leuchte mit jeder sie umgebenden Leuchte kommunizieren kann. Es kann zum Beispiel an jeder Ecke der Leuchte eine Leuchtdiode in horizontaler abstrahlender Richtung angeordnet sein. Bei runden Leuchten können zum Beispiel vier Leuchtdioden in horizontal abstrahlender Richtung angeordnet sein, die jeweils um 90° versetzt angeordnet sind.

Für die Kommunikation zwischen den Leuchten kann ein spezielles Protokoll verwendet werden, das in der Lage ist, selbstständig ein Maschennetzwerk zu etablieren. Dazu ist es notwendig, dass das Protokoll bestimmte Befehle zur Bildung von Maschen beinhaltet. Um dieses Mesh- oder Maschennetzwerk an das Internet anzubinden, ist ein Gateway notwendig. Dieser Gateway kann vorteilhaft in einer der Leuchten angeordnet sein. Idealerweise ist der Gateway in jener Leuchte angeordnet, die nicht weit von einem drahtbasierten Netzwerkzugangspunkt Installiert ist. Der Gateway kann zum Beispiel ein Standard Gateway gemäß IEEE 802.3 sein. Es sind aber auch viele andere, zum Beispiel glasfaserbasierte Varianten, denkbar.

Die lichtbasierte Kommunikation ist wie oben schon erwähnt vor allem für Roboter geeignet, die in schwierigen Umfeld einer industriellen Fertigung eingesetzt werden. Hierbei sind zum Beispiel Schweißroboter besonders erwähnenswert.

Schweißroboter arbeiten mit hohen Strömen, bei den Schweißarbeiten entstehen starke elektromagnetische Felder, die eine Funkverbindung nahezu unmöglich machen. Auch eine Kommunikation über flexible Kabel ist bei diesen Robotern schwierig, da beim Schweißen heiße Partikel von der Schweißstelle abgestrahlt werden, die die Leitungen zwischen den Robotergelenken beschädigen können. Aus diesem Grund ist eine lichtbasierte Kommunikation besonders geeignet.

Durch geeignete Maßnahmen an den Gelenken kann eine Störung durch die helle Lichtabgabe während des Schweißvorgangs minimiert werden. Da hier keine fle-

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xiblen Teile eingesetzt werden müssen, können alle an der Kommunikation beteiligten Komponenten sicher und langlebig zum Beispiel mit metallenen Blechen geschützt werden.

Aber nicht nur Schweißroboter profitieren hier von der sicheren lichtbasierten Kommunikation, sondern auch viele andere Robotertypen, die in schwierigen Umgebungen arbeiten müssen. Da die lichtbasierte Kommunikation über Robotergelenke hinweg bei richtiger Ausführung nicht teurer ist, als eine Kommunikation via flexiblen Leitungen, kann diese aber auch in allen anderen Robotertypen, die nicht unbedingt in schwierigen Umgebungen arbeiten müssen, angewendet werden. Die lichtbasierte Kommunikation ist somit universell bei vielen denkbaren Robotertypen einsetzbar.

Besonders geeignet ist sie damit zum Beispiel auch für Pflegeroboter. Pflegeroboter müssen einerseits sehr betriebssicher sein, da sie üblicherweise mit Menschen hantieren, die sich oft weder wehren noch sich artikulieren können. Da sich Pfle-geroboter sehr oft um alte Menschen kümmern müssen, ist ein angenehm anzusehendes Äußeres ebenfalls sehr wichtig. Eine leitungsbasierte Kommunikation über die Robotergelenke hinweg führt üblicherweise zu einem sehr technisierten und abstoßenden Aussehen. Dies mindert die Akzeptanz solcher Maschinen beim Einsatz in der Pflege von Menschen. Die lichtbasierte Kommunikation kann ge-maß der Erfindung dazu beitragen, dass die Roboter ein ansprechendes Äußeres annehmen können, und somit kann die Akzeptanz solcher Maschinen im Pflegebereich durch die Erfindung erhöht werden.

Besonders im Pflegebereich ist der Einsatz von humanoiden Robotern sinnvoll, da dies die Akzeptanz solcher Roboter stark erhöhen kann. Humanoide Roboter wei-sen üblicherweise ähnliche Gelenke auf, wie sie auch beim Menschen vorkommen. Diese Gelenke sind oftmals in ihren Freiheitsgraden weit komplexer als die in Industrierobotern eingesetzten Gelenke. Hier kann die lichtbasierte Kommunikation einen bedeutenden Beitrag leisten, da die Datenübertragung weit flexibler gestaltet werden kann, als dies mit einer leitungsbasierten Kommunikation möglich ist. Gerade bei Gelenken mit vielen Freiheitsgraden, wie zum Beispiel das Hüftge- lenk oder das Ellbogengelenk, kann die lichtbasierte Konnnnunikation vorteilhaft eingesetzt werden.

Bei der lichtbasierten Konnnnunikation ist aber nicht nur auf die Konnnnunikation zwischen zwei Gelenksteilen abzustellen, sondern auch die Konnnnunikation zwi-sehen einer Zentrale und dem Roboter selbst. Gerade im Pflegebereich kann die lichtbasierte Kommunikation hier vorteilhaft eingesetzt werden. Gerade im Pflegebereich ist eine funkbasierte Drahtloskommunikation nicht erwünscht, da sie die empfindlichen medizinischen Instrumente stören kann. Daher ist auch in vielen Krankenhäusern das Telefonieren mit Mobiltelefonen verboten. Aus diesem Grund ist es ebenfalls unerwünscht, wenn Pflegeroboter über eine drahtlose Kommunikation mit der Zentrale kommunizieren. Hier ist eine lichtbasierte Kommunikation von großem Vorteil. Da in jedem Zimmer mindestens eine Leuchte vorhanden ist, kann diese dazu benutzt werden, nicht nur Licht abzugeben, sondern auch mit dem Pflegeroboter oder anderen technischen Einrichtungen zu kommunizieren. Halb-autarke Pflegeroboter können über diese Kommunikation neue Informationen über abzuarbeitende Aufgaben empfangen, und eine zentrale Steuerung weiß zu jeder Zeit, welcher Roboter sich in welchem Zimmer befindet. Bei Notfällen kann der Roboter über diese Kommunikation sehr schnell wichtige Informationen an die Zentrale leiten, sodass diese dann geeignete Maßnahmen ergreifen kann. Die lichtbasierte Kommunikation kann damit gerade im Pflegebereich eine zentrale Rolle für das Wohlergehen der Patienten spielen.

Die lichtbasierte Kommunikation kann aber zum Beispiel auch bei Exo Skeletten vorteilhaft eingesetzt werden. Exo Skelette gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie Menschen bei Arbeits-und kraftintensiven Arbeiten unterstützen und auch schützen können. Besonders bei Arbeiten, die das Heben von schweren Lasten erfordern, können Exo Skelette vorteilhaft eingesetzt werden. Für diese Arbeiten werden oft Exo Skelette mit hydraulischen Gelenken verwendet, da mit Hydraulik viel Kraft übertragen werden kann. Solche Skelette weisen daher dann oft keine elektrischen Leitungen auf, die über die entsprechenden Gelenke des Exo Ske-letts geführt sind. Damit ist eine leitungsgebundene Kommunikation über die Gelenke hinweg schwierig und mit erhöhten Aufwand verbunden. Auch hier kann daher eine lichtbasierte Kommunikation vorteilhaft eingesetzt werden. Die oben ge- nannten Vorteile der einfachen und robusten Komponenten an den Gelenken gelten insbesondere auch hier. Bei Exo Skeletten, die keine stromführenden Leitungen über die Gelenke hinweg vorsehen, kann insbesondere eine lichtbasierte Kommunikation Verwendung finden, bei der das Licht nicht nur die Daten über-trägt, sondern auch die für den Empfang und Weiterverarbeitung nötige Energie.

Ein spezieller Fall der Anwendung von lichtbasierte Kommunikation bei Robotern ist die Anwendung bei Robotern mit hydraulischen Antrieb. Bei Robotern mit hydraulischen Antrieb steht keine geeignete Spannung zur Verfügung, um die Sende-empfangseinheiten der lichtbasierten Kommunikation mit Energie zu versorgen. Damit die lichtbasierte Kommunikation nicht unnötig teuer wird, wird vorgeschlagen, in den hydraulischen Pfad des Roboters an geeigneter Stelle kleine Generatoren zu platzieren, die aus dem Ölfluss der Hydraulik Elektrizität zur Versorgung der lichtbasierten Kommunikation generieren.

Lichtleiter

Die verwendeten Lichtleiter können generell so ausgestaltet sein, dass sie eine graduelle Auskopplung des eingekoppelten Lichtes bewerkstelligen. Dies kann z.B. dazu verwendet werden, um über die Beleuchtungsstärke auch Informationen über die Stellung des Gelenkes zu erhalten. Zum Beispiel kann ein Drehgelenk einen Lichtleiter aufweisen, der über die mögliche Rotation des Gelenkes eine graduelle Auskopplung aufweist. Damit kann eine Indikation der Drehstellung des Gelenkes über die Stärke des ausgekoppelten Lichtes hergestellt werden. Dies kann bei Gelenken mit rotatorischer Bewegung als auch bei Gelenken mit translatorischer Bewegung Verwendung finden

Die graduelle Auskopplung kann aber auch so ausgestaltet sein, dass über die ausgekoppelte Wegstrecke das ausgekoppelte Licht immer die gleiche Stärke hat. Dies kann bei translatorischen und rotatorischen Gelenken ein Vorteil sein, da das empfangene Signal immer in etwa die gleiche Signalstärke aufweist. Dazu musste Lichtleiter derart ausgestaltet sein, dass in der Nähe der einspeisenden Lichtquelle weniger Licht ausgekoppelt wird, und graduell bei größerer Entfernung von der

Lichtquelle mehr Licht ausgekoppelt wird. Bei ringförmigen auskoppelnden Flächen, die nur eine speisende Lichtquelle an einer Stelle des Ringes aufweisen, führt das dazu, dass sich über einen Winkel von etwa 180° die Auskopplung verstärkt, um sich danach wieder abzuschwächen, da bei größeren Winkeln die Lichtquelle wieder näher kommt.

Bei größeren linearen Systemen, wie zum Beispiel ein als translatorisches Gelenk ausgestaltetes Schienensystem, kann es vorkommen, dass es nicht ausreicht, mit nur einer Lichtquelle einzuspeisen und über einen Lichtleiter das eingespeiste Licht wieder auszukoppeln. Wenn der Lichtleiter zu lang wird, ist die Signalstärke am Ende des Lichtleiters zu klein. Eine Lösung für dieses Problem besteht darin, dass der Lichtleiter in mehrere Segmente aufgeteilt wird, wobei am Ende eines Segmentes ein lichtempfindliches Element mit einem Verstärker angeordnet ist, und das verstärkte Signal über eine Lichtquelle in ein neues Segment des Lichtleiters eingespeist wird. Der Lichtleiter besteht damit aus mehreren unabhängig von-einander angeordneten Segmenten, zwischen denen jeweils ein Lichtverstärker angeordnet ist. Der Lichtverstärker besteht, wie oben schon beschrieben, aus einem Empfänger E mit einem lichtempfindlichen Element wie zum Beispiel einer Fotodiode oder einem Lichtempfindlichen Widerstand, und einem Sender S, der eine Lichtquelle wie zum Beispiel eine LED oder eine Laserdiode aufweist.

Gerade bei langlebigen Gütern, wie zum Beispiel Industrierobotern, kann es notwendig werden, die Alterung der Lichtleiter zu berücksichtigen. Lichtleiter werden üblicherweise aus Kunststoffen hergestellt, die einem Alterungseffekt unterliegen. Dabei ändert sich das Transmissionsverhalten des Materials. Das Material vergrault, und die Transmission für Licht nimmt damit ab. Je älter also solche Indust-riegüter werden, desto schlechter wird die Lichtleitfähigkeit des Lichtleiters. Bei besonders langlebigen Gütern wie zum Beispiel Industrierobotern kann es daher sinnvoll sein, diesen Effekt zu berücksichtigen und zu kompensieren. Das kann zum Beispiel über das Sendemodul erfolgen, wobei einem neuen Gerät das Sendemodul nicht die volle Lichtleistung abstrahlt, sondern lediglich eine reduzierte Lichtleistung. Die Sendeeinheit oder der Roboter weisen einen Stundenzähler auf, dessen Wert bei der abgestrahlten Lichtleistung des Senders berücksichtigt wird. Dabei wird umso mehr Licht abgestrahlt, je größer der Wert des Stundenzählers ist. Je mehr Betriebsstunden also zum Beispiel der Industrieroboter aufweist, desto höher ist die abgestrahlte Leistung des Senders. Die Erhöhung der abgestrahlten Leistung ist dabei so bemessen, dass der Alterungseffekt des Lichtleitermaterials kompensiert wird. Damit empfängt der Empfänger einer solchen Kommunika-tionseinheit im Wesentlichen immer ein gleich großes Signal. Es ist selbstverständlich, dass das Material so gewählt wird, dass es möglichst geringe Alterungserscheinungen zeigt. Die üblichen verwendeten hochwertigen Lichtleitermaterialien bestehen zum Beispiel aus Acryl (PMMA), welches eine hohe Lichttransmissionsfähigkeit aufweist, und dabei wenig Alterungserscheinungen zeigt. Durch den Stundenzähler kann eine geplante Wartung („predictive Maintenance") realisiert werden, bei der gealterte Teile ausgetauscht werden, und der Roboter somit eine sehr hohe Verfügungszeit aufweisen wird.

Bei bidirektionalen Verbindungen kann die Sende- bzw. die Empfangseinheit so ausgestaltet sein, dass sie ebenfalls empfangen bzw. senden kann. Jede Leucht-diode kann zum Beispiel auch invers betrieben werden und als Fotodiode arbeiten. Soll der Sender auch gleichzeitig Empfänger sein, so ist die Lichtquelle bzw. das opto-elektronische Element so zu wählen, dass es gleichzeitig Licht aussenden kann sowie auch Licht empfangen und in ein elektrisches Signal zurück verwandeln kann. Es ist klar, dass eine duale Nutzung eines solchen opto-elektronischen Elements nicht sehr effizient ist. Daher sind bei bidirektionalen

Verbindungen bevorzugt getrennte Elemente für Sender und Empfänger vorzusehen. Um eine bidirektionale Verbindung über ein Gelenk herstellen zu können, ist also auf jeder Seite des Gelenkes ein Sender sowie ein Empfänger vorzusehen. Hierbei können der Sender und der Empfänger auf jeder Seite des Gelenkes an denselben Lichtleiter angebunden sein.

Für eine optimale Effizienz ist die Oberfläche der Lichteinkoppelfläche LKE bzw. der Lichtauskoppelfläche LKA speziell behandelt, um möglichst viel des vom optoelektronischen Element abgestrahlten Lichtes in den Lichtleiter zu übertragen. Das gleiche gilt für das Lichtkoppelelement, wenn es bei einem Gelenk verwendet wird. Die Oberfläche ist hierbei speziell auf das opto-elektronische Element abgestimmt.

Ist das opto-elektronische Element ein Empfänger, wie zum Beispiel eine Fotodiode, so kann die Oberfläche eine andere Behandlung aufweisen, als wenn das

opto-elektronische Element ein Sender wie zum Beispiel eine LED oder eine Laserdiode ist. Die Oberfläche kann hierzu zum Beispiel speziell strukturiert werden. Als einfachste Strukturierung kann ein simples Aufrauen gesehen werden. Jedoch sind auch komplexere Strukturierungen mit bestimmten geometrischen Mustern denkbar, die das Licht schon bei der Einkopplung in den Lichtleiter in eine bestimmte Richtung ablenken. Anstatt oder zusätzlich zu der Strukturierung kann die Oberfläche noch mit einer optisch wirksamen Beschichtung versehen sein. Diese optisch wirksamen Beschichtungen kennt man von Linsen bei hochwertigen Objektiven oder auch von Brillengläsern. Die Beschichtungen können hierbei mehrla-gig sein, und als Interferenzbeschichtungen ausgeführt sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Beschichtung aus bestimmten Partikeln, wie zum Beispiel photonischen Kristallen, besteht. Natürlich kann auch eine geeignete Kombination aus den vorgenannten Möglichkeiten vorgesehen sein, um eine effiziente Lichteinkopplung in den Lichtleiter zu gewährleisten.

Wird die lichtbasierte Kommunikation zum Beispiel in einem Raum von einem Gateway oder einem Accesspoint zu einem Endgerät wie einem Industrieroboter verwendet, so ist es vorteilhaft, wenn das Licht für die Beleuchtung des Raumes und das für die lichtbasierte Kommunikation verwendete Licht verschiedene Wellenlängen aufweisen. Zum Beispiel kann für das Licht der lichtbasierten Kommuni-kation eine Wellenlänge im Infrarotbereich aufweisen, wohingegen die Raumbeleuchtung ein Wellenlängengemisch aufweist, das als weißes Licht wahrgenommen wird. Damit ist sichergestellt, dass die lichtbasierte Kommunikation weniger stark durch die Raumbeleuchtung gestört wird. Vorteilhaft ist hierbei, wenn der Empfänger speziell auf die Wellenlängen des verwendeten Bereiches abgestimmt ist, so das Licht mit anderen Wellenlängen ignoriert wird.

Lichtkommunikation im Verteilerkasten

Ein spezieller Fall der lichtbasierten Kommunikation ist die Kommunikation in einem Schaltschrank oder Verteilerkasten. Hier ist die lichtbasierte Kommunikation besonders vorteilhaft, denn in einem Schaltschrank fließen hohe Ströme und starke elektromagnetische Störfelder existieren. Besonders bevorzugt wird die lichtba- sierte Konnnnunikation hier zur Etablierung einer Netzwerkverbindung verwendet. Das verwendete Protokoll ist idealerweise ein international genormtes Protokoll für Netzwerkverbindungen. Dies kann zum Beispiel ein Protokoll gemäß dem IEEE 802.3 Standard sein. Da es international noch keinen lichtbasierten Kommunikati-onsstandard gibt, kann es von Vorteil sein, wenn die Endgeräte den Ethernet Standard gemäß IEEE 802.3 emulieren. Damit sind viele Geräte sehr einfach per Ethernet Kabel anschließbar, und die sichere Übertragung der lichtbasierten Kommunikation ist sehr einfach und komfortabel benutzbar.

Auch bei der Verwendung der lichtbasierten Kommunikation im Schaltschrank o-der Verteilerkasten stellt sich die Frage, ob für den Hinkanal und für den Rückka-nal separate Sendeempfangseinheiten verwendet werden. Wie oben schon beschrieben sollte für eine zuverlässige und schnelle Kommunikation jeder Kanal eine eigene Sendeempfangseinheit aufweisen. Natürlich ist es aus Kostengründen aber auch möglich, nur einen Lichtwellenleiter zu verwenden, und die sendebezie-hungsweise Empfangseinheit räumlich sehr eng benachbart voneinander vorzusehen, sodass eine einzige Lichtkoppelfläche verwendet werden kann. Diese Lichtkoppelfläche dient je nachdem als Lichteinkoppelfläche oder eben auch als Lichtauskoppelfläche.

Figur 21 zeigt eine erste Ausführungsform eines solchen lichtbasierten Kommuni-kationssystems für einen Verteilerkasten. Das lichtbasierte Kommunikationssystem ist auf der DIN-Schiene aufgebaut, was viele Vorteile mit sich bringt: Die DIN-Schiene ist ein lange erprobtes und mechanisch stabiles System. Bei einer lichtbasierten Kommunikation erfolgt die Datenübertragung kontaktlos. Bei der vorgeschlagenen Lösung können alle Komponenten einfach und sicher an das Netz-werk angeschlossen werden. Die Lösung erzeugt keine weiteren elektromagnetischen Störungen und ist auch nicht empfindlich gegenüber solchen Störeinflüssen.

In der ersten Ausführungsform der Fig. 21 ist jede DIN-Schiene mit einer Sendeempfangseinheit SE versehen, die über einen Lichtwellenleiter WL eine lichtba-sierte Kommunikation etablieren. Die Sendeempfangseinheiten SE wiederum sind an einen Ethernet Switch ESW oder ähnliches angeschlossen.

Eine DIN-Schienenkomponente DSK wie z.B. ein Sicherungsautomat oder ein Schütz ist mit einer Sendeempfangseinheit SE ausgerüstet und kann somit Daten vom Lichtwellenleiter WL empfangen und zum Lichtwellenleiter WL senden. Der Lichtwellenleiter WL ist hierbei so ausgestaltet, dass er das Licht der Sendeemp-fangseinheit SE der DIN-Schiene in Richtung der DIN-Schienenkomponente DSK abstrahlt. Da die DIN-Schienenkomponente im Prinzip frei auf der Schiene positionierbar ist, kann die Anordnung auch als Lineargelenk gesehen werden.

Auch hier kann die Lichtkoppelfläche des Lichtwellenleiters WL wie oben schon beschrieben strukturiert sein, mit einer Beschichtung versehen sein, oder in be-sonders aufwendigen Fällen kann eine Strukturierung sowie eine Beschichtung vorgesehen sein. Wenn der Lichtleiter entlang der DIN Schiene angeordnet ist, dann kann es von Vorteil sein, wenn der Lichtleiter in regelmäßigen Abständen Lichtkoppelflächen aufweist. Idealerweise sind die Abstände so bemessen, dass sie ebenso groß sind wie die international genormten Teilungen für Geräte auf der DIN Schiene. Somit können zum Beispiel smarte Sicherungsautomaten verwendet werden, die ihren Zustand, einen gemessenen Strom, oder andere Parameter über die lichtbasierte Kommunikation, dem Lichtleiter längs der DIN Schiene, zu einem zentralen Steuerungsgerät, welches ebenfalls auf der DIN Schiene angeordnet ist, senden. Da die Sicherungsautomaten normalerweise zu den schmals-ten Geräten auf einer DIN Schiene gehören, ist die Teilung entlang des Lichtleiters idealerweise auf die Breite der Sicherungsautomaten abgestimmt. Sollten breitere Geräte wie zum Beispiel Fehlerstromschutzschalter oder ähnliches verwendet werden, so können diese ihre Sendeempfangseinheiten immer an einer Stelle, welche dem Raster entspricht, angeordnet sein. Dabei ist es unerheblich, wenn nicht jede Lichtkoppelfläche von einer Sendeempfangseinheit verwendet wird. Das von einer Lichtkoppelfläche ausgekoppelte Licht ist zwar verloren, jedoch kann die von einem Gerät eingekoppelte Lichtstärke so bemessen sein, dass sie auf die üblichen breiten von Schaltschränken ausgelegt sind, und sämtliche Lichtkoppelflächen entlang dieser Breite versorgen können, ohne dass sie Signalstärke zu stark abnimmt.

Fig. 22 zeigt eine zweite Ausführungsform des lichtbasierten Kommunikationssystems für eine DIN-Schiene. Die zweite Ausführungsform ist ähnlich zur ersten Aus- 5

führungsform, daher werden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform erläutert. In der zweiten Ausführungsform ist die Sendeempfangseinheit SE der DIN-Schiene nicht mit einem Ethernet Port ausgestattet, sondern mit einer optischen Schnittstelle. Dies kann z.B. eine S/PDIF Schnittstelle oder eine ähnlich ausgestaltete optische Schnittstelle sein. Über diese Schnittstelle wird ein Lichtwellenleiter angeschlossen, der wiederum mit einem passiven optischen Splitter POS verbunden ist. Dieser sammelt beziehungsweise verteilt die Signale an alle angeschlossenen Lichtwellenleiter und gibt sie an einen weiteren Lichtwellenleiter ab, der zu einem optischen Terminal OLT führt, und Teil der Gebäudeinstallation ist.

Fig. 23 zeigt eine dritte Ausführungsform des lichtbasierten Kommunikationssystems für eine DIN-Schiene. Die dritte Ausführungsform ist ähnlich zur ersten Ausführungsform, daher werden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform erläutert. In der dritten Ausführungsform weist nicht jede DIN-Schiene DN eine eigene Sendeempfangseinheit SE auf, sondern jede DIN-Schiene ist über ein

Lichtkoppelelement LKE an einen quer zwischen den DIN-Schienen verlaufenden Lichtwellenleiter QWL angeschlossen, der wiederum an eine Sendeempfangseinheit SE angeschlossen ist. Die Sendeempfangseinheit SE weist wie in der ersten Ausführungsform eine Ethernet Schnittstelle auf.

Fig. 24 zeigt ein Beispiel, wie ein solches lichtbasiertes Kommunikationssystem für eine DIN-Schiene ausgestaltet sein kann. Die DIN-Schiene DN selbst ist dabei sehr einfach ausgestaltet und weist lediglich zusätzlich zu einer Standard DIN-Schiene einen Lichtwellenleiter WL auf. Die Sendeempfangseinheit SE ist als befestigbare Komponente in der Form eines einfachen Leitungsschutzschalters aus-geführt, und kann daher an jeder beliebigen Stelle der DIN-Schiene angebracht werden. Dazu weist die Sendeempfangseinheit SE eine Lichtauskoppelfläche LAF auf, über die das Licht an den Lichtwellenleiter WL abgegeben wird. Eine DIN-Schienenkomponente DSK wiederum weist eine Lichteinkoppelfläche LEF auf, über die das Licht vom Lichtwellenleiter WL an die DIN-Schienenkomponente DSK abgegeben wird. Die DIN-Schienenkomponente DSK kann weitere Schnittstellen für Sensoren oder Aktoren aufweisen. Dadurch, dass die Sendeempfangseinheit

SE als frei positionierbare Komponente ausgeführt ist wird das System sehr flexibel im Einsatz und kostengünstig in der Herstellung.

Fig. 25 zeigt eine erste und zweite Ausführungsform einer DIN-Schiene, welche für eine lichtbasierte Kommunikation ertüchtigt ist. Bei der ersten Ausführungsform ist ein Lichtwellenleiter WL entlang einer Innenseite der DIN-Schiene geführt. Bei der zweiten Ausführungsform ist an jeder Innenseite jeweils ein Lichtwellenleiter WL entlang der entsprechenden Innenseite der DIN-Schiene geführt. Die beiden Lichtwellenleiter WL haben keine direkte Verbindung miteinander, somit können zwei verschiedene Kanäle entlang der DIN Schiene etabliert werden.

Die direkte Verbindung wird in der dritten Ausführungsform einer DIN-Schiene in der Figur 26 etabliert, hier ist der Lichtwellenleiter WL so ausgestaltet, dass er auf beiden Seiten angeordnet ist, und das von der Sendeempfangseinheit SE eingekoppelte Licht auf beiden Innenseiten der DIN-Schiene DN entlang wieder zu den Komponenten auskoppelt.

Eine weitere Variante kann dabei auch Licht an bestimmten Stellen an der Unterseite der DIN-Schiene auskoppeln.

Gelmaterial für bessere Kopplung

Um eine besonders gute Kopplung zwischen Sendeempfangseinheit und der Lichtkoppelfläche zu gewährleisten, kann als Lichtkoppelelement zum Beispiel ein Gelmaterial verwendet werden, welches besonders gute optische Eigenschaften aufweist. Dadurch, dass sich dann zwischen Sendeempfangseinheit und Lichtkoppelfläche keine Luft mehr befindet, können besonders vorteilhafte optische Eigenschaften erreicht werden. Wichtig ist hierbei, dass das Gelmaterial weder austrocknet, noch besondere Alterserscheinungen zeigt. Dies ist wichtig, da die lichtbasierte Kommunikation über einen langen Zeitraum hinweg zuverlässig funktionieren muss.

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Seitenemittierende Lichtleiter

Ein besonderes Anwendungsgebiet sind seitenemittierende Lichtleiter, da sie vielfältig eingesetzt werden können. Seitenemittierende Lichtleiter können verschiedenartig aufgebaut sein.

Fig. 27 zeigt eine erste Ausführungsform eines seitenemittierenden Lichtwellenleiters SWL. Der seitenemittierende Lichtwellenleiter SWL weist eine Lichtleitfaser LSF auf, die lichtstreuende Strukturen enthält. Dies können z.B. entsprechende Nanostrukturen oder lichtstreuende Materialien, insbesondere Partikel sein, die in die Faser eingebettet sind. Die Faser selbst kann aus Glas oder aus einem lichtlei-tenden Polymer, wie z.B. PMMA sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Faserkern LSK aus Glas und hat eine Beschichtung FAB aus PMMA. Beides zusammen ergeben die lichtstreuende Faser LSF. Diese ist in einen Lichtleiter LL eingebettet. Der Lichtleiter selbst kann wiederum aus einem gut Licht leitenden Polymer wie PMMA, PVC oder Polycarbonat bestehen. Der Lichtleiter LL weist eine paraboloide Form auf. Die Außenseite des Parabols ist dabei mit einer reflektierenden Beschichtung REB versehen, so dass der Lichtleiter einem langgezogenen paraboloiden Reflektor mit dem Lichtleiter als Füllstoff entspricht. Das von der lichtstreuenden Faser abgegebene Licht wird dabei von der reflektierenden Schicht zur Lichtaustrittsfläche LAF reflektiert, über die es dann vom Lichtwellen-leiter abgegeben wird. Die gesamte Anordnung wird dann als Lichtwellenleiter WL bezeichnet. Durch die paraboloide Form wird das Licht nahezu senkrecht zur Oberfläche der Lichtaustrittsfläche LAF abgegeben.

Fig. 28 zeigt eine zweite Ausführungsform eines seitenemittierenden Lichtwellenleiters SWL. Die zweite Ausführungsform ist ähnlich zur ersten Ausführungsform, es werden daher nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform beschrieben.

In der zweiten Ausführungsform weist die Lichtleitfaser LSF keine Beschichtung FAB auf, sondern besteht nur aus dem lichtstreuenden Faserkern LSK. Als Beschichtung des lichtstreuenden Faserkerns LSK dient hierbei schon der Lichtleiter LL selbst. Dieser kann wie oben beschrieben aus einem gut lichtleitenden Polymer wie z.B. PMMA, PVC oder Polycarbonat sein.

Fig. 29 zeigt eine dritte, weiter vereinfachte Ausführungsform des seitenenn ittie-renden Lichtwellenleiters SWL. Die dritte Ausführungsform ist ähnlich zur zweiten Ausführungsform, daher werden nur die Unterschiede zur zweiten Ausführungs-form beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird ganz auf eine lichtstreuen-de Lichtleitfaser verzichtet. Der Lichtwellenleiter WL besteht damit aus dem Lichtleiter LL, der reflektierenden Beschichtung REB auf der Außenfläche des Para-bols, und einer Beschichtung LAF auf der lichtemittierenden Fläche des Parabols. Die Beschichtung der Lichtaustrittsfläche LAF kann z.B. ein fluoreszierendes Polymer sein. Der Lichtleiter LL weist lichtstreuende Strukturen wie Nanostrukturen oder lichtstreuende eingebettete Partikel auf, so dass die notwendige Lichtstreuung gegeben ist, die für einen Seitenemitter notwendig ist.

Fig. 30 zeigt zwei unterschiedliche Varianten der dritten Ausführungsform des seitenemittierenden Lichtwellenleiters SWL. Die erste Variante ist die der Figur 29, daher wird sie nicht noch einmal beschrieben. Hier ist die spezielle (polymer-) Be-Schichtung nur an der Lichtaustrittsfläche LAF angebracht. Die zweite, darunter dargestellte Variante unterscheidet sich von der linken dadurch, dass die spezielle Beschichtung nicht nur auf der Lichtaustrittsfläche LAF aufgebracht ist, sondern auf der gesamten Oberfläche des Lichtleiters LL. Im Bereich des Paraboloids ist dann auf die spezielle Polymerbeschichtung wiederum die reflektierende Be-Schichtung REB aufgebracht. Die spezielle Polymerbeschichtung kann wiederum fluoreszierend ausgeführt sein.

Leuchten mit seitenemittierenden Lichtleitern

Figur 31 zeigt das Kommunikationsmodul einer für die lichtbasierte Kommunikati-on ertüchtigten Leuchte. Die lichtbasierte Kommunikation ist hier für Teilnehmer gedacht, welche sich unter der Leuchte z.B. in Sichtlinie befinden.„Teilnehmer" können hier vom Menschen benutzte Endgeräte wie Smartphones, Laptops oder Tabletcomputer sein.„Teilnehmer" können aber auch Maschinen wie Roboter oder selbstfahrende Transportgeräte sein, die über die lichtbasierte Kommunikation mit einer Basisstation kommunizieren. Das Kommunikationsmodul besteht aus einer lichtdurchlässigen Scheibe, auf die zwei seitenemittierende Lichtleiter aufgebracht sind. Ein seitenemittierender Lichtleiter dient dem Senden, der andere seitenemittierende Lichtleiter dient dem Empfang von Daten. Die seitenemittierenden Lichtleiter sind mäanderförmig auf der lichtdurchlässigen Scheibe aufgebracht. An einen der seitenemittierenden Lichtleiter ist ein Sender S, bestehend aus einem Di-odenlaser und dem zugehörigen Treiber angebracht. An den anderen seitenemittierenden Lichtleiter ist ein Empfänger E, bestehend aus einer Photodiode mit zugehöriger Elektronik angebracht. Sender S und Empfänger E können als Sende-empfangselement SE auf einer Platine zusammengefasst sein. Der Lichtwellenleiter WL für den Empfang der Daten wird sozusagen„umgekehrt" benutzt, und leitet das eingehende Licht mittels der lichtstreuenden Strukturen zumindest zum Teil in den Lichtwellenleiter WL ein. Dort wird es dann vom Empfänger empfangen und umgesetzt. Das vom Sender S abgestrahlte Licht wird längs des seitenemittierenden Lichtleiters WL eingekoppelt, der es wiederum orthogonal zur länglichen Er-streckung wieder auskoppelt.

Fig. 32 zeigt die Komponenten einer für die lichtbasierte Kommunikation ertüchtigten Leuchte mit einem Kommunikationsmodul aus Fig. 31 . Die Leuchte besteht dabei aus einem LED Modul SLM, dem Kommunikationsmodul KMD und einer lichtdurchlässigen Abdeckscheibe LDS. Das LED Modul kann dabei ein Standard LED Modul sein. Das LED Modul kann dabei einen Treiber enthalten, der Treiber kann aber auch extern angebracht sein. Das Kommunikationsmodul KMD ist dabei in Lichtabstrahlrichtung hinter dem Kommunikationsmodul SLM angeordnet und wird von diesem mit sichtbaren Licht durchflutet. Das für die lichtbasierte Kommunikation verwendete Licht wird dabei von den seitenemittierenden Lichtleitern nur in Lichtabstrahlrichtung ausgestrahlt bzw aus dieser Richtung empfangen. Die lichtdurchlässige Scheibe dient lediglich der Abdeckung und kann aus einem Polymer wie PMMA, PVC oder Polycarbonat hergestellt sein. Glas kann ebenfalls verwendet werden, wenn nur für das Glas durchlässige Wellenlängen verwendet werden.

Weitere Ausführungsform eines Kommunikationssystems der Prioritätsanmeldung 10 2017 209 093.6

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Figur 20 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine weitere Ausfüh-rungsform eines Kommunikationssystems der P oritätsanmeldung 10 2017 209 093.6. Diese Prioritätsanmeldung handelt ebenfalls von einem lichtbasierten Kommunikationssystem, jedoch für etwas andere Anwendungsbereiche außerhalb der oben beschriebenen speziellen Ausführungsformen für Robotergelenke.

Der Prioritätsanmeldung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass für die zuverlässige Bereitstellung einer optischen Datenübertragung für ein mobiles Kommunikationsgerät eine multidirektionalen SendeAEmpfangscharakteristik erforderlich ist, die bei einer in bestimmten Anwendungsfällen unverzichtbaren hohen Datenübertra-gungsrate und lokal verteilt anzuordnenden Sende-/Empfangselementen einen aufwendigen und störsicheren elektrischen Aufbau erfordert. Gerade in Hinblick auf diesen Aspekt kann eine Verbesserung dadurch erzielt werden, dass anstelle der räumlichen Verteilung hochfrequenter elektrischer Signale zwischen räumlich getrennt angeordneten Sende-/Empfangselementen eine zentrale Bereitstellung der elektrischen hochfrequenten Analogsignale an einer einzigen Stelle, zum Beispiel einer Deckenleuchte, in Kombination mit einer geeignet ausgebildeten Lichtleiteranordnung erfolgt, was einen einfacheren und störsicheren Aufbau ermöglicht.

In einer weiteren Ausgestaltung der genannten Prioritätsanmeldung weist der Lichtleiterkörper eine stabförmige beziehungsweise leistenförmige Grundform auf, und läuft zumindest zu einem Ende des Lichtleiterkörpers 1 1 hin fächerförmig verzweigt aus. Wie in Fig. 20 gezeigt, verzweigen sich die einzelnen Enden, die somit wie einzelne Finger den Abschluss zumindest an einer Seite des Lichtleiterkörpers in Hauptlichtleitrichtung bilden. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 20 verzweigt der Lichtleitkörper 1 1 in einer dreifingerigen Ausgestaltung, wobei die Finger in ihrer Anordnung einer Vogelkralle ähneln. Bei einer Ausführung mit flexiblem Material für den Lichtleiterkörper 1 1 können derartige Finger beispielsweise um die Ecken eines Laptop-Displays gelegt und dort befestigt werden. Die einzelnen Finger sind hierbei jeweils mit zumindest einem Paar aus Linsenelement und zugehö-rigem Umlenkelement besetzt. Es versteht sich von selbst, dass an der Verzweigung eine Aufteilung der Hauptlichtleitrichtung entsprechend der Anzahl der Finger stattfindet.

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Im Falle des Laptopdisplays ist das Koppelelement 12 an der Oberseite des Displays angeordnet, und das optoelektronische Schnittstellenbauteil 13 ist an der Vorderseite des Displayrahmens angeordnet. Das optoelektronische Schnittstellenbauteil ist hier die im Laptop eingebaute Webcam mit der dazugehörigen Sta-tusled.

Stromschienensystem mit lichtbasierter Kommunikation

In den folgenden Figuren wird ein Stromschienensystem mit lichtbasierter Kommunikation vorgeschlagen.

Stromschienensysteme für die Beleuchtung sind weithin bekannt. Gängige Stromschienensysteme weisen in der Mindestkonfiguration Mittel zur Bereitstellung der erforderlichen Spannung für die an das Stromschienensystem angeschlossenen Leuchtmittel auf.

Professionellere Stromschienensysteme haben neben den Leitern für die Energie-Versorgung weitere Leitersysteme zur Ansteuerung der an das Schienensystem angeschlossenen Komponenten. Diese Komponenten können Beleuchtungskomponenten sein, aber auch andere Komponenten, die für ein energiesparendes Raummanagement notwendig sind. Da heutzutage der Trend in Richtung loT (Internet auf things) geht werden moderne Stromschienensysteme dazu ausgelegt, neben bekannten Funktionen wie der Bereitstellung von Versorgungsleistungen, dem ansteuern von Aktoren, und der Weiterleitung von Sensordaten auch fortgeschrittene Funktionen wie zum Beispiel Netzwerkfunktionen bereitzustellen.

Die Bereitstellung von Netzwerkfunktionen ist jedoch problematisch, da alle modernen Netzwerkstandards eine Sternverkabelung der Komponenten mit einem zentralen Router oder Switch notwendig machen. Dies ist für ein Stromschienensystem, bei dem an jeder beliebigen Stelle eine Komponente angebracht werden kann, nicht durchführbar. Bei einem fortgeschrittenen Stromschienensystem muss jede Komponente, die an irgendeiner Stelle der Stromschiene angebracht wird, Zugang zum Netzwerk haben. Dies erschwert die Verwendung einer klassischen 5

Ethernet-Verkabelung, bzw. schließt die Verwendung womöglich komplett aus. Weiterhin verwendet die Ethernet-Verkabelung eine relativ komplexe (und demnach auch störanfällige) Verbindungstechnik, was weitere Schwierigkeiten und auch kosten mit sich bringt.

Um dieses Problem zu umgehen, wird vorgeschlagen, eine lichtbasierte Kommunikation das Stromschienensystem zu integrieren. Figur 33 zeigt ein solches Stromschienensystem mit einer integrierten lichtbasierten Kommunikation. Eine Stromschiene 3000 weist Leuchtelemente 3005 auf, die in regelmäßigen Abständen auf der Stromschiene angebracht sind. Zwischen diesen Leuchtelementen 3005 sind weitere Elemente angebracht, die ein lichtbasiertes Kommunikationsnetzwerk für Endgeräte etablieren. Hierzu zählt ein Einspeisepunkt 3010 für die lichtbasierte Kommunikation, der einerseits Elemente für die lichtbasierte Kommunikation aufweist, und andererseits einen (Ethernet-)Anschluss zum Anschließen an ein internetbasiertes Hausnetzwerk. An anderer Stelle der Stromschiene befin-det sich ein Zugangspunkt 3020 für lichtbasierte- und für Funkkommunikation. An einer weiteren Stelle der Stromschiene befindet sich ein Zugangspunkt 3030 für rein lichtbasierte Kommunikation. Alle diese Zugangspunkte 3010,3020, und 3030 Strahlen Licht LT für die lichtbasierte Kommunikation nach unten ab. Dieses Licht unterscheidet sich dadurch von dem Licht der Leuchtelemente 3005, dass es ent-sprechend moduliert ist, um eine lichtbasierte Kommunikation zu etablieren. Weiterhin kann das für die Kommunikation verwendete Licht anderer Wellenlängen aufweisen, als dass für die Beleuchtung verwendete sichtbare Licht. Zum Beispiel kann das für die lichtbasierte Kommunikation verwendete Licht im infrarotem oder im Ultraviolettbereich liegen. Natürlich kann aber für die lichtbasierte Kommunika-tion auch vom Menschen sichtbares Licht verwendet werden. Sollen für die lichtbasierte Kommunikation mehrere Kanäle Verwendung finden, so können zum Beispiel orthogonale Kanäle im Bereich des sichtbaren Lichts verwendet werden, die die Farben Rot, Grün und Blau aufweisen. Durch die unterschiedlichen Wellenlängen dieser Lichtfarben stören sich die jeweiligen Kanäle nur sehr wenig. Mit meh-reren lichtbasierten Kanälen kann einerseits die Übertragungsrate erhöht werden, andererseits kann ein Protokoll mit zusätzlicher Redundanz verwendet werden,

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welches die Daten gleichzeitig über alle 3 Kanäle versendet, sodass bei schlechten Empfang eines Kanals trotzdem alle Daten sicher übertragen werden können.

Die von den Zugangspunkten 3010, 3020 und 3030 bereitgestellte lichtbasierte Kommunikation kann zum Beispiel von einem Endgerät 3040 verwendet werden, welches dadurch gesteuert wird und / oder Daten bereitstellt.

Figur 34 zeigt eine erste Ausführungsform des Stromschienensystems mit lichtbasierter Kommunikation. In dieser ersten Ausführungsform erfolgt die lichtbasierte Kommunikation durch die Luft unter Zuhilfenahme halbdurchlässiger Spiegel zur Auskopplung des Lichts an die Zugangspunkte. Der Netzwerkzugangspunkt 3010 ist an einer Längsseite des Strom Schienensystems angebracht, und sendet sowie empfängt die lichtbasierten Daten innerhalb und längs der Stromschiene 3000. Die Zugangspunkte 3020 und 3030 sind an bestimmten Stellen der Stromschiene angebracht. An diesen Stellen ist innerhalb der Stromschiene jeweils ein halbdurchlässiger Spiegel innerhalb des für die lichtbasierte Kommunikation verwendeten Lichtstrahls angebracht, der einen Teil dieses Lichtstrahls 90° nach außen in Richtung der Zugangspunkte ablenkt. Durch die halbdurchlässigen Spiegel wird ein Teil des für die lichtbasierte Kommunikation verwendeten Lichts in Richtung des Zugangspunktes abgelenkt, um diesen in das lichtbasierte Kommunikationsnetzwerk einzubinden. Die notwendige Versorgungsleistung der Zugangspunkte erfolgt weiterhin über leitungsbasierte Stromschienenelemente 3001 und 3002, über die auch die elektrische Versorgungsleistung für die Leuchtelemente 3005 erfolgt. Bevorzugt ist je ein elektrischer Leiter 3001 und 3002 auf je einer Seite der Stromschiene angebracht. Da die lichtbasierte Kommunikation üblicherweise als bidirektionale Kommunikation ausgebildet ist, weist der Netzwerkzugangspunkt 3010 so-wohl einen Sender als auch einen Empfänger auf. Jeder der Zugangspunkte 3020 und 3030 weisen ebenfalls je einen Sender und einen Empfänger auf, um eine bidirektionale Kommunikation zu etablieren. Das für die Kommunikation benötigte Licht wird also in beide Richtungen von den Spiegeln vom Netzwerkzugangspunkt 3010 zu den Zugangspunkten 3020 und 3030 reflektiert. Ein Teil des Lichts geht durch die Spiegel 3050 hindurch, um die ganze Länge der Stromschiene mit lichtbasierter Kommunikation versorgen zu können. Die Leistung des vom Netzwerkzugangspunktes 3010 abgestrahlten Lichtes muss demnach so dimensioniert sein, 5

dass am anderen Ende der Stromschiene auch nach vielen halbdurchlässigen Spiegeln 3050 immer noch genügend Licht am Ende der Stromschiene vorhanden ist. Die Durchlässigkeit der Spiegel 3050 muss daher so bemessen sein, dass einerseits genügend Licht in Richtung der Zugangspunkte bzw. anderer Komponen-ten abgelenkt wird, und andererseits genügend Licht durch den Spiegel 3050 hindurchtritt, um weitere Komponenten längst der Stromschiene mit lichtbasierter Kommunikation versorgen zu können.

Um die lichtbasierte Kommunikation möglichst effektiv bewerkstelligen zu können, ist es von Vorteil, wenn der Netzwerkzugangspunkt eine Lichtquelle aufweist, die gebündeltes Licht abstrahlt. Dies kann zum Beispiel ein Halbleiterlaser oder ähnliches sein. Das Medium, in dem das Licht weitergeleitet wird, ist wie oben schon beschrieben, Luft. Deswegen ist der Körper 3003, der innerhalb des Stromschienensystems für die lichtbasierte Kommunikation verwendet wird, idealerweise ein Hohlkörper wie zum Beispiel ein Rohr 3003. Innerhalb dieses Rohres 3003 kön-nen an den jeweiligen Stellen die halbdurchlässigen Spiegel 3050 angeordnet sein. Die Anordnung kann zum Beispiel einem Raster folgen, sodass in regelmäßigen Abständen halbdurchlässige Spiegel angeordnet sind. Ist die Stromschiene für dieses Raster ausgelegt, so können jeweils an den Stellen dieser Spiegel Befestigungspunkte für Stromschienenmodule angeordnet sein. Damit wird sicherge-stellt, dass jedes Modul, welches an die Stromschiene angebracht wird, immer gleichzeitig auch an das Netzwerk angeschlossen ist.

Figur 35 zeigt eine zweite Ausführungsform des Stromschienensystems mit lichtbasierter Kommunikation. Im Unterschied zur ersten Ausführungsform weist das für die lichtbasierte Kommunikation verwendete Rohr innen eine reflektierende Beschichtung 3004 auf. Dies hat den Vorteil, dass hier für den Netzwerkzugangspunkt keine Lichtquelle notwendig ist, welche gebündeltes Licht abstrahlt. Durch die innere reflektierende Beschichtung 3004 wird das Licht innen in dem Rohr 3003 reflektiert und so das gesamte Rohr mit den Lichtstrahlen gefüllt. Auch hier sind die halbdurchlässigen Spiegel wiederum in bestimmten Abständen bevorzugt im 45° Winkel innen im Rohr angebracht.

Figur 36 zeigt eine dritte Ausführungsform des Stromschienensystems mit lichtbasierter Kommunikation. In dieser Ausführungsform ist das lichtleitende Medium nicht mehr Luft, sondern ein optischer Lichtleiter 3100. Darunter ist jeglicher geeigneter Lichtleiter zu verstehen, zum Beispiel Acrylglas, Polycarbonat, oder ähnli-ches. Der Lichtleiter 3100 weist eine längliche Erstreckung auf, an deren Stirnseite der Netzwerkzugangspunkt 3010 angeordnet ist. Zwischen dem Netzwerkzugangspunkt 3010 und dem Lichtleiter 3100 ist noch ein Koppelelement 3120 angeordnet. Das Koppelelement dient dazu, das vom Netzwerkzugangspunkt abgestrahlte Licht optimal in den Lichtleiter einzuleiten, bzw. das von anderen Zu-gangspunkten 3020, 3030 abgestrahlte Licht so zu bündeln, dass es vom Netzwerkzugangspunkt 3010 optimal empfangen werden kann. Der Lichtleiter 3100 ist derart ausgestaltet, dass er in regelmäßigen Abständen eine Einschnürung mit einer lichtleitenden Fläche 31 10 aufweist, die einen Teil des im Lichtleiter strömenden Lichtes um 90° seitlich auskoppelt. Die regelmäßigen Abstände sind die-selben wie im vorherigen Beispiel, und die lichtleitenden Flächen 31 10 entsprechen den Spiegeln 3050 im vorherigen Ausführungsbeispiel. Um das von den lichtleitenden Flächen 31 10 seitwärts ausgekoppelte Licht optimal an die Zugangspunkte abzugeben, bzw. das von den Zugangspunkten abgestrahlte Licht optimal in den Lichtleiter einzukoppeln, sind auch hier Koppelelemente 3120 vor-gesehen, die sich zwischen dem Lichtleiter 3100 und den Zugangspunkten 3020 und 3030 befinden. Die Koppelelemente 3120 können dabei aus jedem geeigneten Material sein, insbesondere aus flexiblen Material, welches einen spaltlosen Übergang vom Lichtleiter zur lichtemittierenden Oberfläche des Zugangspunktes gewährleistet. Zum Beispiel können die Koppelelemente aus einem lichtleitenden optischen Gel bestehen, welches zwischen dem Lichtleiter und den Netzwerkzugangspunkten angeordnet ist. Für diese Ausführungsform mit dem Lichtleiter 3100 ist es nicht notwendig, unbedingt ein gebündeltes Licht zum Beispiel von einem Laser abzustrahlen, sodass für die Netzwerkzugangspunkte jegliche Art von Lichtquelle, insbesondere auch eine LED, geeignet ist.

Figur 37 zeigt eine vierte Ausführungsform des Stromschienensystems mit lichtbasierter Kommunikation. In dieser Ausführungsform wird eine Lichtleitfaser 3220 zu Leitung und Lichtlenkung verwendet. Die Lichtleitfaser 3220 ist innerhalb des 5

Rohres 3003 geführt, und an jedem Ende mit optischen Elementen 3210 verbunden. In dieser Ausführungsform ist das System der optischen Kommunikation für das Stromschienensystem modular ausgelegt. Das Rohr 3003 ist somit nicht durchgehend, sondern in verbindbaren Segmenten ausgestaltet. In der Figur 37 sind drei verbindbare Segmente gezeigt. In der Mitte das Segment 3200, links davon das Segment 3201 und rechts davon das Segment 3202. Die Segmente können in Längsrichtung aneinandergereiht werden. Am Ende dieser Segmente ist jeweils ein Verbindungselement 3210 angeordnet, welches das Licht sammelt, konzentriert, und in die Lichtleitfaser 3220 einkoppelt. Die Verbindungselemente 3210 jeweils nebeneinanderliegender Segmente 3200, 3201 , 3202 sind so angeordnet, dass sie sich von Segment zu Segment gegenüberliegen. Die Verbindungselemente 3210 sind derart ausgestaltet, dass ein schmaler Luftspalt zwischen den Segmenten keine Auswirkungen auf die Effizienz des Systems hat. In der Mitte eines Segmentes ist jeweils ein Auskoppelelement 3230 angeordnet, welches einen Teil des von der Lichtleitfaser 3220 in das Koppelelement 3230 eingekoppelte Licht seitwärts in Richtung eines dort angeordneten Zugangspunktes 3020 auskoppelt. Natürlich dient das Auskoppelelement auch als Einkoppelelement, da es sich hier ja um eine bidirektionale Kommunikation handelt. Die Abstände zwischen zwei Auskoppelpunkten werden hier somit von der Länge ei-nes Segmentes bestimmt. Prinzipiell ist es jedoch möglich, dass ein Segment mehrere Auskoppelpunkte aufweist. Die Lichtleitfasern 3220 bestehen hier ebenfalls aus geeignetem Material, wie zum Beispiel Glasfaser oder auch eine Kunststofffaser wie eine optisch verwendbare Polymerfaser. Auch die Verbindungselemente 3210 bestehen aus geeignetem optischem Material, insbesondere optisch gut transmissiven Kunststoff wie PMMA oder Polycarbonat. Auch die Koppelelemente 3230 bestehen aus solchem Material. Die Koppelelemente 3230 weisen eine entsprechende Form aus, die diese dazu befähigt, einen Teil des Lichtes um 90° zur Erstreckung der Segmente aus zu koppeln. Das Rohr 3003 kann hierbei mit einem geeigneten Material gefüllt sein, oder es kann auch leer/Luft gefüllt sein.

Die Verbindungselemente 3210 können an der dem Luftspalt zugewandten Seite eine entsprechende Beschichtung aufweisen, die dazu dient, den Luftspalt zwischen zwei Segmenten möglichst effizient zu überbrücken. Dies kann zum Bei-

spiel eine spezielle Beschichtung sein, oder eine bestimmte Oberflächenstruktur. Im einfachsten Fall kann die Oberfläche durch Aufrauen strukturiert sein, es ist aber auch vorstellbar dass die Oberfläche eine bestimmte vorgegebene Struktur, zum Beispiel eine facettenartige Struktur aufweist. Die Verbindungselemente selbst können zum Beispiel als optischer Konzentrator ausgeführt sein, der jegliches aufgefangene Licht sehr effizient in die Lichtleitfasern 3220 einkoppelt. Die Verbindungselemente können aber auch einfach ausgestaltet sein, wenn keine hohe Effizienz notwendig erscheint. Die Lichtleitfasern 3220 können permanent mit den Verbindungselementen 3210 verbunden sein, es kann aber auch eine Steckverbindung zwischen diesen beiden Elementen vorgesehen sein. Eine

Steckverbindung zwischen diesen Elementen hat den Vorteil, dass die Segmente schnell und einfach konfigurierbar sind. Auch die Verbindung zwischen der Lichtleitfasern 3220 und den Auskoppelelementen 3230 kann permanent ausgeführt oder aber steckbar sein. Bevorzugt sind entweder alle Verbindungen steckbar, oder alle Verbindungen sind permanent. Das Auskoppelelement 3230 kann optisch so ausgestaltet sein, dass es jegliches Licht in Richtung des Zugangspunktes auskoppelt, es kann aber auch so ausgestaltet sein, dass ein größerer Teil des Lichtes hindurch geleitet wird, und nur ein kleinerer Teil des Lichtes in Richtung des Zugangspunktes ausgekoppelt wird.

Figur 38 zeigt eine Schnittansicht eines Auskoppelelementes 3230, welches dafür ausgelegt ist, nur einen kleinen Teil des in das Auskoppelelement 3230 eingekoppelten Lichtes seitwärts in Richtung des Netzwerkzugangspunktes auszukoppeln. Dazu ist das Auskoppelelement 3230 so ausgestaltet, dass es einen signifikanten durchgehenden Abschnitt aufweist, durch den das Licht ungehindert von einer Sei-te auf die andere gelangen kann, nur ein relativ kleiner Teil des Querschnittes weist eine Lichtleitfläche 31 10 auf, welche diesen Teil des Lichtes seitwärts in Richtung des Zugangspunktes auskoppelt. Ein Großteil des eingekoppelten Lichtes gelangt somit durch das Auskoppelelement 3230 hindurch, wie der Pfeil 3310 andeutet. Ein kleinerer Teil des eingekoppelten Lichtes wird seitwärts in Richtung des Netzwerkzugangspunktes abgelenkt, wie der Pfeil 3320 andeutet. Ein solches

Auskoppelelement wird in den mittleren Segmenten der Anordnung verwendet, bei denen gewährleistet sein muss, dass Licht auf jeden Fall zu einem großen Teil 5

von einem Ende des Segmentes zum andern Ende des Segmentes gelangen kann.

Figur 39 zeigt nochmals die Funktionsweise der Verbindungselemente 3210 bei einem schmalen Spalt zwischen den Segmenten 3200 und 3201 . Die Linien 3920 zeigen die Aufweitung des Lichtstrahls, wie er aus dem Verbindungselement 3210 austreten würde. Dies gilt jedoch nur, wenn die dem nächsten Segment zugewandte Fläche 3910 eben ist. Die Ausweitung des Lichtes wie sie in den Linien 3920 dargestellt ist, geschieht nämlich nur, wenn die Lichtauskoppelfläche eben bzw. aufgeraut ist. Dadurch, dass hier nur ein sehr schmaler Luftspalt vorhanden ist, wird der Großteil des Lichtes in das gegenüberliegende Verbindungselement 3210 eingekoppelt.

Figur 40 zeigt dieselbe Anordnung, aber mit einem großen Luftspalt zwischen den Segmenten 3200 und 3201 . Hier ist gut zu sehen, dass bei gleicher Anordnung wie in Figur 39 nur ein relativ kleiner Teil des Lichtes in das nächste Segment ge-langen würde, da viel Licht durch die Aufweitung des Lichtstrahls seitlich verloren gehen würde. Um dieses Problem zu lösen, ist eine Konzentrationslinse/Sammellinse 4010 vorgesehen, die das Licht umlenkt, und parallel in Längsrichtung des Segmentes abstrahlt. Sofern nun beide Segmente in Längsrichtung ausgerichtet sind, kann ein Großteil des Lichtes von dem gegenüberliegenden Verbindungselement 3210 aufgenommen werden, und durch die auch dort angeordnete Konzentrationslinse 4010 gesammelt werden.

Je nachdem wie das Stromschienensystem ausgestaltet ist, kann demnach eine Anordnung für die Verbindung der Segmente gefunden werden, die das zur Verfügung stehende Licht für die lichtbasierte Kommunikation sehr effizient nutzt.

Figur 41 zeigt eine Verstärkerstelle für sehr lange Stromschienensysteme. Wenn

Stromschienensysteme eine sehr lange längliche Erstreckung aufweisen, kann es notwendig werden, dass für die lichtbasierte Kommunikation verwendete Licht zu verstärken, da bei einer Einkopplung von einer Seite, sowie auch bei einer Ein-kopplung von zwei Seiten unter Umständen nicht genügend Licht am anderen En-de bzw. in der Mitte ankommt. Hierfür gibt es eine Verstärkerstelle, die ähnlich aufgebaut ist wie ein Netzwerkzugangspunkt 3010. Hierfür werden spezielle

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Netzwerkzugangspunkte 301 1 verwendet, die das Licht von einer Hälfte des Stromschienensystems auffangen, umwandeln, und über eine Datenleitung 41 10 an einen zweiten Netzwerkzugangspunkt 301 1 weiterleiten, der diese Information wiederum in Licht umwandelt, und über einen weiteren Spiegel 3050 in die andere Hälfte des Stromschienensystems einkoppelt. Die Umwandlung kann hierbei zum Beispiel in ein elektrisches Signal erfolgen. Der Netzwerkzugangspunkt 301 1 kann aber ebenfalls dazu eingerichtet sein, dass Licht lediglich zu verstärken und in eine Lichtleitfaser einzuspeisen. Dieses Licht wird von einem weiteren Netzwerkzugangspunkt 301 1 wieder eingefangen, nochmals verstärkt, und dann über den Spiegel 3050 in die andere Hälfte des Stromschienensystems ein gekoppelt. Zwischen den beiden Netzwerkzugangspunkten 301 1 ist also jede beliebige Datenverbindung vorstellbar, sei sie optisch oder elektrisch.

Natürlich kann diese Anordnung auch dazu genutzt werden, mehrere Stromschienen, die sich in unterschiedliche Raumrichtungen erstrecken, miteinander zu ver-binden.

Figur 42 zeigt eine Anordnung, bei der zwei Stromschienen, welche zu einem Stromschienensystem zusammengekoppelt werden sollen, sich nicht in einer Achse befinden. Hier kann der oben beschriebene Verstärker dazu dienen, diese beiden Stromschienen zu einem Stromschienensystem zu kombinieren. Dadurch, dass zwischen den Netzwerkzugangspunkten 301 1 der jeweiligen Stromschiene eine optische oder elektrische Kabelverbindung besteht, ist es unerheblich, wie die beiden Stromschienen zueinander angeordnet sind.

Figur 43 zeigt eine Anordnung, bei der drei Stromschienen zu einem Stromschienensystem zusammengekoppelt werden. Jede dieser drei Stromschienen weist an ihrem Ende je einen Spiegel 3050 und einen Netzwerkzugangspunkt 301 1 auf, der als Verstärker agiert. Alle drei Netzwerkzugangspunkte 301 1 sind über eine Kabelverbindung elektrisch oder optisch mit einem Switch 4310 verbunden, der die Signale von jedem Netzwerkzugangspunkt 301 1 zu jedem anderen Netzwerkzugangspunkt 301 1 der anderen Stromschienen weiterleitet. Dadurch kann jegliche Information, die von einer Stromschiene kommt, zu den beiden anderen Stromschienen gelangen. Jede dieser Stromschienen kann dabei als ein Segment be-

trachtet werden. Demnach ist eine dieser drei Stromschienen das Segment 3200, eine weitere ist das Segment 3201 , und die dritte ist das Segment 3202. Alle diese drei Segmente zusammen bilden das Stromschienensystem 3000. Diese Ausführungsform ist die einzige, die ebenfalls wie der Ethernetstandard eine sternförmige Verkabelung aufweist. Vorzugsweise dient der Switch 4310 gleichzeitig als übergeordneter Netzwerkzugangspunkt für das Stromschienensystem.

Die vorangehende Offenbarung wurde zur Veranschaulichung des zugrundeliegenden Gedankens anhand einiger Ausführungsbeispiele beschrieben. Die Aus-führungsbeispiele sind dabei nicht auf bestimmte Merkmalskombinationen beschränkt. Auch wenn einige Merkmale und Ausgestaltungen nur im Zusammenhang mit einem besonderen Ausführungsbeispiel oder einzelnen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden, können sie jeweils mit anderen Merkmalen aus anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden. Es ist ebenso denkbar, in Aus-führungsbeispielen einzelne dargestellte Merkmale oder besondere Ausgestaltungen wegzulassen oder hinzuzufügen, soweit die allgemeine technische Lehre realisiert bleibt.

BEZUGSZEICHENLISTSE

O Orthogonalgelenk

L Lineargelenk

R Rotationsgelenk

T Drehgelenk

V Revolvergelenk

LE Eingangsglied

LA Ausgangsglied

LKE Lichtkoppelelement

S Sender

E Empfänger

SE Sendeempfangselement

LSK lichtstreuender Kern

FAB Kernbeschichtung

LSF lichtstreuende Faser

REB reflektierende Beschichtung

LL Lichtleiter

WL Lichtwellenleiter

SWL seitenemittierende Lichtwellenleiter

QWL querverlaufender Lichtwellenleiter

KMD Kommunikationsmodul

LDS lichtdurchlässige Scheibe

SLM LED Modul

LAF Lichtauskoppelfläche

LEF Lichteinkoppelfläche

BR Bewegungsrichtung

LED Opto-elektronisches Element

LT Licht

POS optischer Splitter

OLT optisches Terminal

ESW Ethernet Switch

DN Din-Schiene

SE Sendeempfangseinheit

QWL Querverlaufender Lichtwellenleiter

DSK DIN-Schienenkomponente

3000 Stromschiene

3005 Leuchtelemente

3010 Einspeisepunkt mit Ethernetanschluss

3020 Zugangspunkt mit Lichtbasierter- und Funkkommunikation

3030 Zugangspunkt mit Lichtbasierter Kommunikation

3040 Endgerät

3001 elektrisches Stromschienenelement

3002 elektrisches Stromschienenelement

3050 Spiegel

3003 Hohlkörper, z.B. Rohr

3004 reflektierende Beschichtung

3100 optischer Lichtleiter

3120 Koppelelement

31 10 lichtleitende Fläche

3200 Segment

3201 Segment

3202 Segment

3210 Verbindungselement

3220 Lichtleitfaser

3230 Auskoppelelement

3310 durchgehendes Licht

3320 ausgekoppeltes Licht

3910 Lichtein- beziehungsweise auskoppelfläche des Verbindungselennentes

3920 schematisierter Lichtkegel

4010 Sammellinse

41 10 Datenleitung

4310 Switch