DE3033443C2 - Verbindungsstück für Lichtleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verbindungsstück nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei diesem, aus der DE-AS 27 41 367 bekannten Verbindungsstück werden die Lichtleiterenden, möglichst genau zentriert, in zylindrisch ausgebildeten, starren Hülsen befestigt, wobei der Außendurchmesser der Hülsen möglichst genau hergestellt und konzentrisch zum Lichtleiter angepaßt ist. Diese Hülsen bilden die Endbereiche, an ihnen liegt im Kupplungsfall jeweils ein Satz Kugeln an. Die die beiden Sätze Kugeln nach außen abstützende Muffe ist rohrförmig und radial federnd ausgeführt, sie hat im beschriebenen Ausführungsbeispiei einen Längsschlitz.

Nachteilig ist der hohe Aufwand für das Anbringen der starren Hülsen, die hierfür benötigen, zusätzlichen Teile und die präzise Zentrierung von stets nur einer Hülse durch den Satz Kugeln, der den größeren Außendurchmesser aufweist, während die andere Hülse, deren Kugeln einen geringeren Außendurchmesser bilden, in der elastisch ausgebildeten Muffe ein gewisses Spiel

zeigt.

Weiterhin ist aus der DE-OS 28 12 284 ein Verbindungsstück bekannt, bei dem die Zentrierung nicht durch eine Muffe, sondern durch die Anlage von Kugeln aneinander erfolgt Dabei positionieren sich die Kugelsätze gegenseitig und untereinander auf gleichmäßige Beabstandung und axiale Ausrichtung.

Bei dem Verbindungsstück nach der DE-OS 28 12 284 sind die Kugdn exakt und ohne elastische Mittel in eine sie aufnehmende Lagerbohrung spiel- und drehfrü eingepaßt

Ausgehend von dem Verbindungsstück der eingangs genannten Art ist ?s Aufgabe der Erfindung, die Nachteile dieses bekannten Verbindungsstücks zu vermeiden i'nd ein Verbindungsstück für Lichtleiter zu schaffen, diz eine gute gegenseitige Ausrichtung der einzelnen Fasern ermöglicht ohne daß zu enge Herstellungstoleranzen notwendigerweise eingehalten werden müssen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verbindungsstück mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteüs des Patentanspruchs 1.

Aufgrund des Drucks auf den nachgiebigen Mantel ist es erfindungsgemäß möglich, nicht nur die Toleranzen des Verbindungsstücks selbst, also insbesondere hinsichtlich des Durchmessers der Muffe oder des Durchmessers der Kugeln, sondern auch die Herstellungstoleranzen im Bereich des Durchmessers des Lichtleiters oder des Durchmesseis des nachgiebigen Mantels in vernünftigen Bereichen zu halten. Man kann also zu enge Herstellungstoleranzen auf diese Weise vermeiden.

Weiterhin sind die Herstellung und praktische Anwendung des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks insbesondere dadurch sehr einfach, daß bei dem Einführen eines faserförmigen Lichtleiters die Kugeln sich auseinander bewegen können, wobei sie einen größeren Durchmesser als die Muffe ihn hat freigeben und daß sich diese Kugeln drehen können.
Weiterhin kann die optische Fläche am Ende des Lichtleiters mit einer sehr großen Präzision im Verbindungsstück lokalisiert werden, weil sich während des Einführens des Lichtleiters die Kugeln nach außen bewegen lassen. Dadurch lassen sich nicht nur die Übertragungsverluste im Bereich der Kupplung, die aufgrund einer Achsabweichung der zu verbindenden Lichtleiter auftreten, sondern auch Abweichungen zwischen den optischen Flächen an den Endbereichen der beiden, verbundenen Lichtleiter verringern.
Schließlich tritt beim Einsetzen der Zwinge in die Muffe lediglich eine Reibung der Kugeln an dieser Muffe auf, wodurch nur eine geringe Abnutzung der Kugeln oder der Muffe hervorgerufen wird. Dadurch wird vermieden, daß metallische Teilchen die optischen Rächen der miteinander verbundenen Lichtleiter verschmutzen können. Das erfindungsgemäße Verbindungsstück ermöglicht demzufolge eine sehr große Anzahl von Kupplungs- und Trennvorgängen, die beim Kuppeln und Trennen nur sehr geringe Kraftäußerungen und Beanspruchungen benötigen.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der nachgiebige Mantel die optische Ummantelung des Lichtleiters.

Dies kann beispielsweise ein Lichtleiter bekannten Typs mit einer Seele aus Quarz oder Glas sein, die von einer optischen Ummantelung aus Silikon umgeben ist. In diesem Fall wird die Zentrierung durch lokales Zusammendrücken der optischen Ummantelung aus Silikon zwischen den Kugeln jedes der Sätze Kugeln er-

reicht

In einer anderen Ausführung kann der Mantel ein Stülpmantel sein, der über den Lichtleiter gezogen ist Diese Ausführung kommt in denjenigen Anwendungsfällen zum Tragen, bei denen der Lichtleiter keinen nachgiebigen optischen Mantel aufweist oder in Anwendungsfällen, bei denen die Seele des Lichtleiters frei ist, beispielsweise ein Mantel bereits entfernt wurde.

In bevorzugter Ausführung der Erfindung ist jeder Satz Kugeln von einer einen Käfig bildenden Zwinge gehalten. Diese kann in die Muffe hineingedrückt werden. Zur axialen Festlegung der optischen Zwinge bezüglich der Muffe sind Befestigungsmittel vorgesehen.

Um die Kugeln vor rism Einfügen der optischen Zwinge in die Muffe in dieser Muffe zu halten, kann ein randseitiger Ringbund vorgesehen werden.

Dieser randseitige, dem Halt der Kugeln dienende Ringbund ist vorzugsweise an einem axial auf der Außenfläche der Zwinge verschiebbaren Ring angeordnet, der aus seinem Eingriffsbereich an der Zwinge, in der die Kugeln gehalten sind, entfernt werden kann und sich in dieser Eingriffsstellung, in der er die Kugeln festlegt, arretieren läßt

In einer anderen Ausführung ist der dem Halt der Kugeln dienende Ringbund durch Einfassen eines der Endbereiche der Zwinge gebildet

Das erfindungsgemäße Verbindungsstück eignet sich auch zum Ankoppeln von Lichtleitern an einen Lichtemitter oder an einen Lichtempfänger, ggf. kann ein Satz Kugeln dabei entfallen.

Weitere Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks werden aus der nun folgenden Zeichnungsbeschreibung deutlich, in der mehrere Ausführungsbeispiele, die nicht einengend zu verstehen sind, erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks, die teilweise als Axialschnitt ausgeführt ist,

F i g. 2 einen Teilausschnitt eines Schnittbildes nach der Schnittlinie U-II in Fig. 3 für ein anderes Ausführungsbeispiel,

Fig.3 einen Querschnitt entlang der Schnittlinie HIHI in F ig. 2,

F i g. 4 einen Teil des in F i g. 2 gezeigten Schnittbildes bei vergrößertem Maßstab,

Fig. 5 ein Axialr,chnittbild entsprechend Fig. 2 für ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks,

F i g. 6 eine Darstellung entsprechend F i g. 4, aus der die Einstellung des Freiriums zwischen den Kugeln ersichtlich ist und

Fig. 7 ein Teilausschnitt des in Fig.5 gezeigten Schnittbildes bei vergrößertem Maßstab, aus dem ebenfalls die Einstellung der Kugeln ersichtlich ist.

In Fig. 1 ist ein Verbindungsstück gezeigt, das eine erfindungsgemäße Kupplung zwischen den optischen Fasern zweier einzelner Lichtleiter 2 ermöglicht.

Jeder Lichtleiter 2 ist in bekannter Art aufgebaut aus einer äußeren Schutzhülle und einem in dieser Schutzhülle angeordneten Lichtleiter, der selbst wiederum sich zusammensetzt aus einer Seele 3, die beispielsweise aus Glas oder Quarz gefertigt ist und einem, diese Seele 3 umgebenden optischen Mantel 4, der beispielsweise aus Silikon hergestellt sein kann. Jeder einzelne Lichtleiter 2 ist in einem Gehäuse 5 des Verbindungsstücks 1 in einer an sich bekannten Weise festgelegt, beispielsweise durch Einspannen oder Festklemmen.

Das Verbindungsstück 1 hat als wesentlichen Bestandteil eine formsteife Muffe 6, in deren Innerem zwei Sätze von Kugeln 7 angeordnet sind. Jeder dieser Sätze Kugeln 7 wird von einer Zwinge 8 gehalten, die in das Innere der Muffe 6 eingreift Die Zwingen 8 werden S ihrerseits in axialer Richtung in der Muffe 6 mittels Muttern 9 festgelegt Diese Muttern 9 haben ein Innengewinde und lassen sich auf ein an der Außenseite der Muffe 6 vorgesehenes Außengewinde aufschrauben. Dabei wird eine Schulter 10 der Zwinge 8 gegen einen

ίο entsprechenden, schulterähnlichen Vorsprung an der Muffe 6 gedrückt wodurch die axiale Position des cndbereichs des Lichtleiters mit großer Genauigkeit festgelegt wird. Daraus folgt, daß der Axialabstand zwischen den Endbereichen der beiden optischen Lichtleiter 2 ebenfalls mit großer Präzision eingestellt und bestimmt werden kann.

In anderen Ausführungsformen können die Zwingen gegeneinander in Anschlag gebracht werden.
Wie deutlicher aus den F i g. 2 und 3 hervorgeht, die ein gegenüber dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel leicht abgewandeltes Ausführt vgsbeispiel zeigen, umgibt jeder Satz Kugeln einen Zentrall: ereich 11, und zwar dergestalt, daß dann, wenn die Kugeln an der inneren Oberfläche der Muffe 6 anliegen, der Endbereich des Lichtleiters in dem freien Raum zwischen den Kugeln 7 f stliegt Diese üben einen Druck auf den optischen, nachgiebigen Mantel 4 des Lichtleiters 2 aus.

Die Zwinge 8 hat im wesentlichen Zylinderform. Ein Endbereich der Zwinge 8 ist von Löchern 15 durchsetzt, die einen etwas größeren Durchmesser als die Kugeln 7 aufweisen. Dadurch wird ein Käfig 16 gebildet, der eine radiale Verschiebung der Kugeln 7 zuläßt.

Weiterhin ist ein Ring 17 vorgesehen, der über die Zwinge 8 verschoben werden kann. In der in F i g. 2 dargestellten Position läßt sich feststellen, daß dieser Ring 17 einen Ringbund i8 bildet, der teilweise die Löcher 15 übergreift und der demzufolge verhindert, daß die Kugeln 7 aus dem Käfig 16 herausfallen.
Wird jedoch der Ring 17 im Gegensatz zur gezeigten Darstellung in F i g. 2 nach links verschoben, so sind die Löcher 15 nach oben frei, so daß die Kugeln 7 in ihren Kai ig 16 eingesetzt werden können.

Um zu verhindern, daß die Kugeln 7 bei der Montage des Lichtleiters 2 im Verbindungsstück 1 herausfallen oder verloren gehen, ist der Ring 17 während der Herstellung des Verbindungsstücks 1 mittels beispielsweise eines Klebstoffs oder eines Harzes an der Zwinge 8

• festgelegt. Dieser Arbeitsvorgang, der in F i g. 6 dargestellt ist, wird mittels einer zylindrischen Leere 19 durchgeführt. Ihr Durchmesser ist so gewählt, daß sie in der in Fig.6 gezeigten Stellung die Kugeln 7 so weit nach außen drückt, daß der Zentralbereich 11 etwas größer ist als der für den optischen Lichtleiter 2 benötigte Zenirilbc.e'ch 11. Wenn die Kugeln 7 in den entsprechenden Löchern 15 angeordnet sind, wird die Leere 19 zwischen die Kugeln '/ eingeführt und der Ring 17 soweit verschoben, daß er in Anlage an die Kugeln 7 kommt. Daraufhin wird eier Ring 17 an die Zwinge 8 in einem Bereich 20 festgeklebt. Der Ringbund 18 verhindert es dadurch, daß die Kugeln 7 aus ihrem Käfig 16 nach außen herausfallen, Während die Zwinge 8 in die Muffe 6 eingesetzt wird, bleiben die Kugeln in AnUgc an der inneren Oberfläche dieser Muffe 6 und nicht mehr am Ringbund 18, wodurch eine Zentrierung des Lichtleiters 2 ermöglicht wird.

Bei diesem Einsetzen verschieben sich die Kugeln 7 radial nach innen hin und sichern ein automatisches Zentrieren des Lichtleiters 2 im Zentralbereich 11.

OU

In F i g. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungsstücks I gezeigt, daß für einen Lichtleiter 21 verwendet werden kann, der keinen optischen, nachgiebigen Mantel 4 aufweist.

In diesem Fall wird ein interner, elastischer Stülpmantel 22 vorgesehen, der den nachgiebigen Mantel 4 gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen ersetzt. Der Stülpmantel 22 hat eine Schulter 23, die ein Positionieren in Axialrichtung bezüglich der Zwinge 8 zuläßt.

In Fig. 5 ist weiterhin eine unterschiedliche Ausführung des radialen Halts der Kugeln 7 gezeigt. Dabei können die Kugeln 7 den Käfig 16 deshalb nicht verlassen, weil im randseitigen Außenbereich ein Kragen 25 in einem geschlossenen Ringrand am Endbereich der Zwinge 8 gebildet ist.

In F i g. 7 ist die Einstellung des in F i g. 5 gezeigten Verbindungsstücks 1 wiedergegeben. Wie zuvor wird eine Leere 19 in Form einer zylindrischen Stange benutzt. Die Kugeln 7 sind in die Löcher 15 eingesetzt, die Leere 19 befindet sich an ihrem Platz zwischen den Kugeln 7. Die Kugeln 7 werden daraufhin eingefaßt, indem der Kragen 25 im Außenbereich des Randes ausgebildet wird. Anschließend kann die Leere 19 wieder entfernt werden.

Wohlverstanden kann dieses Einfassen der Kugeln 7 auch bei einem Verbindungsstück 1 Verwendung finden, das für Lichtleiter 2 mit nachgiebigem, optischen Mantel 4 vorgesehen ist. Ebenso kann ein Ring 17 in einem Verbindungsstück 1 verwendet werden, das für Lichtleiter 21 mit starrem optischen Mantel ausgelegt ist.

In F i g. 3 iss ein Satz Kugeln 7 dargestellt, der sich aus 3 Kugeln 7 zusammensetzt. Dies stellt die geringste Anzahl von Kugeln 7 dar, die in einem Satz enthalten sein müssen. Dies schließt jedoch nicht aus, daß auch eine größere Anzahl von Kugeln Verwendung finden kann. Insbesondere sind gute Resultate erzielt worden mit Sätzen, die 4 Kugeln 7 enthalten.

Bei höherer Kugelzahl pro Satz ist nachteilig, daß die Kugeln nach innen herausfallen können. Vorzugsweise sind die Kugeln 7 nur etwas kleiner als der Zentralbereich 11, so daß sie nicht von selbst nach innen herausfallen können.

Die Versuche mit dem erfindungsgemäßen Verbindungsstück 1 wurden durchgeführt mit einem Lichtleiter 2, 21, dessen Seilendurchmesser bei 400 ± 32 Mikrometer lag. Der Außendurchmesser des nachgiebigen, optischen Mantels 4 lag bei 550 ± 44 Mikrometer.

Mit einem Innendurchmesser der Muffe 6 von 3,64 mm ± 40 Mikrometer und einem Durchmesser jeder Kugel 7 von 1 Tim ± 4 Mikrometer wurde ein Ausrichtungsfehler der Achsen der Lichtleiter 2,21 erreicht, der niemals größer als 15 Mikrometer war. Diese Abweichung bewirkt einen Verlust von 0,45 db.

Zusammenfassend läßt sich also feststellen, daß das erfindungsgemäße Verbindungsstück 1 eine ausgezeichnete Ausrichtung der beiden optischen Lichtleiter 2, 21 ermöglicht Dadurch fallen nur geringe Übertragungsverluste an, ohne daß sehr enge Herstellungstoleranzen beachtet werden müssen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verbindungsstück zum Verbinden zweier, jeweils einen Lichtleiter aufweisenden Endbereiche, mit einer Muffe und mit zwei Sätzen im Inneren dieser Muffe angeordneten Kugel, wobei die Sätze sich in axialem Abstand voneinander befinden, jeder Satz einen Zentralbereich umgibt und auf Grund der Abmessungen eine Zentrierung eines einen Lichtleiter aufweisenden Endbereichs mittels eines radialen Drucks ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelmittelpunkte für jeden einzelnen Satz Kugeln (7) in derselben, rechtwinklig zur Achse der Muffe (6) befindlichen Ebene angeordnet sind, daß der Mantel (4 bzw. 22) des Lichtleiters nachgiebig ist, daß jeder Satz Kugeln (7) jeweils einen radialen Druck auf den nachgiebigen Mantel (4 bzw. 22) ausübt und daß die Muffe (6) formsteif ist

2. Verbindungsstück nach Anspruch 1, daduvch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Mantel (4) die optische Urnsr.antclungdes Licht!ei?.ers(2) ist.

3. Verbindungsstück nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nachgiebige Mantel den Lichtleiter (2,21) als Stülpmantel (22) umgreift

4. Verbindungsstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Satz Kugeln (7) von einer einen Käfig (16) bildenden Zwinge (8) gehalten ist, die in die Muffe (6) einsetzbar ist und daß Befestigungsmittel (Mutter 9) zur axialen Festlegung der Zwinge (8) bezüglich der Muffe (6) vorgesehen sind.

5. Verbindungsstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwinge (8) einen randseitigen, dem Halt der Kugein (") dienenden Ringbund (18,25) aufweist

6. Verbindungsstück nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringbund (18) an einem axial auf der Außenfläche der Zwinge (89) verschiebbaren Ring (17) angeordnet ist, der aus seinem Eingriffsbereich an der Zwinge (8), in der die Kugel (7) gehalten sind, entfernbar ist und sich in dieser Eingriffstellung, in der er die Kugel (7) festlegt, arretieren läßt.