CH694976A5 - Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Lichtleiters. - Google Patents

Description

  



   Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung  eines faseroptischen Lichtleiters gemäss dem Oberbegriff des ersten  Patentanspruchs. 



   Faseroptische Lichtleiter der vorgenannten Art werden beispielsweise  in der Medizintechnik im Zusammenhang mit Endoskopen verwendet. Allgemein  finden derartige Lichtleiter in der Regel dann Verwendung, wenn hohe  Lichtintensitäten weitergeleitet werden müssen, wobei insbesondere  kleine Eintrittsflächen mit hohen Energien beaufschlagt werden. Dabei  wird der kollabierte Abschnitt des Bündels der lichtleitenden Fasern  in der Regel in eine Metallhülse eingebracht, die als Fassung des  Bündels dient. 



   Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist aus der DE 19 703 515  C1 bekannt. Bei dieser Patentschrift wird als Zwischenschicht ein  Glasseidenflechtschlauch verwendet, wobei als vorteilhaft herausgestellt  wird, dass aufgrund dieses Glasseidenflechtschlauches eine Ablösung  der Glashülse nach dem Kollabieren von dem kollabierten Abschnitt  des Bündels der Lichtleitfasern ermöglicht wird. Durch das Entfernen  der Zwischenschicht vor dem Einbringen des kollabierten Abschnitts  des Bündels in die beispielsweise als Metallhülse ausgeführte Fassung  wird die zur Lichtleitung verwendbare Querschnittsfläche des Lichtleiters  aufgrund des Wegfalls der Glashülse erhöht.

   Als nachteilig bei dem  Verfahren gemäss der vorgenannten Patentschrift erweist sich die  Tatsache, dass der Glasseidenflechtschlauch relativ grob strukturiert  ist, so dass nach dem Entfernen der Glashülse zusammen oder ohne  den Glasseidenflechtschlauch eine relativ grobe Aussenstruktur des  kollabierten Abschnitts des Bündels der Lichtleitfasern zurückbleibt.  Insbesondere wenn bei relativ hohen Temperaturen auch der Glasseidenflechtschlauch  verglast ist, ist es notwendig, nach dem Entfernen der Glashülse  diesen Glasseidenflechtschlauch beispielsweise durch Abschleifen  zu beseitigen. Es muss also eventuell ein zusätzlicher Arbeitsschritt  erfolgen, um die Zwischenschicht nach dem Kollabieren zu entfernen.                                                            



     Weiterhin erweist sich die durch Abdruck des Glasseidenflechtschlauches  letztlich verbleibende grobe Aussenstruktur des kollabierten Abschnitts  des Bündels der lichtleitenden Fasern dahingehend als Nachteil, dass  bei dem Verkleben des kollabierten Abschnitts in der als Fassung  dienenden Metallhülse relativ viel Kleber in die groben Aussenstrukturen  des kollabierten Abschnittes eingebracht wird. Eine grosse Menge  Kleber oder ähnlicher Kittstoff bei der Befestigung des kollabierten  Abschnitts des Bündels in der Metallhülse erweist sich als Nachteil,  da während des Betriebs des Lichtleiters durchaus relativ hohe Temperaturen  auftreten können, die zu einem Ausgasen von Klebstoffen führen können,  so dass der Sitz des Bündels der Lichtleitfasern in der Metallhülse  nicht gewährleistet ist. 



   Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Problem ist die  Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, mit dem mit  geringem Aufwand ein Lichtleiter hergestellt werden kann, bei dem  ein sichererer Halt des Bündels der lichtleitenden Fasern in einer  zugehörigen Fassung ermöglicht wird. 



   Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass als Zwischenschicht  eine Schicht eines pulverförmigen oder pastenartigen Trennmittels  eingebracht wird, dessen Schmelzpunkt über der Erweichungstemperatur  der Fasern und der der Glashülse liegt. Durch eine derartige Zwischenschicht  mit einer sehr feinkörnigen beziehungsweise pulverförmigen oder gar  pastenartigen Konsistenz wird erreicht, dass nach dem Entfernen der  Glashülse eine sehr gleichmässige und glatte, insbesondere zylindrische  Struktur des kollabierten Abschnitts des Bündels der lichtleitenden  Fasern zurückbleibt.

   Insbesondere aufgrund der Tatsache, dass der  Schmelzpunkt des Trennmittels über der Erweichungstemperatur der  Fasern und der der Glashülse liegt, geht das Trennmittel während  des Kollabiervorgangs keine chemische Verbindung mit der Glashülse  oder den Fasern ein, so dass das Entfernen der    Glashülse von dem  kollabierten Abschnitts des Bündels der Fasern wesentlich erleichtert  wird. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung  handelt es sich bei dem Trennmittel um anorganische Materialien,  insbesondere um Graphit, AI 2 O 3  oder MgF 2 . Die vorgenannten  Materialien sind pastenförmig oder pulverförmig verfügbar und haben  einen ausgesprochen hohen Schmelzpunkt, so dass aus den vorgenannten  Gründen bei der Verwendung dieser Materialien ein leichtes Entfernen  der Glashülse möglich ist, wobei die nach dem Entfernen der Glashülle  verbleibende Oberfläche des kollabierten Abschnitts des Bündels der  Fasern sehr glatt und gleichmässig ist. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung  wird vor dem Einbringen der Zwischenschicht die Innenseite der Glashülse  zumindest abschnittsweise aufgeraut. Durch das Aufrauen der Innenseite  der Glashülse wird die Einbringung beziehungsweise das Anhaften des  Trennmittels an diesen aufgerauten Abschnitten der Glashülle erleichtert.  Vorzugsweise kann die Aufrauung mechanisch, beispielsweise mittels  eines Diamantfräsers, durch den Einsatz von Diamantenschleifpaste,  oder aber auch durch chemisches Ätzen erzielt werden. 



   Vorteilhafterweise beträgt die Erweichungstemperatur der Fasern etwa  460 DEG C. Vorzugsweise beträgt die Erweichungstemperatur der Glashülse  mindestens 490 DEG C, vorzugsweise jedoch mindestens 525 DEG C, insbesondere  530 DEG C. Derartige Glashülsen können beispielsweise aus Duran oder  Schottgläsern vom Typ 8250, AR/850 oder 8350 bestehen. Durch die  Tatsache, dass die Erweichungstemperaturen der Glashülse oberhalb  der Erweichungstemperaturen der Fasern angesiedelt sind, wird das  Entfernen der Glashülse von dem kollabierten Abschnitt der Fasern  weiter erleichtert. 



   Vorteilhafterweise ist die Temperatur, bei der die Fasern kollabiert  werden, grösser als die Erweichungstemperatur der    Glashülse, so  dass die Glashülse zusammen mit den Fasern kollabiert wird. 



   Erfindungsgemäss kann vorgesehen sein, dass die Temperatur, bei der  die Glashülse und die Fasern kollabiert werden, zwischen 700 DEG  C und 760 DEG C beträgt. Die Glashülse mit den darin aufgenommenen  Fasern können für etwa 4 Minuten in einem Bereich verweilen, der  die Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Fasern aufweist.  Eine derartige Temperatur und eine derartige Verweildauer haben sich  dahingehend als vorteilhaft erwiesen, dass zwar der in einer Heizzone  eingebrachte Abschnitt des Bündels der lichtleitenden Fasern um das  gewünschte Mass kollabiert, gleichzeitig aber die Glashülse noch  nicht derartig kollabiert ist, beziehungsweise teilweise durch das  Trennmittel hindurch geflossen ist, dass nach dem Abkühlen trotzdem  noch ein einfaches Entfernen der Glashülse möglich ist. 



   Gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung  werden nach dem Einbringen der Fasern in die Glashülse die über ein  mit der Schicht des Trennmittels versehenes Ende der Glashülse hinausstehenden  Faserenden der Fasern derart angeschmolzen beziehungsweise abgeschmolzen,  dass sie eine die Glashülse an diesem Ende abdichtende Kappe bilden.  Durch diese Kappe wird ermöglicht, dass die Glashülse während der  Aufheizung auf die zur Kollabierung geeignete Temperatur mit Unterdruck,  insbesondere mit Unterdruck von etwa 0,3 bar beaufschlagt werden  kann. Ein derartiger Unterdruck hat sich bei den vorgenannten Kollabiertemperaturen  beziehungsweise Verweilzeiten des zu kollabierenden Abschnitts in  der Heizzone als besonders praktikabel erwiesen.

   Die zur Abdichtung  -erforderliche Kappe, die durch das Einschmelzen überstehender Glasfasern  erzeugt wird, kann auch mit einer konisch verlaufenden, abschliessenden  Glasplatte erreicht werden, die dann bei Erhitzung einschmelzen wird.                                                          



     Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden  deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele  unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen      Fig. 1 schematisch die Aufrauung der Innenseite einer für das  erfindungsgemässe Verfahren verwendeten Glashülse;     Fig. 2 schematisch  die Beschichtung der Innenseite der für das erfindungsgemässe Verfahren  verwendeten Glashülse;     Fig. 3 schematisch die Einbringung eines  Bündels     lichtleitender Fasern in die Glashülse gemäss Fig.

    2;     Fig. 4 schematisch die Anschmelzung überstehender Glasfasern  an einem Ende der Glashülse gemäss Fig. 3;     Fig. 5 eine schematische  Schnittansicht der Glashülse gemäss Fig. 4 in einem entsprechenden  Ofen mit angeschlossenem Vakuumschlauch;     Fig. 6 die Glashülse  gemäss Fig. 4 mit dem darin aufgenommenen Bündel lichtleitender Fasern  nach dem Tempervorgang gemäss Fig. 5.  



   Für das in den vorgenannten Figuren gebildete Ausführungsbeispiel  eines erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Glashülse 1 mechanisch  vermittels eines Diamantfräsers 2 aufgeraut. Die Glashülse 1 ist  rohrförmig ausgebildet und kann beispielsweise aus Duran, welches  eine Erweichungstemperatur bzw. einen Teigpunkt von etwa 530 DEG  C aufweist, sowie aus den Schottgläsern Typ 8250 mit einer Erweichungstemperatur  von 490 DEG C, Typ AR/850 mit einer Erweichungstemperatur von 525  DEG C sowie Typ 8350 mit einer Erweichungstemperatur von 525 DEG  C bestehen. Wie aus Fig. 1    ersichtlich ist, wird die Innenseite  der Glashülse 1 in einem Bereich 3 aufgeraut, der sich von einem  Ende der als Rohr ausgebildeten Glashülse 1 zylindermantelförmig  ein Stück weit, beispielsweise einige Zentimeter weit in Längsrichtung  der Glashülse 1 erstreckt. 



   Anstelle einer mechanischen Aufrauung mittels eines Diamantfräsers  2 oder dergleichen kann auch ein lokales Aufrauen mittels Glasätzen  vorgenommen werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Aufrauen  durch den Einsatz von Diamantschleifpaste zu erzielen. 



   In Fig. 2 ist schematisch verdeutlicht, dass in dem gemäss Fig. 1  aufgerauten Bereich 3 der Glashülse 1 eine Schicht 4 eines pulverförmigen  oder pastenartigen Trennmittels aufgebracht wird. Als Trennmittel  eignen sich beispielsweise Graphit, AI 2 O 3  oder MgF 2 . Diese  beispielhaft angegebenen Trennmittel zeichnen sich insbesondere dadurch  aus, dass sie einen Schmelzpunkt aufweisen, der wesentlich höher  liegt als der Teigpunkt des für die Glashülse 1 verwendeten Glases  beziehungsweise als des für die im nachfolgenden noch näher zu beschreibenden  lichtleitenden Fasern verwendeten Glases. Weiterhin zeichnen sich  die beispielhaft angeführten Trennmittel durch pulverartige oder  pastenartige Konsistenz aus.

   Zusätzlich gehen die vorgenannten Trennmittel  auch bei Temperaturen oberhalb der Erweichungspunkte des Glases der  Glashülse 1 beziehungsweise der lichtleitenden Fasern keine chemische  Bindung mit diesen Gläsern ein. 



   In die derart präparierte Glashülse 1 wird, wie in Fig. 3 schematisch  dargestellt, ein Bündel lichtleitender Fasern 5 eingebracht. Diese  Fasern sind beispielsweise aus einem Glas hergestellt, das eine Erweichungstemperatur  von etwa 460 DEG C aufweist. 



   Die in Fig. 3 nach links, das heisst über das mit der Schicht 4 des  Trennmittels versehene Ende der Glashülse 1 hinausragenden Faserenden  6 der lichtleitenden Fasern 5    werden in dem in Fig. 4 schematisch  angedeuteten Verfahrensschritt angeschmolzen, so dass sie eine linsenförmige  Kappe 7 bilden, die die Glashülse 1 an dem mit der Schicht 4 des  Trennmittels versehenen Ende abdichten. 



   Daran anschliessend wird über die Glasfasern 5 und die Hülse 1 ein  Vakuumschlauch 8 aufgebracht, der das von der linsenförmigen Kappe  7 abgewandte Ende der Glashülse 1 sowie die aus diesem Ende herausragenden  lichtleitenden Fasern 5 umgibt und mit einer nicht abgebildeten Vakuumpumpe  verbunden ist. Aufgrund der Tatsache, dass die linsenförmige Kappe  7 das mit der Schicht 4 des Trennmittels versehene Ende der Glashülse  1 abdichtet, kann durch Anschluss des vorgenannten Vakuumschlauches  8 und Abpumpen über diesen Vakuumschlauch 8 ein Unterdruck in der  Glashülse 1 erzeugt werden. Erfindungsgemäss kann beispielsweise  ein Unterdruck von etwa 0,3 bar erzeugt werden. 



   Das mit der linsenförmigen Kappe 7 versehene Ende der Glashülse 1  wird in eine Aufnahmeöffnung 9 eines Ofens 10 eingebracht. Der mit  der Schicht 4 des Trennmittels versehene Bereich der Glashülse 1  befindet sich zu einem grossen Teil in einer mit dem Bezugszeichen  11 gekennzeichneten Heizzone des Ofens 10. 



   Erfindungsgemäss soll das mit der Kappe 7 versehene Ende der Glashülse  1 beispielsweise 4 Minuten in der Heizzone 11 verweilen, während  in dieser eine Temperatur von etwa 700 DEG C bis 760 DEG C vorherrscht.  Nach diesem Verweilen von etwa 4 Minuten in der Heizzone 11 kann  die Glashülse 1 aus dem Ofen 10 herausgenommen und bei Raumtemperatur  abgekühlt werden. Ein zusätzlicher Temperprozess erweist sich in  der Regel nicht als erforderlich, kann jedoch durchaus vorgesehen  werden. 



   Durch das Aufheizen in dem Ofen 10 auf etwa 700 DEG C bis 760 DEG  C kollabieren sowohl die Glashülse 1 als auch die lichtleitenden  Fasern 5, so dass nach dem Herausnehmen der Glashülse 1 und der darin  aufgenommenen lichtleitenden Fasern    5 aus dem Ofen 10 ein vorderer  Abschnitt 12 der Glashülse 1 entsteht, der einen wesentlich geringeren  Durchmesser aufweist als der Rest der Glashülse 1. Nach dem Abschneiden  der linsenförmigen Kappe 7 etwa längs der in Fig. 6 dargestellten  perforierten Linie 13 kann das Bündel lichtleitender Fasern 5 in  Richtung des Pfeiles 14 aus der Glashülse 1 herausgezogen werden.

    Das Herausziehen wird ermöglicht durch die entsprechend Fig. 2 eingebrachte  Schicht 4 des Trennmittels, die ein Nichtanhaften der lichtleitenden  Fasern 5 an der Innenseite der Glashülse 1 in dem erwärmten beziehungsweise  kollabierten vorderen Abschnitt 12 gewährleistet. 



   Daran anschliessend kann das Bündel der lichtleitenden Fasern 5 mit  seinem in Fig. 6 linken kollabierten Ende bequem in eine entsprechend  grosse beispielsweise aus Metall gefertigte Hülse eingebracht und  darin festgelegt werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Lichtleiters, der ein Bündel lichtleitender Fasern (5) umfasst, das vor dem Einbringen in eine Fassung in einer Glashülse (1) bei einer Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Fasern (5) kollabiert wird, wobei die Glashülse (1) nach dem Kollabieren der Fasern (5) und vor dem Einbringen der Fasern (5) in die Fassung von dem Bündel der Fasern (5) entfernt wird, wobei weiterhin vor dem Kollabieren eine Zwischenschicht zwischen das Bündel der Fasern (5) und die Glashülse (1) eingebracht wird, um eine verbesserte Entfernung der Glashülse (1) von dem Bündel der Fasern (5) nach dem Kollabieren zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass als Zwischenschicht eine Schicht (4) eines pulverförmigen oder pastenartigen Trennmittels eingebracht wird,

dessen Schmelzpunkt über der Erweichungstemperatur der Fasern (5) und der der Glashülse (1) liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Trennmittel um anorganische Materialien, insbesondere um Graphit, AI 2 O 3 oder MgF 2 handelt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Einbringen der Zwischenschicht die Innenseite der Glashülse (1) zumindest abschnittsweise aufgeraut wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufrauung mechanisch, beispielsweise mittels eines Diamantfräsers (2) oder durch den Einsatz von Diamantschleifpaste, oder durch Ätzen erzielt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur der Fasern (5) etwa 460 DEG C beträgt.

6.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erweichungstemperatur der Glashülse (1) mindestens 490 DEG C, vorzugsweise mindestens 525 DEG C, insbesondere 530 DEG C beträgt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, bei der die Fasern (5) kollabiert werden, grösser als die Erweichungstemperatur der Glashülse (1) ist, so dass die Glashülse (1) zusammen mit den Fasern (5) kollabiert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur, bei der die Glashülse (1) und die Fasern (5) kollabiert werden, zwischen 700 DEG C und 760 DEG C beträgt.

9.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashülse (1) mit den darin aufgenommenen Fasern (5) für etwa 4 Minuten in einem Bereich verweilen, der die Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Fasern (5) aufweist.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Einbringen der Fasern (5) in die Glashülse (1) die über ein mit der Schicht (4) des Trennmittels versehenes Ende der Glashülse (1) hinausstehenden Faserenden (6) der Fasern (5) derart angeschmolzen beziehungsweise abgeschmolzen werden, dass sie eine die Glashülse (1) an diesem Ende abdichtende Kappe (7) bilden.

11.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashülse (1) während der Aufheizung auf die Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der Fasern (5) mit Unterdruck, insbesondere mit Unterdruck von etwa 0,3 bar beaufschlagt wird.

12. Faseroptischer Lichtleiter, hergestellt durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11.