DE10013482A1

DE10013482A1 - Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Lichtleiters

Info

Publication number: DE10013482A1
Application number: DE2000113482
Authority: DE
Inventors: Horst Glaum; Peter Mueller
Original assignee: Lifatec GmbH Faseroptik und Optoelektronik
Current assignee: Lifatec GmbH Faseroptik und Optoelektronik
Priority date: 2000-03-18
Filing date: 2000-03-18
Publication date: 2001-09-27
Anticipated expiration: 2020-03-19
Also published as: DE10013482C2; ATA20352000A; AT410261B; CH694976A5

Abstract

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 geeigneter Temperatur 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 (Schicht 4) zwischen das Bündel der Fasern (5) und die Glashülse (1) eingebracht wird, um eine verbeserte Entfernung der Glashülse (1) von dem Bündel der Fasern (5) nach dem Kollabrieren zu ermöglichen, wobei als Zwischenschicht eine Schicht (4) eines pulverförmigen, feinkörnigen oder pastenartigen Trennmittels eingebracht wird, dessen Schmelzpunkt über der Erweichungstemperatur der Fasern (5) und der der Glashülse (1) liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines faseroptischen Lichtleiters, der ein Bündel lichtleitender Fasern umfaßt, das vor dem Einbringen in eine Fassung in einer Glashülse bei geeigneter Temperatur kollabiert wird, wobei die Glashülse nach dem Kollabieren der Fasern und vor dem Einbringen der Fasern in die Fassung von dem Bündel der Fasern entfernt wird, wobei weiterhin vor dem Kollabieren eine Zwischenschicht zwischen das Bündel der Fasern und die Glashülse eingebracht wird, um eine verbesserte Entfernung der Glashülse von dem Bündel der Fasern nach dem Kollabieren zu ermöglichen.

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 197 03 515 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 zugrundeliegende 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, feinkörnigen 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, Al₂O₃ oder MgF₂. 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 aufgerauht. Durch das Aufrauhen der Innenseite der Glashülse wird die Einbringung beziehungsweise das Anhaften des Trennmittels an diesen aufgerauhten Abschnitten der Glashülle erleichtert. Vorzugsweise kann die Aufrauhung 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°C. Vorzugsweise beträgt die Erweichungstemperatur der Glashülse mindestens 490°C, vorzugsweise jedoch mindestens 525°C, insbesondere 530°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.

Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, daß die Temperatur, bei der die Glashülse und die Fasern kollabiert werden, zwischen 700°C und 760°C beträgt. Die Glashülse mit den darin aufgenommenen Fasern können für etwa 4 Minuten in einem Bereich verweilen, der die für die Kollabierung geeignete Temperatur 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 Aufrauhung 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 aufgerauht. Die Glashülse 1 ist rohrförmig ausgebildet und kann beispielsweise aus Duran, welches eine Erweichungstemperatur bzw. einen Teigpunkt von etwa 530°C aufweist, sowie aus den Schottgläsern Typ 8250 mit einer Erweichungstemperatur von 490°C, Typ AR/850 mit einer Erweichungstemperatur von 525°C sowie Typ 8350 mit einer Erweichungstemperatur von 525°C bestehen. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, wird die Innenseite der Glashülse 1 in einem Bereich 3 aufgerauht, 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 Aufrauhung mittels eines Diamantfräsers 2 oder dergleichen kann auch ein lokales Aufrauhen mittels Glasätzen vorgenommen werden. Weiterhin besteht die Möglichkeit das Aufrauhen durch den Einsatz von Diamantschleifpaste zu erzielen.

In Fig. 2 ist schematisch verdeutlicht, daß in dem gemäß Fig. 1 aufgerauhten Bereich 3 der Glashülse 1 eine Schicht 4 eines pulverförmigen, feinkörnigen oder pastenartigen Trennmittels aufgebracht wird. Als Trennmittel eignen sich beispielsweise Graphit, Al₂O₃ oder MgF₂. 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 eine Feinkörnigkeit beziehungsweise 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°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°C bis 760°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°C bis 760°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

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 geeigneter Temperatur 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 (Schicht 4) 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, feinkörnigen 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, Al₂O₃ oder MgF₂ handelt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Einbringen der Zwischenschicht (Schicht 4) die Innenseite der Glashülse (1) zumindest abschnittsweise aufgerauht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrauhung 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°C beträgt.

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

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Glashülse (1) aus Duran oder Schottgläsern vom Typ 8250, AR/850 oder 8350 besteht.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur, bei der die Glashülse (1) und die Fasern (5) kollabiert werden, zwischen 700°C und 760°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 für die Kollabierung geeignete Temperatur 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 zur Kollabierung geeigneten Temperatur 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.