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Die
Erfindung betrifft ein Lichtleitkabel mit optischem Schutz gegen
austretendes Licht, welches wenigstens einen faseroptischen Lichtleiter
mit einem oder mehreren Lichtleitfasern aufweist.
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Lichtleitkabel
mit wenigstens einem faseroptischen Lichtleiter sind im Stand der
Technik bekannt. Der faseroptische Lichtleiter weist dabei eine
optische Lichtleitfaser oder eine Vielzahl von optischen Lichtleitfasern
auf, welche üblicherweise
aus Glas oder Kunststoff hergestellt sind. Mehrere Lichtleitfasern
können
dabei zu Faserbündel
zusammengefasst sein.
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Derartige
Lichtleitkabel können
mit zusätzlichen
Leitungen für
mechanische, elektrische, pneumatische beziehungsweise hydraulische
Elemente, insbesondere mit Anordnungen von Zugentlastungselementen,
Knickschutz, Stromkabeln, Schläuchen für sogenannten
Medientransport ausgestattet sein. Als Medien sind dabei Flüssigkeiten
beziehungsweise Gase wie beispielsweise Luft oder Kühlflüssigkeit bekannt.
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Solche
Lichtleitkabel werden unter anderem in der Luft- und Raumfahrt,
der Kraftfahrzeugtechnik, der Medizintechnik beziehungsweise in
Apparaten für
kosmetische Anwendungen eingesetzt.
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Die
bekannten Lichtleitkabel sind mit Schutzummantelungen versehen,
welche den oder die Lichtleiter beziehungsweise die Lichtleitfasern
im Inneren des Lichtleitkabels vor Beschädigungen oder Krafteinwirkungen
schützen.
Dazu weisen die Lichtleitkabel beispielsweise brandhemmende Materialien auf
oder sind mit Geflechten, Bändern
oder Fliese aus Metall, Kunststoff oder Glasfasern umwoben.
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Die
Ummantelungen der Lichtleiter des Standes der Technik haben die
Wirkung, von außen
wirkende Einflüsse
vom Inneren fernzuhalten, insbesondere den Lichtleiter zu schützen. Derartige
von außen
wirkende Einflüsse
können
dabei physikalischer, chemischer, mechanischer beziehungsweise elektrischer
Art sein.
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Als
Nachteil dieser Lichtleitkabel ist gefunden worden, dass bei Beschädigungen
von einzelnen Lichtleitfasern durch Faserbruch, das austretende
Licht im Material der Schutzummantelung absorbiert wird, wodurch
Wärme in
der Schutzummantelung erzeugt wird. Die entstehende Wärme kann
insbesondere bei energiereichem Licht, wie Laserlicht, zu erheblichen
Erwärmungen
an der Faserbruchstelle führen,
was zu Beschädigungen
des Lichtleiters beziehungsweise des Lichtleitkabels führen kann.
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In
Folge solcher Beschädigungen
kann es dazu kommen, dass weitere Lichtleitfasern oder Faserbündel zerstört werden
beziehungsweise dass das in den Lichtleiter eingeleitete Licht an
der Stelle der Beschädigung
teilweise entweicht. Insbesondere bei Laserlichtanwendungen kann
dies Gefahren in der Umgebung offen liegender Beschädigungsstellen erzeugen.
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Bei
Lichtleitkabeln mit zusätzlichen
Leitungen für
mechanische, elektrische, pneumatische beziehungsweise hydraulische
Elemente können
auch diese zusätzlichen
Elemente durch die entstehende Wärme
beschädigt
werden, so dass die damit verbundenen Funktionen des Lichtleitkabels
gestört oder
gänzlich
verhindert werden können.
Bei medizinischen oder kosmetischen Anwendungen kann dies zu äußerst unerwünschten
Wirkungen führen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, die vorstehend beschriebenen Nachteile zu
vermeiden und insbesondere ein Lichtleitkabel für unterschiedliche Anwendungen
zur Verfügung
zu stellen, welches einen optischen Schutz bei austretendem Licht,
insbesondere Laserlicht, gewährleistet.
Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, an Faserbruchstellen
durch lokale Erhitzung bedingte Zerstörungen zu vermeiden.
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Eine
Lösung
wird erfindungsgemäß dadurch bereitgestellt,
dass der Lichtleiter von einem Hüllmaterial
umgeben ist, welches beim Auftreffen von Lichtenergie aus einer
Faserbruchstelle einen optischen Schutz um den Faserbruch erzeugt.
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Als
Hüllmaterial
ist erfindungsgemäß eine Ummantelung
um den Lichtleiter beziehungsweise die Lichtleitfaser oder das Faserbündel vorgesehen. Alternativ
können
als Hüllmaterial
geeignete Werkstoffen vorgesehen sein, wobei geschäumte oder
gepresste Werkstoffe ebenso einsetzbar sind, wie Pellets, Granulate,
Gelees, jeweils in unterschiedlichen Formen und Beschaffenheit.
Das Hüllmaterial
kann dabei erfindungsgemäß als Füllung innerhalb
des Lichtleitkabels vorgesehen sein, worin der Lichtleiter beziehungsweise
die Lichtleitfaser oder das Lichtleitfaserbündel eingebettet sind. Das
Hüllmaterial
kann ebenso als Mantelmaterial für
die Lichtleitfaser oder das Lichtleitfaserbündel eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Hüllmaterial
an einer Faserbruchstelle aus der gebrochenen Lichtleitfaser austretendes
Licht aufnimmt und durch die Wirkung der Lichtenergie in einen Zustand
umgewandelt wird, in dem es die Faserbruchstelle so abdeckt, dass
der Rest des Lichtleitkabels vor dem austretenden Licht optisch
geschützt
ist.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass der optische Schutz durch eine Veränderung der
optischen Eigenschaften des Hüllmaterials
in Abhängigkeit
der am Faserbruch auf das Hüllmaterial auftreffenden
Lichtenergie erzeugbar ist, vorzugsweise durch Änderung der Transmissions-,
Reflexions- und/oder Absorptionsfähigkeit.
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Der
Lichtleiter beziehungsweise die Lichtleitfasern sind im Lichtleitkabel
vom Hüllmaterial
umgeben. Im regulären
Betriebszustand, das heißt
ohne einen Faserbruch, kommt es nicht zu einer Beaufschlagung des
Hüllmaterials
mit Licht aus dem Lichtleiter und das Hüllmaterial befindet sich in
dem gewünschten
Grundzustand. Strahlt der Lichtleiter an einer Faserbruchstelle
Licht aus, trifft dies auf das Hüllmaterial.
Das Hüllmaterial
wird durch das auftreffende Licht in einen Zustand umgewandelt,
in dem es das Licht reflektiert. Dadurch wird erreicht, dass das Licht
nicht in den umgebenden Raum dringen kann und dort zu unerwünschten
Zerstörungen
führt.
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Erfindungsgemäß wird dies
dadurch erreicht, dass die optischen Eigenschaften in Abhängigkeit der
entstehenden Umwandlungswärme
im Hüllmaterial
beim Auftreffen der Lichtenergie veränderbar sind. In vorteilhafter
Weise ist ein Hüllmaterial
vorgesehen, wobei die aufgenommene Lichtenergie in Wärme umgewandelt
wird, und durch die entstehende Wärme die innere Struktur des
Hüllmaterials
so verändert
wird, dass sich damit auch die optischen Eigenschaften verändern.
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Erfindungsgemäß ist hierzu
vorgesehen, dass das Hüllmaterial
durch die aufgenommene Lichtenergie beziehungsweise die Umwandlungswärme zumindest
teilweise aufgeweicht wird und dass der optische Schutz dementsprechend
erzeugt wird.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Hüllmaterial
thermoplastisch ist und/oder ein thermoplastisches Trägermaterial
aufweist. In vorteilhafter Weise weist thermoplastisches Material
die Eigenschaft auf, bei zunehmender Erwärmung seinen inneren Zustand
zu ändern,
wobei vor dem Schmelzen eine Erweichungsphase auftritt. Die materialspezifische
Zustandsänderung
kann somit genutzt werden, die erfindungsgemäßen optischen Eigenschaften des
Hüllmaterials
zu gewährleisten.
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Dies
wird vorzugsweise dadurch erreicht, dass das Hüllmaterial additive Beimischungen
aus einer oder mehrerer der folgenden Gruppen aufweist:
- – anorganische
Beimischungen, vorzugsweise mineralische und/oder metallische Stoffe;
- – organische
Beimischungen.
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Durch
die Beimischungen wird erreicht, dass das Hüllmaterial im Grundzustand,
bei welchem kein Licht aus dem Lichtleiter entweicht, eine herkömmliche
Ummantelung bildet. Erst wenn an einer Faserbruchstelle Licht aus
einer gebrochenen Faser des Lichtleiters austritt, kann durch innere
Veränderungen
im erweichenden Hüllmaterial
erreicht werden, dass sich die optischen Eigenschaften für das Licht verändern.
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Dabei
ist es möglich,
solche Effekte zu nutzen, bei welchen die Beimischungen mit dem
Trägermaterial
so binden, dass die optischen Eigenschaften des Hüllmaterials
insgesamt verändert
werden. Eine alternative Möglichkeit
wird durch eine Materialkomposition erreicht, bei welcher sich die
räumliche
Anordnung der Beimischungen im Trägermaterial bei ausreichender
Lichtabsorption verändert
und es dadurch zu einer Veränderung
der optischen Eigenschaften in diesem Bereich des Hüllmaterials
kommt.
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Dabei
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass
das Hüllmaterial
im Grundzustand lichtundurchlässig
ist und oberhalb einer Umwandlungstemperatur in einen lichtdurchlässigen Zustand übergeht.
Somit ändert
das Hüllmaterial
bei zunehmender Erwärmung
durch das auftreffende Licht seine optischen Eigenschaften vom intransparenten
zum transparenten Zustand. Die am Faserbruch liegende innere Grenzfläche des
Hüllmaterials
erzeugt somit einen optischen Schutz, welcher das übrige Lichtleitkabel vor
der austretenden Lichtenergie schützt.
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Erfindungsgemäß ist weiter
vorgesehen, dass das Hüllmaterial
für Lichtstrahlung
absorptionsfähig
ist und oberhalb einer Umwandlungstemperatur eine für Lichtstrahlung
reflexionsfähige
Oberfläche aufweist.
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Im
Grundzustand ist das Hüllmaterial
für das im
Lichtleiter übertragene
Licht absorptionsfähig,
um gegebenenfalls bei einem Faserbruch die dort austretende Lichtenergie
aufnehmen zu können.
In diesem Falle ist keine oder nur geringe Transmissionsfähigkeit
gegeben.
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In
Abhängigkeit
der aufgenommenen Lichtenergie wird die Absorptionsfähigkeit
reduziert. Das heißt,
je mehr Lichtenergie bereits aufgenommen ist, desto geringer ist
die Absorptionsfähigkeit
des Hüllmaterials.
Gleichzeitig steigt die Transmissionsfähigkeit an, so dass das Hüllmaterial
optisch transparent wird. Mit dem Anstieg der Transmissionsfähigkeit wird
das Licht zunehmend an der Oberfläche des Hüllmaterials reflektiert, so
dass um die Faserbruchstelle ein optischer Schutz in Form des nunmehr
reflektierenden Hüllmaterials
erzeugt wird.
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Das
bedeutet, dass bei Erreichen der Umwandlungstemperatur das Licht
an der inneren Grenzfläche
zunehmend reflektiert wird, wobei die Reflexionseigenschaften des
Hüllmaterials
vorzugsweise dauerhaft bleiben. Nach erfolgter Umwandlung des Hüllmaterials
und Abklingen der inneren Erwärmung
bleiben die veränderten
optischen Eigenschaften weiter erhalten. Somit wird ein optischer
Schutz um den Faserbruch erzeugt, welcher den weiteren Einsatz des
Lichtleitkabels ermöglicht.
Hierdurch wird die Lebensdauer solcher Lichtleitkabel erheblich verlängert.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das Hüllmaterial
eine Schmelztemperatur aufweist, welche in einem Bereich von 20°C unterhalb
der Übergangstemperatur
liegt, vorzugsweise bei einer Übergangstemperatur
von 150°C.
Somit ist gewährleistet, dass
das Hüllmaterial
vor der wirksamen Änderung
der optischen Eigenschaften schmilzt und sich um die Faserbruchstelle
formen kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass das Hüllmaterial
an einer Faserbruchstelle austretendes Licht absorbiert, bis die
Schmelztemperatur erreicht ist, bei Erreichen der Schmelztemperatur
im unmittelbaren Bereich des Faserbruchs zumindest lokal schmilzt
und in einen für
das austretende Licht reflexionsfähigen Zustand umwandelt und
dass der geschmolzene Teil des Hüllmaterials
das Licht am Faserbruch reflektiert. Das Hüllmaterial wird beim Auftreffen
von Lichtenergie aus einem Faserbruch angeschmolzen und die optischen
Eigenschaften im angeschmolzenen Material entsprechend verändert. Dadurch
wird erreicht, dass zum einen die Bruchstelle vom Hüllmaterial
umschlossen wird und zum anderen eine innere Grenzfläche zur
Bruchstelle hin entsteht, an welcher das Licht reflektiert wird.
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Somit
wird gewährleistet,
dass das Hüllmaterial
nur lokal angeschmolzen wird. Der Lichtleiter bleibt somit weiter
optimal im Hüllmaterial
eingebettet. Jedoch wird um den Faserbruch ein optischer Schutz
erzeugt, welcher verhindert, dass weiteres Licht aus der gebrochenen
Faser austritt. Damit wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass
das Lichtleitkabel oder darin enthaltene zusätzliche Elemente durch Lichtenergie
aus dem Faserbruch beschädigt
werden können
oder dass Licht aus dem Faserbruch außerhalb des Lichtleitkabels
Schäden
oder Gefahren erzeugen kann.
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Eine
besonders vorteilhafte Ausführungsvariante
der Erfindung wird mit einem Lichtleitkabel dadurch bereitgestellt,
dass der Lichtleiter wenigstens ein Faserbündel mit einer Vielzahl von
Glasfasern aufweist. Lichtleiter aus Glasfasern können somit auch
für Anwendungen
gefahrlos eingesetzt werden, bei denen Licht mit hoher Energie übertragen
wird, insbesondere bei Laserlichtanwendungen. In technischen Bereichen,
in denen die Benutzung der Lichtleitkabel durch technisch ungeschulte
Anwender erfolgen soll und bruchsichere Kunststofffasern wegen unzureichender
Qualität
oder unerwünschter
Wirkungen nicht in Betracht kommen, wird der Einsatz von Lichtleitern
aus Glasfasern problemlos realisierbar. Mit der Erfindung können Laseranwendungen
ohne besondere Sicherheitsmaßnahmen
für die
Lichtleiter mit Glasfasern realisiert werden, womit der Einsatz unter
anderem im Bereich der Kosmetik oder der Medizin sowie anderen technischen
Bereichen ermöglicht
wird.
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Besonders
vorteilhafte Ausführungsvarianten
der Erfindung werden dadurch bereitgestellt, dass das Lichtleitkabel
wenigstens eine zusätzliche Leitung
für mechanische,
elektrische, pneumatische und/oder hydraulische Mittel aufweist,
vorzugsweise für
die Anordnung von Zugentlastungselementen, Knickschutz, Stromkabeln,
Schläuchen
für. Für den Einsatz
der Erfindung sind Anwendungen gefunden worden, bei denen es besonders
auf platzsparende Anordnung von funktionell unterschiedlichen Leitungen
ankommt, wie in der Medizin, Dentaltechnik, Kosmetik und der gleichen.
Die Lichtleiter können
somit gefahrlos mit anderen Leitungen in einem Lichtleitkabel angeordnet
werden. In vorteilhafter Weise können
die einzelnen Leitungen in dem Hüllmaterial angeordnet
sein, welches gleichzeitig auch als Füllungsmaterial für das Lichtleitkabel
dienen kann. Der faseroptische Lichtleiter selbst kann als Faserbündel oder
in einer zusätzlichen
Ummantelung aus erfindungsgemäßem Hüllmaterial
im Lichtleitkabel angeordnet sein. Durch den optischen Schutz der
Fasern wird bei einem Faserbruch oder an einer Faserbruchstelle
gewährleistet,
dass die übrigen
im Lichtleitkabel angeordneten Elemente unbeschädigt und funktionsfähig bleiben.
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In
Zusammenhang mit der Erfindung ist als Medientransport dabei der
Transport von gasförmigen
beziehungsweise flüssigen
Stoffen gemeint. Jedoch auch der Transport von anderen in Schläuchen transportierbaren
Medien ist von der Erfindung umfasst.
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Eine
weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante
wird dadurch bereitgestellt, dass das Hüllmaterial eine feste Schutzummantelung,
vorzugsweise einen extrudierbaren Schlauch, um das Lichtleitkabel
und/oder den Lichtleiter bildet.
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Die
Verwendung des Hüllmaterials
als Schutzummantelung um das Lichtleitkabel beziehungsweise den
faseroptischen Lichtleiter selbst, bietet zusätzliche Sicherheit beim Einsatz.
Zudem können
Lichtleiter mit einer Schutzummantelung aus erfindungsgemäßem Hüllmaterial
in Lichtleitkabeln mit zusätzlichen
Elementen, sogenannten Multifunktions- oder Hybridkabeln, mit herkömmlichem
Füllungsmaterial
verwendet werden. Es ist somit möglich,
herkömmliche
Lichtleitkabel mit den erfindungsgemäßen Lichtleitern nachzurüsten.
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Eine
erfindungsgemäße Ummantelung
wird durch das austretende Licht in vorteilhafter Weise lediglich
innen angeschmolzen, wo das Licht aus dem Faserbruch austritt. Hierzu
wird die Ummantelung entsprechend der vorgesehenen Anwendung für das Lichtleitkabel
und die zu übertragenden
Lichtenergie angepasst. Dabei können
einerseits die materialspezifischen Eigenschaften variiert werden,
anderseits kann die Dimensionierung entsprechend gewählt werden.
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Erfindungsgemäß wird erreicht,
dass die äußere Struktur
und Oberfläche
der Ummantelung bei der Erzeugung des optischen Schutzes unbeeinträchtigt bleiben.
Somit bleibt die Schutzfunktion der Ummantelung erhalten.
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Dabei
ist es möglich,
auch die für
das Lichtleitkabel bislang erfolgreich vorgesehenen Schutzfunktionen
gegen äußere Einflüsse beizubehalten und
durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Lichtleiters den zusätzlichen
optischen Schutz gegen austretendendes Licht zu gewährleisten.
Es werden somit erfindungsgemäß Lichtleitkabel
bereitgestellt, bei denen das Hüllmaterial,
insbesondere die Schutzummantelung, neben einem optischen Schutz
außerdem
brandhemmende Wirkung aufweist. Es sind Lichtleitkabel möglich, welche
zusätzlich
mit Geflechten, Bändern
oder Fliese aus Metall, Kunststoff oder Glasfasern umwoben sind,
wobei diese auch in das Hüllmaterial
oder die Schutzummantelung eingegossen sein können.
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Damit
sind erfindungsgemäße Lichtleitkabel möglich, bei
denen mit dem Hüllmaterial
beziehungsweise der Ummantelung zusätzlich Schutz gegen von außen auf
das Lichtleitkabel oder den Lichtleiter wirkende Einflüsse gewährleistet
wird, insbesondere gegen physikalische, chemische, mechanische beziehungsweise
elektrische Einflüsse.
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Mit
der Erfindung ist es in vorteilhafter Weise möglich, aufwendig herzustellende
Lichtleitkabel beziehungsweise Multifunktions- oder Hybridkabel
mit kostengünstigen
und hocheffizienten faseroptischen Lichtleitern auf der Basis von
Glasfasern zu realisieren.
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Zudem
wird mit der Erfindung ein Lichtleitkabel zur Verfügung gestellt,
das in vorteilhafter Weise, wie auch die Lichtleiter selbst, gegenüber herkömmlichen
Lichtleitkabel beziehungsweise Multifunktions- oder Hybridkabel
bezüglich
Haltbarkeit und Alterung der lichtübertragenenden Komponenten
verbessert sind und größere Sicherheit
bei der Verwendung bieten, als dies mit herkömmlichen Lichtleitkabel möglich wäre.
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Eine
bevorzugte Ausführungsvariante
der Erfindung ist dadurch vorgesehen, dass das Hüllmaterial im Ausgangszustand
opak ist und teilkristalline Anteile aufweist, dass die teilkristallinen
Anteile von auftreffendem Licht aufschmelzbar sind und das Hüllmaterial
in Lichtaustrittsbereichen in einen transparenten Zustand übergeht.
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Beim
Auftreffen des Lichtstrahls auf das Hüllmaterial werden teilkristalline
Anteile aufgeschmolzen und gehen dabei in einen amorphen Zustand über. Hierbei ändert sich
der Brechungsindex des Materials, was eine Änderung vom opaken in einen transparenten Zustand
zur Folge hat. Das auftreffende Licht wird nicht mehr absorbiert
sondern reflektiert. Ein weiteres Aufschmelzen des Umgebungsmaterials
wird somit verhindert. Eine bevorzugte Ausführungsform wird dadurch zur
Verfügung
gestellt, dass die Zustandsänderungen
bereichsweise in Lichtaustrittsbereichen erfolgen.
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Das
heißt,
das Hüllmaterial
wird ausschließlich
um den Faserbruch verändert
und bleibt ansonsten opak, so dass der Schutz der Lichtleiterfasern
ansonsten erhalten bleibt. Auch ist von Vorteil, dass trotz der
erfindungsgemäßen, technischen
Schutzmaßnahme,
die optische Qualität
des Lichtleiters beziehungsweise das äußere Aussehen des Lichtleitkabels
aber auch dessen mechanische Festigkeit unverändert bleibt. Bei dieser Ausführungsvariante kann
die Änderung
der optischen Eigenschaften des Hüllmaterials vor, während oder
nach dem Schmelzen des Trägermaterials
erfolgen. Die Schmelztemperatur der teilkristallinen Bestandteile
und des Trägermaterials
ist entsprechend der gewünschten
Konfiguration aufeinander abgestimmt. Die Abstimmung erfolgt durch
Komposition beziehungsweise Auswahl entsprechender Materialien.
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Ein
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Lichtleitkabels
wird im Folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen,
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1a einen
Längsschnitt
durch ein erfindungsgemäßes Lichtleitkabel
ohne Faserbruch;
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1b ein
Faserbündel
gemäß 1 im Querschnitt;
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2 die
Darstellung eines Lichtleitkabels gemäß 1 mit einem
Faserbruch und
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3 eine
Detaildarstellung eines Faserbruches gemäß 2 im erfindungsgemäßen Hüllmaterial
der Ummantelung eingebettet.
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In 1a ist
das erfindungsgemäße Lichtleitkabel 1 dargestellt,
welches einen faseroptischen Lichtleiter 2 mit Lichtleitfasern 3 aufweist.
Die Lichtleitfasern 3 sind zu Faserbündel 4 zusammengefasst und
ihrerseits von Hüllmaterial 5 ummantelt.
Die Ummantelung 6 ist ebenfalls aus dem Hüllmaterial 5 und umschließt die Faserbündel 4.
Sie bildet dabei den äußeren Kabelmantel
um den Lichtleiter 2. 1b zeigt
ein Faserbündel 4 mit
einem Lichtleiter 2, welcher eine Anzahl von Lichtleitfasern 3 umfasst.
Der Lichtleiter 2 ist in Hüllmaterial 5 eingebettet.
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In 2 ist
ein Lichtleitkabel 1 gemäß 1 mit einem
Faserbruch 7 gezeigt. Das Lichtleitkabel 1 dient
im vorliegenden Fall zur Leitung von energiereichem Laserlicht 8.
Das Laserlicht tritt am Faserbruch 7 aus und wird in dem
Hüllmaterial 5 absorbiert.
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In
dem Bereich der Faserbruchstelle 9 um den Faserbruch 7 erzeugt
das absorbierte Laserlicht 8 Wärme. Bei Kabeln des Standes
der Technik führte die
Erwärmung
nach einer gewissen Zeit stets zu einer solchen Hitze, dass dadurch
in nachteiliger Weise Schäden
an der Schutzummantelung entstanden, was zu Beschädigungen
des Lichtleiters beziehungsweise des Lichtleitkabels insgesamt führte.
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In
Folge solcher Beschädigungen
kam es dazu, dass Ummantelung weiterer Lichtleitfasern oder Faserbündel beschädigt wurde,
wodurch diese dann schutzlos äußeren Einflüssen ausgesetzt
waren, was schnell zu dessen Zerstörung führte. An Stellen solcher Zerstörungen,
an denen häufig
mehrere Lichtleitfaser 3 beziehungsweise vollständige Faserbündel 4 gebrochen
waren, trat Laserlicht 8 ungehindert aus und konnte in
die Umgebung entweicht.
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Bei
Glasfaserkabeln mit zusätzlichen
Leitungen für
mechanische, elektrische, pneumatische beziehungsweise hydraulische
Elementen konnten diese Zerstörungen
auch dazu führen,
dass diese zusätzlichen
Elemente durch die entstehende Hitze beschädigt wur den. Oftmals waren
damit die Funktionen der zusätzlichen
Leitungen und somit des gesamten Lichtleitkabels gestört oder
gänzlich
verhindert.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Lichtleitkabel 1 ist
der Lichtleiter 2 von Hüllmaterial 5 umgeben.
Das Hüllmaterial 5 ist
opak, um äußere Einflüsse auf
die Lichtleiter zu vermeiden. Beim Auftreffen von Lichtenergie aus
einem Faserbruch 7 wird ein optischer Schutz um den Faserbruch 7 erzeugt.
Dabei wird, wie in 3 dargestellt, ein Teil des
Hüllmaterials
5 um Faserbruchstelle 9 angeschmolzen. In diesem angeschmolzenen
Bereich 10 der Faserbruchstelle 9 verändert das
opake Hüllmaterial 5 seine
optischen Eigenschaften und wird transparent. Im nicht angeschmolzenen
Bereich 11 der Faserbruchstelle 9 bleibt das Hüllmaterial 5 dagegen
opak.
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Bei
der dargestellten Ausführungsvariante der
Erfindung ist vorgesehen, dass das Hüllmaterial 5 im Ausgangszustand,
in dem es opak ist, teilkristalline Anteile aufweist. Diese teilkristallinen
Anteile werden von auftreffendem Licht aus dem Faserbuch 7 aufgeschmolzen,
wobei sie in einen amorphen Zustand übergehen. Hierbei ändert sich
der Brechungsindex des Materials, was eine Änderung vom opaken in einen
transparenten Zustand zur Folge hat. Das auftreffende Licht wird
sodann nicht mehr absorbiert sondern reflektiert. Ein weiteres Aufschmelzen
des Umgebungsmaterials wird somit verhindert.
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Bei
der in 3 gezeigten Ausführungsvariante wird die Zustandsänderung
ausschließlich
bereichsweise, das heißt,
in einem unmittelbaren Gebiet um den Faserbruch 7 gemäß 2,
nämlich
der Faserbruchstelle 9 bewirkt. Das Hüllmaterial 5 wird dabei
ausschließlich
um den Faserbruch 7 verändert und
bleibt ansonsten opak. Der Schutz der Lichtleiterfasern 3 wird
außerhalb
der Faserbruchstelle 9 erhalten. Auch ist von Vorteil,
dass trotz der erfindungsgemäßen, technischen
Schutzmaßnahme,
die optische Qualität
des Lichtleiters beziehungsweise das äußere Aussehen des Lichtleitkabels
unverändert bleibt.
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Das
Hüllmaterial 5 nimmt
somit an der Faserbruchstelle 9 aus der gebrochenen Lichtleitfaser 3 austretendes
Laserlicht 8 auf, bis genügend Hüllmaterial 5 in den
Transparenten Zustand umgewandelt worden ist, damit die Faserbruchstelle 9 am
Faserbruch 7 das Laserlicht 8 reflektiert und
kein weiteres Laserlicht 8 in die Ummantelung 6 ausgestrahlt
wird.
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Das
Hüllmaterial 5 weist
dabei thermoplastisches Trägermaterial
auf und weist anorganische beziehungsweise organische, additive
Beimischungen auf. Dabei haben sich zurzeit anorganische Beimischungen,
vorzugsweise mineralische sowie metallische Stoffe als besonders
geeignet erwiesen. Organische Beimischungen sind ebenfalls von der
Erfindung umfasst.
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Erst
durch die Beimischungen wird bei der beschriebenen Ausführungsvariante
erreicht, dass das Hüllmaterial 5 im
Grundzustand, bei welchem kein Licht 8 aus dem Lichtleiter 2 beziehungsweise den
Lichtleitfasern 3 entweicht, eine herkömmliche Ummantelung 6 bildet.
Erst dann, wenn an einer Faserbruchstelle 9 Licht 8 aus
einer gebrochenen Faser 3 des Lichtleiters 2 austritt,
kann durch innere Veränderungen
im erweichenden Hüllmaterial 5 erreicht werden,
dass sich die optischen Eigenschaften für das Licht 8 verändern.
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Dabei
ist es möglich,
solche Effekte zu nutzen, bei welchen die Beimischungen mit dem
Trägermaterial
so binden, dass die optischen Eigenschaften des Hüllmaterials
insgesamt verändert
werden. In Abhängigkeit
der aufgenommenen Lichtenergie wird die Absorptionsfähigkeit
reduziert. Das heißt,
je mehr Lichtenergie bereits aufgenommen ist, desto geringer ist
die Absorptionsfähigkeit
des Hüllmaterials 5 in Umgebung
des Faserbruchs 7. Gleichzeitig steigt die Transmissionsfähigkeit
an, so dass das Hüllmaterial 5 optisch
transparent wird. Mit dem Anstieg der Transmissionsfähigkeit
wird das Licht zunehmend an der Oberfläche des Hüllmaterials 5 reflektiert,
so dass um die Faserbruchstelle 9 ein optischer Schutz in
Form des nunmehr reflektierenden Hüllmaterials 5 entsteht.
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Die
Reflexionseigenschaften des Hüllmaterials 5 bleiben
dauerhaft. Nach erfolgter Umwandlung des Hüllmaterials 5 und
Abklingen der inneren Erwärmung
bleiben die veränderten
optischen Eigenschaften weiter erhalten. Somit wird ein optischer
Schutz um den Faserbruch 7 erzeugt, welcher den weiteren Einsatz
des Lichtleitkabels 1 ermöglicht. Hierdurch wird die
Lebensdauer solcher Lichtleitkabel 1 erheblich verlängert.
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Es
hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass das Hüllmaterial
eine Schmelztemperatur aufweist, welche in einem Bereich von 20°C unterhalb
der Übergangstemperatur
liegt, vorzugsweise bei einer Übergangstemperatur
von 150°C.
Somit ist gewährleistet,
dass das Hüllmaterial
vor der wirksamen Änderung
der optischen Eigenschaften schmilzt und sich um die Faserbruchstelle
formen kann.
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In
vorteilhafter Weise wird somit auch gewährleistet, dass das Hüllmaterial
nur lokal angeschmolzen wird. Der Lichtleiter bleibt somit weiter
optimal im Hüllmaterial
eingebettet. Jedoch wird um den Faserbruch ein optischer Schutz
erzeugt, welcher verhindert, dass weiteres Licht aus der gebrochenen Faser
austritt. Damit wird in vorteilhafter Weise verhindert, dass das
Lichtleitkabel oder darin enthaltene zusätzliche Elemente durch Lichtenergie
aus dem Faserbruch 7 beschädigt werden können oder
dass Licht 8 aus dem Faserbruch 7 außerhalb
des Lichtleitkabels 1 Schäden oder Gefahren erzeugen
kann.
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Im
vorliegenden Falle der in den Figuren beschriebenen Ausführungsvariante,
ist besonders vorteilhaft, dass der Lichtleiter 2 mehrere
Faserbündel 4 mit
einer Vielzahl von Glasfasern 3 aufweist. Die Faserbündel 4 sind
ihrerseits in Hüllmaterial 5 eingebettet.
In vorteilhafter Weise wird so erreicht, dass das Licht 8 aus
Faserbrüchen 7 im
Inneren des Lichtleiters 2 bereits in unmittelbarer Nähe auf das
Hüllmaterial 5 strahlt
und nicht erst an einer äußeren Ummantelung 6.
Der Lichtleiter 2 mit einer Vielzahl von Faserbündel 4 kann
somit auch für
Anwendungen gefahrlos eingesetzt werden, bei denen Licht mit hoher
Energie übertragen
wird, insbesondere bei Laserlichtanwendungen.
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Die
gezeigte Ausführungsvariante
zeigt keine zusätzlichen
Leitungen für
mechanische, elektrische, pneumatische beziehungsweise hydraulische Mittel.
Die Anordnung solcher Leitungen zwischen den Faserbündeln 4 beziehungsweise
Lichtleitfasern 3, beispielsweise für die Anordnung von Zugentlastungselementen,
Knickschutz, Stromkabeln, Schläuchen
und dergleichen ist ebenfalls für
die dargestellte Ausführungsvariante
vorgesehen und von der Erfindung umfasst.
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- 1
- Lichtleitkabel
- 2
- Lichtleiter
- 3
- Lichtleitfasern
- 4
- Faserbündel
- 5
- Hüllmaterial
- 6
- Ummantelung
- 7
- Faserbruch
- 8
- (Laser-)Licht
- 9
- Faserbruchstelle
- 10
- angeschmolzener
Bereich
- 11
- nicht
angeschmolzener Bereich