DE102018201335B4

DE102018201335B4 - Lichtwellenleiter-steckverbinder, lichtwellenleiter-komplementärsteckverbinder und lichtwellenleiter-steckverbindung

Info

Publication number: DE102018201335B4
Application number: DE102018201335.7A
Authority: DE
Inventors: Thilo Rothermel; Thomas Meissner; Thomas Günther
Original assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Current assignee: Hann-Schickard-Gesellschaft fuer Angewandte Forschung eV
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2038-01-30
Also published as: DE102018201335A1

Abstract

LWL-Steckverbinder (10), der ausgebildet ist, um mit einem komplementär ausgebildeten LWL-Komplementärsteckverbinder (100) mechanisch verbunden zu werden, wobei der LWL-Steckverbinder (10) folgende Merkmale aufweist:ein Basiselement (11) mit einer ersten Seite (11a) und einer gegenüberliegenden zweiten Seite (11b), wobei sich zwischen der ersten Seite (11a) und der zweiten Seite (11b) mindestens zwei Lichtwellenleiter (12, 13) durch das Basiselement (11) hindurch erstrecken und fixiert in dem Basiselement (11) angeordnet sind,wobei das Basiselement (11) eine Grobpositionierungsvorrichtung (14) aufweist, die ausgebildet ist, um den LWL-Steckverbinder (10) in einer Grobposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) auszurichten,eine Feinpositionierungsvorrichtung (15), die ausgebildet ist, um den LWL-Steckverbinder (10) in einer Feinposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) auszurichten,wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) eine dem Basiselement (11) abgewandte Seite (15a) und eine gegenüberliegende, dem Basiselement (11) zugewandte, Seite (15b) aufweist, wobei die dem Basiselement (11) zugewandte Seite (15b) der Feinpositionierungsvorrichtung (15) an der ersten Seite (11 a) des Basiselements (11) angeordnet ist und sich verjüngende Vertiefungen (76, 77) aufweist, und wobei die dem Basiselement (11) abgewandte Seite (15a) der Feinpositionierungsvorrichtung (15) mindestens zwei sich verjüngende Fortsätze (16, 17) aufweist, die an deren jeweils verjüngtem Ende (16v, 17v) eine Stirnfläche (16s, 17s) aufweisen, wobei sich jeweils ein Lichtwellenleiter (12, 13) durch die Feinpositionierungsvorrichtung (15) und jeweils einen sich verjüngenden Fortsatz (16, 17) hindurch bis maximal zu der Stirnfläche (16s, 17s) des jeweiligen Fortsatzes (16, 17) erstreckt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Lichtwellenleiter-(LWL)-Steckverbinder, einen dazu komplementären und damit verbindbaren LWL-Komplementärsteckverbinder, sowie eine aus LWL-Steckverbinder und LWL-Komplementärsteckverbinder bestehende LWL-Steckverbindung. Mit der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise ein selbstzentrierender multifaseroptischer Konnektor realisiert werden.
Die Einsatzgebiete multifaseroptischer Konnektoren befinden sich beispielsweise in der Kommunikationstechnik, bei welcher eine parallele Datenverarbeitung benötigt wird. Insbesondere im Bereich der Multisensornetzwerke, wie sie in der Produktionsüberwachung größerer Fertigungsanlagen notwendig sind, können solche Konnektoren Nutzen haben. Die Anwendungsfelder beinhalten, sind aber nicht beschränkt auf, Automotive, Weiße Ware, Medizintechnik, Automatisierung und andere.
Faseroptische Steckerverbindungen beschränken sich heutzutage allerdings weitestgehend auf Anwendungen mit Verwendung einzelner Fasern, wodurch beispielsweise einzelne Sensoren ohne großen Aufwand mit traditionellen Faserkonnektoren verbunden werden können. Hierzu zählen die Bauformen ST, SC, LC, FC oder MTRJ, welche mit entsprechenden „Termination Kits“ angeboten werden, wodurch die Fasern einzeln und individuell getrimmt und verbunden werden können. Der Einsatz hierfür ist unter anderem die optische Kommunikation zwischen Geräten oder der Anschluss einzelner Sensoren an eine entsprechende Auswerteeinheit. Kombinierte Bauformen, bei welcher einerseits mehrere elektrische Leitungen zusammen mit einer Glasfaser verbaut werden sind ebenfalls möglich.
Werden allerdings mehr Fasern benötigt, so erreichen die klassischen Bauformen nicht die benötigte Miniaturisierung, um die große Zahl von Fasern zu integrieren. Insbesondere in der modernen Netzwerktechnik wirft diese Tatsache große Schwierigkeiten auf, da einerseits Glasfasern für eine erhöhte Datengeschwindigkeit eingesetzt werden sollen und darüber hinaus eine parallele Datenverarbeitung als 64-bit Variante gefordert wird, und andererseits für die große Anzahl von Glasfasern nicht der notwendige Platz zur Verfügung steht. Die hierfür benötigten Kupplungen mit hohen Anschlusszahlen sind kommerziell verfügbar.
Zur Herstellung derartiger Konnektoren werden die Fasern in dafür vorgesehene Löcher innerhalb eines durch Spritzguss hergestellten Körpers geklebt. Hierbei besteht das Problem, dass die Löcher mit relativ großen Toleranzen gefertigt werden müssen und die Fasern dadurch ein entsprechend großes Spiel besitzen. Hierdurch entstehen jedoch wiederum Winkelfehler, wodurch die Lichtkopplung negativ beeinflusst wird. Darüber hinaus entsteht ein radialer Versatz der Faserenden, welcher die Konzentrizität der Fasern, welche von Stecker zu Buchse gekoppelt werden sollen, negativ beeinflusst. Um die benötigte Genauigkeit zu gewährleisten, werden die Stecker und Kabel bereits ab Werk terminiert, nach Montage getestet und die einzelnen Faserenden einzeln durch Poliertechniken in Form geschliffen. Der hierfür benötigte Aufwand führt zu sehr hohen Kosten, welche für mehrkanalige Anwendungen (beispielsweise für 72 Fasern) im Bereich von USD 1.000-1.500 pro Stecker führt und somit für die meisten Anwendungen den zu erreichenden Kostenrahmen sprengt.
Die US 4,405,201 A sowie die zugehörige US 4,312,564A beschreiben hermaphroditische Stecker mit Haltern, wobei diese Halter jeweils auf ein- und derselben Seite je eine weibliche Aussparung sowie einen männlichen Stecker aufweisen. Jeweils zwei dieser Halter können zusammengesteckt werden, wobei einer der beiden Halter stets um 180° relativ zu dem anderen Halter gedreht werden muss.
Seit 2016 steht eine neuartige Methode zur Verfügung, bei welcher ein Steckerelement Kollimationslinsen beinhaltet, sodass einerseits kein Kontakt der Faserenden notwendig ist und Verschmutzungen weniger relevant sind. Grundsätzlich erreicht diese Methode, dass die notwendige Präzision im Steckerelement eingearbeitet wird und die Fasern nach der Assemblierung nicht mehr nachbearbeitet werden müssen. Aufgrund der Komplexität des Einbringens und Positionierens von bis zu 64 Mikrolinsen je Steckerelement ist die Fertigung dieser Konnektoren mit sehr großem Aufwand verbunden, was dementsprechend den Stückpreis für derartige Konnektoren stark nach oben treibt.
Daher wäre es wünschenswert faseroptische Konnektoren bereitzustellen, um die Problematik der Toleranzen zu überwinden und eine kostengünstige Alternative zu den verfügbaren Steckersystemen für faseroptische Anwendungen anzubieten, welche ebenfalls nach Montage der Fasern keine Nacharbeit benötigen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bestehende multifaseroptische Konnektoren hinsichtlich der oben erwähnten Nachteile zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen LWL-Steckverbinder mit den Merkmalen von Anspruch 1, durch einen LWL-Komplementärsteckverbinder mit den Merkmalen von Anspruch 14 sowie mit einer LWL-Steckverbindung mit den Merkmalen von Anspruch 20 gelöst.
Der erfindungsgemäße LWL-Steckverbinder ist ausgebildet, um mit einem komplementär ausgebildeten LWL-Komplementärsteckverbinder mechanisch verbunden zu werden. Der erfindungsgemäße LWL-Steckverbinder weist dabei unter anderem ein Basiselement mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite auf, wobei sich zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite mindestens zwei Lichtwellenleiter durch das Basiselement hindurch erstrecken und fixiert in dem Basiselement angeordnet sind. Das Basiselement weist eine Grobpositionierungsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, um den LWL-Steckverbinder in einer Grobposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder auszurichten. Der erfindungsgemäße LWL-Steckverbinder weist ferner eine Feinpositionierungsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, um den LWL-Steckverbinder in einer Feinposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder auszurichten. Anders ausgedrückt ist die Grobpositionierungsvorrichtung vorgesehen, um eine Verbindung des LWL-Steckverbinders mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder derart zu ermöglichen, dass die darin angeordneten Lichtwellenleiter innerhalb eines ersten Toleranzbereichs zueinander ausgerichtet sind. Die Feinpositionierungsvorrichtung hingegen ist vorgesehen, um eine Verbindung des LWL-Steckverbinders mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder derart zu ermöglichen, dass die darin angeordneten Lichtwellenleiter innerhalb eines zweiten Toleranzbereichs zueinander ausgerichtet sind, wobei der zweite Toleranzbereich kleiner ist als der erste Toleranzbereich. Erfindungsgemäß weist die Feinpositionierungsvorrichtung eine dem Basiselement abgewandte Seite und eine gegenüberliegende, dem Basiselement zugewandte, Seite auf, wobei die dem Basiselement zugewandte Seite der Feinpositionierungsvorrichtung an der ersten Seite des Basiselements angeordnet ist und sich verjüngende Vertiefungen aufweist, und wobei die dem Basiselement abgewandte Seite der Feinpositionierungsvorrichtung mindestens zwei sich verjüngende Fortsätze aufweist, die an deren jeweils verjüngtem Ende eine Stirnfläche aufweisen, wobei sich jeweils ein Lichtwellenleiter durch die Feinpositionierungsvorrichtung und jeweils einen sich verjüngenden Fortsatz hindurch bis maximal zu der Stirnfläche des jeweiligen Fortsatzes erstreckt.
Der erfindungsgemäße LWL-Steckverbinder ist ausgebildet, um mit einem dazu komplementären LWL-Komplementärsteckverbinder mechanisch verbunden zu werden. Ein erfindungsgemäßer LWL-Komplementärsteckverbinder ist seinerseits dazu ausgebildet, um mit einem komplementär ausgebildeten LWL-Steckverbinder mechanisch verbunden zu werden.
Ein solcher erfindungsgemäßer LWL-Komplementärsteckverbinder weist unter anderem ein Basiselement mit einer ersten Seite und einer gegenüberliegenden zweiten Seite auf, wobei sich zwischen der ersten Seite und der zweiten Seite mindestens zwei Lichtwellenleiter durch das Basiselement hindurch erstrecken und fixiert in dem Basiselement angeordnet sind. Das Basiselement weist eine Grobpositionierungsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, um den LWL-Komplementärsteckverbinder in einer Grobposition mit dem LWL-Steckverbinder auszurichten. Der erfindungsgemäße LWL-Komplementärsteckverbinder weist ferner eine Feinpositionierungsvorrichtung auf, die ausgebildet ist, um den LWL-Komplementärsteckverbinder in einer Feinposition mit dem LWL-Steckverbinder auszurichten. Anders ausgedrückt ist die Grobpositionierungsvorrichtung vorgesehen, um eine Verbindung des LWL-Steckverbinders mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder innerhalb eines ersten Toleranzbereichs derart zu ermöglichen, dass die darin angeordneten Lichtwellenleiter innerhalb eines ersten Toleranzbereichs zueinander ausgerichtet sind. Die Feinpositionierungsvorrichtung hingegen ist vorgesehen, um eine Verbindung des LWL-Steckverbinders mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder derart zu ermöglichen, dass die darin angeordneten Lichtwellenleiter innerhalb eines zweiten Toleranzbereichs zueinander ausgerichtet sind, wobei der zweite Toleranzbereich kleiner ist als der erste Toleranzbereich. Erfindungsgemäß weist die Feinpositionierungsvorrichtung eine dem Basiselement abgewandte Seite und eine gegenüberliegende, dem Basiselement zugewandte Seite auf, wobei die dem Basiselement zugewandte Seite der Feinpositionierungsvorrichtung an der ersten Seite des Basiselements angeordnet ist und zwei sich verjüngende Fortsätze aufweist, und wobei die dem Basiselement abgewandte Seite der Feinpositionierungsvorrichtung mindestens zwei sich verjüngende Vertiefungen aufweist, die an deren jeweils verjüngtem Ende eine Stirnfläche aufweisen, wobei sich jeweils ein Lichtwellenleiter durch die Feinpositionierungsvorrichtung hindurch bis maximal zu der Stirnfläche von jeweils einem der verjüngten Vertiefungen erstreckt.
Der erfindungsgemäße LWL-Steckverbinder und der dazu komplementäre LWL-Komplementärsteckverbinder bilden zusammen eine erfindungsgemäße LWL-Steckverbindung.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Verwendung einer Grobpositionierungsvorrichtung in Verbindung mit einer Feinpositionierungsvorrichtung. Die Verwendung einer Grobpositionierungsvorrichtung zum Zwecke einer Grobzentrierung und einer Feinpositionierungsvorrichtung zum Zwecke einer Feinzentrierung ermöglicht es, Elemente zur Führung der Faserenden von Stecker (LWL-Steckverbinder) und Buchse (LWL-Komplementärsteckverbinder) zu verwenden um eine Selbstzentrierung der einzelnen Faserenden zu erreichen. Hierdurch können Kunststoffbauteile als Steckerelemente (LWL-Steckverbinder bzw. LWL-Komplementärsteckverbinder) realisiert werden, welche im Rahmen normaler Spritzgusstoleranzen hergestellt werden und die Ausrichtung der Fasern im Rahmen der notwendigen Spezifikationen zur verlustfreien Signalübertragung erreicht werden.
Die Grobzentrierung erfüllt die Aufgabe, einerseits dem Operator bei der Positionierung zu helfen, andererseits die Feinzentrierungselemente (d.h. Feinpositionierungsvorrichtung mit Fortsätzen bzw. Vertiefungen) so zu führen, dass eine versehentliche Beschädigung der Mikrostrukturen (Fortsätze bzw. Vertiefungen) sowie der Glasfasern durch fehlerhaftes Handling oder anderweitige Krafteinwirkung vermieden wird.
Die Feinzentrierung mittels der Feinpositionierungsvorrichtung kann in unterschiedlichen Variationen ausgeführt werden, wobei eine mikropräzise Positionierung durch die Zentrierfähigkeit einzelner Elemente der Feinpositionierungsvorrichtung ermöglicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung verringert insbesondere die Kosten bei der Montage, da eine einfache Positionierung der einzelnen Fasern mit anschließender Füllung der Führungskanäle in der Grobzentrierung mittels Kleben durch Kapillarwirkung möglich ist. Im Gegensatz zu konventionellen Konnektoren ist ein Nacharbeiten der Faserenden nicht notwendig. Die notwendigen Toleranzen für den Anwendungsfall von Sensorsignalen können gegebenenfalls größer sein als die in der Netzwerktechnik geforderten Werte (entsprechend der Europanorm EN 50377-15-1), insbesondere wenn die Datentransferrate zu Gunsten einer hochauflösenden Sensorik und weniger zu Gunsten einer maximalen Kommunikationsgeschwindigkeit zu optimieren ist.
Ausführungsformen und weitere vorteilhafte Aspekte der Erfindung sind in den jeweils abhängigen Patentansprüchen genannt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachstehend erläutert. Es zeigen:

1 eine seitliche Schnittansicht eines beispielhaften LWL-Steckverbinders und eines dazu komplementären erfindungsgemäßen LWL-Komplementärsteckverbinders, die gemeinsam eine beispielhafte LWL-Steckverbindung bilden,
2A eine schematische Ansicht eines Ausschnitts einer Feinpositionierungsvorrichtung vor dem Ineinanderschieben zur Darstellung der Funktion der Feinzentrierung am Beispiel eines einzelnen Lichtwellenleiters gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2B eine schematische Ansicht eines Ausschnitts einer Feinpositionierungsvorrichtung während des Ineinanderschiebens zur Darstellung der Funktion der Feinzentrierung am Beispiel eines einzelnen Lichtwellenleiters,
2C eine schematische Ansicht eines Ausschnitts einer Feinpositionierungsvorrichtung nach dem Ineinanderschieben zur Darstellung der Funktion der Feinzentrierung am Beispiel eines einzelnen Lichtwellenleiters gemäß einem Ausführungsbeispiel,
3 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung gemäß eines Ausführungsbeispiels,
4 eine dreidimensionale Seitenansicht einer erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung gemäß eines Ausführungsbeispiels,
5 eine Schnittansicht eines Ausschnitts einer Feinzentrierungsvorrichtung mit Strukturen zum Verringern der Biegesteifigkeit gemäß eines Ausführungsbeispiels,
6 eine Draufsicht auf eine Feinpositionierungsvorrichtung 15 mit mehreren Gruppen von Fortsätzen gemäß eines Ausführungsbeispiels,
7 eine vergrößerte Schnittansicht einer erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung gemäß eines Ausführungsbeispiels,
8A eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung gemäß eines Ausführungsbeispiels, und
8B eine weitere Seitenansicht einer erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung gemäß eines Ausführungsbeispiels.

Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben, wobei Elemente mit derselben oder ähnlichen Funktion mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Außerdem wird eine Kegelstumpfform exemplarisch als ein Beispiel einer geometrischen Ausgestaltung eines sich verjüngenden Fortsatzes beschrieben. Es können aber auch andere geometrische Formen, wie zum Beispiel Sphären, Pyramidenstümpfe, oder verteilte x- und y-Zentrierflächen, als eine Ausgestaltung eines sich verjüngenden Fortsatzes denkbar sein. Außerdem wird für einen Lichtwellenleiter die gängige Abkürzung LWL verwendet.
1 zeigt eine seitliche Schnittansicht eines beispielhaften LWL-Steckverbinders 10 und eines dazu komplementären erfindungsgemäßen LWL-Komplementärsteckverbinders 100, die gemeinsam eine beispielhafte LWL-Steckverbindung 1000 bilden.
Der LWL-Steckverbinder 10 ist ausgebildet, um mit dem komplementär ausgebildeten LWL-Komplementärsteckverbinder 100 mechanisch verbunden zu werden. Der LWL-Steckverbinder 10 weist ein Basiselement 11 auf. Das Basiselement 11 weist eine erste Seite 11a und eine der ersten Seite 11a gegenüberliegende zweite Seite 11b auf.
Zwischen der ersten Seite 11a und der zweiten Seite 11b des Basiselements 11 erstrecken sich mindestens zwei Lichtwellenleiter 12, 13 durch das Basiselement 11 hindurch. Die mindestens zwei Lichtwellenleiter 12, 13 sind hierbei fixiert in dem Basiselement 11 angeordnet.
Das Basiselement 11 weist eine Grobpositionierungsvorrichtung 14 auf. Die Grobpositionierungsvorrichtung 14 ist ausgebildet, um den LWL-Steckverbinder 10 in einer Grobposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 auszurichten. Die Grobpositionierungsvorrichtung 14 kann ein einzelnes Grobpositionierungselement oder, wie abgebildet, zwei oder mehr Grobpositionierungselemente 14a, 14b aufweisen. Die Grobpositionierungsvorrichtung 14 wird später näher beschrieben.
Der LWL-Steckverbinder 10 weist ferner eine Feinpositionierungsvorrichtung 15 auf. Die Feinpositionierungsvorrichtung 15 ist ausgebildet, um den LWL-Steckverbinder 10 in einer Feinposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 auszurichten.
Die Feinpositionierungsvorrichtung 15 weist eine dem Basiselement 11 abgewandte Seite 15a und eine gegenüberliegende, dem Basiselement 11 zugewandte, Seite 15b auf. Die dem Basiselement 11 zugewandte Seite 15b der Feinpositionierungsvorrichtung 15 ist an der ersten Seite 11a des Basiselements 11 angeordnet und weist erfindungsgemäß, hier nicht dargestellte aber nachfolgend beschriebene, Vertiefungen auf.
Die dem Basiselement abgewandte Seite 15a der Feinpositionierungsvorrichtung 15 weist mindestens zwei sich verjüngende Fortsätze 16, 17 auf. Die mindestens zwei sich verjüngenden Fortsätze 16, 17 weisen an deren jeweils verjüngtem Ende 16v, 17v eine Stirnfläche 16s, 17s auf.
Es erstreckt sich jeweils ein Lichtwellenleiter 12, 13 durch die Feinpositionierungsvorrichtung 15 und jeweils einen sich verjüngenden Fortsatz 16, 17 hindurch, und zwar bis maximal zu der Stirnfläche 16s, 17s des jeweiligen sich verjüngenden Fortsatzes 16, 17.
So erstreckt sich beispielsweise der Lichtwellenleiter 13 bis zur Stirnfläche 17s des sich verjüngenden Fortsatzes 17, sodass ein Ende des Lichtwellenleiters 13 bündig mit der Stirnfläche 17s des sich verjüngenden Fortsatzes 17 abschließt.
Der andere Lichtwellenleiter 12 kann beispielsweise etwas nach innen versetzt sein. Das heißt, der Lichtwellenleiter 12 erstreckt sich nicht bis zur Stirnfläche 16s des sich verjüngenden Fortsatzes 16, sondern ein Ende des Lichtwellenleiters 12 ist von der Stirnfläche 16s des sich verjüngenden Fortsatzes 16 beabstandet. Genauer gesagt ist ein Ende des Lichtwellenleiters 12 in Richtung des Basiselements 11 von der Stirnfläche 16s des sich verjüngenden Fortsatzes 16 beabstandet.
Ein solcher nach innen gerichteter Versatz kann beispielsweise im Rahmen von Fertigungstoleranzen im Bereich von ±0,01 mm realisierbar sein. Das Faserende eines Lichtwellenleiters 12, 13 steht also sozusagen nicht über die Stirnfläche 16s eines sich verjüngenden Fortsatzes 16 hinaus. Somit kann auf vorteilhafte Weise ein Schutz vor Verkratzen der offenen Faserenden realisiert werden.
Die Lichtwellenleiter 12, 13 befinden sich beide innerhalb des jeweiligen Fortsatzes 16, 17. Die Lichtwellenleiter 12, 13 müssen somit nicht abgeschnitten werden, und deren jeweiligen Enden müssen somit nicht eingeschliffen beziehungsweise poliert werden.
1 zeigt außerdem ein Beispiel eines Komplementärsteckverbinders 100.
Der LWL-Komplementärsteckverbinder 100 ist ausgebildet, um mit dem komplementär ausgebildeten LWL-Steckverbinder 10 mechanisch verbunden zu werden. Der LWL-Komplementärsteckverbinder 100 weist ein Basiselement 111 auf. Das Basiselement 111 weist eine erste Seite 111a und eine der ersten Seite 111a gegenüberliegende zweite Seite 111b auf.
Zwischen der ersten Seite 111a und der zweiten Seite 111b des Basiselements 111 erstrecken sich mindestens zwei Lichtwellenleiter 112, 113 durch das Basiselement 111 hindurch. Die mindestens zwei Lichtwellenleiter 112, 113 sind hierbei fixiert in dem Basiselement 111 angeordnet.
Das Basiselement 111 weist eine Grobpositionierungsvorrichtung 114 auf. Die Grobpositionierungsvorrichtung 114 ist ausgebildet, um den LWL-Komplementärsteckverbinder 100 in einer Grobposition mit dem LWL-Steckverbinder 10 auszurichten. Die Grobpositionierungsvorrichtung 114 kann ein einzelnes Grobpositionierungselement oder, wie abgebildet, zwei oder mehr Grobpositionierungselemente 114a, 114b aufweisen. Die Grobpositionierungsvorrichtung 14 wird später näher beschrieben.
Der LWL-Komplementärsteckverbinder 100 weist ferner eine Feinpositionierungsvorrichtung 115 auf. Die Feinpositionierungsvorrichtung 115 ist ausgebildet, um den LWL-Komplementärsteckverbinder 100 in einer Feinposition mit dem LWL-Steckverbinder 10 auszurichten.
Die Feinpositionierungsvorrichtung 115 weist eine dem Basiselement 11 abgewandte Seite 115a und eine gegenüberliegende, dem Basiselement 111 zugewandte, Seite 115b auf. Die dem Basiselement 111 zugewandte Seite 115b der Feinpositionierungsvorrichtung 115 ist an der ersten Seite 111a des Basiselements 111 angeordnet und weist erfindungsgemäß, hier nicht dargestellte aber nachfolgend beschriebene, Fortsätze auf.
Die dem Basiselement 111 abgewandte Seite 115a der Feinpositionierungsvorrichtung 115 weist mindestens zwei sich verjüngende Vertiefungen 116, 117 auf. Die mindestens zwei sich verjüngenden Vertiefungen 116, 117 weisen an deren jeweils verjüngtem Ende 116v, 117v eine Stirnfläche 116s, 117s auf.
Es erstreckt sich jeweils ein Lichtwellenleiter 112, 113 durch die Feinpositionierungsvorrichtung 115 hindurch, und zwar bis maximal zu der Stirnfläche 116s, 117s von jeweils einer der sich verjüngenden Vertiefungen 116, 117.
So erstreckt sich beispielsweise der Lichtwellenleiter 112 bis zur Stirnfläche 116s der sich verjüngenden Vertiefung 116, sodass ein Ende des Lichtwellenleiters 112 bündig mit der Stirnfläche 116s der sich verjüngenden Vertiefung 116 abschließt.
Der andere Lichtwellenleiter 113 kann beispielsweise etwas nach innen versetzt sein. Das heißt, der Lichtwellenleiter 113 erstreckt sich nicht bis zur Stirnfläche 117s der sich verjüngenden Vertiefung 117, sondern ein Ende des Lichtwellenleiters 113 ist von der Stirnfläche 117s der sich verjüngenden Vertiefung 117 beabstandet. Genauer gesagt ist ein Ende des Lichtwellenleiters 113 in Richtung des Basiselements 111 von der Stirnfläche 117s der sich verjüngenden Vertiefung 117 beabstandet.
Die Lichtwellenleiter 112, 113 befinden sich beide innerhalb der Feinpositionierungsvorrichtung 115. Die Lichtwellenleiter 112, 113 müssen somit nicht abgeschnitten werden, und deren jeweiligen Enden müssen somit nicht eingeschliffen beziehungsweise poliert werden.
Wie in 1 bereits angedeutet ist, können die sich verjüngenden Fortsätze 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 geometrisch komplementär zu den sich verjüngenden Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 10 ausgebildet sein. Beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 greifen die Fortsätze 16, 17 in die Vertiefungen 116, 117 ein und können sich dabei aufgrund der geometrisch komplementären Formgebung selbst zentrieren.
Gemäß eines solchen denkbaren Ausführungsbeispiels sind die sich verjüngenden Fortsätze 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 demnach ausgebildet, um mit geometrisch komplementären sich verjüngenden Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 derart zusammenzuwirken, dass sich beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 die sich verjüngenden Fortsätze 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 in den sich verjüngenden Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 selbst zentrieren.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Ausführungsform des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 vorsehen, dass die sich verjüngenden Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 ausgebildet sind, um mit geometrisch komplementären sich verjüngenden Fortsätzen 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 derart zusammenzuwirken, dass sich beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 die sich verjüngenden Fortsätze 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 in den sich verjüngenden Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 selbst zentrieren.
Dies ist in den 2A bis 2C nochmals detaillierter dargestellt. Die 2A bis 2C zeigen schematisch und exemplarisch einen vergrößerten Ausschnitt einer Feinpositionierungsvorrichtung 15, 115 gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, genauer gesagt einen sich verjüngenden Fortsatz 16 der Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 und eine sich verjüngende Vertiefung 116 der Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100.
In dem abgebildeten Koordinatensystem entspricht eine Verschiebung in x-Richtung einer Verschiebung in einer radialen Richtung bezüglich der Lichtwellenleiter 12, 13, und eine Verschiebung in y-Richtung entspricht einer Verschiebung in einer axialen Richtung bezüglich der Lichtwellenleiter 12, 13.
In 2A ist ein erster Zustand abgebildet, und zwar ein Zustand bevor der LWL-Steckverbinder 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 zusammengesteckt wird. Dabei ist der Fortsatz 16 axial von der Vertiefung 116 beabstandet. Die beiden Lichtwellenleiter 12, 112 weisen jeweils eine Mittelachse 21, 121 auf. Es besteht ein radialer Versatz D zwischen dem in dem Fortsatz 16 angeordneten Lichtwellenleiter 12 und dem in der Vertiefung 116 angeordneten Lichtwellenleiter 112.
In 2B ist ein zweiter Zustand gezeigt, bei dem der LWL-Steckverbinder 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 zusammengesteckt wird beziehungsweise bereits ein Stück weit mit diesem zusammengesteckt ist. Durch Aufbringen einer axial gerichteten Kraft F_Y schieben sich die beiden LWL-Stecker 10, 100 ineinander. Dabei gleitet der Fortsatz 16 in y-Richtung, d.h. in axialer Richtung, in die Vertiefung 116 hinein. Dadurch verringert sich der axiale Abstand zwischen dem Fortsatz 16 und der Vertiefung 116. Aufgrund der komplementären geometrischen Formen des Fortsatzes 16 und der Vertiefung 116 zentriert sich der Fortsatz 16 in der Vertiefung 116 von selbst. Dabei verringert sich neben dem axialen Abstand auch der radiale Abstand D zwischen den beiden Lichtwellenleitern 12, 112
In 2C ist ein dritter Zustand abgebildet, wobei der LWL-Steckverbinder 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 vollständig und ordnungsgemäß zusammengesteckt ist. Der Fortsatz 16 hat sich vollständig in die Vertiefung 116 hineinbewegt und hat sich dabei selbst zentriert. Somit sind die Lichtwellenleiter 12, 112 axial bezüglich ihrer jeweiligen Mittelachsen 21, 121 zueinander ausgerichtet und zentriert.
Die mit Bezug auf die 2A bis 2C exemplarisch für einen Fortsatz 16 und eine Vertiefung 116 beschriebenen Schritte gelten gleichsam auch für den zweiten und jeden weiteren Fortsatz und entsprechend auch für die zweite und jede weitere Vertiefung.
Gemäß eines solchen denkbaren Ausführungsbeispiels kann also die Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 ausgebildet sein, um beim Einwirken einer axialen Kraft F_Y in einer Richtung axial (d.h. in y-Richtung) zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern 12 (13) eine radiale (d.h. in x-Richtung) Relativbewegung der mindestens zwei Fortsätze 16 (17) des LWL-Steckverbinders 10 gegenüber dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 in einer Richtung radial zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern 12 (13) zu ermöglichen, sodass beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 die mindestens zwei Lichtwellenleiter 12 (13) mit je einem gegenüberliegenden, in dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 vorgesehenen, Lichtwellenleiter 112 (113) axial bezüglich ihrer jeweiligen Mittelachsen 21, 121 ausrichtbar sind.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Ausführungsform des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 vorsehen, dass die Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 ausgebildet ist, um beim Einwirken einer axialen Kraft Fy in einer Richtung axial (d.h. in y-Richtung) zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern 112, 113 eine radiale (d.h. in x-Richtung) Relativbewegung der mindestens zwei Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 gegenüber dem LWL-Steckverbinder 10 in einer Richtung radial zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern 112, 113 zu ermöglichen, sodass beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 die mindestens zwei Lichtwellenleiter 112, 113 mit je einem gegenüberliegenden, in dem LWL-Steckverbinder 10 vorgesehenen, Lichtwellenleiter 12, 13 axial bezüglich ihrer jeweiligen Mittelachsen 21, 121 ausrichtbar sind.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung 1000, wobei die Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 des LWL-Steckverbinders 10 beziehungsweise des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 eine Vielzahl der soeben beschriebenen selbstzentrierenden Mittel, zum Beispiel in Form von Fortsätzen 16 und komplementären Vertiefungen 116, aufweist.
Der LWL-Steckverbinder 10 weist ein Basiselement 11 auf. Das Basiselement 11 weist eine Grobpositionierungsvorrichtung 14 auf. Die Grobpositionierungsvorrichtung 14 ist hier beispielhaft als ein von dem Basiselement 11 hervorstehender Fortsatz ausgebildet. Der Fortsatz 14 kann beispielsweise in der Mitte des Basiselements 11 angeordnet sein.
Der LWL-Komplementärsteckverbinder 100 weist ein Basiselement 111 auf. Das Basiselement 111 weist eine Grobpositionierungsvorrichtung 114 auf. Die Grobpositionierungsvorrichtung 114 ist hier beispielhaft als eine in dem Basiselement 111 vorgesehene Ausnehmung ausgebildet. Die Ausnehmung 114 kann beispielsweise in der Mitte des Basiselements 111 angeordnet sein.
Der Fortsatz 14 des LWL-Steckverbinders 10 kann in die Ausnehmung 114 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 einführbar sein. Dadurch wird beim Zusammenstecken eine grobe Positionierung zwischen dem LWL-Steckverbinder 10 und dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 bereitgestellt.
Die Grobpositionierungsvorrichtungen 14, 114 stellen somit die Funktion einer Positioniersicherung zum korrekten Positionieren des LWL-Steckverbinders 10 relativ zu dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 bereit. Oder anders ausgedrückt sind die Grobpositionierungsvorrichtungen 14, 114 ausgestaltet, um das Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 in einer vorgegebenen Ausrichtung zueinander zu ermöglichen. Durch diese Ausrichtung des LWL-Steckverbinders 10 zu dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 mittels der Grobpositionierungsvorrichtung 14, 114 werden auch die Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 in einer vorgegebenen Position zueinander ausgerichtet.
Insbesondere werden dabei die Fortsätze 16, 17 und die dazu komplementären Vertiefungen 116, 117 in einer vorgegebenen Position zueinander ausgerichtet. Somit wird sichergestellt, dass die Fortsätze 16, 17 und die Vertiefungen 116, 117 beim in Kontakt Kommen des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 korrekt zueinander ausgerichtet werden und beim Aufbringen einer axialen Kraft zum Schließen der Verbindung, d.h. beim Zusammenstecken, des LWL-Steckverbinders 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 nicht zerstört werden.
In Bezug auf die Achsen der Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113 kann also gesagt werden, dass die Grobpositionierungsvorrichtungen 14, 114 eine Einschränkung der Freiheitsgrade in einer Drehrichtung um die Achse des jeweiligen Lichtwellenleiters 12, 13, 112, 113 herum und/oder in radialer Richtung und/oder in lateraler Richtung bezüglich der Achsen der Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113 ermöglichen. Somit kann mittels der Grobpositionierungsvorrichtungen 14, 114 eine Verdrehsicherung gegen Verdrehen und/oder eine Verkippsicherung gegen Verkippen und/oder eine Versatzsicherung gegen lateralen Versatz des LWL-Steckverbinders 10 relativ zu dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 ermöglicht werden.
Zu diesen Zwecken können der Fortsatz 14 und die Ausnehmung 114 beispielsweise zueinander komplementäre geometrische Formen aufweisen. Beispielsweise können der Fortsatz 14 und die Ausnehmung 114 einen dreieckigen oder halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen.
So zeigt beispielsweise 4 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung 1000 mit einer Vielzahl von Zentriermitteln 16, 17, 116, 117 und einer Grobpositionierungsvorrichtung mit einem Fortsatz 14 und einer Ausnehmung 114. In der Ausnehmung 114 ist, im Bild oben, eine Kante 41 zu sehen, die den ansonsten runden Querschnitt der Ausnehmung 114 unterbricht. Der Fortsatz 14 weist eine dazu komplementäre Form auf. Somit können der LWL-Steckverbinder 10 und der LWL-Komplementärsteckverbinder 100 nur in einer vorbestimmten Position ineinander gesteckt werden. Eine solche komplementäre geometrische Form der Grobpositionierungsvorrichtung 14, 114 wird auch später mit Bezug auf 6 nochmals näher beschrieben.
Die durch die Grobpositionierungsvorrichtungen 14, 114 vorbestimmte Position kann dabei derart ausgelegt sein, dass auch die Zentriermittel 16, 17, 116, 117 der jeweiligen Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 bereits in eine vorbestimmten Position zueinander gebracht werden. Dies bietet einen sehr guten Ausgangspunkt für die zuvor beschriebene Selbstzentrierung.
Die Selbstzentrierung, wie sie in den 2A bis 2C beschrieben wurde, ist mittels der erfindungsgemäßen Feinpositionierungsvorrichtung 15, 115, oder genauer gesagt mittels der an den Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 angeordneten Zentriermittel 16, 17, 116, 117 möglich. Durch eine Relativbewegung der beiden Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 relativ zueinander wird eine Relativbewegung und somit eine sehr genaue axiale Ausrichtung zwischen den Lichtwellenleitern 12, 13 im LWL-Steckverbinder 10 und den Lichtwellenleitern 112, 113 im LWL-Komplementärsteckverbinder 100 ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich zur Relativbewegung der beiden Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 kann mindestens eines der Selbstzentrierungsmittel der beiden Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 relativ zu seinem Gegenüber beweglich sein. So kann beispielsweise mindestens ein Fortsatz 16, 17 der Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 relativ zu einer Vertiefung 116, 117 der Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 bewegbar sein. Zur Realisierung dieser Relativbewegung(en) sieht die Erfindung mehrere Ausführungsbeispiele vor, die nachfolgend mit Bezug auf die Figuren näher beschrieben werden.
Bewegliche Feinpositionierungsvorrichtung allgemein
In einem Ausführungsbeispiel kann die Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 an dem Basiselement 11 beweglich gelagert sein, um eine radiale Relativbewegung der mindestens zwei Fortsätze 16, 17 relativ zu den jeweils gegenüberliegenden mindestens zwei Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 zu ermöglichen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 an dessen Basiselement 111 beweglich gelagert sein, um eine radiale Relativbewegung der mindestens zwei Vertiefungen 116, 117 relativ zu den jeweils gegenüberliegenden mindestens zwei Fortsätzen 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 zu ermöglichen.
Wie beispielsweise in 3 abgebildet ist, kann die Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 an dem Basiselement 11 derart gelagert sein, dass sich die Feinpositionierungsvorrichtung 15 in radialer Richtung (in x-Richtung) bewegen kann. Hierfür kann die Feinpositionierungsvorrichtung 15 beispielsweise eine Ausnehmung aufweisen, durch die der Fortsatz der Grobpositionierungsvorrichtung 14, wie in 3 abgebildet, hindurchgeführt wird. Die Feinpositionierungsvorrichtung 15 kann somit vermittels der Grobpositionierungsvorrichtung 14 an dem Basiselement 11 gelagert sein. Wenn zwischen der Ausnehmung in der Feinpositionierungsvorrichtung 15 und dem Fortsatz der Grobpositionierungsvorrichtung 14 Spiel besteht, zum Beispiel durch ein Übermaß der Ausnehmung gegenüber des Fortsatzes, so kann dieses Spiel für die Beweglichkeit der Feinpositionierungsvorrichtung 15 in radialer Richtung (x-Richtung) sorgen. In diesem Fall wäre also beispielsweise die Feinpositionierungsvorrichtung 15 mittels der Grobpositionierungsvorrichtung 14 an dem Basiselement 11 gelagert.
In anderen Worten kann also eine Art Mehrkomponentensystem verwendet werden, welches aus jeweils einer Grobpositionierungsvorrichtung 14, 114 (Grobzentrierung) von Stecker (LWL-Steckverbinder) 10 und Buchse (LWL-Komplementärsteckverbinder) 100, sowie jeweils einer Feinpositionierungsvorrichtung (Selbstzentrierungssystem) 15, 115 mit mehreren Feinzentrierungen (z.B. sich verjüngende Fortsätze 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 und sich verjüngende Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100) besteht.
Jeweils eine Grobzentrierung 14, 114 und eine Feinzentrierung 15, 115 des jeweiligen LWL-Steckverbinders 10 bzw. LWL-Komplementärsteckverbinders 100 bilden hierbei ein Element. Die Anzahl der möglichen Feinzentrierungen 16, 17, 116, 117 ist hierbei nicht festgelegt. Die Toleranzen von Grobzentrierung zu Selbstzentrierungssystem sind so ausgelegt, dass die Feinzentrierungen 16, 17, 116, 117 beim Zusammenstecken ineinander greifen um sich unter ausreichender Krafteinwirkung ineinander zu schieben und nicht durch versehentlichen Versatz oder Querkräfte beschädigt werden können. Die Lagerung des Selbstzentrierungssystems (Feinpositionierungsvorrichtung) 15, 115 auf dem Grobzentrierungssystem 14, 114 bzw. an dem Basiselement 11, 111 kann beispielsweise schwimmend, also mechanisch beweglich oder flexibel, ausgeführt werden.
Elastische Feinzentrierung
In einem weiteren Ausführungsbeispiel des LWL-Steckverbinders 10 kann die Relativbewegung zwischen den mindestens zwei Fortsätzen 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 relativ zu den jeweils gegenüberliegenden mindestens zwei Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 dadurch realisiert werden, dass die Feinpositionierungsvorrichtung 15 und/oder die Fortsätze 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 ein elastisches Material aufweisen, um sich beim Einwirken der axialen Kraft F_Y (in y-Richtung) elastisch zu verformen, um mittels dieser Verformung die radiale Relativbewegung (in x-Richtung) der Fortsätze 16, 17 bereitzustellen.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Ausführungsbeispiel eines LWL-Komplementärsteckverbinders 100 vorsehen, dass die Relativbewegung zwischen den mindestens zwei Fortsätzen 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 relativ zu den jeweils gegenüberliegenden mindestens zwei Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 dadurch realisiert werden, dass die Feinpositionierungsvorrichtung 115 und/oder die Vertiefungen 116, 117 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 ein elastisches Material aufweisen, um sich beim Einwirken der axialen Kraft F_Y (in y-Richtung) elastisch zu verformen und mittels dieser Verformung die radiale Relativbewegung (in x-Richtung) zwischen den Vertiefungen 116, 117 und den Fortsätzen 16, 17 zu ermöglichen.
Um eine solche Flexibilität zu erreichen, kann das elastische Material der Feinpositionierungsvorrichtung 15, 115 des LWL-Steckverbinders 10 beziehungsweise des LWL-Komplementärsteckverbinders 100, und insbesondere der Fortsätze 16, 17 und der Vertiefungen 116, 117, ein teilflexibles Material aus der Gruppe der Thermoplaste, oder ein flexibles Material aus der Gruppe der thermoplastischen Elastomere oder Silikone aufweisen.
In anderen Worten kann beispielsweise die Positionsanpassung der Feinzentrierungen (Fortsätze und Vertiefungen) 16, 17, 116, 117 durch ein elastisches Material erreicht werden. Hierbei können einerseits teilflexible Materialien aus der Klasse der Thermoplaste (ABS, POM, PS und andere) sowie elastische Materialien aus der Klasse der thermoplastischen Elastomere sowie der Silikone verwendet werden. Es können hierbei für Stecker (LWL-Steckverbinder) 10 und Buchse (LWL-Komplementärsteckverbinder) 100 unterschiedliche Materialien verwendet werden, um den Verschleiß kontrolliert auf einer Komponentenseite, welche vorzugsweise das kostengünstigere Bauteil darstellt, zu halten.
Es wäre auch denkbar, dass das elastische Material der Feinpositionierungsvorrichtung 15, 115 des LWL-Steckverbinders 10 beziehungsweise des LWL-Komplementärsteckverbinders 100, und insbesondere das Material der Fortsätze 16, 17 und der Vertiefungen 116, 117, ein zumindest teilflexibles Metall aufweisen. Beispielsweise könnte ein geeigneter strukturierbarer Federstahl eingesetzt werden. Es wäre hierbei auch denkbar, dass geeignete Metalle in Metallpulverspritzgussverfahren, sog. MIM-Verfahren (engl.: Metal Injection Moulding), oder mittels physikalischer und/oder chemischer Gasphasenabscheidungsverfahren, sog. PVD (engl. Physical Vapor Deposition) beziehungsweise CVD (Chemical Vapor Deposition), oder auch mittels 3D-Powder-Metallurigeverfahren verarbeitet werden.
Mechanische Feinzentrierung
Positionsanpassungen der Feinzentrierungen wie im Kapitel Bewegliche Feinpositionierungsvorrichtung allgemein beschrieben können ebenfalls durch mechanische Verformung erreicht werden. Hierbei können, wie im Kapitel Elastische Feinzentrierung beschrieben, beispielsweise teilflexible Thermoplaste eingesetzt werden, die wiederum zusätzlich durch geometrische Designelemente angepasst sein können, um die mechanische Verformbarkeit zu unterstützen. Beispielsweise können Gräben um die Feinzentrierungen (Fortsätze bzw. Vertiefungen) 16, 17, 116, 117 angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können beispielsweise Verjüngungen am Schaft der Feinzentrierungen (Fortsätze bzw. Vertiefungen) 16, 17, 116, 117 eingebracht sein, um die Biegesteifigkeit zu verringern.
Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 5 abgebildet. Gezeigt ist ein Ausschnitt einer Feinpositionierungsvorrichtung 15 eines LWL-Steckverbinders 10 mit den mindestens zwei sich verjüngenden Fortsätzen 16, 17. Innerhalb der sich verjüngenden Fortsätze 16, 17 sind die Lichtwellenleiter 12, 13 angeordnet. Die Lichtwellenleiter 12, 13 weisen Mittelachsen 21, 22 auf.
In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Feinpositionierungsvorrichtung 15 mindestens eine Struktur 51a, 51b, 52a, 52b zum Verringern der Biegesteifigkeit auf, um die Feinpositionierungsvorrichtung 15 beim Einwirken der axialen Kraft F_Y (in y-Richtung) und/oder beim Einwirken einer radialen Kraft Fx (in x -Richtung) zu verformen und mittels dieser Verformung die radiale Relativbewegung der Fortsätze 16, 17 bereitzustellen.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels kann die mindestens eine Struktur zum Verringern der Biegesteifigkeit als ein in die Feinpositionierungsvorrichtung strukturierter Graben 51a, 51b ausgebildet sein, der sich zumindest abschnittsweise um mindestens einen Fortsatz 16, 17 lateral herum erstreckt.
Alternativ oder zusätzlich kann die mindestens eine Struktur zum Verringern der Biegesteifigkeit als eine in die Feinpositionierungsvorrichtung 15 strukturierte Verjüngung 52a, 52b ausgebildet sein, wobei diese Verjüngung 52a, 52b auf der dem Basiselement 11 zugewandten Seite 15b der Feinpositionierungsvorrichtung 15 und einem Fortsatz 16, 17 gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei sich die Verjüngung 52a, 52b von der dem Basiselement 11 zugewandten Seite 15b ausgehend in Richtung des Fortsatzes 16, 17 verjüngt.
Die Struktur zum Verringern der Biegesteifigkeit kann also beispielsweise als Graben 51a, 51b ausgeführt sein, der auf der dem Basiselement 11 abgewandten Seite 15a der Feinpositionierungsvorrichtung 15 angeordnet ist und sich von der dem Basiselement 11 abgewandten Seite 15a ausgehend in Richtung der dem Basiselement 11 zugewandten Seite 15b der Feinpositionierungsvorrichtung 15 erstreckt. Der Graben 51a, 51b kann teilweise oder auch vollständig lateral um je einen Fortsatz 16, 17 herum umlaufend ausgebildet sein.
Durch diese Gräben 51a, 51b wird die Biegesteifigkeit der Feinpositionierungsvorrichtung 15 verringert. Somit kann sich der Fortsatz 16, 17 beispielsweise in radialer Richtung (in x-Richtung) bewegen. Alternativ oder zusätzlich kann der Fortsatz 16, 17 um die y-Achse kippen beziehungsweise schwenken.
Die Feinpositionierungsvorrichtung 15 kann entlang einer horizontalen Mittelachse 53 nach oben beziehungsweise nach unten gebogen werden. Aufgrund der Gräben 51a, 51b verringert sich die Biegesteifigkeit der Feinpositionierungsvorrichtung 15 und die Fortsätze 16, 17 bewegen sich, initiiert durch die Biegung der Feinpositionierungsvorrichtung 15, geradlinig beziehungsweise schwenkend in x-Richtung und/oder y-Richtung. Auch die rückseitigen Verjüngen 52a, 52b in der dem Basiselement 11 zugewandten Seite 15b der Feinpositionierungsvorrichtung 15 tragen zur Verringerung der Biegesteifigkeit der Feinpositionierungsvorrichtung 15 bei.
Clusterung mehrerer Feinzentrierungen
Im Falle von mehrkanaligen Varianten der Steckverbindung wie im Kapitel Bewegliche Feinpositionierungsvorrichtung allgemein beschrieben, können Versätze der einzelnen Feinzentrierungen (Fortsätze 16, 17 relativ zu Vertiefungen 116, 117) auftreten, welche gegenläufig sind und im ungünstigsten Fall die notwendigen Verformungen zu groß werden, sodass diese nicht mehr wie im Kapitel Elastische Feinzentrierung oder im Kapitel Mechanische Feinzentrierung beschrieben, kompensiert werden können.
Da diese Möglichkeit mit wachsender Kanalzahl steigt, können mehrere Selbstzentrierungssysteme (Fortsätze 16, 17 und/oder Vertiefungen 116, 117) mit mehreren Fasern als Faserverbund geclustert werden. Hierdurch können die einzelnen Feinzentrierungen die Versätze innerhalb des Selbstzentrierungscluster kompensieren.
6 zeigt ein solches Ausführungsbeispiel. Gezeigt ist eine Feinpositionierungsvorrichtung 15 eines LWL-Steckverbinders 10 in Draufsicht. Außerdem ist ein denkbares geometrisches Formelement als ein Beispiel für eine Ausnehmung 41 gezeigt, um eine Grobpositionierung zu ermöglichen, wie es zuvor mit Bezug auf die 3 und 4 erläutert wurde.
An der in 6 abgebildeten Feinpositionierungsvorrichtung 15 sind die mindestens zwei Fortsätze 16, 17 angeordnet. In den Fortsätzen 16, 17 ist jeweils ein Lichtwellenleiter 12, 13 angeordnet. Die Fortsätze 16, 17 mit den Lichtwellenleitern 12, 13 können zu einer Gruppe von Fortsätzen beziehungsweise Lichtwellenleitern 12, 13 geclustert werden. Das heißt, die Fortsätze 16, 17 bilden eine erste Gruppe 61 von Fortsätzen.
Wie in 6 zu sehen ist, können weitere Gruppen 62, 63, 64 von Fortsätzen an der Feinpositionierungsvorrichtung 15 vorgesehen sein. Jede Gruppe 61, 62, 63, 64 von Fortsätzen kann zwei oder mehr Fortsätze 16, 17 aufweisen.
Jede Gruppe 61, 62, 63, 64 von Fortsätzen kann individuell bewegbar sein. Die Bewegbarkeit der einzelnen Gruppen 61, 62, 63, 64 kann durch eine der zuvor beschriebenen Ausführungsformen realisiert sein. Da die einzelnen Gruppen 61, 62, 63, 64 unabhängig voneinander bewegbar sind, kann eine noch genauere Feinpositionierung der Lichtwellenleiter 12, 13 des LWL-Steckverbinders 10 gegenüber den Lichtwellenleitern 112, 113 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 realisiert werden.
Gemäß eines solchen Ausführungsbeispiels können also die mindestens zwei Fortsätze 16, 17 eine erste Gruppe 61 von Fortsätzen bilden. Die Feinpositionierungsvorrichtung 15 kann die erste Gruppe 61 von Fortsätzen und mindestens eine zweite Gruppe 62 von Fortsätzen mit mindestens zwei Fortsätzen 66, 67 aufweisen, wobei die jeweiligen Gruppen 61, 62, 63, 64 von Fortsätzen unabhängig voneinander relativ zu dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 bewegbar sind.
Die soeben beschriebene Clusterung von mehreren Fortsätzen zu zwei oder mehr Gruppen von Fortsätzen wurde am Beispiel des LWL-Steckverbinders 10 erläutert. Alle Erläuterungen gelten gleichsam auch für eine denkbare Clusterung von mehreren Vertiefungen zu zwei oder mehr Gruppen von Vertiefungen bei einem erfindungsgemäßen LWL-Komplementärsteckverbinder 100.
Einzelne Selbstzentrierungen in beweglicher Halterung oder direkt in Grobzentrierung
Der Aufbau der einzelnen Fasern sowie die Möglichkeit zur Kompensation von Versätzen kann auch durch die Anbringung einzelner Feinzentrierungen am Faserende erreicht werden. Hierbei stellt die Feinzentrierung ein eigenes Selbstzentrierungssystem im Sinne von den im Kapitel Bewegliche Feinpositionierungsvorrichtung allgemein vorgestellten Ausführungsbeispielen dar. Die Feinzentrierung wird dabei entweder in einer Führungsplatte oder auch direkt in das Grobzentrierungssystem eingesetzt.
Varianten der Feinzentrierungen
Die Feinzentrierung erfüllt das Ziel der Mikropräzisions-Positionierung der Faserenden. Die geometrische Ausführung der Feinzentrierung kann beispielsweise durch einen Kegelstumpf erreicht werden, welcher auf Steckerseite (LWL-Steckverbinder) 10 als positive und auf der Buchsenseite (LWL-Komplementärsteckverbinder) 100 als negative Bauform ausgeführt wird. Andere geometrische Ausführungen als Schaftaufnahmen, Sphären, Pyramidenstümpfe sowie verteilte x und y Zentrierflächen auf ein oder mehrere Teilelementen sind hierbei möglich.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung 1000 gegenüber konventionellen LWL-Steckverbindungen liegt unter anderem darin, dass die Faserenden der Lichtwellenleiter 12, 13 nicht mehr hochpräzise und aufwändig bearbeitet werden müssen. Die Lichtwellenleiter 12, 13 weisen in der Regel eine Ummantelung auf. In der vorliegenden Erfindung kann die Ummantelung der Lichtwellenleiter 12, 13 einfach entfernt werden, und die freigelegten Faserenden der Lichtwellenleiter 12, 13 können einfach in eine dafür vorgesehene Aussparung in den Fortsätzen 16, 17 beziehungsweise in den Vertiefungen 116, 117 angeordnet und darin fixiert werden. Erfindungsgemäß erstrecken sich die Faserenden der Lichtwellenleiter 12, 13 dabei bis maximal zur Stirnfläche des jeweiligen Fortsatzes 16, 17 beziehungsweise der jeweiligen Vertiefungen 116, 117.
Die Lichtwellenleiter 12, 13 befinden sich somit innerhalb der Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 beziehungsweise innerhalb der Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100. Die Lichtwellenleiter 12, 13 können dabei mit einem gewissen Spiel in der jeweiligen der Feinpositionierungsvorrichtung 15, 115 verbaut werden. Im Stand der Technik hingegen müssen die Lichtwellenleiter passgenau und spielfrei in die Stecker eingepasst werden. Außerdem stehen bei der Erfindung die Faserenden der Lichtwellenleiter 12, 13 auch nicht über die jeweilige Feinpositionierungsvorrichtung 15, 115 hinaus und müssen daher nicht hochpräzise und aufwändig bearbeitet werden.
Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 7 gezeigt. 7 ist eine vergrößerte Darstellung der LWL-Steckverbindung 1000 aus 3.
Wie in 7 zu sehen ist, weisen die Lichtwellenleiter 12, 13 im Bereich 70 des Basiselements 11 eine Ummantelung 72, 73 auf. Im Bereich 71 der Feinpositionierungsvorrichtung 15 sind die Lichtwellenleiter 12, 13 von der Ummantelung befreit. Hier liegen also die jeweiligen Faserenden des jeweiligen Lichtwellenleiters 12, 13 frei. Die Fasern selbst können also beispielsweise in der Feinzentrierung 15 hochpräzise ohne Schutzmantel (Buffer) positioniert und fixiert werden.
Gemäß eines solchen Ausführungsbeispiels können also die mindestens zwei Lichtwellenleiter 12, 13 in ihrem sich durch das Basiselement 11 hindurch erstreckenden Abschnitt 70 eine Ummantelung 72, 73 aufweisen, und die mindestens zwei Lichtwellenleiter 12, 13 können in ihrem sich durch die Feinpositionierungsvorrichtung 15 hindurch erstreckenden Abschnitt 71 mantellos ausgeführt sein.
Selbiges gilt im Übrigen auch analog für die im LWL-Komplementärsteckverbinder 100 angeordneten Lichtwellenleiter. Ausführungsbeispiele eines derartigen LWL-Komplementärsteckverbinders 100 sehen vor, dass die mindestens zwei Lichtwellenleiter 112, 113 in ihrem sich durch das Basiselement 111 hindurch erstreckenden Abschnitt 170 eine Ummantelung 172, 173 aufweisen, wobei die mindestens zwei Lichtwellenleiter 112, 113 in ihrem sich durch die Feinpositionierungsvorrichtung 115 hindurch erstreckenden Abschnitt 171 mantellos ausgeführt sein können.
Die offenen Enden der Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113 sind dabei vorzugsweise unbearbeitet.
Varianten der Steckerform
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, kann eine axial gerichtete Kraft F_Y (in y-Richtung) aufgebracht werden, um den LWL-Steckverbinder 10 mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 zu verbinden. Beim Zusammenstecken kann sich das Feinpositionierungselement 15 des LWL-Steckverbinders 10 relativ zu der Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 bewegen, um eine axiale Ausrichtung der Lichtwellenleiter 12, 13 im LWL-Steckverbinder 10 gegenüber den Lichtwellenleitern im LWL-Komplementärsteckverbinder 100 zu ermöglichen.
Um die hierfür benötigte axial gerichtete Kraft F_Y aufzubringen kann der LWL-Steckverbinder 10 ein mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder 100 funktional zusammenwirkendes Mittel zum Aufbringen der axialen Kraft F_Y aufweisen.
Dieses Mittel zum Aufbringen der axialen Kraft kann also zum Kraftaufbau der Kraft F_Y verwendet werden. Sowohl der Kraftaufbau zum parallelen Zentrieren einer Vielzahl von Zentrierungen (Fortsätze 16, 17 und Vertiefungen 116, 117) als auch eine mechanische Verankerung zwischen LWL-Steckverbinder 10 und LWL-Komplementärsteckverbinder 100 können beispielsweise durch eine Schraubverbindung am Außengehäuse erreicht werden. Das Mittel zum Aufbringen der axialen Kraft kann also beispielsweise als eine Schraubverbindung ausgebildet sein, die am LWL-Steckverbinder 10 und am LWL-Komplementärsteckverbinder 100 vorgesehen ist.
Eine solche Ausgestaltung ist beispielhaft in den 8A und 8B dargestellt. Gezeigt ist eine erfindungsgemäße Steckverbindung 1000 mit beispielhaften Abmessungen. Bei der abgebildeten Steckverbindung 1000 sind der LWL-Steckverbinder 10 und der LWL-Komplementärsteckverbinder 100 rein beispielhaft mittels einer Schraubverbindung 81, 82 miteinander verbunden. Diese Schraubverbindung 81, 82 stellt das Mittel zum Aufbringen der axialen Kraft F_Y dar. Durch Drehen der Schraubverbindung wird die axiale Kraft F_Y auf die Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 übertragen.
Weitere Varianten, welche unter Aufrechterhaltung der aufgebauten Kraft die Elemente Stecker (LWL-Steckverbinder) 10 und Buchse (LWL-Komplementärsteckverbinder) 100 zusammenhalten sind hierbei möglich. So kann das Mittel zum Aufbringen der axialen Kraft beispielsweise als eine Hebelkraftverbindung, eine Klemmverbindung oder eine Steckverbindung ausgebildet sein, sowie andere physikalische Prinzipien zum Kraftaufbau genutzt werden. Die Bauform ist hierbei nicht auf kreisförmige Elemente beschränkt. Zeilenkonfigurationen sind ebenfalls realisierbar, sodass beliebige Formen (kreisförmig, rechteckig, quadratisch, oval, etc.) möglich sind, sofern die mechanische Verankerung mit ausreichendem Kraftaufbau gewährleistet werden kann.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung 1000 gegenüber konventionellen LWL-Steckverbindungen besteht außerdem darin, dass die Zentrierungsmittel (Feinpositionierungsvorrichtung 15, 115 sowie daran angeordnete Fortsätze 16, 17 bzw. Vertiefungen 116, 117) zum gegenseitigen axialen Ausrichten der Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113 des LWL-Steckverbinders 10 und des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 einfach und kostengünstig herstellbar sind.
So können beispielsweise die Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 des LWL-Steckverbinders 10 und des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 ein mit demselben Formwerkzeug hergestelltes Spritzgussteil mit gleicher Form sein.
Dies kann insbesondere in 7 gesehen werden. Hier weisen die Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 des LWL-Steckverbinders 10 und des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 dieselbe Form auf, da sie in demselben Formwerkzeug hergestellt wurden.
So kann beispielsweise die Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 auf einer dem Basiselement 11 abgewandten Seite 15a die mindestens zwei Fortsätze 16, 17 aufweisen. Auf einer dem Basiselement 11 zugewandten Seite 15b kann die Feinpositionierungsvorrichtung 15 Vertiefungen 76, 77 aufweisen. Die Vertiefungen 76, 77 können dabei den in der Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 ausgebildeten Vertiefungen 116, 117 entsprechen, sofern die Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 des LWL-Steckverbinders 10 und des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 in demselben Formwerkzeug hergestellt wurden. In die Vertiefungen 76, 77 der Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 können beispielsweise die Enden der zuvor beschriebenen Ummantelungen der Lichtwellenleiter 12, 13 eingeführt werden.
Die Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 ist im Vergleich zur Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 genau anders herum an dem Basiselement 111 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 angeordnet. So weist beispielsweise die Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 auf einer dem Basiselement 111 abgewandten Seite 115a die mindestens zwei Vertiefungen 116, 117 auf, die mit den komplementären Fortsätzen 16, 17 des LWL-Steckverbinders 10 funktional zusammenwirken können. Auf einer dem Basiselement 111 zugewandten Seite 115b weist die Feinpositionierungsvorrichtung 115 hingegen Fortsätze 78, 79 auf. Von der Form her können die Fortsätze 78, 79 dabei den in der Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 ausgebildeten Fortsätzen 16, 17 entsprechen, sofern die Feinpositionierungsvorrichtungen 15, 115 des LWL-Steckverbinders 10 und des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 in demselben Formwerkzeug hergestellt wurden.
Gemäß eines denkbaren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung 1000 können die Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 auf ihrer dem Basiselement 11 abgewandten Seite 15a und die Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 auf ihrer dem Basiselement 111 zugewandten Seite 115b jeweils mindestens zwei positive Formelemente 16, 17, 78, 79 aufweisen. Zusätzlich können die Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 auf ihrer dem Basiselement 11 zugewandten Seite 15b und und die Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 auf ihrer dem Basiselement 111 abgewandten Seite 115a jeweils mindestens zwei komplementäre negative Formelemente 116, 117, 76, 77 aufweisen, wobei in einem zusammengesteckten Zustand der LWL-Steckverbindung 1000 die Feinpositionierungsvorrichtung 15 des LWL-Steckverbinders 10 und die Feinpositionierungsvorrichtung 115 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 so zueinander ausgerichtet sind, dass die mindestens zwei positiven Formelemente 16, 17 der einen Feinpositionierungsvorrichtung 15 mit den mindestens zwei negativen Formelementen 116, 117 der anderen Feinpositionierungsvorrichtung 115 funktional ineinandergreifen.
Bisher wurden lediglich beispielhaft zwei Lichtwellenleiter 12, 13 des LWL-Steckverbinders 10 beschrieben, die axial zu zwei Lichtwellenleitern 112, 113 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 ausgerichtet werden können. Es versteht sich, dass mehr als zwei Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113 pro LWL-Steckverbinder 10 beziehungsweise pro LWL-Komplementärsteckverbinder 100 vorhanden sein können. Eine solche Vielzahl von Lichtwellenleitern 12, 13, 112, 113 kann in einem Bündel von Lichtwellenleitern zusammengefasst werden.
Die einzelnen Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113 können dabei stets derart zueinander ausgerichtet werden, dass diese einen möglichst geringen axialen Versatz aufweisen. Vorzugsweise fluchten die Mittelachsen 21, 121 der jeweiligen sich gegenüberliegenden Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113, sodass kein axialer Versatz besteht (siehe z.B. 2C).
Die mittels der vorliegenden Erfindung zu erreichende Positioniergenauigkeit der einzelnen Lichtwellenleiter 12, 13, 112, 113 zueinander liegt hierbei innerhalb eines Toleranzbereichs von wenigen Mikrometern.
Größenordnung der durch die jeweiligen Komponenten erreichbaren Positioniergenauigkeit der Faserenden in x/y-Richtung:

• Über Grobzentrierung (Grobpositionierungsvorrichtungen) 14, 114: $Toleranzbereich = \pm 50 μ m$
• Über zwei Feinzentrierelemente (Feinpositionierungsvorrichtungen) 15, 115 aus dem identischen Spritzgusswerkzeug (beweglich, z.B. schwimmend) gelagert: $Toleranzbereich = \pm 10 μ m$
• Über zusätzliche Beweglichkeit eines einzelnen Feinzentrierungselements (Fortsatz bzw. Vertiefung), z.B. aufgrund Materialelastizität oder geometrischer Gestaltung (Graben 51a, 51b bzw. Verjüngung 52a, 52b) rund um den einzelnen Fortsatz (gemäß 5) $Toleranzbereich = \pm 3 μ m$

Bei der erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung 1000 können die Toleranzen für den Anwendungsfall von Sensorsignalen gegebenenfalls größer sein als die in der Netzwerktechnik geforderten Werte (entsprechend der Europanorm EN 50377-15-1 / Toleranzbereich: ± 1 µm), insbesondere wenn die Datentransferrate zu Gunsten einer hochauflösenden Sensorik und weniger zu Gunsten einer maximalen Kommunikationsgeschwindigkeit zu optimieren ist.
Gemäß eines weiteren denkbaren Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen LWL-Steckverbindung 1000 können also der LWL-Steckverbinder 10 und der LWL-Komplementärsteckverbinder 100 ausgebildet sein, um ein eine Vielzahl von Lichtwellenleitern 12, 13, 112, 113 aufweisendes Bündel von Lichtwellenleitern miteinander zu verbinden, wobei die Vielzahl von Lichtwellenleitern 12, 13 des LWL-Steckverbinders 10 und die Vielzahl von Lichtwellenleitern 112, 113 des LWL-Komplementärsteckverbinders 100 innerhalb eines Toleranzbereichs bezüglich ihrer jeweiligen Mittelachse zueinander ausgerichtet sind.
Mit der selbstzentrierenden faseroptischen Kupplung (LWL-Steckverbindung) 1000 auf Basis der in den Kapiteln Bewegliche Feinpositionierungsvorrichtung allgemein und elastische Feinzentrierung beschriebenen Ausführungsbeispiele konnten bei der gewählten Baugröße derzeit drei Datenleitungen parallel gekoppelt werden. Anordnungen mit 60 und mehr parallel gekoppelten Datenleitungen wären realistisch umsetzbar. Eine ausreichende Signalübertragung zur Spektralanalyse beispielhafter Sensordaten aller Datenleitungen konnte bereits gezeigt werden. Sofern die mechanischen Kräfte, welche aufgrund von Versatz der einzelnen Kegel (Fortsätze) 16, 17 durch hohe Toleranzen beim Spritzguss entstehen, keine Einschränkungen verursachen, kann die Anzahl der Signalleitungen auch auf eine höhere Anzahl paralleler Fasern ohne Verwendung der in den Kapiteln Clusterung mehrerer Feinzentrierungen und Einzelne Selbstzentrierungen in beweglicher Halterung oder direkt in Grobzentrierung beschriebenen Ausführungsformen skaliert werden.
Die Erfindung stellt eine ausreichende effiziente, funktionierende und kostengünstige Methode zur Ankopplung faseroptischer Sensoren dar, wodurch wiederum kostengünstig faseroptische Netzwerke für Multisensoranwendungen aufgebaut werden können.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

LWL-Steckverbinder (10), der ausgebildet ist, um mit einem komplementär ausgebildeten LWL-Komplementärsteckverbinder (100) mechanisch verbunden zu werden, wobei der LWL-Steckverbinder (10) folgende Merkmale aufweist: ein Basiselement (11) mit einer ersten Seite (11a) und einer gegenüberliegenden zweiten Seite (11b), wobei sich zwischen der ersten Seite (11a) und der zweiten Seite (11b) mindestens zwei Lichtwellenleiter (12, 13) durch das Basiselement (11) hindurch erstrecken und fixiert in dem Basiselement (11) angeordnet sind, wobei das Basiselement (11) eine Grobpositionierungsvorrichtung (14) aufweist, die ausgebildet ist, um den LWL-Steckverbinder (10) in einer Grobposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) auszurichten, eine Feinpositionierungsvorrichtung (15), die ausgebildet ist, um den LWL-Steckverbinder (10) in einer Feinposition mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) auszurichten, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) eine dem Basiselement (11) abgewandte Seite (15a) und eine gegenüberliegende, dem Basiselement (11) zugewandte, Seite (15b) aufweist, wobei die dem Basiselement (11) zugewandte Seite (15b) der Feinpositionierungsvorrichtung (15) an der ersten Seite (11 a) des Basiselements (11) angeordnet ist und sich verjüngende Vertiefungen (76, 77) aufweist, und wobei die dem Basiselement (11) abgewandte Seite (15a) der Feinpositionierungsvorrichtung (15) mindestens zwei sich verjüngende Fortsätze (16, 17) aufweist, die an deren jeweils verjüngtem Ende (16v, 17v) eine Stirnfläche (16s, 17s) aufweisen, wobei sich jeweils ein Lichtwellenleiter (12, 13) durch die Feinpositionierungsvorrichtung (15) und jeweils einen sich verjüngenden Fortsatz (16, 17) hindurch bis maximal zu der Stirnfläche (16s, 17s) des jeweiligen Fortsatzes (16, 17) erstreckt.
LWL-Steckverbinder (10) nach Anspruch 1, wobei die sich verjüngenden Fortsätze (16, 17) des LWL-Steckverbinders (10) ausgebildet sind, um mit geometrisch komplementären sich verjüngenden Vertiefungen (116, 117) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) derart zusammenzuwirken, dass sich beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders (10) mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) die sich verjüngenden Fortsätze (16, 17) des LWL-Steckverbinders (10) in den sich verjüngenden Vertiefungen (116, 117) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) selbst zentrieren.
LWL-Steckverbinder (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) ausgebildet ist, um beim Einwirken einer axialen Kraft F_Y in einer Richtung axial zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern (12, 13) eine radiale Relativbewegung der mindestens zwei Fortsätze (16, 17) des LWL-Steckverbinders (10) gegenüber dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) in einer Richtung radial zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern (12, 13) zu ermöglichen, sodass beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders (10) mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) die mindestens zwei Lichtwellenleiter (12, 13) mit je einem gegenüberliegenden, in dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) vorgesehenen Lichtwellenleiter (112, 113) axial bezüglich ihrer jeweiligen Mittelachsen (21, 121) ausrichtbar sind.
LWL-Steckverbinder (10) nach Anspruch 3, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) an dem Basiselement (11) beweglich gelagert ist, um die radiale Relativbewegung der mindestens zwei Fortsätze (16, 17) zu ermöglichen.
LWL-Steckverbinder (10) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) und/oder die Fortsätze (16, 17) ein elastisches Material aufweisen, um sich beim Einwirken der axialen Kraft F_Y elastisch zu verformen und mittels dieser Verformung die radiale Relativbewegung der Fortsätze (16, 17) bereitzustellen.
LWL-Steckverbinder (10) nach Anspruch 5, wobei das elastische Material ein teilflexibles Material aus der Gruppe der Thermoplaste oder Metalle, oder ein flexibles Material aus der Gruppe der thermoplastischen Elastomere oder Silikone ist.
LWL-Steckverbinder (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) mindestens eine Struktur (51a, 51b, 52a, 52b) zum Verringern der Biegesteifigkeit aufweist, um die Feinpositionierungsvorrichtung (15) beim Einwirken der axialen Kraft F_Y zu verformen und mittels dieser Verformung die radiale Relativbewegung der Fortsätze (16, 17) bereitzustellen.
LWL-Steckverbinder (10) nach Anspruch 7, wobei die mindestens eine Struktur (51a, 51b) zum Verringern der Biegesteifigkeit als ein in die Feinpositionierungsvorrichtung (15) strukturierter Graben ausgebildet ist, der sich zumindest abschnittsweise um mindestens einen der Fortsätze (16, 17) lateral herum erstreckt.
LWL-Steckverbinder (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die mindestens eine Struktur (52a, 52b) zum Verringern der Biegesteifigkeit als eine in die Feinpositionierungsvorrichtung (15) strukturierte Verjüngung ausgebildet ist, wobei diese Verjüngung auf der dem Basiselement (11) zugewandten Seite (15b) der Feinpositionierungsvorrichtung (15) und zumindest einem der Fortsätze (16, 17) gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei sich die Verjüngung (52a, 52b) von der dem Basiselement (11) zugewandten Seite (15b) ausgehend in Richtung des Fortsatzes (16, 17) verjüngt.
LWL-Steckverbinder (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei der LWL-Steckverbinder (10) ferner ein mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) funktional zusammenwirkendes Mittel (82) zum Aufbringen der axialen Kraft F_Y aufweist.
LWL-Steckverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Fortsätze (16, 17) eine erste Gruppe (61) von Fortsätzen bilden und die Feinpositionierungsvorrichtung (15) die erste Gruppe (61) und mindestens eine zweite Gruppe (62) von Fortsätzen mit mindestens zwei Fortsätzen (66, 67) aufweist, wobei die jeweiligen Gruppen (61, 62) von Fortsätzen unabhängig voneinander relativ zu dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) bewegbar sind.
LWL-Steckverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Lichtwellenleiter (12, 13) in ihrem sich durch das Basiselement (11) hindurch erstreckenden Abschnitt (70) eine Ummantelung (72, 73) aufweisen, und wobei die mindestens zwei Lichtwellenleiter (12, 13) in ihrem sich durch die Feinpositionierungsvorrichtung (15) hindurch erstreckenden Abschnitt (71) mantellos ausgeführt sind.
LWL-Steckverbinder (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Enden der mindestens zwei Lichtwellenleiter (12, 13) unbearbeitet sind.
LWL-Komplementärsteckverbinder (100), der ausgebildet ist, um mit einem komplementär ausgebildeten LWL-Steckverbinder (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 mechanisch verbunden zu werden, wobei der LWL-Komplementärsteckverbinder (100) folgende Merkmale aufweist: ein Basiselement (111) mit einer ersten Seite (111a) und einer gegenüberliegenden zweiten Seite (111b), wobei sich zwischen der ersten Seite (111a) und der zweiten Seite (111b) mindestens zwei Lichtwellenleiter (112, 113) durch das Basiselement (111) hindurch erstrecken und fixiert in dem Basiselement (111) angeordnet sind, wobei das Basiselement (111) eine Grobpositionierungsvorrichtung (114) aufweist, die ausgebildet ist, um den LWL-Komplementärsteckverbinder (100) in einer Grobposition mit dem LWL-Steckverbinder (10) auszurichten, eine Feinpositionierungsvorrichtung (115), die ausgebildet ist, um den LWL-Komplementärsteckverbinder (100) in einer Feinposition mit dem LWL-Steckverbinder (10) auszurichten, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (115) eine dem Basiselement (111) abgewandte Seite (115a) und eine gegenüberliegende, dem Basiselement (111) zugewandte, Seite (115b) aufweist, wobei die dem Basiselement (111) zugewandte Seite (115b) der Feinpositionierungsvorrichtung (115) an der ersten Seite (111a) des Basiselements (111) angeordnet ist und zwei sich verjüngende Fortsätze (78, 79) aufweist, und wobei die dem Basiselement (111) abgewandte Seite (115a) der Feinpositionierungsvorrichtung (115) mindestens zwei sich verjüngende Vertiefungen (116, 117) aufweist, die an deren jeweils verjüngtem Ende (116v, 117v) eine Stirnfläche (116s, 117s) aufweisen, wobei sich jeweils ein Lichtwellenleiter (112, 113) durch die Feinpositionierungsvorrichtung (115) hindurch bis maximal zu der Stirnfläche (116s, 117s) von jeweils einem der verjüngten Vertiefungen (116, 117) erstreckt.
LWL-Komplementärsteckverbinder (100) nach Anspruch 14, wobei die sich verjüngenden Vertiefungen (116, 117) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) ausgebildet sind, um mit den geometrisch komplementären sich verjüngenden Fortsätzen (16, 17) des LWL-Steckverbinders (10) derart zusammenzuwirken, dass sich beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders (10) mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) die sich verjüngenden Fortsätze (16, 17) des LWL-Steckverbinders (10) in den sich verjüngenden Vertiefungen (116, 117) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) selbst zentrieren.
LWL-Komplementärsteckverbinder (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (115) ausgebildet ist, um beim Einwirken einer axialen Kraft F_Y in einer Richtung axial zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern (112, 113) eine radiale Relativbewegung der mindestens zwei Vertiefungen (116, 117) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) gegenüber den Fortsätzen (16, 17) des LWL-Steckverbinders (10) in einer Richtung radial zu den mindestens zwei Lichtwellenleitern (112, 113) zu ermöglichen, sodass beim Zusammenstecken des LWL-Steckverbinders (10) mit dem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) die mindestens zwei Lichtwellenleiter (112, 113) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) mit je einem gegenüberliegenden, in dem LWL-Steckverbinder (10) vorgesehenen Lichtwellenleiter (12, 13) axial bezüglich ihrer jeweiligen Mittelachsen (21, 121) ausrichtbar sind.
LWL-Komplementärsteckverbinder (100) nach Anspruch 16, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (115) an dem Basiselement (111) beweglich gelagert ist, um die radiale Relativbewegung der mindestens zwei Vertiefungen (116, 117) gegenüber den Fortsätzen (16, 17) des LWL-Steckverbinders (10) zu ermöglichen.
LWL-Komplementärsteckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die mindestens zwei Lichtwellenleiter (112, 113) in ihrem sich durch das Basiselement (111) hindurch erstreckenden Abschnitt (170) eine Ummantelung (172, 173) aufweisen, und wobei die mindestens zwei Lichtwellenleiter (112, 113) in ihrem sich durch die Feinpositionierungsvorrichtung (115) hindurch erstreckenden Abschnitt (171) mantellos ausgeführt sind.
LWL-Komplementärsteckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei die Enden der mindestens zwei Lichtwellenleiter (112, 113) unbearbeitet sind.
LWL-Steckverbindung (1000) mit einem LWL-Steckverbinder (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einem LWL-Komplementärsteckverbinder (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 19.
LWL-Steckverbindung (1000) nach Anspruch 20, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) des LWL-Steckverbinders (10) und die Feinpositionierungsvorrichtung (115) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) ein mit demselben Formwerkzeug hergestelltes Spritzgussteil mit gleicher Form sind.
LWL-Steckverbindung (1000) nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) des LWL-Steckverbinders (10) auf ihrer dem Basiselement (11) abgewandten Seite (15a) und die Feinpositionierungsvorrichtung (115) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) auf ihrer dem Basiselement (111) zugewandten Seite (115b) jeweils mindestens zwei Fortsätze (16, 17, 78, 79) aufweisen, wobei die Feinpositionierungsvorrichtung (15) des LWL-Steckverbinders (10) auf ihrer dem Basiselement (11) zugewandten Seite (15b) und die Feinpositionierungsvorrichtung (115) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) auf ihrer dem Basiselement (111) abgewandten Seite (115a) jeweils mindestens zwei komplementäre Vertiefungen (76, 77, 116, 117) aufweisen, und wobei in einem zusammengesteckten Zustand der LWL-Steckverbindung (1000) die Feinpositionierungsvorrichtung (15) des LWL-Steckverbinders (10) und die Feinpositionierungsvorrichtung (115) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) so zueinander ausgerichtet sind, dass die mindestens zwei Fortsätze (16, 17) der einen Feinpositionierungsvorrichtung (15) mit den mindestens zwei Vertiefungen (116, 117) der jeweils anderen Feinpositionierungsvorrichtung (115) funktional ineinandergreifen.
LWL-Steckverbindung (1000) nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei der LWL-Steckverbinder (10) und der LWL-Komplementärsteckverbinder (100) ausgebildet sind, um ein eine Vielzahl von Lichtwellenleitern (12, 13, 112, 113) aufweisendes Bündel von Lichtwellenleitern miteinander zu verbinden, wobei die Vielzahl von Lichtwellenleitern (12, 13) des LWL-Steckverbinders (10) und die Vielzahl von Lichtwellenleitern (112, 113) des LWL-Komplementärsteckverbinders (100) innerhalb eines Toleranzbereichs bezüglich ihrer jeweiligen Mittelachse (21, 121) zueinander ausgerichtet sind.