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Die vorliegende Erfindung betrifft einen optischen Konnektor. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Konnektor für eine faseroptische Übertragungsstrecke an Bord eines Kraftfahrzeugs.
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An Bord eines Kraftfahrzeugs können mehrere Systeme angebracht sein, die Informationen verarbeiten. Typischerweise umfasst ein solches System einen Sensor und eine Verarbeitungseinrichtung, die mittels einer Datenleitung miteinander verbunden sind. Die Datenleitung ist in der Regel konventionell als elektrische Leitung aufgebaut, die eine oder mehrere Adern umfassen kann.
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Sind Anforderungen an eine Bandbreite der Datenleitung hoch oder führt die Datenleitung durch einen Bereich mit starken Störstrahlungen, so kann verbessert eine optische Datenleitung eingesetzt werden, die eine Faseroptik umfasst. Die Faseroptik kann sehr störungsresistent gegenüber magnetischen oder elektrischen Feldern sein und eine extrem hohe Bandbreite realisieren. Allerdings kann die Faseroptik bezüglich gewisser Belastungen empfindlicher als eine elektrische Leitung sein. Eine solche Belastung betrifft das Eindringen von Feuchtigkeit in eine Verbindungsstelle an einem Ende der Faseroptik.
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Aktuell werden Schnittstellen von Faseroptiken an Kraftfahrzeugen bevorzugt nur an Stellen vorgesehen, an denen eine geringe Feuchtigkeits- oder Schmutzbelastung herrscht, beispielsweise in einer Fahrgastzelle oder in einem abgedichteten Gehäuse für ein Steuergerät. Häufig sind mehrfache Dichtungen vorgesehen, um die Faseroptik zu schützen.
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EP 2 302 431 A1 schlägt ein feuchtigkeitsdichtes Gehäuse um eine Verbindungsstelle einer Faseroptik vor.
US 5 671 311 A betrifft einen Konnektor für eine Faseroptik mit mehreren Lichtleitfasern, die unabhängig voneinander Informationen übertragen können.
US 2016 / 187 590 A1 zeigt einen Konnektor mit mehreren konzentrischen Elementen für eine Faseroptik.
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Bekannte Dichtungen sind häufig aufwändig in der Herstellung oder Montage und können einen Bauraum für einen Konnektor vergrößern. Eine Fähigkeit, Feuchtigkeit oder Verschmutzungen von einer Ein- oder Austrittsfläche für Licht fernzuhalten kann nicht immer ausreichend sein. Konventionell abgedichtete faseroptische Schnittstellen eignen sich bislang jedoch nur bedingt zum Einsatz in einem von Spritzwasser gefährdeten Bereich, etwa an einem Kraftfahrzeug.
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Eine der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht in der Angabe eines verbesserten optischen Konnektors zur Verwendung an Bord eines Kraftfahrzeugs. Die Erfindung löst das Problem mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Steckverbinder für eine Faseroptik mit einer Lichtleitfaser eine Ferrule zur Aufnahme eines Endes der Lichtleitfaser; ein Steckergehäuse zur Aufnahme der Ferrule; und ein Dichtelement zwischen der Ferrule und dem Steckergehäuse.
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Das Steckergehäuse kann zur Realisation eines Steckers oder einer Buchse ausgebildet sein. Die Lichtleitfaser erstreckt sich entlang einer Achse, bezüglich der andere Elemente des Steckverbinders orientiert sind. Eine Lichteintrittsfläche oder Lichtaustrittsfläche besteht an einem Ende der Lichtleitfaser und verläuft im Wesentlichen senkrecht zu der Achse. Das Steckergehäuse kann zum Aufbau einer lösbaren Steckverbindung eingerichtet sein. Dazu kann der Steckverbinder mit einem anderen Steckverbinder axial verbunden werden. Optional können die Steckverbinder mechanisch miteinander verriegelt werden.
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Die Ferrule umfasst typischerweise eine zylindrische Hülse zur axialen Aufnahme der Lichtleitfaser. Die Ferrule kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Keramik herstellbar sein und weist eine Bohrung auf, in welche die Lichtleitfaser eingeschoben werden kann. Mechanische Toleranzen der Ferrule können sehr klein sein, um eine präzise Ausrichtung der Lichtleitfaser zu ermöglichen.
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Die Lichtleitfaser kann mit der Ferrule verschweißt oder verklebt werden. Ein Eintritts- oder Austrittsbereich der Lichtleitfaser für Licht kann zusammen mit einer axialen Oberfläche der Ferrule bearbeitet werden, beispielsweise durch Brechen, Schleifen oder Polieren. Je genauer die Ferrule im Steckverbinder positioniert werden kann, desto besser können optische Übertragungskennwerte wie eine Einfügedämpfung, ein Reflexionsgrad oder eine Rückflussdämpfung sein.
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Es ist bevorzugt, dass das Dichtelement ein separates Bauteil umfasst, das im Rahmen der Montage des Steckverbinders zwischen der Ferrule und dem Steckergehäuse angebracht wird. Optional kann die Ferrule mit dem Dichtelement integriert ausgeführt sein. Beispielsweise kann das Dichtelement mit der Ferrule verklebt, verschweißt oder an diese angespritzt sein.
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Es ist bevorzugt, dass die Ferrule eine radiale Nut zur Aufnahme des Dichtelements umfasst. Das Dichtelement kann in der radialen Nut verbessert axial fixiert sein, um beispielsweise im Rahmen einer Montage seine Position verbessert zu behalten.
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Das Dichtelement ist bevorzugt radialsymmetrisch ausgeführt. Dabei besteht die radiale Symmetrie bevorzugt bezüglich einer Achse, entlang der sich die Lichtleitfaser im Bereich ihres Endes erstreckt. Insbesondere ist das Dichtelement bevorzugt einstückig ausgeführt, um einen radialen oder axialen Fügespalt zu vermeiden, entlang dem Feuchtigkeit oder Schmutz zur Lichtleitfaser durchdringen könnte.
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Weiter bevorzugt ist das Dichtelement aus einem dauerelastischen Material herstellbar. Das Dichtelement kann zwischen der Ferrule und dem Steckergehäuse anliegen und so die Dichtigkeit gewährleisten. In einer Ausführungsform ist das Dichtelement entweder stoffschlüssig mit der Ferrule oder stoffschlüssig mit dem Steckergehäuse verbunden. Anders ausgedrückt kann bevorzugt das Dichtelement zerstörungsfrei wieder von der Ferrule und/oder dem Steckergehäuse entfernt werden. Es ist weiter bevorzugt, dass das Dichtelement seine elastischen Eigenschaften im Wesentlichen beibehält. Dabei handelt es sich beim Dichtelement bevorzugt um einen Festkörper und nicht eine Dichtungsmasse, eine Flüssigkeit, ein Harz oder eine andere Substanz, die ihre Viskosität oder ihren Vernetzungsgrad ändert.
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Der Steckverbinder kann ferner ein weiteres Dichtelement zwischen der Lichtleitfaser und der Ferrule umfassen. Für das weitere Dichtelement bestehen im Wesentlichen dieselben Variationsmöglichkeiten wie für das oben genannte Dichtelement. Durch den Einsatz beider Dichtelemente zusammen kann die Dichtigkeit der Lichtleitfaser gegenüber einer Umgebung sehr groß sein.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Steckergehäuse zur Aufnahme mehrerer Ferrule eingerichtet ist, die jeweils ein Ende einer zugeordneten Lichtleitfaser aufnehmen. Dabei ist zwischen der Ferrule und dem Steckergehäuse jeweils ein Dichtelement vorgesehen. Optional können eines oder mehrere genannte weitere Dichtelemente vorgesehen sein, um jeweils zwischen einer Lichtleitfaser und einer zugeordneten Ferrule abzudichten.
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Das erstgenannte Dichtelement kann zur Abdichtung mehrerer Lichtleitfasern gegenüber dem Steckergehäuse eingerichtet sein. Dazu kann ein Dichtelement zwischen mehreren Ferrulen und dem Steckergehäuse vorgesehen sein. Das Dichtelement kann eine Vielzahl Aussparungen jeweils zur Aufnahme einer Ferrule aufweisen.
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Weiter bevorzugt kann ein weiteres Dichtelement vorgesehen sein, um das Steckergehäuse gegenüber einem weiteren Steckergehäuse abzudichten. Dazu kann das Steckergehäuse des Steckverbinders das weitere Dichtelement zur radialen Anlage an dem weiteren Steckergehäuse tragen. Dabei verläuft das weitere Dichtelement bevorzugt entlang einer geschlossenen Kurve, die alle im Steckergehäuse aufgenommenen Lichtleitfasern umläuft. Ist der Steckverbinder als Stecker ausgeführt, so kann das weitere Dichtelement radial außen am Steckergehäuse liegen. Handelt es sich beim Steckverbinder um eine Buchse, so ist bevorzugt, dass das weitere Dichtelement radial innen am Steckergehäuse vorgesehen ist.
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Die Lichtleitfaser kann radial in einem Mantel aufgenommen sein, der sich bevorzugt entlang der Lichtleitfaser erstreckt. Es können auch mehrere konzentrische Mäntel vorgesehen sein. In einer Ausführungsform ist noch ein weiteres Dichtelement zwischen einem Mantel und dem Steckergehäuse vorgesehen. Sind mehrere Mäntel vorgesehen, so können sie im Bereich des Endes der Lichtleitfaser axial unterschiedlich weit entfernt werden, sodass zwischen dem Steckergehäuse und unterschiedlichen Mänteln jeweils ein weiteres radiales Dichtelement vorgesehen werden kann.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein System einen ersten und einen zweiten hierin beschriebenen Steckverbinder. Dabei ist das Steckergehäuse des ersten Steckverbinders als Stecker und das Steckergehäuse des zweiten Steckverbinders als Buchse ausgeführt, sodass der Stecker derart in die Buchse eingeführt werden kann, dass Lichtleitfasern der beiden Steckverbinder axial aufeinander ausgerichtet sind. Einer der Steckverbinder kann dazu eingerichtet sein, an einer Leiterplatte montiert zu werden, an der sich ein optoelektrischer Wandler befinden kann. Das System kann den Einsatz einer Faseroptik auch unter ungünstigen klimatischen Bedingungen erlauben. Beispielsweise kann die Faseroptik bei hoher Luftfeuchtigkeit, Nebel, Dampf oder Spritzwasser eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft kann das System an Bord eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Dabei können die Steckverbinder auch in einem Außenbereich oder einem nicht besonders geschützten Bereich eingesetzt werden, beispielsweise im Bereich eines Sensors oder Aktors.
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Nach noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine fahrzeugtechnische Komponente einen hierin beschriebenen Steckverbinder. Die Komponente kann beispielsweise einen Sensor, einen Aktor oder eine Steuervorrichtung umfassen. In einer ersten Ausführungsform ist ein erstes Ende der Faseroptik mit der Komponente und ein zweites mit dem Steckverbinder ausgestattet. In einer zweiten Ausführungsform ist der Steckverbinder unmittelbar an der Komponente angebracht und zur Verbindung mit einem weiteren Steckverbinder eingerichtet.
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Nach abermals einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug einen hierin beschriebenen Steckverbinder, ein hierin beschriebenes System oder eine hierin beschriebene fahrzeugtechnische Komponente.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
- 1 eine Faseroptik mit verschiedenen Abschlüssen
- 2 einen Abschluss einer Faseroptik in einer Ausführungsform;
- 3 einen Abschluss einer Faseroptik für Montage an einer Leiterplatte;
- 4 und 5 Ansichten eines Systems mit zwei Steckverbindern für Faseroptiken; und
- 6 und 7 Ansichten eines Systems mit zwei Steckverbindern für Faseroptiken in einer weiteren Ausführungsform
darstellt.
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1 zeigt eine Faseroptik 100 mit drei verschiedenen exemplarischen Abschlüssen. Die Faseroptik 100 kann insbesondere einen Lichtwellenleiter zur optischen Übermittelung von Informationen realisieren. Enden der Faseroptiken 100 sind in 1 jeweils oben dargestellt.
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In einer linken Darstellung ist die Faseroptik 100 stufenweise entmantelt dargestellt. Die Faseroptik 100 umfasst eine Lichtleitfaser 105, die von einen inneren Mantel 110 umgeben ist, wobei dieser von einem äußeren Mantel 115 umgeben sein kann. Ein Mantel 110, 115 hat insbesondere die Funktion des Schutzes der Lichtleitfaser 105, beispielsweise gegenüber Quetschung, Bruch oder Abrasion. Ein Mantel 110, 115 ist üblicherweise aus Kunststoff herstellbar, es kann jedoch auch ein anderes Material wie beispielsweise ein Geflecht aus Stahldrähten eingesetzt werden. Es können auch mehr als zwei Mäntel 110, 115 vorgesehen sein.
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In einer mittleren Darstellung ist auf das Ende der Lichtleitfaser 105 eine Ferrule 120 aufgesetzt. Die Ferrule 120 kann beispielsweise aus Keramik oder Stahl herstellbar sein und hat üblicherweise geringe mechanischen Toleranzen von einer vorbestimmten Form. Die Ferrule 120 umfasst eine axiale Ausnehmung, in welche die Lichtleitfaser 105 eingeführt werden kann. Eine Fixierung der Lichtleitfaser 105 in der Ferrule 120 erfolgt üblicherweise stoffschlüssig, beispielsweise mittels Schweißen oder Kleben. Die dargestellte Ferrule 120 umfasst an ihrer Außenseite beispielhaft eine radial umlaufende Nut 125, die zur formschlüssigen Fixierung 100 in axialer Richtung verwendet werden kann. Eine andere radiale Geometrie ist ebenfalls einsetzbar.
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In einer Ausführungsform kann ein aus dem oberen Ende der Ferrule 120 überstehender Abschnitt der Lichtleitfaser 105 entfernt werden, beispielsweise mittels abbrechen. In einer weiteren Ausführungsform kann ein vorbestimmter Endabschnitt der Ferrule 120 im selben Vorgang entfernt werden. Ein axiales Ende der Lichtleitfaser 105 kann dann zusammen mit einem axialen Ende der Ferrule 120 mechanisch bearbeitet werden, um eine vorteilhafte Durchtrittsfläche für Licht zu erhalten. Diese Fläche kann gegenüber einer Erstreckungsachse der Lichtleitfaser 105 im Bereich ihres Endes im Wesentlichen senkrecht verlaufen oder einen etwas kleineren Winkel als 90° einschließen, beispielsweise ca. 82°, um unerwünscht an der Durchtrittsfläche reflektiertes Licht in eine Umgebung auszukoppeln. Eine Oberfläche der Lichtleitfaser 105 kann für beste optische Eigenschaften poliert werden und ist in einer weiteren Ausführungsform ballig geformt. Optional kann eine Optik, etwa in Form eines Paars Kugellinsen, zur stirnseitigen Kopplung zweier Lichtleitfasern 105 vorgesehen sein.
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Im rechten Bereich von 1 ist eine Faseroptik 100 mit einer hierin vorgeschlagenen Ferrule 120 dargestellt, die ein radiales Dichtelement 130 trägt. Das Dichtelement 130 kann in einer zugeordneten radialen Nut der Ferrule 120 liegen, oder wenigstens einseitig an einer Schulter der Ferrule 120 axial abgestützt sein. Das Dichtelement 130 ist bevorzugt radialsymmetrisch bezüglich der Lichtleitfaser 105 und umfasst rein beispielhaft mehrere radiale Stege, die axial voneinander beabstandet sind. Das Dichtelement 130 kann bevorzugt aus einem dauerelastischen Material herstellbar sein, beispielsweise einem Polymer, einem Silikon oder einem Gummi. In einer Ausführungsform ist das Dichtelement 130 stoffschlüssig an der Ferrule 120 angebracht, beispielsweise mittels Schweißen, Kleben oder Anspritzen.
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2 zeigt einen Abschluss einer Faseroptik 100 nach Art der rechten Darstellung von 1 in einer weiteren Ausführungsform. Wesentliche Teile der Faseroptik 100 sind im Längsschnitt dargestellt. Es ist zu erkennen, dass das Dichtelement 130, das hierin auch erstes Dichtelement 130 genannt wird, in einer radialen Nut 135 der Ferrule 120 liegt. In der dargestellten Ausführungsform ist zusätzlich ein zweites Dichtelement 140 vorgesehen, welches radial zwischen der Lichtleitfaser 105 und der Ferrule 120 liegt. Das zweite Dichtelement 140 ist bevorzugt ebenfalls aus einem dauerelastischen Material herstellbar, kann formschlüssig oder kraftschlüssig an der Ferrule 120 gehalten sein und weist rein exemplarisch eine ähnliche Form wie das erste Dichtelement 130 mit zwei axial voneinander beabstandeten Stegen auf, zwischen denen eine Ringnut gebildet ist. Andere Formen sind ebenfalls möglich.
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3 zeigt eine beispielhafte Faseroptik 100 zur Montage an einer Leiterplatte 305. Ein sich an die Ferrule 120 anschließender Abschnitt ist schematisch im Längsschnitt dargestellt. Die Lichtleitfaser 105 ist gebogen oder es ist ein entsprechendes optisches Reflexionselement vorgesehen, um Licht in einer Richtung ein- oder ausleiten zu können, die radial zu ihrer Erstreckungsachse im Bereich der Ferrule 130 verläuft. An der Leiterplatte 305 kann im Bereich ein- oder austretenden Lichts ein elektrooptischer Wandler 310 vorgesehen sein, der unidirektional oder bidirektional arbeiten kann. Zum Einkoppeln von Licht in die Lichtleitfaser 105 kann beispielsweise eine Leuchtdiode, zum Auskoppeln eine Fotodiode vorgesehen sein.
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4 und 5 zeigen Ansichten eines Systems 400 mit zwei parallelen Steckverbindern 405 für Faseroptiken 100 in einer ersten Ausführungsform. 4 zeigt axiale Ansichten zweier miteinander koppelbarer Steckverbinder 405 und 5 eine seitliche Ansicht im Längsschnitt. Der oben dargestellte Steckverbinder 405 ist jeweils exemplarisch als Stecker und der unten dargestellte als Buchse ausgeführt. Ein Stecker 405 kann in eine darunter dargestellte Buchse 405 axial eingesteckt bzw. aus ihr axial abgezogen werden. Ein optionales Verriegelungselement zur Sicherung der Steckverbinder 405 aneinander ist nicht dargestellt. Rein beispielhaft ist ein dargestellter Steckverbinder 405 zur Aufnahme von zwei Faseroptiken 100 eingerichtet, in anderen Ausführungsformen kann auch nur eine Faseroptik 100 oder eine größere Anzahl Faseroptiken 100 unterstützt werden. Die Faseroptiken 100 sind im Bereich ihrer Enden bevorzugt parallel zueinander orientiert, eine darüber hinausgehende relative Anordnung kann frei gewählt werden.
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Ein Steckverbinder 405 umfasst ein Steckergehäuse 410, welches die Faseroptiken 100 im Bereich ihrer Enden umgibt. Ein erstes Dichtelement 130 liegt zwischen der Ferrule 120 einer Faseroptik 100 und dem Steckergehäuse 410. Ein optionales zweites Dichtelement 140 zwischen einer Lichtleitfaser 105 und der Ferrule 130 ist nicht sichtbar. Zwischen einem Mantel 110 und dem Steckergehäuse 410 kann ein drittes Dichtelement 415 vorgesehen sein. Weiter bevorzugt ist ein viertes Dichtelement 420 vorgesehen, das zwischen ineinander eingeschobenen Steckergehäusen 410 in radialer Richtung abdichtet. Das vierte Dichtelement 420 kann alternativ radial außen an einem Stecker 405 oder radial innen an einer Buchse 405 vorgesehen sein. Ein Element einer Faseroptik 100 kann mechanisch am Steckergehäuse 410 gehalten sein, beispielsweise mittels Formschluss im Bereich der Nut 125.
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6 und 7 zeigen Ansichten eines Systems 400 mit zwei Steckverbindern 405 für Faseroptiken 100 in einer weiteren Ausführungsform. Die Darstellung folgt im Wesentlichen jener der 4 und 5, jedoch ist hier ein Dichtelement 130 vorgesehen, das dazu eingerichtet ist, mehrere Ferrulen 120 unterschiedlicher Faseroptiken 100 gegenüber demselben Steckergehäuse 410 abzudichten. Beide Ansätze können miteinander gemischt werden, indem ein Steckverbinder 405 mehrere Faseroptiken 100 umfasst, von denen einige mittels eines gemeinsamen Dichtelements 130 und wenigstens eine mittels eines dedizierten Dichtelements 130 gegenüber dem Steckergehäuse 410 abgedichtet ist.
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Optional kann ein Steckverbinder 405 bzw. eine Faseroptik 100 eine Optik umfassen, um eine axiale Übergabe von Licht an seinem Ende zu verbessern. Die Optik kann beispielsweise eine optische Linse oder Kugel umfassen, wobei insbesondere Faseroptiken 100 miteinander gekoppelt werden können, die beide eine solche Optik aufweisen. Ein dargestellter Steckverbinder 405 kann auch als doppelter Stecker oder als doppelte Buchse ausgeführt sein, um das axiale Koppeln zweier Buchsen bzw. zweier Stecker miteinander zu erlauben.
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Bezugszeichen
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- 100
- Faseroptik
- 105
- Lichtleitfaser
- 110
- innerer Mantel
- 115
- äußerer Mantel
- 120
- Ferrule
- 125
- Nut
- 130
- erstes Dichtelement
- 135
- Nut
- 140
- zweites Dichtelement
- 305
- Leiterplatte
- 310
- elektrooptischer Wandler
- 400
- System
- 405
- Steckverbinder
- 410
- Steckergehäuse
- 415
- drittes Dichtelement
- 420
- viertes Dichtelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2302431 A1 [0005]
- US 5671311 A [0005]
- US 2016187590 A1 [0005]
