DE1596350B1 - Verfahren zur Herstellung einer energieleitenden,aus Fasern groesseren und kleineren Querschnitts bestehenden Multifaseranordnung - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur . die in beiden Fällen die energieleitende Wirksamkeit

Herstellung einer energieleitenden, aus Fasern grö- der Konstruktion steigern.

ßeren und kleineren Querschnitts bestehenden Multi- Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung er-

faseranordnung. läutert, wobei

Der Ausdruck »Multifaseranordnung« soll eine 5 Fig. 1 eine vergrößerte perspektivische Teil-Anordnung aus einer Vielzahl von energieleitenden ansieht einer Ausführungsform der Erfindung ist, Fasern bedeuten, die miteinander zu einer Einheit Fig. 2 und 3 stark vergrößerte, perspektivische verschmolzen sind, welche fadenförmig sein oder Teilansichten einer energieleitenden Faser bzw. einer einen größeren Querschnitt und eine geringere Bieg- Füllfaser, die bei der Herstellung von Multifasersamkeit haben und starr sein kann. Die verschie- io anordnungen entsprechend dieser Erfindung verdenen Verwendungszwecke und Prinzipien solcher wendet worden sind,

Anordnungen als Übertrager von elektrischer Energie Fig. 4 und 5 Teilansichten anderer Formen von

oder von Licht sind auf dem Gebiet dieser Erfindung Füllfasern sind,

ausreichend bekannt. Fig. 6 ein stark vergrößerter Schnitt durch eine

In einer Multifaseranordnung, die zur Verwendung 15 noch nicht verschmolzene Anordnung gemäß der

als Bildübertrager bestimmt ist, in der jede Faser Erfindung ist,

derselben nur einen Bruchteil eines gesamten elek- Fig. 7 ein stark vergrößerter Schnitt einer Antrischen oder optischen Bildes, das an einem Ende Ordnung von in F i g. 2 und 4 dargestellten Fasern ist, der Anordnung aufgegeben wird, empfängt und über- Fig. 8 eine ähnliche Anordnung mit Fasern der trägt, wobei die Fasern am entgegengesetzten Ende 20 in Fig. 2 und 5 dargestellten Typen ist, in gleicher Weise wie am Eingangsende geometrisch Fig. 9 und 10 Beispiele für die Herstellung und angeordnet sein müssen, werden alle Teile des Bildes Bearbeitung von Multifaseranordnungen zeigen, (z.B. ein Muster von unterschiedlich starker elek- Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Zutrischer oder optischer Energie) in den gleichen sammenbaus von Multifaseranordnungen zu Multirelativen Positionen ausgestrahlt, in denen sie emp- 35 faseranordnungen größeren Querschnitts ist. fangen werden. Dementsprechend sollen auch, wenn Fig. 1 zeigt die verschmolzene Multifaseranordsolche Anordnungen aus einer Vielzahl von Multi- nung 10, die aus verhältnismäßig großen, im wesentfasern gebildet werden, die Enden aller Faser- liehen runden, energieleitenden Fasern 12 und kleielemente jeder Multifaser in derselben Weise geo- neren Fasern 14 besteht, die alle parallel miteinander metrisch angeordnet sein. 30 verschmolzen sind. Die Fasern 12 und 14 sind anZiel dieser Erfindung ist ein einfaches und ratio- geordnet in abwechselnd übereinanderliegenden, parnelles Verfahren zur Herstellung von energieleiten- allelen Reihen, so daß die Anordnung 10 einen rechtden Multifaseranordnungen, insbesondere von recht- eckigen Querschnitt hat. Die Anordnung 10 kann eckigem Querschnitt. fadenförmig und flexibel sein oder einen größeren Dieses Ziel wird 'erfindungsgemäß dadurch er- 35 Querschnitt haben und weniger biegsam bzw. starr reicht, daß energieleitende, d. h. optisch oder elek- sein.

irisch isolierte Fasern größeren Querschnitts in Rei- Wie in Fig. 2 dargestellt ist, enthält jede der hen neben- und übereinandergelegt und die ver- Fasern 12 einen Kern 16 aus energieleitendem Mableibenden Zwischenräume mit Fasern geringeren terial (z. B. ein Metall oder Glas), das von einer isoQuerschnitts aufgefüllt werden, worauf die einzelnen 40 lierenden Ummantelung 18 aus Glas umgeben ist. Fasern durch Erhitzen miteinander zu einer Einheit Während die Fasern 14 in Fig. 3 bis 5 ohne Um verschmolzen werden. mantelung gezeigt werden, können sie ebenfalls um-Wie auf dem Gebiet der Faseroptik allgemein be- mantelt ähnlich den Fasern 12 — jedoch von gekannt ist, sind runde Fasern wirkungsvollere Licht- ringerer Größe — sein.

Übertrager und sind leichter und im allgemeinen 45 Als elektrische Energieleiter können die Fasern 12 wirtschaftlicher herzustellen als Fasern von z. B. glasummantelte Kerne 16 aus Metallen, wie z. B. quadratischem Querschnitt, wenn man z. B. die rostfreiem Stahl, Aluminium, Silber, Gold oder auch Querschnittsfläche, die verwendeten Glasarten und einer Legierung, wie z. B. Legierung aus Gold und die jeweilige Stärke von Kern und Ummantelung in Germanium mit einem Gehalt von Germanium zwi-Betracht zieht. Die Herstellung von verhältnismäßig 50 sehen 4 und 10%, haben. Die letztgenannte Legiegroßen Multifaseranordnungen, wie z. B. Fiber- rung kann, wenn sie mit einem Glas ummantelt ist, skopen und Faserplatten od. dgl., in denen eine dessen Erweichungstemperatur und Ausdehnungsgroße Anzahl von Multifasern zumindest an ihren koeffizient mit dem Kern verträglich sind, wie z. B. Enden genau parallel ausgerichtet und miteinander Kalknatronglas, erhitzt und analog zu dem bewährverbunden sein sollen, wird jedoch erleichtert durch 55 ten Stab-Rohr-Ziehverfahren von glasummantelten die Verwendung von Multifaseranordnungen mit Glasfasern gezogen werden.

quadratischem oder rechteckigem Querschnitt. Als Lichtleiter haben die Fasern 12 Kerne 1$ aus Durch die Verwendung von quadratischen oder Glas mit verhältnismäßig hoher Brechungszahl und rechteckigen Multifaseranordnungen (z. B. Multi- Ummantelungen 18 aus Glas mit niedrigerer Brefasern), die im wesentlichen aus runden energie- 60 chungszahl. Ein Flintglas z. B., das eine Brechungsleitenden Fasern bestehen, deren Eingangs- und zahl von etwa 1,62 hat, kann verwendet werden für Ausgangsenden geometrisch identisch angeordnet Kerne, und ein weiches Glas, ζ. Β. Kalknatronglas, sind, bringt diese Erfindung einen großen technischen das eine Brechungszahl von etwa 1,52 hat, kann für Fortschritt. Ummantelungen 18 benutzt werden. Solche um-Ein weiteres Merkmal dieser Erfindung besteht 65 mantelten Fasern übertragen Licht durch Totaldarin, daß die kleineren Füllfasern so beschaffen reflexion in einer Weise, die allgemein bekannt ist. sein können, daß sie selbst als Energie- (z. B. Licht-) Das Verhältnis der Stärke des Kerns zur Stärke der Leiter oder als Streulichtabsorbierer funktionieren, Ummantelung sowohl in Metall- als auch in Glas-

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fasern kann 10 :1 betragen. Es können auch stärkere Anzahl von in Abständen angeordneten Klemmen 36

oder dünnere Ummantelungen verwendet werden. verbunden. Jede Klemme umfaßt ein Paar von

Die Multifaseranordnung 10 ist entsprechend der dünnen Winkeleisen 38, von denen eines diagonal

vorliegenden Erfindung wie folgt konstruiert: entgegengesetzt zu dem anderen fest an der Gruppe

Eine vorher gewählte Anzahl von runden Fasern 5 angebracht ist und dort unter Druck durch ein 12 wird parallel nebeneinandergelegt und bildet eine Spiralfederband 40 festgehalten wird. Andere Forerste Reihe 20 (s. Fig. 6). Eine zweite Reihe22 von men von abnehmbaren Verbänden, wie z. B. Asbestkleineren Fasern 14 wird dann eingelegt, und zwar streifen, Zugbänder oder elastische Bänder, die hohe je eine Faser in Längsrichtung in jede Rille oder Temperaturen aushalten können, können die Klemjeden Zwischenraum 24 zwischen den Fasern 12 der io men 36 ersetzen.

Reihe 20. Eine dritte Reihe 26 von Fasern 12 wird Das eine Ende der verbundenen Gruppe 30 ist in

über die vorher angeordneten Fasern 12 und 14 ge- der Halterung 42 des Schmelz- und Ziehapparates

legt, wobei jede Faser 12 der dritten Reihe 26 in 44 festgeklemmt. Die Halterung 42 trägt die Gruppe

Längsrichtung zwischen aufeinanderfolgende Paare in senkrecht ausgerichtetem Verhältnis zu dem fest-

von Fasern 14 in die Reihe 22 eingeschachtelt wird. 15 stehenden Heizring 46. Der Ring, der entweder ein

Eine vierte Reihe 28 von Fasern 14 wird dann auf elektrisches Heizelement 48 oder einen Gasbrenner

die Reihe 26 von Fasern 12 gelegt usw., bis die haben kann, ist geeignet zum Erhitzen der Ma-

Gruppe 30 komplett ist. terialien der Gruppe 30 auf eine entsprechende Ver-

Die Fasern 14 werden im voraus so gewählt, daß schmelz- und Ziehtemperatur, und zwar fortschrei-

sie eine Querschnittsgröße haben, die zumindest den 20 tend über deren Länge hin und in dem Maße, in

größten Teil des Zwischenraums zwischen jeder um- dem die Gruppe 30 axial abgesenkt wird. Dies wird

gebenden 4er-Gruppe von Fasern 12 ausfüllt und in der Fachsprache als »Zonen«-Erhitzen bezeichnet,

wenigstens Berührung längs einer Linie mit jeder der Die Gruppe 30 wird allmählich abgesenkt in Längs-

Fasernl2 hiervon haben. Auf diese Weise wirken richtung durch den Heizring 46 mittels drehbarer

die Fasern 14 ausrichtend auf die Fasern 12 in der 25 Spindel 50, die in bewährter Art durch die Halterung

Gruppe 30 und geben dadurch der Gruppe 30 einen 42 durchgezogen wird. Nach dem Zonenerhitzen auf

rechteckigen Querschnitt. Im Hinblick auf ihre Funk- eine geeignete Verschmelz- und Ziehtemperatur wird

tion werden die Fasern 14, 14' und 14" (Fig. 3, 4 das herabhängende Ende der Gruppe 30 »ein-

und 5) nachstehend als »Füllfasern« bezeichnet. gefangen« und in Richtung des Pfeils 52 mit gleich-

Füllfasern 14' (Fig. 4) mit quadratischer Quer- 30 mäßiger Geschwindigkeit gezogen, die größer ist als schnittsform können für die runden Fasern 14 ein- die des Absenkens, so daß gleichzeitig sämtliche gesetzt werden, wenn gewünscht wird, daß sie einen Fasern 12 und 14 fest miteinander verschmolzen größeren Teil des Zwischenraumes zwischen den werden und eine gewünschte Reduzierung der GeFasern 12 in einer Gruppe, wie z.B. 30' (Fig. 7), samtgröße der Gruppe bewirkt wird. Bei oder kurz ausfüllen sollen. Alternativ können Fasern, wie z. B. 35 vor Erreichen des Heizrings 46 kann die unterste 14" (F i g. 5), die zylindrisch konkave Seitenflächen Klemme 36 an der Gruppe 30 nach Wunsch ab-32 haben, die auf die Außenseiten der Fasern 12 genommen werden. Jede Klemme 36 rastet letzten passen, eingesetzt werden, wenn gewünscht wird, Endes in die vorhergehende Klemme ein, wonach sie daß sie den Zwischenraum zwischen den Fasern 12 alle gleichzeitig entfernt werden können, um ein weiin einer Gruppe, wie z. B. 30" (F i g. 8), vollständig 40 teres Absenken der Gruppe bis zu dem Punkt, an ausfüllen sollen. dem die Halterung 42 den Ring 46 berührt, zu er-

Seitliches Druckspannen irgendeiner der Gruppen möglichen.

30, 30' und 30" unter hohen Temperaturen kann Eine quadratische Gruppe 30, die auf einer Seite eine geringfügige Abflachung der exponierten Außen- sechs Fasern, von denen jede etwa 3 mm Durchseiten der äußersten Fasern 12 von diesen ver- 45 messer hat und aus den vorerwähnten Flint- und Ursachen. In allen Fällen behalten jedoch diese und Kalknatron-Mustergläsern besteht, mit Füllfasern 14 alle anderen Fasern 12 im wesentlichen ihre runde von je etwa 1 mm Durchmesser und aus einem ähn- oder kreisförmige Querschnittsform. liehen Flintglas bestehend, kann z. B. auf eine redu-

Beim Formen der Gruppen 30, 30' oder 30" kann zierte Gesamtquerschnittsgröße von 150 mm gezogen

ein U-förmiger Rahmen 33 (in F i g. 6 mit strich- 50 werden, bei einem Verhältnis von Ziehen/Absenken

punktierter Umrißlinie dargestellt) verwendet wer- der Gruppe von etwa 8:3, wenn die Gruppe auf

den, der die Ausbildung eines rechteckigen Quer- etwa 750° C erhitzt wird.

Schnitts gewährleistet. Diese Werte können innerhalb eines weiten BeGruppe 30 und Rahmen 33 können als eine Ein- reichs für Fasern, deren Größen, Ziehverhältnis und heit in einen Ofen gelegt werden, der die Fasern 12 55 -temperatur abgewandelt werden, und innerhalb ge- und 14 bis auf ihre Schmelztemperatur erhitzt, wenn eigneter Grenzen kann jede gewünschte größere oder gewünscht wird, den Faserkomplex ohne Ziehen zu kleinere Reduzierung der Größe von Gruppen 30, verschmelzen. Ein Gewicht34 (in Fig. 6 mit strich- 30' oder 30" durchgeführt werden. Außerdem kann, punktierter Umrißlinie dargestellt) kann auf die wenn eine Gruppe 30, 30' oder 30" gezogen wurde, Gruppe 30 gelegt werden, um die Fasern 12 und 14 60 diese oder ein Teil, wie z. B. 54, zwischen den Linien zusammenzudrücken. 56 (Fig. 10) entnommen und einmal oder mehrmals

Nach einer anderen Ausführungsform werden die neu gezogen werden, um die Größe noch weiter zu

Gruppen an bestimmten Stellen verbunden, die sich reduzieren, und zwar entweder allein oder in Ver-

im Abstand voneinander befinden, verschmolzen und bindung mit einer Anzahl von zusammengefaßten,

auf eine j^duzierte Querschnittsgröße gezogen, und 65 parallelen Abschnitten.

zwar in einem einzigen Vorgang, ähnlich dem, der Ein solcher gezogener oder neu gezogener Ab-

in Fig. 9 und 10 dargestellt ist. schnitt 54 stellt die Multifaseranordnung 10 dar.

Gemäß F i g. 9 und 10 ist die Gruppe 30 mit einer Eine Anzahl von Multifaseranordnungen 10 mit

quadratischer oder rechteckiger Querschnittsform kann dann, parallel zueinander ausgerichtet, zupammengehaut werden und eine große Multifaserkonstruktion 58 (Fig, 11) bilden, in welcher die Enden der einzelnen Faserelemente geometrisch kohärent sind. Die Anordnung 10 und Konstruktion 5§ können faserförmig (d.h. lang, dünn und biegsam) sein und verschmolzen, verkittet oder in anderer Weise nahe ihren Enden miteinander verbunden sein. Beide können sie aber auch einen ver- iq hältnismäßig großen Querschnitt haben, starr sein und über ihre gesamte Länge hin miteinander verbunden sein. Die zuerst genannte Anordnung ist als biegsames Fiberskop bekannt, während die letztgenannte Konstruktion z. B. als ein starrer Bildübertrager verwendet oder in Querrichtung in verhältnismäßig dünne Abschnitte geschnitten werden kann, dig als bildübertragende Platten dienen.

Wenn die Füllfasern 14, 14' oder 14" im wesentlichen dieselbe Brechungszabl wie die Kerne 16 der ap Fasern 12, oder wenigstens eine höhere Brechungszahl als die Ummantelungen 18 haben, dann werden von den Ummantelungen 18 lichtreflektierende Grenzflächen längs der Seiten der Füllfasern gebildet, und diese werden so zu Mitleitern von innen- ag reflektierendem Lieht in jeder Multifaseranordnung 10,

Alternativ hierzu können die Füllfasern 14, 14' oder 14" aus einem lichtabsorbierenden metallischen oder glasigen Werkstoff gebildet werden und als solche Streulicht absorbieren, das die Tendenz hat, durch die Multif aseranordnung 10 von einer Faser 12 zu einer anderen hindurchzugehen. Der Ausdruck »Streulicht« bezeiphnet Strahlen von Licht, die beim Eintritt in eine ummantelte Faser deren Grenzfläche zwischen Kern und Ummantelung in einem Winkel treffen, der kleiner ist als der kritische Reflexionswinkel. Anstatt total reflektiert zu werden, setzen sich solche Strahlen durch die Ummantelung seitlieh fort in Richtung auf benachbarte Fasern und in diese hjnein mit der nachteiligen Wirkung, daß sie letzten Endes totalreflektiertes, bildformendes Licht auslöschen,

Nach einem anderen Merkmal dieser Erfindung können die Fasern 14, 14' oder 14" aus einer metallischen Verbindung geformt werden, wie z. B, aus der vorerwähnten Legierung aus Gold—Germanium, deren Erweichungstemperatur und Ausdehnungskoeffizient mit denen der Ummantelungen 18 verträglich sind.

In einem solchen Falle sind die Füllfasern einzeln elektrisch leitend und tragen zu der elektrischen Gesamtleitfähigkeit einer Anordnung 10 bei, die aus Fasern 12 besteht, die elektrisch leitende Kerne 16 haben. Kombinationen von lichtleitenden und elektrisch leitenden Fasern 12 und 14 oder umgekehrt können ebenfalls benutzt werden.

Die Füllfasern 14, 14' oder 14" können, ob sie nun aus Glas oder aus Metall bestehen, einzeln mit Glas ummantelt werden, wenn die Ummantelungen der Fasern 12 nicht stark genug sind, um in geeigneter Weise die Fasern 14,14' oder 14" gegen die Fasern 12 einzeln zu isolieren.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung einer Multif aseranordnung zur Energieleitung, bei welchem Fasern größeren Querschnitts in Reihen neben- und übereinandergelegt und in die verbleibenden Zwischenräume Fasern kleineren Querschnitts gelegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern größeren Querschnitts energieleitende, von einer Ummantelung umgebene Fasern verwendet und alle Fasern miteinander verschmolzen werden.

2. Verfahren nach Anspruch I₈ dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern größeren Querschnitts solche verwendet werden, deren Ummantelung eine optische bzw. elektrische Isolierung dieser Fasern untereinander bewirkt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern kleineren Querschnitts solche verwendet werden, deren Brechungsindex gleich oder größer ist als der Brechungsindex der Ummantelung der Fasern größeren Querschnitts.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern kleineren Querschnitts ummantelte, energieleitende Fasern verwendet werden,

5. Verfahren nach Anspruch I₃ dadurch gekennzeichnet, daß als Fasern kleineren Querschnitts lichtabsorbierende Fasern verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die neben- und übereinandergelegten Fasern in einen U-förmigen Rahmen gelegt, gegebenenfalls mit einem Gewicht belastet und so miteinander verschmolzen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifaseranordnung in an sich bekannter Weise durch zonenweises Schmelzen und Ausziehen auf eine geringere Querschnittsgröße gebracht wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen