DE1596485B1

DE1596485B1 - Verfahren zur Herstellung von waermebestaendigen,flexiblen Lichtleitern aus einer Vielzahl von optisch isolierten,von einem Schutzschlauch umhuellten Lichtleitfasern

Info

Publication number: DE1596485B1
Application number: DE19671596485
Authority: DE
Inventors: Dr H Dislich; G Funk; Dipl-Phys A Jacobsen
Original assignee: Jenaer Glaswerk Schott and Gen
Current assignee: Schott AG
Priority date: 1967-10-19
Filing date: 1967-10-19
Publication date: 1970-07-02
Also published as: FR1587836A; NL6814893A; GB1242883A; BE722483A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Lichtleitfasern, z. B. Glasfasern, bestehen, die von Herstellung von wärmebeständigen, flexiblen Licht- einem Kunststoffschlauch umhüllt, besonders Wärmeleitern aus einer Vielzahl von optisch isolierten Licht- beständig sind und eine sehr gute Lichtdurchlässigleitfasern, ζ. B. Glasfasern, die von einem Kunststoff- keit bieten und welches gestattet, preiswerte Lichtschlauch umhüllt sind. 5 leitsysteme zu erhalten. Die geschilderten Nachteile

Es sind optisch isolierte Lichtleitfasern bekannt, die der bekannten Verfahren sollen durch das Verfahren aus einem hochbrechenden transparenten Medium, gemäß der Erfindung vermieden werden. z.B. Glas oder Kunststoff, bestehen und von einem Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch geniedrigbrechenden Mantel eines ebenfalls transparen- löst, daß die verdrillten optisch isolierten Glasfasern ten Mediums, z. B. Glas oder Kunststoff, umgeben io oder deren Bündel mit einem eng aufliegenden sind. Solche Fasern leiten das auf die Stirnfläche ein- Schutzschlauch aus einem flexiblen Kunststoff, zweckfallende Licht durch innere Totalreflexion an das aü- mäßig in einem Tauchverfahren, versehen werden, dere Ende, wo es wieder in den freien Raum aus- Die erfindungsgemäß hergestellten Lichtleiter betreten kann. sitzen den großen Vorteil, daß sie einen sehr engen

Es ist ferner bekannt, eine Vielzahl von flexiblen, 15 Durchmesser aufweisen, wodurch erweiterte Anwengleich langen, optisch isolierten Lichtleitfasern an den dungsmöglichkeiten erschlossen werden. Enden in dichter Packung in einer Hülse aus Metall Das Verfahren gemäß der Erfindung kann sowohl oder Kunststoff mittels eines Klebstoffes zu verbin- diskontinuierlich durchgeführt werden, wobei die den. Zum Schutz gegen mechanische Beschädigungen optisch isolierten Glasfasern vor dem Verdrillen zu befinden sich solche Lichtleiterbündel in flexiblen 20 einem Gesamtbündel in einem getrennten Arbeits-Metalloder Kunststoff-Schläuchen, die mit den End- gang zu einem oder mehreren Einzelbündeln gleicher hülsen der Faserbündel eine feste Verbindung auf- Faserlänge zusammengefaßt werden, oder kontinuierweisen. lieh, wobei die optisch isolierten Glasfasern auf dreh-

Bekannt ist es ferner, die Lichtleitfasern endseitig bare Vorratsspulen gewickelt werden, von diesen gemitteis eines Schrumpfschlauches zu verdichten und 25 meinsam kontinuierlich abgewickelt, zu einem Gegleichzeitig mit dem Schutzschlauch zu verbinden. samtbündel verdrillt und durch ein Kunststoffbad, bei-

Zur maximalen Lichtausnutzung werden alle diese spielsweise PVC-Bad, geführt werden, worauf der Lichtleitfaserbündel an den beiden Enden senkrecht überschüssige Kunststoff abgestreift und anschließend zur Achse der Fasern optisch bearbeitet. Allen ge- eine Trocknung bzw. Polymerisation des Kunststoffnannten Lichtleitern ist gemeinsam, daß zur Er- 30 Überzuges durchgeführt wird.

reichung einer guten Flexibilität die Fasern im In- Andererseits kann das Verfahren kontinuierlich

nern des Schutzschlauches genügend Bewegungsfrei- durchgeführt werden, indem die optischen Fasern in

heit besitzen müssen, daß also der Innendurchmesser entsprechender Anzahl nach dem bekannten Stab-

des Schutzschlauches wesentlich größer als der ziehverfahren gezogen, verdrillt und in entsprechen-

Durchmesser des verdichteten Fäserbündels ist. Das 35 der Weise mit einer Kunststoffhülle beschichtet

ist nachteilig in all den Fällen, in denen Lichtleiter werden.

durch enge Kanäle geführt werden müssen. Auch ist Das Verfahren gemäß der Erfindung bringt dadie Herstellung dieser Lichtleiter durch das Einfüllen durch einen erheblichen technischen Fortschritt, weil der Fasern in die Schutzschläuche und Endhülsen bei durch die geringen Kosten, die aufzuwenden sind, für möglichst dicker Packung und durch den anschließen- 40 die Lichtleitoptik Völlig neue Gebiete auch des tägden Poliervorgang sehr zeitraubend und kostspielig. liehen Lebens erschlossen werden. Gebiete, bei denen Der zuletzt erwähnte Nachteil läßt sich, jedoch nur bisher ein Einsatz nicht in Betfacht kam. zum Teil, beseitigen, indem man auf die dichte Es erweist sich ferner als vorteilhaft, bei der Lei-Packung verzichtet und auch auf die Politur, indem rung des sichtbaren Lichtes als lichttransportierendem man die Bündel in ihrem Schutzschlaueh bei gleicher 45 Teil des Systems bei reinen GlasSystemen zu bleiben, Packungsdichte wie im mittleren flexiblen Teil an den weil diese in ihrem optisch wirksamen Teil nicht Enden mit dem Schlauch verkittet, absägt und als wärmeanfällig sind, wie es beispielsweise bei den Abschluß des Systems einen Harztropfen aufbringt, oben erwähnten Kunststoff-Lichtleitern der Fall ist, dessen Brechwert in ausgehärtetem Zustand dem des weil sie gleichermaßen chemisch und mechanisch Faserkerns gleich ist oder nur unwesentlich abweicht 50 resistant sind und weil letzten Endes der Lichttrans-(deutsches Gebrauchsmuster 1954 6Ö4). Diese Sy- port inihnen am verlustlosesten erfolgt, da die Grenzsteine haben eine etwas geringere Lichtausbeute, was fläche zwischen hoch- und niedrigbrechendem Glas für zahlreiche Anwendungszwecke unbedeutend ist, am vollkommensten ist. Das ist um so mehr von Besind jedoch in ihrer Herstellung immer noch etwas deutung, als beim Verzicht auf eine teure optische aufwendig und vor allem unnötig dick, 55« Politur der Endflächen ein Verlust an Lichtausbeute

Es sind ferner nur aus Kunststoff bestehende Licht- in Kauf genommen werden kann. Dieser Verlust ist leiter bekannt, bei denen relativ dicke (einige hun- natürlich nicht von der Länge des Systems abhängig, dert μπι) optisch isolierte Kunststoff-Fasern parallel Je länger das System ist, je häufiger die Reflektionen liegend von einem Polyäthylenmantel zusammen- also sind, in um so stärkerem Maße kommt die hergepreßt werden. Auf diese Art sind Glasfasersysteme 60 vorragende Qualität einer Glas-Glas-Grenzschicht nicht herstellbar. Die Kunststoff-Systeme sind wenig zur Geltung.

flexibel, ihre Lichtausbeute steht hinter denen von In der Wahl des Kunststoffes, der als Schutz-Glassystemen zurück, was sich insbesondere bei schlauch bei Durchführung des Verfahrens gemäß großen Längen bemerkbar macht, und ihre Wärme- der Erfindung dient, ist man weitgehend frei. Sie festigkeit ist auf 80° C beschränkt. 65 kann nach bekannten Gesichtspunkten unter ZuAufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Ver- grundelegüng der beim Einsatzzweck herrschenden fahren zur Herstellung von flexiblen Lichtleitern, die Umweltsbedingungen wie Temperatur, Klima, Chemiwie üblich aus einer Vielzahl von optisch isolierten kalieneinwirkung usw. geschehen. Für viele Zwecke

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hat sich eine PVC-Dispersion, aus der def Mantel enden die Röhre verlassen, Wird das untere Ende des

im Tauchverfahren aufgebracht werden kann, als Gesämtstranges ebenfalls mit einer Klammer so

zweckmäßig erwiesen. Da der Schutzschlauch keine fixiert, daß es sich nicht wieder aufdrehen kann. Über

optische Funktion hat und das Glas die oben schon das so fixierte·, senkrecht hängende Bündel wird

erwähnte hohe Resistenz besitzt, ist selbst eine Be- 5 langsam ein Ofen gefahren, der die Fasern trocknet;

Schädigung des Mantels in gewissem Umfang wäh- Falls erwünscht, wird jetzt der Sträng mit einer Pöly-

rend des Betriebs zumeist ohne Belang, insbesondere äthylenfölie umwickelt.

dann, wenn die Flexibilität des Lichtleiters nur für Nun erfolgt die Beschichtung mit PVC, indem der

den Einbau in eine gegebene Apparatur erföfder- Strang ein Bad mit schwarz eingefärbter PVODisßer-

lich ist. iö siön und anschließend einen Öfen, in dem das PVd

Das Verfahren kann beispielsweise wie folgt durch- bei etwa 18CP C ausgehärtet Wird, durchläuft Der geführt werden: Eine Vielzahl von optisch isolierten Umschichtungsvörgäng kann, falls erwünscht, zur ErGlasfasern durchläuft- eine Flüssigkeit z. B. Wasser höhimg der Mäntelstärke wiederholt werden, oder Methanol, wodurch sich die Fasern engstfens zu- Bei sehr langen Systemen verfährt man weitgehend sammenlegen. Anschließend werden die Fasern mit- 15 analog, jedoch SO, daß man das Faserbündel bewegt einander zu einer festen Packung verdrillt, durchlau- und durch ein Wässer- oder Alkoholbäd, einen TrOkfen einen Trockenturm und ein den Kunststoff ent- kenofen, ein PVC-Bäd und durch einen Aushärtehaltendes Tauchbad, z. B. eine FVC-DiSpersion, wo- ofen führt, wobei der Durchgang durch PVC-Bäd' bei auf Grund der dichten Packung der Fasern kein und Aüshärteofett erforderlichenfalls mehrfach erKunststoff zwischen die Fasern dringt, sondern fast 20 folgt.

ausschließlich das Bündel umhüllt. Nachdem mittels Nach der Beschichtung und dem Aushärten wefeiner .Düse die überschüssige PVC-Dispersion ab- den die Enden abgeschnitten und etwa 25 rüffl abgestreift ist, gelangt das Bündel in eineü Rohrofen, gemanteit. Über die freiliegenden Gläsfasern' Wird in dem bei erhöhter Temperatur der Kunststoff aus- eine efwä 20 mm lange Hülse geschoben, die in ihrem härtet. Je nach Viskosität des BädeS öder' nach dem i§ inneren Durchmesser dem Faserbündel angepaßt ist. Verwendungszweck ist eine ein- öder mehrfache Be- Vorzugsweise soll der PVC-ManM noch etwa 2 mm schichtung des Faserbündels mit Kunststoff erforder- in die etwas abgesetzte Metallhülse hineinragen, um Hch. Nach dieser Prozedur erhält man einen Lieht- eine gute mechanische Verbindung zu gewährleisten, leiter von der Lange der eingegebenen Fasern, der Die" äüs der Hülse heräüsrägenden Faserenden wer^ mittels bekannter Methoden in Stücke gewünschter 3-0 den nun mit einem wasserMaren Epoxyharz versehen. Länge zerfeilt werden kann. Dieses dringt langsam in das innere der Hülse ein,

Die Endflächen der flexiblen Lichtleiter können verbindet die Fasern untereinander und ffiif der Hülse

mittels aushärtender Kunstharze, die eine glatte Im- und wird durch langsames- Erhitzen ausgehärtet. Die

mersionsschicht bilden, oder nach Verkleben der herausstellenden verkitteten Faserenden werden an

Fasern mit Epoxyharzen durch Polieren optisch be- 35 einer Schmirgelscheibe abgeschliffen und mit Wenig

arbeitet werden. Eine besondere Variante des Ver- Epoxyharz Zur' Öberfiächenglättung versehen. Nach

fahrens besteht darin, daß verdrillte Faserbündel dem Aushärten" sind die Stirnflächen der Lichfleit-

nach dem Trocknen mit einer Polyäthylenfolie um- faserbündel nahezu plan.

wickelt und dann erst mit der PVC-Dispersiöü be- Für besonders; hohe' Ansprüche hinsichtlich der

schichtet werden. Dadurch wird das Abmäntehi der 40 Lichtdurchlässigkeit fcöanen die Hülsen nach bekann-

Lichtleiterenden erleichtert, wenn man die Paser- ter Art und Weise dichtest gepackt, gefüllt und nach

enden in Metallhülsen fassen will, um reproduzier- Aushärten des Epöxyhärzbs geschliffen Und poliert

bare Dimensionen der Lichtleiter zu erreichen. werden, was jedoch einigen Aufwand erfordert. Eben-

Die Erfindung beinhaltet weiterhin" verschiedene so ist es möglich, anf das abgeschnittene Bündelende

Verfahren der Zuführung der optisch isolierten Glas- 45 unmittelbar' einen Tröpfen Epoxyharz als Immersions-

fasern, die im Sinne einer rationellen Fertigung in schicht aufzubringen und aushärten zu* lassen,

großen Längen, möglichst aber kontinuierlich:, ein- Bei einer rationellen industriellen Fertigung von

gegeben werden sollen. Die Erfindung beinhaltet da- flexiblen Lichtleitern erfolgt der BeschichtüngspröZeß'

her das Eingeben von abgelängten Bündeln loser kontinuierlich, indem bereits die losen, optisch isölier-

Lichtleitfasern, wobei im Falle von kleinen Durch- 50 ten Fasern· kontinuierlich eingegeben werden,

messern· von flexiblen Lichtleitern: eiü einfaches Ver- Zwei weitere ÄuSfÜhrtingsbeispiele' werden an

drillen des nassen Bündels ausreicht. Im Falle größe- Hafid der Zeichnungen, in Welchen zwei Vörrichtun-

rer Lichtleiterquerschnitfe ist zum Längenausgleich gen zur Durehführürig des Verfahrens schemätisch

der EinzelfäS'era das Befeuchten und Verdrillen von beispielsweise· dargestellt sind¹, näher erläutert. Es

mehreren Einzelbündeln zu einem dichten Gesamt- 55 zeigt

bündel erforderlich. Fig. 1 eine Gesamtvorrichtung zur Durchführung

. des Ausführungsbeispieles 2 teilweise im Schnitt,

Beispiell Fig. 2 einen Schnitt der F i g. 1 in Richtung A-A,

Sechs abgelängte Lichtleitfaserbündel mit etwa F i g. 3 einen Schnitt der F i g. 1 in Richtung B-B,

100 Fasern (Durchmesser 70μΐη) werden je in ein 60 Fig. 4 eine Gesamtvorrichtung zur Durchführung

unten geschlossenes mit Wasser gefülltes Glasrohr des Ausfuhrungsbeispieles 3 teilweise im Schnitt,

gegeben. Die Rohre sind zu einem Bund zusammen- . .

gefaßt. Die aus den 6 Rohren herausragenden Faser- e 1 s ρ 1 e

enden werden zusammengenommen und mittels einer Im Falle der Verarbeitung optisch isolierter Fasern

Klammer so befestigt, daß sie sich nicht drehen lassen. 65 von Spulen (F i g. 1) werden etwa 100 Vorratsspulen_l

Nun wird der Rohrbund langsam gedreht und da- mit 70 μπα dicken Fasern in einer Halterung 2 einzeln

beigesenkt, so daß sich ein verdrilltes Gesamtbündel um eine gemeinsame Achse 2 a leicht drehbar ge-

aus den 6 Einzelbündeln bildet. Bevor die Faser- lagert. Von allen Spulen werden Fäden 3 durch

Lochblenden 4 geführt und in einer Lochblende 5 gesammelt. Die Halterung 2 der Spulen ist drehbar gelagert um eine Achse 2 b und wird in Rotation versetzt, wodurch eine fortlaufende Verdrillung des entstehenden Faserbündels 11 erfolgt. Mittels einer Sprühdüse 6 wird das Faserbündel mit Wasser oder anderen benetzenden Flüssigkeiten befeuchtet, um die Gleitfähigkeit der Fasern zu erhöhen und eine größere Packungsdichte im Faserbündel 11 zu erreichen. Im weiteren Verlauf durchläuft das nasse, verdrillte Bündel einen Trockenturm 7 mit elektrischer Widerstandsheizung und ohne Zwischenumlenkung ein PVC-Bad 8. Nachdem das überschüssige PVC zweckmäßig an einer Blende 9 abgestreift wird, erfolgt das Aushärten des PVC in einem anschließenden Heiztürm 10 bei einer Temperatur von etwa 18O⁰C. Sollte sich eine zweite Beschichtung mit PVC als notwendig erweisen, so kann sich ein weiteres PVC-Bad mit anschließender größerer Abstreifdüse und Heizturm anschließen. Das mit Kunststoffüberzug 12 versehene Faserbündel 11 wird durch ein Rollenpaar 13 gezogen und weiterbefördert. Der kontinuierlich anfallende Lichtleiter 14 wird mit einer Schere in gewünschte Längen zerteilt und ebenso wie in Beispiel 1 weiterbehandelt.

Beispiel 3

Im. Falle der kontinuierlichen Weiterverarbeitung gleichmäßig gezogener optisch isolierter Fasern (Fig.4) werden etwa 40 optisch isolierte Glasstäbe 15 von 2 mm Durchmesser an einem Ende durch Erhitzen mit einer kugelartigen Verdickung 16 versehen und so in einer Platte 17 gehaltert, daß sie in einer Zeile im Abstand von jeweils 5 mm frei hängend angeordnet sind. Die Platte 17 wird durch Drehen einer Gewindespindel 18 an zwei Führungsschienen 19 langsam nach unten bewegt, so daß die Glasstäbe 15 in einen Ofen 20 tauchen und zonenweise so hoch erhitzt und erweicht werden, daß durch Ziehen eine Verjüngung zu einzelnen Fasern 21 erfolgt. Die optisch isolierten Glasfasern 21 werden durch eine Sprühdüse 22 mit Wasser oder anderen benetzenden Flüssigkeiten befeuchtet und an einer Umlenkrolle 23 gesammelt. Das Bündel der konvergent zueinanderlaufenden Fasern 21 wird fortlaufend verdrillt, indem die gesamte Nachführeinrichtung 24 gemeinsam mit der Halteplatte 17 für die Glasstäbe und dem Ziehofen 20 um eine feststehende Achse gedreht wird. Ein Antriebsmotor 26 versetzt die gesamte Zieheinrichtung über einen Keilriemen 27 in Rotation, wodurch der Keilriemen 28 eine Drehbewegung für die Nachführspindel 18 erzeugt. Das verdrillte nasse Faserbündel 11 wird durch eine zweite Umlenkrolle 29 so umgelenkt, daß es von unten in einen vertikal stehenden Trockenturm 7 gefahren und im Folgenden in der gleichen Weise wie im Beispiel 2 bzw. F i g. 1 behandelt wird.

Das Verfahren kann dadurch beliebig erweitert werden, daß in der drehbar gelagerten Nachführeinrichtung 24 mehrere Halteplatten 17 und Ziehöfen 20 hintereinander angeordnet und die gewonnenen Lichtleitfasern gemeinsam gebündelt, verdrillt und mit Kunststoff beschichtet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von wärmebeständigen, flexiblen Lichtleitern aus einer Vielzahl von optisch isolierten Lichtleitfasern z. B. Glasfasern oder deren Bündeln, die von einem Schutzschlauch umhüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die verdrillten optisch isolierten Glasfasern oder deren Bündel mit einem eng aufliegenden Schutzschlauch aus einem flexiblen Kunststoff, zweckmäßig in einem Tauchverfahren, versehen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch isolierten Glasfasern auf drehbare Vorratsspulen gewickelt werden, von diesen gemeinsam kontinuierlich abgewickelt, zu einem Gesamtbündel verdrillt und durch ein Kunststoffbad, beispielsweise PVC-Bad, geführt werden, worauf der überschüssige Kunststoff abgestreift und anschließend eine Trocknung bzw. Polymerisation des Kunststoffüberzuges durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das verdrillte Gesamtbündel eine oder mehrere lichtabsorbierende PVC-Dispersionen durchläuft, die in jeweils anschließenden Heiztürmen ausgehärtet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das verdrillte Gesamtbündel zwischen Trocknen und Beschichten mit einer Polyäthylenfolie umwickelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optisch isolierten Glasfasern in einer Vielfadenziehanlage nach dem bekannten Stabziehverfahren gezogen und dadurch verdrillt werden, daß die gesamte Zieheinrichtung um eine Achse in Rotation versetzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zieheinrichtungen um eine gemeinsame Achse drehbar angeordnet, in Rotation versetzt und alle von den Zieheinrichtungen gewonnenen Glasfasern gesammelt, verdrillt und mit Kunststoff beschichtet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen