DE1810717A1 - Verbesserungen an fiberoptischen Multifibern,an daraus gebildeten Vorrichtungen,und Verfahren zur Herstellung beider - Google Patents

Description

American Optical Corporation, Southbridge, Massachusetts, V.St.v.A.

Verbesserungen an fiberoptischen Multifibern, an daraus gebildeten Vorrichtungen, und Verfahren zur Herstellung beider

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Fiberoptik und insbesondere eine neue Form von MultifIber, deren Verwendung und Funktion bei der Herstellung von fiberoptischen Vorrichtungen, und das Verfahren zur Herstellung der Fiber und der daraus geformten Vorrichtungen.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein langer und relativ dünner fiberoptischer Stabverband zu rhomboidischer Querschnittsgestalt geformt wird, so daß bei einem ähnlich angeordneten Fiberverband, der aus dem Stabverband gezogen und unter Bildung eines Bandes der mehrfachen Fiberverbandbreite auf eine Trommel maschinengewickelt wird, die maximale Packungsdichte der Windungen erzielt wird, wobei das Band beim Bau von fiberoptischen bildleitenden Fiberskopen u.a. verwendet wird. Der Fiberverband wird mit einer seiner flachen Seiten auf der Trommel schraubenförmig gewickelt, wobei der Vorlauf nicht großer als die Breite der flachen Seite ist und die Wickelbewegung parallel zur Trommel in der allgemeinen Richtung der Neigung benachbarter Seiten des Fiberverbandes hin zur Trommel erfolgt. Es wird auch vorgeschlagen, daß der Wicklungsvorlauf etwas geringer als die Breite des Fiberverbandes gewählt wird, damit die maximale Packungsdichte gewährleistet ist.

Auf dem Erfindungsgebiet, das insbesondere die Herstellung von Fiberskopen betrifft, besteht das Bedürfnis nach erhöhter Qualität des Erzeugnisses und einfacherer und billigerer Herstel-

909832/0922

lung, wovon die vorliegende Erfindung hauptsächlich, handelt.

Wie der Fachmann weiß,, sind Fiberskope bildleitende Vorrichtungen, die meistens, aber nicht notwendigerweise, lang, dünn und biegsam sind und bildaufnehmende und bildabgebende Endflächen haben, die aus den mosaikartig in identischen geometrischen Mustern angeordneten und miteinander verbundenen Enden einer großen Anzahl nebeneinanderliegender, sehr dünner optischer Fiber bestehen. Eine derart beschaffene Vorrichtung zergliedert und überträgt ein Bild von einer Endfläche zur anderen, wobei Jede Fiber ihren Anteil des Bildes durch totale innere Refelktion konserviert.

Während der Ausdruck Fiberskop in manchen Fällen auch Linsen zum Bilden und Betrachten der Bilder am Ein- bzw. Austrittsende des fiberoptischen Aufbaus einschließt, bezieht sich bei der vorliegenden Erfindung der Ausdruck nur auf die Anordnung von optischen Fibern ausschließlich der Hilfsvorrichtungen.

Bisher wurden Fiberskope hergestellt, indem ein Fiberverband gezogen, der Fiberverband schraubenförmig auf eine Trommel zwecks Bildung eines Bandes gewickelt, die Windungen der Schraube längs einer Mantellinie verklebt'und das Band von der Trommel genommen wurde. Nach Herstellung einer Anzahl dieser Bänder werden ihre verklebten Streifen übereinandergelegt, miteinander verklebt und an der Klebestelle durchtrennt, so daß gegenüberliegende Bildaufnähme- und -ausgabeenden eines Fiberskops entstehen. - .

Optische Einzelfiber oder Multifiber wurden bisher zur Herstellung von Fiberskopen verwendet, wobei diese einen kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt besaßen.

Der Ausdruck. Multifiber bedeutet in der vorliegenden Anmeldung ein relativ langes, dünnes und biegsames Element, das aus mehreren Einzelfibern, die zu einer Einheit verschmolzen sind, besteht ·
Ij 9 U 4 I / y © J a

Die Verwendung von runden oder ähnlich, gestalteten Multifibern bei der Herstellung von Fiberskopen in der beschriebenen Weise ist deswegen zu beanstanden, weil, unabhängig von der Dichte der Packung in den Fiberskopendflachen, ein beträchtlicher Verlust an (nicht-lichtleitender, nicht-bildbindender) Fläche pro Einheitsfläche der Fiberskopendflachen unvermeidlich ist. Diese Fiberverbände können nicht exakt zusammengepaßt werden, d.h. ihre Umfange können einander nicht kontinuierlich berühren, so daß Zwischenräume entstehen. Diese Zwischenräume füllen sich meistens mit dem zur Herstellung des Bandes verwendeten Klebstoff.

Multifiber quadratischen bzw. rechteckigen Querschnittes, die relativ dicht mit beinahe kontinuierlicher Umfangsberührung gepackt werden können, führen ku teueren und lästigen Problemen bei der Herstellung von Fiberskopen. Diese Fiberverbände können nicht dicht gepackt werden bei der Herstellung der Fiberbänder, da geringe Schwankungen ihrer ^uerschnittsabmessungen, die meistens beim Ziehen des Fiberverbandes nicht zu umgehen sind, entweder zu Abständen zwischen den Windungen des Schraubenbandes bei Dünnerwerden des Fiberverbandes, oder zu Überlappungen bei D Dickerwerden oder Verformung des Verbandes Γ ihren, wenn zur Bildung der Schraube ein maschinengesteuerter Vorlauf gleich der Sollbreite des Fiberverbandes verwendet wird. Findet eine Überlappung statt, wenn eine oder mehrere V/indangen der Multifiberschraube nicht auf der Trommel aufliegen und stattdessen auf vorhergehende Windungen klettern, dann ist das Band wertlos.

In Anbetracht des obigen Sachverhaltes war es bisher üblich, beim maschinellen Y/iekeln von rechteckigen Fiberverbänden einen Vorlauf zu verwenden, der ein wenig größer als die berechnete Breite des Multifiberverbandes ist, so daß das Problem einer Überlappung vermieden wurde. Dies führt zu Abständen zwischen den .'/indungen der Kultifiber und erfordert, daß die Windungen im su verklebenden Gebiet von Hand gepackt werden, bevor die Klebung wie beschrieben erfolgen kann. Wenn Bänder aus Multifibern hergestellt werden, deren Dicke C,051 tun. und weniger be-

909832/0922

trägt - und dies ist nicht selten der Fall - dann wird das Packen von Hand nicht nur sehr schwierig und langwierig, sondern auch die Bänder sind dabei äußerst gefährdet, denn Fiberverbän- , de dieser Dicke sind äußerst zerbrechlich, und der .Bruch von nur einer Windung mindert die Brauchbarkeit des gesamten Bandes«

In Anbetracht des oben Gesagten sieht man, daß Hersteller von Fiberskopen bisher die Wahl hatten zwischen runden bzw. ähnlich gestalteten Multifibern, wobei sie verlorene, nicht-bildformende Fläche in den Endflächen des resultierenden Fiberskops in Kauf nahmen, und rechteckigen Multifibern, wobei sie das erwähnte Handpacken akzeptieren mußten* Das erste Verfahren führt zu einem etwas minderwertigen Erzeugnis bezüglich des Auflösungsw und Informationsvermögens der übertragenen Bilder. Die zweite Wahl führt meist zu einer verbesserten Bildqualität, bedeutet aber erhöhte Herstellungskosten durch die Handpackung, die Gefahr des Fiberbandrißes und Bandausschuß.

Die vorliegende Erfindung überwindet die Probleme und Nachteile bisheriger Verfahren und verbessert entscheidend das Endresultat. ■

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Packungsdichte in Fiberskopen, wobei die erwünschte Packungsdichte maschinell und ohne Zuhilfenahme einer umständlichen α Handpackung erreicht wird. Die verbesserte Packungsdichte führt zur verbesserten Übertragung, Flächendeckung und Bildqualität (d.h. keine Leerflächen) der von den erfindungsgemäß hergestellten Fiberskopvorrichtungen übertragenden Bilder

Erfindungsgemäß wird eine Multifiber rhomboidischen o.a. Querschnittes hergestellt, und diese Multifiber wird ausschließlich maschinell auf eine Trommel gewickelt. Es wird, ein Wicklungsvorlauf von einer Breite der Multifiber (d.h. Länge einer Seite) oder etwas weniger verwendet, so daß automatisch ein dichtgepacktes Schraubenband von der Dicke eines Fiberbandes entsteht. Vielschichtige Bänder, die nicht generell verwendet werden·, können durch ähnliches Wickeln einer Anzahl von

909832/0922

weiteren Lagen über die erste hergestellt werden. Bei jeder Schraubenwindung wird die rhomboidische Multifiber mit einer ihrer flachen Seiten auf die Trommel oder auf eine Lage parallel zur Trommel gewickelt, wobei die Bewegung in Richtung der Neigung der benachbarten Seiten der Multifiber hin zur Trommel erfolgt» Der Ausdruck Vorlauf (lead) bedeutet den axialen Vor- -lauf der Multifiber längs der Trommel pro Trommeldrehung <>

. Die Windungen des derart geformten Fiberbandes werden längs eines Mantelstreifens miteinander verklebt, worauf das Band von der Trommel genommen wird.

Mehrere solcher Bänder werden hergestellt und zusammengefügt, indem die verklebten Streifen genau übereinandergelegt und miteinander verklebt werden. Danach werden alle Lagen mitten durch den verklebten Streifen durchschnitten, so daß die Fiberskopvorrichtung entsteht, wobei deren gegenüberliegende Endflächen durch den Schnitt gebildet werden.

Erfindungsgemäß wird eine zuverlässige, maschinengesteuerte, dichte Packung dadurch erreicht, daß jede Windung der Multifiberschraube zur engen Anlage an der Seite der vorhergehenden Windung durch die schrägen Seiten der Multifiber gezwungen wird. Eine schräge Seite jeder 'iindung gleitet auf der entsprechend schrägen Seite der vorhergehenden Windung. Wenn der Wicklungsvorlauf etwas geringer ist als die Durchschnittsbreite der verwendeten Multifiber, besteht eine Toleranz gegenüber Vorlaufschwankungen und der Multifibergröße und -gestalt.

Einzelheiten der vorliegenden Erfindung gehen aus der nun folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen hervor, wobei:

Fig« 1 in vergrößertem Längsschnitt einen optischen Stab, der erfindunjsgemäß verwendet werden kann,

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Vorrichtung zur Herstellung

eines Verbandes einer Anzahl der Stäbe gemäß einer Ausführungs-

909832/0922

art der Erfindung,

Figo 3 eine perspektivische Teilansicht eines Stabverbandes, aus dem eine Multifiber gezogen wird, um zu einem Schraubenband gewickelt zu werden,

Fig. 4 ein Gerät und Verfahren zur Herstellung des Schraubenbandes,

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht längs der Linie 5-5 der Fig« 4·, in der die Prinzipien zur Herstellung" des Schraubenbandes dargestellt werden,

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich der Fig. 5» in der Probleme früherer Herstellungsverfahren auf dem Gebiete der Erfindung gezeigt werden, um durch einen Vergleich mit der Fig» 5 deutlich die auszeichnenden Eigenschaften, Neuheit und Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der Technik aufzuzeigen,

Figo 7 eine perspektivische Ansicht eines schraubenförmiggemäß der vorliegenden Erfindung gewickelten Multifiberbandes,

Fig. 8, 9 -^und 10 ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Fiberskopvorrichtung aus einer Anzahl der Fiberbänder, und

Fig. 11 eine Seitenansicht der Fiberskopvorrichtung darstellen.

Nunmehr bezugnehmend auf die Zeichnungen, stellen Fig. 1-10 eine Folge von Arbeitsgängen zur Herstellung eines Fiberskops F (Fig. 11) dar, wobei zuerst etliche lange und dünn überzogene, lichtleitende Stäbe gemäß Fig. 1 benötigt werden.

Stab 20, Fig. 1, ist typisch für die Lichtleiter, die gewöhnlich bei der Herstellung von fiberoptischen Vorrichtungen Verwendung finden. Stab 20 besteht aus einem Kernteil 22 mit

909832/0922

einem vorbestimmten Brechungsindex und einem relativ dünnen überzug 24 mit einem Brechungsindex, der niedriger ist als der des Kerns 22. Während der Stab 20 aus verschiedenen Kunststoffen optischer Qualität bestehen kann, werden Gläser häufiger verwendet und ergeben bessere Lichtleiter auf dem Gebiet der Fiberoptik. Beispielhafte Glassorten für den Kern 22 und den Überzug 24 wären optische Flintgläser mit einem Brechungsindex von 1,62 und Kronen- oder Sodakalkglas mit einem Brechungsindex von 1,52. Die Dicke des Überzuges 24 wird so gewählt, daß, wenn der Stab 20 auf Fadenstärke gezogen wird, die Dicke des Überzuges ca. 1 Mikron beträgt, so daß das Licht, das mittels totaler Innenbrechung durch einen Fiber geleitet wird, am Übertritt in eine benachbarte Fiber gehindert wird, wenn eine Anzahl der Fibern ■% zusammengebündelt werden. Die genannten GlasSorten und Brechungsindizes sind jedoch nur beispielhaft und beschränken in keiner Weise den Umfang der vorliegenden Erfindung.

Das Herstellungsverfahren für die lichtleitenden Stäbe nach Fig. 1 ist unwesentlich für die Erfindung und soll deswegen nicht behandelt v/erden. Auskunft hierüber geben die USA-Patentschriften 2 037 241. 2 980 957 und 2 992 517*

Aus einer Anzahl von z.B. sechsunddreißig runden Stäben 20 mit einem Durchmesser von etwa 2,5 mm und einer Länge von etwa 102 cm, wird ein rhomboidischer Multifiberverband 26 (Fig.3) m wie folgt gebildet:

Eine erste Reihe 28 (Fig. 2) aus sechs Stäben, die parallel und Seite an Seite gelegt werden, wird in einer Aufhängung 30 gebildet. Eine zweite Reihe 32 aus weiteren sechs Stäben wird auf die erste Reihe 28 gelegt und so weiter, bis das Gebilde der Fig. 2 aus sechsunddreißig Stäben entstanden ist. Jede folgende Stabreihe ist um einen halben Stabdurchmesser gegenüber der darunterliegenden Reihe versetzt (z.B. nach links in Fig. 2) so da^ sich für den S-esamtverbaiid 26 ein rhomboidischer Querschnitt ergibt. Dieser Aufbau entspricht der maximalen Packungsre der Sτ übe 20, wobei alle Stäbe außer denen am Rande mit

909832/0922

jeweils sechs anderen Stäben in Berührung stehen.

Größere oder kleinere Verbände 26^x können natürlich gebildet werden, indem mehr oder weniger Stäbe 20 verwendet werden, oder indem Stäbe größeren oder kleineren Durchmessers gewählt werden. Die Wahl einer Reihenzahl gleich der Anzahl der Stäbe 20 in je~ der Reihe, und die Tatsache, daß die Stäbe einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, alle den gleichen Durchmesser besitzen und in der, soeben beschriebenen Weise aufeinandergelegt werden, führt immer zum dargestellten Querschnittsrhombus, dessen Ecken die Winkel 120°, 60°, 120° und 60° einschließen.

Um den Aufbau des Verbandes 26'zu erleichtern, ist die Aufhängung mit einem Schlitz 34 versehen, der Größe und Gestalt des Stabverbandes besitzt» Ein einfaches Verfahren zum Herstellen des Schlitzes 34 ist in Pig. 2 dargestellt, aus der hervorgeht, daß die Aufhängung 30 zuerst mit einem rechtwinkligen Schlitz 36 versehen wird, worauf dessen, gegenüberliegende Seiten mit Füllstücken 38 und 4-0 besetzt werden, die im Querschnitt rechtwinklige Dreiecke mit den Winkeln 30°, 60° und 90° bilden. Die ebene Oberfläche 4-2 der Aufhängung 30 verlauft absichtlich etwas unterhalb der erwarteten Höhe des Verbandes 26* (z.B. nicht weniger als die halbe.Dicke eines Stabes 20). Dies ergibt den Abstand 44 zwischen einem Deckel 46 und der Oberseite 4-2, wenn der Deckel 46 auf den Verband 26* gelegt wird, so daß keiner der Stäbe 20 in der oberen Reihe des Verbandes sich aus der Rille bewegt, die von den beiden darunterliegenden Stäben gebildet wird. Das Gewicht des Deckels 46 belastet den Verband 26*, so daß die Stäbe 20 eng zusammengedrückt werden, bis durch Schmelzen oder Kleben der lose Verband 26* in den festen Verband 26 übergeführt wird.

Die Stäbe 20 im Verband 26' können verklebt werden, indem der Verband über seine gesamte Länge mit einem entfernbaren Kleber imprägniert wird, z.B. Zellulosenitrat in einer Losung'Von . ' Nitromethan oder gleichwertig, wobei der Kleber verbrannt wird, wenn der Verband erhitzt und zu Fiberdurchmessern gezogen wird, was noch beschrieben werden solle . ; .. ■ _

90^832/0922

Andere Klebeverfahren können selbstverständlich angewendet werden, indem z.B. der Klebstoff auf Jeden einzelnen Stab 20 aufgetragen wird, während der Verband 26' gebildet wird.

Da jedoch die Neigung besteht, daß Stäbe geklebter Verbände nicht zu Multififern verschmelzen, indem sie einzeln ausgezogen werden und sich dabei voneinander entfernen, ist gegenwärtig ein Verfahren zu bevorzugen, bei dem die Stäbe 2C oberflächlich verschmolzen werden, so daß ein Schmelζverband 26 gebildet wird. Dies wird dadurch erreicht, daß mittels Stromwendeln 48 die Aufhängung 30 erhitzt wird, wobei Aufhängung 30 und Deckel 46 aus einem hitzebeständigen Material bestehen müssen. Es ist aber gebräuchlicher, die gesamte Aufhängung in einen Schmelzofen zu .geben, wie dies bei ähnlichen fiberoptischen Schmelzvorgängen bekannt ist, was hier nicht näher beschrieben werden solle Hierzu findet man Näheres in den USA-Patentschriften 2 992 516 und 3 188 188.

Bezugnehmend auf Figo 4, wird der Verband 26 aus der Aufhängung 30 genommen und senkrecht im FiberziehgerUt 50 aufgehängt, in dem die rhombische Multifiber 52 gezogen und zum Band 54 in Schraubengestalt gewickelt wird.

Da das Gerät 50 auf dem Gebiet des Fiberziehens gebräuchlich ist, wird sein Aufbau n*r angedeutet. Das Gerät v/eist einen Klemmschuh. 56, an dem das eine Ende des Verbandes 26 befestigt iat, und eine maschinengetriebene Führungsspindel 58 auf, mittels welcher der Verband 26 mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit gesenkt vilrä.. Riemen 6C und Riemenscheibe 62 stellen Mittel dar, mit denen die Führungsspindel 5Ö angetrieben werden könnte, indem der Riemen 60 von einem nicht dargestellten Elektromotor angetrieben wird. Der Verband 26 wird durch einen Erhitzungsring 64 gesenkt, der vorzugsweise elektrisch erhitzt wird, in dem das untere Ende des Verbundes bis zur Fiberziehviokosität erhitzt wird. Die Multifiber 52 wird von dem erhitzten Ende des Verbanden 26 durch die wickelvorrichtung 66 gezogen -χΐιύ. an der V/ickel trommel 68 befestigt. Die Drehung der tro:j„f;l 68 in jiichtunt,· des Pfeiles 70 zusammen mit dem längsa-

909832/0922

BAD ORiGiNAL

- ίο -

men Absenken des Verbandes 26 in üichtung des Pfeiles 72 führt zum Ziehen der Multifiber 52 und zum Wickeln des schraubenförmigen Bandes 54-. Die Steigung der Multifiberschraube bzw. des Bandes 5^ wird gesteuert durch die gleichzeitige Drehung der Führungsspindel 74- der Wickelvorrichtung 66. Die Kissen 76 führen die Multifiber 52 zur Trommel 68.

Nähere Einzelheiten über das Ziehen und Pickeln einer Fiber mit dem erwähnten Gerät können der USA-Patentschrift 2 057 241 entnommen werden»

Bei Fiberziehvorgangen der beschriebenen Art nimmt die gezogene Multifiber automatisch, die '^uerschnittsgestalt des ursprüngw liehen Verbandes an, so daß die Multifiber 52 den rhombischen Querschnitt des Verbandes 26 aufweisen wird, wie in Fig, 5 dargestellt.

Die Multifiber 52 wird von den Kissen 76 geführt, wobei die Kissen ein Verdrehen der Maltifiber verhindern und in einem solchen Winkel gegenüber der Achse der Trommel 68 angeordnet sind, daß die Multifiber flach auf die TrommeIoderflache gewickelt wird. Dabei berühren die Kissen 76 jeweils eine der gegenüberliegenden schrägen Seiten der Multifiber 52. Die Kissen sind mit einem relativ v/eichen Material, wie z.B. Filz, belegt, das einen kleinstmöglichen Reibungswiderstand auf die Lultifiber 52 α ausübt. Geringe Schwankungen der Größe der Multifiber 52 werden durch die Nachgiebigkeit der Kissen ausgeglichen, ohne daß sich die Multifiber übermäßig lockert oder strafft. Alkohol als Schmiermittel kann in Abständen oder dauernd auf die Kissen 76 gegeben werden, um den Reibungswiderstand für die Multifiber und deren elektrostatische Aufladung herabzusetzen. Andere Schmiermittel, die in der fiberoptischen Industrie für diesen Zweck gebräuchlich sind, können statt des Alkohols oder zusammen mit diesem verwendet werden.

Wenn das Gerat 50 erfindungsgemäß verwendet wird, wixxL eine Multifiber 52 mit rhomboidischem Querschnitt gezogen und gewickelt, wobei ein schraubenförmig^?JVoiltifiberband 54-

S0 9332/V922

entsteht, das völlig automatisch mit maximaler Dichte gepackt wird.

Wenn die Multifiber 52 von links nach rechts auf die Trommel 68 gewickelt wird, wie in Fig. 5 zu sehen ist, werden die aufeinanderfolgenden Windungen 78 des Multifiberschraubbandes 5^ automatisch von der Maschine eng aneinander gepackt. Diese Maschinenpackung wird dadurch erreicht, daß für die Wickelvorrichtung ein Vorschub gewählt wird, bei dem die Steigung \, des Schraubenbandes 54- gleich der Breite w der Multifiber 52, oder um einen Betrag 1* geringer als diese Breite wird.

Y/egen der schrägen Seiten 80 und 82 der Multifiber 52, nähert sich jede V/indung 78 bei Verwendung eines Vorlaufes von 1-1' (Fig. 5) der Trommel 68, bis die Seite 80 die Seite 83 der vorherigen Windung berührt und sich dann in .Richtung des Pfeiles 84· auf die Trommel 68 legt. Falls durch eine geringe Unregelmäßigkeil; die Breite w der Multifiber 52 ein wenig vergrößert wird, erfolgt eine größere Bewegung in Richtung des Pfeiles 84-, die jedoch das gleiche Ergebnis zur Folge hat, daß nämlich die Multifiber schließlich auf der Trommel 68 ruht. Wenn umgekehrt bei- einer geringen Unregelmäßigkeit die Breite w verringert wird, erfolgt weniger oder gar keine Bewegung in Pachtung des Pfeiles 84-, wdbei jedoch imner noch die Vlindung dicht an der vorangegangenen anliegt.

Wenn der Vorlauf 1-1' beträgt, a.a. etwas weniger als die Durchschnittsbreite w der kul^ifiber 52, ergeben sich keinerlei Abstände zwiscnen den windungen 7ö· Sollte jedoch eine ungewöünliche v'erdickung der Multifiber 52 dazu fünren, daß eine oder mehrere Windungen leicht verkantet aufliegen, hat dies keine katastrophalen Folgen, da das Band 54-.immer noch brauchbar ist.

Um deutlich den Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Stand der l'echnik, bei dem eine rechteckige Multifiber zu einem Band 54· maschinengewickelt wurde, aufzuzeigen, zeigt Fig. b die Katastrophalen Folgen, wenn eine scharfe

909832/092 2

Ecke 85 einer überdicken Windung 86 einer rechtwinkeligen Multifiber 88 auf einer anderen scharfen Ecke 90 der vorhergehenden Windung aufliegt, so daß eine Überlappung verursacht wird, welche das Band wertlos macht. Diese Überlappung kann eine Dicke von mehreren MuI tifibern erreichen, wie durch den gestrichelten Umriß 92,angedeutet worden ist, oder die folgende Windung 86' rutscht wieder auf die Wickeltrommel« In beiden Fällen können die überlappten Windungen nicht eingeordnet" werden, entweder aus Platzmangel, oder weil sich die benachbarten Windungen auf der Trommel lockern wurden, so daß sie sich miteinander verwickeln könnten, wobei das Band seinen Wert einbüßt. Hierbei ist noch nicht die Gefahr des Fiberbruchs bei dieser Behandlung erwähnt worden.

Bänder, die aus rechtwinkligen MuItifibern gemäß dem Stand der Technik gebildet werden, können auch Zwischenräume 94 zwischen den windungen aufweisen, wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, was durch ein Dünnerwerden der Multifibern verursacht wird und den Hersteller nötigt, jedes Band nach dessen Wicklung von Hand zu packen» Falls zwecks Vermeidung von Überlappungen ein'Wicklungsvorlauf gewählt wird, bei dem solches nicht auftritt, so wird die Größe der Zwischenräume 94- beträchtlich anwachsen, und Handpackung wird zur unumgänglichen Notwendigkeit. Dies führt meist zu einer Lockerung der Windungen auf der Trommel, zum Hollen der Fibern, zum Schieben von einer Windung unter die vorangehende, und all dies bei der ständigen Gefahr eines Fiberbructis.

Fig. 6 bildet keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Sie wird nur gezeigt, um mit der größtmöglichen Klarheit die Besonderheiten, die Neuheit und die Vorteile des beanspruchten Verfahrens (Fig. 1-5) gegenüber dem Stand der Technik aufzuzeigen·

Um die Nützlichkeit von Multifiberbandern, die gemäß vorliegender Erfindung hergestellt werden, darzustellen, wird nunmehr besonders auf die Fig. 4 und 7-10 Bezug genommen, in denen ein Verfahren zur Herstellung eines Fiberskops F (Fig. 11) aus einer Vielzahl von Multifiberbandern 54 dargestellt ist.

909832/092 2

Die Windungen eines maschinell eng gewickelten Bandes 54 (Fig. 4) werden längs eines MantelStreifens 96 (Fig. 7) miteinander verklebt, während sie sich noch auf der Trommel 68 "befinden. Das Band wird dann von der Trommel genommen und sieht nunmehr etwa wie in Fig. 7 aus.

Mehrere solcher Bänder werden auf der Trommel hergestellt, entweder nacheinander oder gleichzeitig in Abständen längs d-er Trommel. Wach dem Verkleben und der Entfernung von der Trommel werden die Bänder gestapelt, inaem sie übereinander bzw. ineinander gelegt werden, wobei die verkelbten Streifen 96 genau übereinandergelegt werden müssen» Dieses Stapeln der streifen 96 wird vorzugsweise in einer rechteckigen, U-förmigen Vorrichtung 98 mit offenen Enden vorgenommen, deren Längsschnittansicht in Fig„

8 dargestellt ist. Das U-Profil 100 der Vorrichtung 98 besitzt eine Breite gleich einer Bandbreite (z.B. gleich sechs Multifiberbreiten beim Ausführungsbeispiel), so daß das genaue Übereinanderlegen der Multifibern längs ihrer Gesamtlängen automatisch geschieht, wenn die Bänder in die Vorrichtung 98 gelegt werden.

Um die Kontinuität des Wickelsinnes bei ubereinandergelegten Bändern in der Fassung 9ö zu unterbrechen, können die Bänder abwechselnd um 180 gedreht werden, so daß sich im Querschnitt ein Fischgrätenmuster der verkelbten, schrägen Seiten der rhombischen Multifibern ergibt. Aus Erfahrung bei der Herstellung von fiberoptischen Bildleitungsvorrichtungen hat sich gezeigt, daß unregelmäßig, geometrisch identisch gemusterte Multifibermosaike zu bessei'en Jöild empfang s- bzw.- wiedergabeflächen führen, als regelmäßig gemusterte Multifibermosaike.

Die Bänder 5^ können auch gleichsinnig bezuglich ihres Wickelsinnes in der Vorrichtung 98 gestapelt werden. Auch dies wird zu einem unterbrochenen kuster im Multifibermosaik des 4u.erscb.nittes fuhren, da jedes Multifiberband des Stapels bezüglich des be_ nachbarten Bandes versetzt sind.

909832/092 2

Die Streifen 96 (Fig· 7) bestehen jeweils aus einem Dauerkleber, und zwischen die Bänder 54 wird in der Vorrichtung 98 (Fig. 8) eine Verbindungsschicht aus dem gleichen oder einem ähnlichen Material vorgesehen, so daß, wenn auf den Stapel ein -' Durck ausgeübt wird, die Bänder fest miteinander verklebt werden.

Andererseits wird vorzugsweise hierzu ein Epoxydtyp verwendet, welches eine zweistufige Härtung aufweist. Dieser Epoxydtyp ist dem Fachmann bekannt als ^uB-stage"-Epoxyd. Es enthält ein Lösungsmittel, das bei Zimmertemperatur nach dem Auftragen, z.B. auf das Band der Wickeltrommel 68,trocknet und wieder klebrig wird bzw. schmilzt, wenn es vor dem endgültigen Aushärten in ei-' nem Ofen auf etwa 121⁰G erhitzt wird.

Wenn die streifen 96 (Fig. 7) mit einem zweistufigen Epoxydharz gebildet werden, erübrigt sich eine zweite Verbindungskieberschicht in der Vorrichtung 9ö (Fig. 8), so daß ein Minimum an Kelbstoff im querschnitt des !fiberskops anzutreffen ist. Die Polymerisierung bzw. die zweite ötufe der Aushärtung wird vor-Hursweise direkt in der Vorrichtung 98 bewerkstelligt, indem diese z.B. mittels der elektrischen Heizwendeln 102 erhitzt wird. Der erhitzte Deckel 104 von beträcntlichem Gewicht wird auf den Stapel der Bänder i?4 gelegt, so daß eine feste Klebeverbindung zwischen den Bändern 54 zustandekommt. In Hicntung des Pfeiles 106 kann auch Druck auf den Deckel 106 ausgeübt werden, falls dies erwünscht oder nötig ist.

Nach Beendigung der Stapel- und Klebevorgange in der Vorrichtung 9ö (Fig. d) wird der Aufbau 108 der Bänder i?4 aus der vorrichtung genommen und längs der Ebene 110 (Fig. 9) zerscnnitten, die mitten durch den geklebten Bereich des Aufbaus verläuft. Das Zerschneiden des Aufbaus 108 in der Ebene 110 erzeugt das Fiberskop F (Fig. 11) mit geometrisch identiscnen, gegenüberliegenden Endflächen 112 und 114, wenn der zerschnittene Aufbau ausgestreckt wird. Eine dieser Flachen 112 ist stark vergröbert in Fig. 10 zu sehen, in der die Anordnung der Stäbe 20, jetzt die Fiber 20' bei den gezogenen Multifibern ^d, und auch die dichte Packung der MuItifibern 5^ deutlich zu erkennen sind. Es ist zu

909832/0922

bemerken, daß die Fibern 20' der Multifibern 52 sowohl untereinander, als auch längs der aneinandergrenzenden Schrägseiten der rhomboidischen Multifiberenden eng ineinandergreifen.

Die Längsseiten des Aufhaus 108 können in der Nähe der Flächen 112 und 114 abgeschliffen v/erden, falls der vvunsch besteht, daß · diese Flachen genau rechteckig sind.

Die Arbeitsgänge, welche der Bildung der maschinell gepackten Bänder 54 (dargestellt in aen Fig. 7-11) folgen, können nach Wunsch abgewandelt werden. Der Klebstoff oder die Klebstoffe, die zur Bildung der Streifen 96 und für die Verbindung der Bänder 54 miteinander in der Vorrichtung 98 verwendet werden, können entfernbar sein, wie z.B. Zellulosenitrat in einer Losung von Nitromethan o.a. und statt der Aushärtung des Klebstoffes in der Vorrichtung 98 kann dieser weggebrannt werden, wobei alle Multifibern 52 miteinander verschmolzen werden, so daß kein verklebter Bereich, sondern ein verschmolzener Bereich entsteht, der wie in -cig. 9 dargestellt zerschnitten werden kann.

Einzelheiten über aen DurchtrennungsVorgang können der USA-Patentschrift ^215 029 entnommen werden. Weitere Einzelheiten der zuerst genannten Methode- zur Erzeugung geklebter Fiberskope aus lviultifiberbändern können den USA-Patent Schriften 3 033 731 und 3 "i04 Oi entnommen werden.

Es wird ferner betont, daß das Verfahren der Fig. 2, bei dem die -aufhängung 30 verwendet wird, um den verschmolzenen., rhombiscnen Verband 26 zu bilden, durch ein Verfahren ersetzt werden kann, bei dem die Stäbe 20 des Verbandes 26*der Länge nach zu einem rhombischen Verband gemäß Fig. 2 zusammengeführt werden, um danacxi sofort auf Fibergröise gezogen zu werden. Dieses Verfahren der Bildung von Fibern in gewünschten taultifiberverbänden, ohne Zunilfenahme von Klebern oder Vorsenmelzverfahren, wird in der USA-Patentschrift 3 193 363 offenbart. Die Stäbe 20 können ' auch zusammen eingespannt werden und als Bündel gezogen werden, wobei sie waarend des Ziehvorganges verschmelzen. Einzelheiten dieses'/erfaarens können der USA-Patentschrift 3 119 678 entnommen werden. 909832/0922 ■ - .:·

Die hauptsächliche und kennzeichnende Eigenschaft der vorliegenden Erfindung ist die Ermöglichung der Herstellung von dichtgewundenen Bändern aus optischen Fibern, und zwar mittels Maschinenpackung und nicht mittels mühseliger Handpäckung, wobei die
Qualität des Enderzeugnisses vorteilhaft verbessert und Herstellungszeit, Ausschuß und Kosten erheblich gesenkt werden· .

Claims (8)

US8Y?tf3 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines dichtgepackten, schrauben-■ förmigen Bandes aus einer optischen Multifiber, dadurch gekennzeichnet, daß die Multifiber aus einem Ende eines länglichen Verbandes einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden, zu einem rhombischen Querschnitt geordneten Stäben gezogen wird, wobei die Multifiber im wesentlichen die gleiche Querschnittsgestalt aufweist wie der Verband, daß die Multifiber zu einer zylindrischen Schraube gewickelt wird, die bezüglich des Durchmessers ihrer Windungen der gewünschten Größe des Bandes entspricht, wobei'eine flache Seite der Multifiber dauernd die Innenfläche der zylindrischen Schraube bildet, und daß bei der Multifiber der Vorlauf bei der Erzeugung der Schraube so gesteuert wird, daß der Vorlauf nie ^| größer als die Jüurchschnittsbreite der flachen Seite der Multifiber wird; wobei die Bewegung parallel zur flachen Seite in •dichtung der Neigung der benachbarten Seiten der Multifiber zur flachen Seite hin erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Erzeugung der Schraube gewählte Vorlauf geringer ist als die Breite der flachen Seite der Multifiber.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die windungen längs eines Streifens geeigneter Breite quer über das Band miteinander verklebt werden. _m

4. Optische Multifiber, dadurch gekennzeichnet, daß ihr verschmolzener Verband eine erste Keihe von langen, dünnen und im wesentlichen gleichartigen lichtleitenden Bibern mit kreisförmigem querschnitt aufweist, wobei die Fibern Seite an Seite aufgereint sind, und daß der verband ferner eine Anzahl von ähnlichen 1-ieihen aus ähnliciien Fibern aufweist, die auf die erste Heihe bzw. aufeinandergelegt werden, wobei jede Reihe bezüglich der darunterliegenden Htihe um einen halben Fiberdurchmesser zur jeweils gleichen Seite hin versetzt ist, so daß die Fibern des Verbandes alle eng ineinandergreifen und die optische Multifiber eine' rhomboidische Querschnittsgestalt aufweist.

909832/0922

5· Optische Multifiber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Fibern in jeder Reihe gleich der Anzahl der Reihen ist, so daß die Querschnittsgestalt der Multifiber ein Rhombus ist- ·

6. Optische Multifiber nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Fibern in jeder Reihe von der.Anzahl der Reihen verschieden ist, so daß die Querschnittsgestalt der Multifiber ein Rhomboid ist, dessen benachbarte Seiten verschiedene Längen aufweisen,

7· Fiberoptische, bildleitende Vorrichtung mit bildaufnehmenden und bildabgebenden, gegenüberliegenden Endflächen, die aus geometrisch weitgehend identisch gemusterten, gegenüberliegenden Enden von Multifibern in einem Aufbau von übereinandergelegten Bändern aus Multifibern bestehen,dadur-ch gekennzeichnet, daß die Enden der Multifibern in jedem der Bänder rhomboidische Querschnittsgestalt besitzen und über die Breite des Bandes dichtgepackt miteinander Seite bei Seite aufgereiht sind, wobei die Verbindungsflachen zwischen den Schrägseiten der Multifiberenden bei benachbarten Bändern nicht miteinander fluchten, wodurch die Bildqualität der von der Vorrichtung geleiteten Bilder verbessert wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Multifibern längs der aneinandergrenzenden Schrägseiten der Multifiberenden ineinandergreifen, so daß eine Fiber der einen Multifiber zwischen ein Paar von Fibern der benachbarten Multifiber ragt.

9· Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungslinien zwischen den Schrägseiten der Multifiberenden von Band zu Band entgegengesetzt geneigt -sind-«.

10« Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, da die Verbindungslinien zwischen den Scnrägseiten der MuJjcifib enden von Band zu Band parallelversetzt verlaufen.

909832/0922 ORIGINAL INSPECTED

L e e r s e i t e