DE2012100A1

DE2012100A1 - Lichtleiter

Info

Publication number: DE2012100A1
Application number: DE19702012100
Authority: DE
Inventors: Michael Welwyn Garden City Hertfordshire Cass (Großbritannien)
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1969-03-13
Filing date: 1970-03-13
Publication date: 1970-09-24
Also published as: NL7002215A; GB1259383A; US3740113A; FR2034887A7; AU1155870A

Description

PATENTAN WALTE	MÜNCHEN 2 TAL 33 TEL. 0811/226894 295051 CABLES: THOPATENT TELEX: FOLGT
Dipi-chern, Dr. D. Thomson Dipi.-mg H.Tiedtke Dipichem G. Bühling	FRANKFÜRT (MAIN) 50 FUCHSHOHL 71 TEL. 0811/614666
Dipung. W.Weinkauff .2012100-

Antwort erbeten nach: Please reply tos

8000 München 2 *3. ^{März 197}° case P. 21767 / T 3512

Imperial Chemical Industries Limited London, Großbritannien

Lichtleiter

Die Erfindung bezieht sich auf Lichtleiter und insbesondere auf flexible Lichtleiter.

Lichtleiter werden zum Leiten von Licht verwendet; es sind flexible Lichtleiter erhältlich, die verwendet v/erden können, um unzugängliche Bereiche zu beleuchten. Diese Lichtleiter bestehen aus einem Bündel aus Fasern aus lichtübertragendem Material, die in einer flexiblen Hülle aus einem geeigneten Material, beispielsweise aus Polyäthylen enthalten sind. In solchen Lichtleitern tritt das Licht an einem Ende in die Faser ein, läuft entweder

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direkt entlang der Faser oder in einem Zick-Zack-Weg durch totale Innenreflektion des Lichts innerhalb der Faser. Diese Fasern waren üblicherweise Glasfasern; Lichtleiter, die Glasfasern verwenden, sind teuer in der Herstellung. Als Alternative zu Glasfasern wurde vorgeschlagen, Fasern aus Acrylpolymeren zu verwenden, üblicherweise aus PoIymethylmethacrylat. Und zwar können derartige Fasern leichter hergestellt werden als Glasfasern, jedoch ist das Herstellen von Lichtleitern beider Arten ein teures Verfahren , da das Anordnen und Fluchten oder Ausrichten der Fasern ein Vorgang ist, der äußerste Sorgfalt und daher Zeit erfordert.

Erfindungsgemäß wird ein flexibler Lichtleiter vorgeschlagen, der aus einem flexiblem Schlauch aus transparentem thermoplastischen Material besteht, an beiden Endenmit einem Stopfen aus transparentem Material verschlossen ist und der ein transparentes Strömungsmittel enthält, welches einen Brechungsindex hat, der größer als derjenige des thermoplastischen Materials ist.

Auf diese Weise wird ein Lichtleiter erhalten, der einfach und billig in der Herstellung ist· Überraschenderweise sind die meisten derzeit erhältlichen thermoplastischen Materialien entweder nicht ausreichend flexibel oder haben nicht die notwendige Transparenz zur erfindungsgemäßen Verwendung» Es können Polyäthylen und PoIy-

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propylen zu einem flexiblen'Schlauch geformt werden,, jedoch sind diese Materialien nicht genügend transparent zur Verwendung bei der Erfindung. Im Gegensatz hierzu haben Materialien vie Äerylpolymere: , zum Beispiel PoIymethylmethacrylat oder Polystyrol genügend Transparenz, um als Lichtleiter zu dienen, jedoch sind sie ungenügend flexibel, um einen ausreichenden flexiblen Lichtleiter zu erhalten. Polyvinylchlorid ist sowohl flexibel als auch transparent, hat jedoch einen hohen Brechungsindex;' dies bedeutet, daß es nur wenige befriedigende Flüssigkeiten für Verwendung mit diesen Polymeren gibt. Es wurde ■ festgestellt, daß Polymere von tf-Methylpenten-l zu einem Schlauch geformt werden können, der ausreichend flexibel und außerdem transparent ist, wobei der Brechungsindex dieses Polymeren kleiner als der von Polyvinylchlorid ist, so daß ein größerer Bereich an geeigneten Flüssigkeiten zur Verfügung steht. Es ist-ein weiterer Vorteil von k-Methylpenten-!-Polymeren im Vergleich zu Polyvinylchlorid, daß bei Verwendung einer gegebenen Flüssigkeit in dem thermoplastischen Schlauch der kritische Winkel für totale innere Reflektion bei ^-Methylpenten-l-Polymeren kleiner als bei Polyvinylchlorid ist, so daß der Schlauch oder das Rohr mit demselben Lichtverlust durch die Seiten des Schlauchs schärfer gebogen werden kann. Ein weiterer Vor- -teil des H-Methylpenten-1-Polymeren besteht darin, daß es ähnlich anderen Polyolefinen guten chemischen Widerstand gegen eine Anzahl von Obertragungsströmungsmitteln

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besitzt.

Der Stopfen aus transparentem Material an beiden Enden des Schläuche oder Rohrs kann von einem beliebigen geeigneten transparenten Material gebildet werden. Aus

Verträglichkeitsgründen könnte es bevorzugt werden, den Stopfen aus demselben Material wie den Schlauch zu bilden, jedoch können auch Materialien wie Acrylpolymere: oder Glas für die Endstopfen verwendet werden. Einer der Endstopfen ist vorteilhaft in seiner Lage festgelegt, bevor die Flüssigkeit in den Schlauch eingeführt wird, wojbei dann der andere Endstopfen eingesetzt wird, wenn der Schlauch mit der Flüssigkeit gefüllt worden ist. Der Stopfen kann gegenüber dem Schlauch durch Heißversiegeln abgedichtet werden, jedoch wird es bevorzugt, nach dem Einführen der Flüssigkeit in den Schlauch den zweiten Stopfen mit Hilfe eines geeigneten Klebers oder· Leims zu befestigen.

Sofern es erwünscht ist, gefärbtes Licht zu erzeugen, kann die Flüssigkeit in dem Lichtleiter gefärbt seinj dies läßt sich vorteilhaft durch Hinzufügen geeigneten gefärbten lösbaren Farbstoffs zur Flüssigkeit erreichen. Alternativ kann an dem einen Ende des Lichtleiters ein gefärbter Filter angeordnet werden, um die erwünschte Farbe zu erbringen, wodurch verschiedene unterschiedliche Farben

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bei Verwendung nur eines Lichtleiters und einer Vielzahl beweglicher gefärbter Filter möglich werden.

Flexible Lichtleiter nach der Erfindung können verwendet- werden, um eine Reihe von Instrumenten auf einer Instrumententafel eines Fahrzeugs oder Flugzeugs bei Verwendung nur 'einer einzigen Lichtquelle zu"beleuchten, wobei eine Anzahl von Lichtleitern das Licht von der Lichtquelle zu dem jeweiligen Instrument auf der Tafel leiten. Sofern alternativ vorteilhaft ein Schlauch verwendet wird, der aus einem Mischpolymeren von 4-Methylpenten-l- mit einem hohen (zum Beispiel 10 Gew.-%) Gehalt an einem linearen ODsfin-Mischmonömeren wie Hexen-1 ,Oct en-1 oder Decen-1 hergestellt- worden ist, wird ein flexibler Lichtleiter erhalten, der guten Wärmewiderstand hat (der Schmelzpunkt des H-Methylpenten-!-Polymeren ist etwa 240 C) und sterilisiertv/erden kann und damit auf medizinischem Gebiet oder in der Industrie benutzt werden kann, wo hohe Temperaturen erwartet werden können. Sehr zufriedenstellende flexible Leiter können unter Verwendung von Mischpolymeren aus U-Methylpenten-1-" und von f bis 6< Gew.-% eines linearen Olefin-Misehmonomeren, insbesondere Decen-1 gebildet werden.

Wie dargelegt, sind Polymere, unter Einschluß von Mischpolymeren von 4-Methylpenten-l besonders zur Verwen-

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dung bei der Erfindung geeignet; einige geeignete Polymere sind in den britischen Patenten 9U2 297; 968 935; 1 001 801; 1 01U 886 und 1 085 93Λ beschrieben. Insbesondere geeignete 4-Methylpenten-X-Polymere werden unter dem Warenzeichen ¹TPX^RT Methylpentenpolymere durch Imperial Chemical Industries Limited verkauft.

Es ist wichtig, daß die verwendete Flüssigkeit mit } dem Polymeren verträglich sein muß; eine Anzahl von Flüssigkeiten, die für Verwendung mit U-Methylpenten-1-Polymeren geeignet sind, sind zusammen mit dem Brechungsindex der Flüssigkeit in der folgenden Tabelle angegeben:

Flüssigkeit Brechungs index

Benzylalkohol 1,5 U

Nitrobenzol 1,556

Leinsamenöl 1,U8

Chlorbenzol 1,525

Rizinusöl 1,U77

Kampher 1,5U6

flüssiges Silicon 1,U9

verkauft durch General Electric als S.F. 1017

Chlorbenzol diffundiert durch U-Methylpenten-1-Polymere und ist somit nicht vollständig für die Verwendung mit solchen Polymeren geeignet. Viele Silicone haben

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einen Brechungsindex im Bereich von 1,40 bis 1,43 und sind dementsprechend ungeeignet, da dies kleiner als der Brechungsindex von 4~Methylpenten-1-Polymeren ist. Zum • Vergleich ist der. Brechungsindex von ¹TPX' 1,465 und derjenige von klarem Polyvinylchlorid 1,543. Man ersieht, daß ι ■■"■■.
wenige der in der Tabelle angegebenen Flüssigkeiten einen höheren Brechungsindex als Polyvinylchlorid haben, wobei diejenigen, die einen höheren Brechungsindex haben, lediglich einen etwas größeren Brechungsindex besitzen und somit in dem Schlauch nur wenig totale Innenreflektion erbringen. Aus diesem Grunde sind 4-Methylpenten-l-Polymere wesentlich besser als Polyvinylchlorid zur erfindungsgemässen Verwendung geeignet. Von den in der Tabelle angegebenen Flüssigkeiten erwies sich Benzylalkohol als besonders gut in Hinsicht auf die LichtÜbertragung.

- Beispiel - *

Es wurde 'ein Schlauch, aus ¹TPX'-RT mit einem 1/4 Zoll Innendurchmesser "und einer Wanddicke von 0,0508 cm (0,020 englische Zoll) bei einet* Länge von etwa 1,2 m (4 englische · Fuß) mit- Benzylalkohol gefüllt. Bei Verwendung einer 12 Volt, 10 Watt- Soffittinlampe als die Lichtquelle wurde an dem anderen Ende des Schlauchs bei Biegung um einen Winkel von 360° ein Lichtstrahl ausgesendet. Ein ähnlicher Effekt wurde erzielt, wenn als das flüssige Medium Rizinusöl verwendet

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wurde, obwohl eine kleinere Lichtmenge übertragen wurde. Bei Verwendung von Wasser als Flüssigkeit wurde durch den gebogenen Schlauch kein Licht übertragen. Der Brechungsindex von Wasser ist 1,333, der beträchtlich kleiner als derjenige von ¹TPX¹ ist.

Der Versuch wurde bei Verwendung gleicher Rohre aus Mischpolymeren von 4-Methylpenten-l mit 4.-oder 6 Gew.-% Decen-1 wiederholt, Die verwendete Flüssigkeit war Benzylakohol. Diese Schläuche oder Rohre sind stärker flexibel als der- ¹TPX'-RT Schlauch und neigen weniger zur Spannungsweißverfärbung oder zum Nachgeben» Im übrigen wurde der gleiche Effekt wie bei dem 'TPX'-RT Schlauch erhalten.

In der beigefügten Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer Lichtleiter gezeigt, der Licht um einen Winkel von 270° "biegt".

Der Schlauch oder das Rohr 1 aus 'TPX'-RT ist an beiden Enden durch einen transparenten Endstopfen 2 und 3 dicht verschlossen, der ebenfalls aus 'TPX'-RT besteht. Der abgedichtete Schlauch 1 enthält Rizinusöl H als die den Schlauch 1 füllende Flüssigkeit. Der Schlauch wird über einen Bogen von 2 7O°C gebogen und es wird neben dem Endstopfen 2 eine Lichtquelle 5 angeordnet. Licht aus der Lichtquelle 5 geht durch den Stopfen 2 und in das Rizinusöl H, Das meiste Licht wird an der Innenfläche deB Schläuche

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1 total innenreflektiert und tritt schließlich durch den Endstopfen 3 aus dem Schlauch 1 aus, und zwar als ein Lichtstrahl :, der schematisch bei 6 angedeutet' ist. Der Schlauch 1 ist flexibel und kann bewegt werden, so daß der aus dem Endstopfen 3 austretende Lichtstrahl 6 in jede gewünschte Richtung gezielt werden kann. An der Innenfläche des Schlauchs 1 wird nicht das gesamte Licht nach innen reflektiert; einiges Licht geht geradewegs durch den Schlauch 1 und wird verloren. Die Hauptverluste an Licht treten in dem Anfangsabschnitt des Lichtwegs durch den Schlauch 1 auf, sowie ferner an dem anfänglichen gekrümmten Abschnitt des Schlauchs. Diese Verluste -können dadurch verringert werden, daß eine Flüssigkeit verwendet wird, die einen höheren Brechungsindex als Rizinusöl hat, zum Beispiel Benzylalkohol. Eine weitere Quelle für Lichtverluste ergibt sich aus der Gegenwart von Unregelmäßigkeiten an der Innenfläche des Schlauchs; für die Erzielung bester Ergebnisse muß die Innenfläche des Schlauchs 1 absolut glatt- und frei von jeglichen Strömungsdefekten sein.

Im Bedarfsfall kann der Schlauch 1 über seine ganze Länge von euer opaken flexiblen äußeren Hülle Cnicht gezeigt) umschlossen sein, so daß lediglich die Endstopfen 2 und 3 frei liegen, durch die Licht eintritt und aus dem Schlauch - austritt. Für diese äußere Hülle kann jedes geeignete Material verwendet werden, das vorteilhaft eine flexible schwarze Folythenhülle ist.

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Claims

- ίο -

Patentansprüche

(Iy Flexibler Leiter, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem flexiblen Schlauch Cl) aus thermoplastischem Material besteht, der an beiden Enden mit einem Stopfen aus transparentem Material geschlossen ist und ein transparentes Strömungsmittel (4) enthält, das einen Brechungsindex aufweist, der größer als "derjenige des thermoplastischen Materials ist,

2.. Lichtleiter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das thermoplastische Material transparentes Polyvinylchlorid oder ein »i-Methylpenten-1-Polymeres ist.

3. Lichtleiter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet-, daß der Stopfen (2,3) aus transparentem Material von einem Acrylpolymeren, Glas oder vorzugsweise demselben Material wie der flexible Schlauch Cl) gebildet- ist-.

1, Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsmittel in dem Schlauch eine Flüssigkeit ist, die

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mit einem in der Flüssigkeit lösbaren Farbstoff gefärbt^: ist·. ; . '.-■-·

5. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis t, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch von klarem Polyvinylchlorid gebildet ist und die Flüssigkeit Nitrobenzol oder Kampher ist,

6. Lichtleiter nach einem der vorhergehenden Ansprüche-. -1 bis 4., dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauch (1) von einem H-Methylpenten-1-Polymeren gebildet ist und daß Strömungsmittel Nitrobenzol, Leinsamenöl, Rizinusöl, Chlorbenzpl, flüssiges Silicon oder vorzugsweise Kampher oder Benzylalkohol ist.

7. Lichtleiter nach Anspruch 6, dadurch'gekennzeichnet-, daß das !t-Methylpenten-l-Polymeres ein Mischpolymeres mit- einem linearen Olefin ist.

8. Lichtleiter nach Anspruch 7 $ dadurch gekennzeichnet, daß das k-Methylpenten-1-Polymeres ein Mischpolymeres mit- Hexen-1»_0cten-l oder Decen-1 ist.

9. Lichtleiter nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mischpolymeres bis zu 10 Gew.-% des linearen Gomonomeren oder Mischmonomeren und vorzugsweise ¹^ bis 6 Gew.-% des linearen Comonomeren enthält.

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