DE2030369A1

DE2030369A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung verschmolzener bildleitender faseroptischer Frontplatten

Info

Publication number: DE2030369A1
Application number: DE19702030369
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: American Optical Corp
Current assignee: Warner Lambert Technologies Inc
Priority date: 1969-06-20
Filing date: 1970-06-19
Publication date: 1970-12-23
Also published as: FR2046935B1; FR2046935A1; JPS4927710B1; NL7008491A; DE2030369B2; DE2030369C3; US3625669A; GB1290408A

Description

Dr. phil. G. B. HAGEN ; ;; « ί

MÜNCHEN 71 (Sollri)
Franz-Hals-Straße 21

Telefon 796213 ;

. AO 2.730 München, 18. Juni 1970 V

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American Optical Corporation 14 Mechanic Street
Scnithbridge. Mass., Y.St.A.

Verfahren und. Vorrichtung 2ur Herstellung verschmolzener bdldleitender faseroptischer Irontplatten Priorität i 20. Juni 1969> T.St.A.; Hr. 835 113

Die Erfindung bezieht sich auf ein Yerfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung "bildleitender Irontplatten u.ä» und insbesondere bildleitendex Frontplatten der Art, welehe eine sehr gr©ße Anzahl you benachbarten langgestreclcteii faserelemönteii aus (Jlas aufweisen, die regelmäßig eng nebeneinander angeordnet und in solchsr Welse miteinander ver*· schmolzen sind, daß sie sowohl gasundurchlässig als atieh frei ύοά eingeschlossenea Sasen, Blasen u.ä» sind, welche sonst die optische Leißbungsfähigkeit derartiger frontplattenιbeeinträchtigen könnten.

Wie es Jjn der Sechnik bekannt ist, kann selbst eine kleine ierarti^* bildleitende faseroptische Frontplatte, z.B» mit einem Durchmesser von nur 12,7 mm, einige tausend oder mekt Illnne _p |Wggestreckte llclxtleitendö Elemente aufweisen, die Innenleiter aus ölas mit einem hohen Brechungsindex haben, Ton denttt jeder von einep Ummantelung aus (jlae eines niedxi-B^eohungeindex umgeben ist und die jeweils benaeiibart nebeneinander angeordnet eind,. Seher er-

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Bayeriidie Vereinibank Μϋηώβη 820993 ORIGINAL INSPECTSD

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gibt sich bei der Bildung von kleinen oder großen faseroptischen Frontplatten durch die sehr große Anzahl von benachbarten lichtleitenden Faserelementen eine sehr große Vielzahl benachbarter Seitenwandflachen, die in der fertigen einheitlichen Struktur alle so vollständig miteinander verschmolzen sein sollten, daß' sie gasundurchlässige Anordnungen darstellen, und gleichzeitig sollte bei diesen fertig bearbeiteten Anordnungen weder Gas noch Iiuft in zwischen den Faserelementen auftretenden Zwischenräumen eingeschlossen sein.

Solche Gas- oder Lüfte ins chlüs se können in. einer derartigen Struktur Blasen oder ähnliches bilden, die der optischen LeistungsfäMgkeit der Struktur als bildübertragende Frontplatten abträglich sind, wie es bereits im einzelnen in der US-Patentschrift 5 555 275 beschrieben wurde, die ein Verfahren zur Bildumg derartiger verschmolzener faseroptischer Frontplatteni "betrifft_e" Bei dem genannten US-Patent wurde Hitze für Vereetaielzuiigszw'ecke angewendet, in einer ein dieht gebündeltea optisches Faserbündel· umschließenden Um- ^l ge bung, wobeti das Bündel in einem es umschließenden rohr- \ föriiigen Gehäuse gewünschter Größe angeordnet war, während { das Bündel But Überintek beaufschlagt wurde, und das obere ^: Ende des Bündels wurde mittels einer Platte von etwa der gleichen Größe wie das Bündel zusammemgedrückt» Die ange- .; wendete Hitse und die Zeit, während welcher diese Sitze an- ; gewendet wurde, waren gerade ausreichend, um ein Verschmel- ; zen "benachbarter Umantalungsfiächett der faseroptischen Elemente oder Komponenten zu gestatten, und ein Überdruck,- ■ der hoch genug war, mm den §leiehgewiehtsdampf#riick jedes ' Gases (in der Großemordnung von 70^3 k^ca) zu Übersteigeaj,: das sich sonst bilden könnte, wurde während der- ferfahrena™' ^:"J schritte aufrechterhalten» Ee haben sich jedoch nicht im- J mer einwandfreie froatplatten ergeben» '.. ;

Ia äex teitieehea P;MaaiaEfe3Ei3ElJa35^33^ wröeeia/im all--'" gleiches faseroptiseiie© Büist©!^- das

WSPECTED

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schmelzen zu einer einheitlichen Struktur geformt wurde, einem von einer Seite des Bündels zur Anwendung gebrachten Druck unterworfen, während das Bündel xzi einem im Querschnitt U-förmigen pressenähnlichen leil gehalten wurde, das jedoch, an seinen geg,enüberliegenden Enden offen war. Es wurde zwar mit diesem Verfahren eine· ziemlich dicht gebündelte faseroptische Struktur erhalten, es konnten sich jedoch Unregelmäßigkeiten ergeben, die beispielsweise infolge der Verformung der Fasern wegen der Anwendung von Druck von nur einer Seite während des Erhitzens und des Versehmelzens sowie auch durch in dem Bündel, eingeschlossene Luft auftraten.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung werden jedoch derartige Schwierigkeiten bekannter Herstellungsverfahren in großem umfang dadurch vermieden, daß einerseits .Mittel angewendet werden, um von innerhalb des eingeschlossenen dicht angeordneten optischen FaserMi&dels und dessen Umgebung vor und während der Anfangs st ad ien der Bearbeitung desselben soviel Iitift und Sass wie möglich herauszuziehen, und daß andererseits noJie isostatisehe Bruekbedingungen herrsehen während der Anwendung einer ausreichenden Hitze, um die faseroptischen Elemente des Bündels zu verschmelzen zur Bildung einer bildleitenden Frontplatte oder ähnlichem, wobei bei dem Verfahren der hohe Druck auf das Bündel zusätzlich selbst während mindestens eines Seils · des Abkühlzyklus zur Anwendung gelangt, wodurch die Neigung zur Bildung von Gaseinschlussen oder Blasen in dsr Struktur während des ersten Teils des Abkühlzyklus vermieden wird.

die Anwendung des verbesserten Verfahrens gemäß der Erfindung, wobei feone isostatische Srüeiie an alloa flächen der zu bearbeitenden Xaserop'feisenen Aaoram

es

Anwendung gelangen, ist/sogar HtOgIlQh₉ alle 2gils ä©£ faser optischen Struktur' besser su erreiefeca ₉ iisicT gs Icrfe. aögliohp den Bearbeitungsprozeß in fcefriecligendes-a^ U-siso auf faseroptische Anordnungen größeren QuersGlmi-trda usiä größoz?©^ länge anzuwenden _t als es bisher söglieh i-icx-o 3s is-j dehei¹

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möglich, langgestreckte faseroptische Blöcke zu-formen, von welchen anschließend eine Anzahl γόη scheibenförmigen Platten abgeschnitten werden kann, die zu einzelnen Frontplatten bearbeitet xirerdenj auf diese Weise gewonnene Front platten sind nicht nur undurchlässig für Luft u.ä», sondern auch in bemerkenswerter Weise frei von eingeschlossenen Gasblasen u.a. Weiterhin sind die einzelnen lichtleitenden Komponenten oder Elemente der Frontplatten verhältnismäßig frei you Deformation bei Betrachtung- in ihrer Querschnittsrichtung«. Dies trifft zu mit Ausnahme von zu erwartenden leugestaltungen runder Fasern zu beispielsweise allgemein sechseckigen Fasern₉ wenn diese eng aneinander angeordnet und verschmolzen sind»

Es ist daher ein© Aufgabe der Erfindung-_Ρ ein Yerfahren und .eine Yorrichtung zu scha££en₅ womit Bündel von 'ummantelten lichtleitenden Glasfasern miteinander verschmolzen werden zur Bildung -won faseroptisches. Frontplatten und Blöcken, die für den Durchtritt von Luft oder Gasen undurchlässig und im wesentlichen frei von eingeschlossenen Gasblasen sowie verhältnismäßig frei von unerwünschten Verformungen der einzelnen lichtleitenden Elemente oder Komponenten sind»

AuüBerdem können bereite verschmolzene faseroptisch®. Frontplatten und Blöcke 5 die mittels bekannter Techniken und Torrichtungen geformt ifurden_p wenn sie nicht vollständig undurchlässig für das imd frei von &aseinschlüss®n sind₂ häufig dadurch verbessert werden _s- trenn sie zusätzlich mit dem verbesserten Verfahren uni der Torsichtung gemäß' der "öehaaäelt werden» . ■ " ' .

ng ©las© ffe §as Midieitsaaoa fasssoptieohea llaiieats voa

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wird, daß die einzelnen Komponenten der Anordnung Seite an , Seite parallel in bezug aufeinander angeordnet sind, daß das Bündel in eine Umhüllung aus luftundurchlässigem Material ■ eingeschlossen wird, daß die das dicht angeordnete Bündel enthaltende Umhüllung in einer Heizkammer eingeschlossen wird, daß aus der Umhüllung so viel eingeschlossene luft und Sase wie möglich evakuiert werden, daß das Innere der Keizkammer mit einem hohen flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird, so daß alle Teile der Umhüllung und des darin enthaltenen faseroptischen Bündels einem isostatischen Druck hoher Einheitsintensität unterworfen werden, daß die Temperatur in der Kammer so erhöht wird, daß das Bündel und die Umhüllung einer Temperatur unterworfen sind, die hinreichend ist, ein \ Verschmelzen aller flächenabschnitte benachbarter Komponen- | tan des. Bündels zu bewirken, während das Bündel dem genann- ■ ! ten hohen Druck unterliegt, und daß anschließend der genann- ί te hoke Druck mindestens so lange aufrechterhalten wird, bis die Temperatur des Bündels auf einen Punkt unterhalb des ■ j. FließzustandesΓ der Preßmasse abgesunken ist, um dadurch, ein einheitliches verschmolzenes, für Gasundurchlässiges bild- ί leitendes, optisches: Element zu schaffen, das im wesentli- j chen keine Oaseinschlüsse enthält.

Eine Yorrichtung zur HerstellTaaig eines verschmolzenen ein- , heitlichen, für ßae uniTarehlässigen faseroptischen liohtleitenden Elements von beachtlicher Qmerschnittsgröße, das aus Glas gebildet ist und im wesentlichen frei von Sasein- j Schlüssen'ist, kennzeichnet sich gemäß der Erfindung dadurch, daß die Yorrichtung eine luftdichte Umhüllung, auf"-weiat, in welcher ein Bündel von eng aneinander angeordneten lichtleitenden faseroptischen ölaakomponenten eingesohlos- I een ist, 4aß ein* Kammer zur Aufnähme der Umhüllung un€ ) des Bündeis wäiirend der Bearbiitung desselben vorgesehen ist, dafl Mittel zur Evakuierungvon im weeentliouender gesamten Ii«ft und dtr Gase aus dem Inneren der Umhüllung vorgesicätn sind, während die UnhülluBg in der Kemae* tijig·- ' echloieeh ist, daß ein« Zuleitung zur Zuführung eines hohen fluiduMdruck·» zuffi Inneren dtr Kammer vorgeeehtn ist, um

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die Umhüllung mid das Bündel diesem Druck zu unterwerfen, und daß Mittel in der Kammer -vorgesehen sind zur Erhitzung; der evakuierten Umhüllung; und des Bündeis auf die Schmelztemperatur der faseroptischen Komponenten, während die Umhüllung und das Bündel dem genannten hohen Druck unterworfen werden, wodurch im wesentlichen alle Aiißenabschnitte dex* Umhüllung und des Bündels während der Verschmelzung der Komponenten einem isostatischen Druck unterworfen werden,., raid, daß die Zuleitung ein Steuermittel aufweist, wodurch der isostatische Druck auf d,ie Umhüllung und das Bündel mindestens so lange aufrechterhalten wird, bis das Bündel auf einen Punkt unterhalb seiner Fließtemperatur ategekünlt ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sieh aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang: mit den Figuren. Ton den Figuren zeigern "

Figur 1 einep feilquerschnitt eines Teils eines Bündels von vielen einzelnen lichtleitenden stabähnlichen oder faserähnlichen Glaskomponenten, die bei der Ausführung der Erfindung verwendet werden; ,

Figiar 2 einen Teilquerschnitt eines Teils einer Frontplatte oder eines Blockes, welcher gemäß der Erfindung geformt wurde?

Figur 3 einen Vertikalechnitt durch eine Anordnung, die bei der Ausführung dee erfindumgsgemäßen Verfahrens verwendet wird?

Figur 4 einen Teilaue rs chnitt eines Teils eines Bündels, aus vielen lichtleitenden. Mtiltifaserkomponenten aus Glas, die ebenfalls bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden können} und

Figur 5 einen Vertikalschnitt einer abgewandelten

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung *

Das erfindimgsgemäße Verfahren wird damit eingeleitet, daß man in bekannter Weise eine sehr große Vielzahl von gleichen einzelnen, liohtleitenden stabförmigen oder faserförmigen Glaakomponenten parallel nebeneinander eng aneinanderlieftend artordnet, wie es durch Figur L gezeigt ist, zur BiI-

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dung eines Bündels gewünschter Größe». In Figur 1 ist eine Anordnung von eng aneinanderliegenden einzelnen ummantelten faseroptischen Elementen oder Komponenten gezeigt, wobei die einzelnen Elemente mit 12 bezeichnet sind und jeweils einen Glasleiter 1.6 mit hohem Brechungsindex und einen äußeren Glasmantel eines niedrigeren vorbestimmten Brechungsindex aufweisen.. Obwohl in Figur 1 nur eine begrenzte Anzahl von Komponenten gezeigt ist aus Gründen der Klarheit₉ ist jedoch zu beachten, daß die verwendete Anzahl lichtleitender Elemente oder Komponenten im allgemeinen sehr groß ist, da für eine Frontplatte vorbestimmten Querschnitts·=· bereiches, wie es in der Technik wohlbekannt ist_s der Grad der Bildauflösung in dem durch die Anordnung übertragenen Bild unmittelbar vergrößert wird durch eine Erhöhung der Anzahl und eine entsprechende Verringerung der Größe der einzelnen lichtleitenden Komponenten.

Eine auf diese Weise gebildete Anordnung 20 von lichtleitenden Komponenten (Figo 3) kann eine bedeutende Länge haben, da während der" Formung eines einheitlichen Blockes ams diesen Komponenten an allen Außenteilen des Bündels isostatische Druckbedingungen zur Anwendung gelangen, und vsenn dies der Fall ist, können größere scheibenähnliche Tafeln und eine größere Anzahl solcher scheibenähnlicher Tafeln gebildet und von einem Block geschnitten w.erden₉ als es bisher möglich war bei Anwendung bekannter Verfahren zur Herstellung bildübertragender Frontplatten.

Torzugsweise ist das Bündel vollständig von einer dünnen Umhüllung aus reaktionslosem Metall₉ SoBo lissa oder lEorrosionsfreiem Stahl, umgeben _? imcl 'liesc- 'ilmküllmig tczm sit in Längsrichtung verlauf endeü ÜGllim/ges. (alGh'i gssoigv;) in den Ssitenwänöen Teiisehos. soiE._P naö suaz· aus licQh κ-ΐ-ΐ he™

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sein, um eine gasdichte Umhüllung zu schaffen, mit Ausnahme eines geeigneten langgestreckten Rohres 24 aus dem gleichen Material, das für Evakuierungs- und Stützzwecke vorgesehen ist, wie noch "beschrieben wird.

Die auf diese. Weise eingeschlossene Anordnung 20, die bei der in Figur 3 gezeigten Anordnung von dem Rohr 24 gehalten wird, wird zuerst so in einer Heizkammer 28. angeordnet, daß sie sich in angehobener Stellung, die durch die gestrichelten Linien 27 angedeutet ist, oberhalb einer Masse von Metall oder Salz 29 mit niedriger Schmelztemperatur befindet, welche den unteren Teil der Kammer 28 einnimmt. Das Rohr 24 erstreckt sich durch ein Verschlußteil 36 für die. Kammer, und das Rohr 24 ist in diesem vertikal gleitbar, so daß die Höhe des· umhüllten Bündels je nach Wunsch verändert werden kann während verschiedener Stadien des Bearbeitungszyklus.

Die HeiEkammer wird gebildet durch ein sehr schweres Heizgefäß 32 aus Stahl hoher Biegefestigkeit, beispielsweise 4 bis 6 $> Chromstahl, der eine sehr niedrige Kriechgeschwindigkeit aufweist, so daß das Gefäß selbst bei einer erhöhten Temperatur für Glasschmelzzwecke sehr hohen Drücken widerstehen kann.. Es wirö mit Drücken bis zu 1406 kg/cm gerechnet, während die Temperaturen der sich in'der Kammer 28 befindenden Teile bis zu 760°C ansteigen. Ein kompaktes (nichtporöses) Keramikfutter 34 ist auf die Innenwände des Gefäßes 32 aufgebracht, und eine elektrische Heizschlange 30 ist in das Futter eingebettet; die entgegengesetzten Enden der Heizschlange erstrecken sich nach außerhalb,des Gefäßes und sind bei 30 a und 30b gezeigt. Der sehr schwere Versehlußteil 36 ist während der Ausführung des Verfahrens durch eine Vielzahl von Schrauben 40 auf das Gefäß 32 fest aufgeschraubt.

Es kann wünschenswert sein, das Heizgefäß 32 mit einer starken Schicht von wärmeisolierendem Material, z.B. Asbest 42,

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zu umgeben, um die Hitze so_weit wie möglich innerhalb der Kammer 28 zu halten. Es erstreckt sich nicht nur die gleitbare Röhre 24 zur Halterung des Bündels 20 nach außen durch den abnehmbaren Verschlußteil36* sondern durch diesen erstreckt sich auch eine. Hochdruckleitung 44 zur Zuführung, eines inerten Gases in 'das. Innere des Gefäßes 32. Die Röhre 24 weist eine einstellbare Büchse 2€a und einen Dichtungsring 25b auf, die dazu dienen, das Entweichen von unter hohem Druck stehenden Gasen an Stellen um die gleitbare Röhre herum zu verhindern. ν

Ein mit dem Verschlußteil 36 einstüeklges Joch 35 ist zur Aufnahme eines sich verjüngenden gegabelten Keils 37 angeordnet,' der» wenn er in seiner Arbeitsstellumg: rittlings auf der Rohre 24 sitzt, dazu verwendet wird, das umhüllte Bündel 20 in seiner abgesenkten Stellung zu halten durch Angreifen eines Paares von fest angeordneten Manschetten 38_t 39 auf der Röhre mit gegenüberliegenden Seiten des sich verjüngenden Keils. .

Ein WechselVentil 24a ist für die Steuerung; von Vakuum zum

Inneren der Umhüllung 22 vorgesehen undein Hochdruekweeh-

selventil 44a ist für die Steuerung der Hochdruckleitung 44 vorgesehen.

Die eben beschriebene Anordnung der Vorrichtung zurDurchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist also derart _f daß, wenn das zusammengesetzte faseroptische Bündel 20 Bacln dem. Einschließen in der Metallumhüllung 22 und Bef estigustg an der Röhre 24 für Zwecke; der *!vakuierunig, es in die HeIskammer 28* abgesenkt wird, so daß es einen durch die gestrichelten Linien 27 angezeigten oberen freien Kaum über des Material 29 des Schmelzbades einnimmt, weleh. letzteres la dem untere» feil der Kammer angeordnet 1st· Dies wird da- ' ' durch erreicht, daß dex Verscrhlmßteil 36 in seine »teilung abgesenkt wird. Wie figur 3 »eigt, kann es in Praxis wünschenswert sein, zu diesem Zweck einen

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Verschluß zu benutzen, der durch eine Yiertelumdrehung schnell verschlossen werden kann^ nachdem sich der Verschlußteil in seiner abgesenkten Position auf dein Gehäuse 32 bekundet. ' ;

Zu. diesem Zeitpunkt wäre das Material des Bades, wenn es nicht vorerhitzt worden wäre, wahrscheinlich in fester Porm vorhanden. lachdem jedoch mittels der Röhre 24 das Innere der Umhüllung 22 mit dem darin "befindlichen Block 20 mit einem Vakuum beaufschlagt wurde., um so viel luft wie möglich aus dem Inneren der Umhüllung herauszuziehen,, wird die Temperatur in der Kammer durch die Heizschlange 30 bis oberhalb der Schmelztemperatur des Badmaterials angehoben. Bann werden die Umhüllung und der Block mittels der Röhre 24, abgesenkt und in das Bad aus geschmolzenem Metall oder geschmolzenem SaIa 29 eingetaucht. Nachdem die Umhüllung so vollständig wie möglich mittels der Röhre 24 evakuiert wurde und während die Temperatur in der Kammer 28 ansteigt_s wird ein inertes Gas, z.B» Stickstoff oder Kohlendioxid"., in geeigneten'Mengen durch die Seitnag 44 in das Innere der Kam-. mer gepumpt, um einen hohen Brack auf das Obere des Sehnrelzbades auszuüben. Dieses Sdusalsbaci kanu ein Metall sein.;, z.B.. Z'ina oder Blei, oder es Minute ein Salz sein, z.B» Hatriiimphosphat, oder sine eutektische Mischung,. z,B» Bariumehlorid und Magnesiumchlorid.' Ia. den meisten-lallen .wird jedoch das aus Salzen, bestehende Schjnelsbad bevorzugt.

Es ist daher zu beachten,, da@ durch üswenäimg der verbesserten Vorrichtung und der erfiaäungsgemäß©nYerfahrens- schritte nicht nur die meisten iase und- liuit, wele&e das Bündel 20 von lichtle it enden Komponenten _s. die miteinander ...'. veraehmolzaii werden sollen smr Bildung der edishe it liehen Frontplatte oder des Blöcltes^ Tumgeben und- sieh ±a diesem be~ f laden, in eiafaehar Weis® glmlokzu Beginn-äuröii die Röhr®. 24 her aus ge sogen werden. Sardi iie ¥©Ä@nd"im.g des. S bades aus Metall oder Salz* in. welch©® säi© - umhüllte

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nung 20 eingetaucht wird, und dadurch, daß dieses Bad einem hohen Druck dadurch unterworfen wird, daß das Gas in die Kammer durch die Leitung 44 eingepumpt wird, kann ein Isο-statischer Druck hoher Einheitsintensität zur Anwendung gebracht werden, der in gleicher Weise auf alle Oberflächenabschnitte des zu formenden Blockes wirkt, und dieser Druck kann nicht nur aufrechterhalten werden, während der Hock auf eine erhöhte Temperatur erhitzt wird, die hinreichend ist, um zu bewirken, daß sich alle benachbarten Oberflächenteile der liehtleitenden Komponenten in vollständigen Kontakt miteinander bewegen und miteinander verschmolzen werden, sondern dieser Druck wird auch anschließend aufrechterhalten, während die Temperatur auf einen gewünschten Grad verringert wird. Dieser hohe Druck hat einen Wert zwischen

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350 und 1410 kg/em und die Schmelztemperatur bewegt sich zwischen 593 und .76O⁰O.

Es kann wünschenswert sein, den hohen isostatischen Druck auf das umhüllte Bündel aufrechtzuerhalten, während das Bündel graduell auf die Temperatur abgekühlt wird, bei der die Preßmasse zum Fließen kommt, d.h. auf eine Temperatur zwischen 371 und 427°0, -je nach der Art des verwendeten Glases. Zu diesem Zeitpunkt kann es dann wünschenswert sein, den hohen Druck zu verringern, und es kann sogar wünschenswert sein, zu diesem Zeitpunkt den Block aus der Kammer 28 'zu entfernen und ihn zum Zweck eines ausgedehnten gesteuerten Abkühlungszyklus in einem Glühofen anzuordnen. Auf diese Weise kann der hohe Druck auf den Block aufrechterhalten werden während der Zeit, in der es noch möglich ist, daß . sieh Gase in dem Block bilden, und zwar nicht nur nahe den Schmelztemperaturen, sondern kontinuierlich, bis die Temperatur erreicht ist, bei der die Masse zu fließen beginnt, Auf diese Weise werden bessere Ergebnisse erhalten, als es möglich wäre in Fällen, bei denen der Druck verringert wird, bevor der Block oder die Frontplatte den Abkühlungsprozeß beginnen.

Da die Bedingungen isostatischen Druckes von allen Seiten

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herrschen, ergibt sich nicht mehr als eine sehr geringe Veränderung der Querschmittsform der Komponenten. Andererseits werden durch diesen hohen Druck die eingeschlossenen kleinsten Gasblasen oder Lufttaschen in hohem Maß verringert und sogar in dem Glas absorbiert. Im allgemeinen wird nur ein verhältnismäßig kiarzer Zeitraum der Erhitzung bei minimalen Schmelztemperaturen zur Anwendung gelangen, und daher treten keine nachteiligen Wirkungen auf die lichtleitenden Eigenschaften der vielen lichtleitenden Kerne innerhalb des Ummantelungsglases einer aus verschmolzenen Pasern bestehenden Frontplatte oder eines solchen Blockes auf. Der erhitzte Block kann bei etwa 371⁰C aus der Kammer entfernt und in einem Glühofen angeordnet werden und in jeder gewünschten Weise geglüht werden, um die Bildung von unerwünschten Spannungen oder Schichten innerhalb der verhältnismäßig massiven verschmolzenen Glasmenge, die den faseroptischen Block, oder die faseroptische Frontplatte bildet, zu verhindern.

Ein derartiger einheitlieh geformter, verschmolzener faseroptischer Block kann anschließend in Querrichtung durch geeignete Mittel, z.B. eine Diamantensäge, in eine Vielzahl einzelner scheibenähnlicher Elemente geschnitten werden, und jedes derartige Element kann anschließend auf seinen gegenüberliegenden Flächen optisch bearbeitet werden, so daß es eine für Luft undurchlässige lichtleitende faseroptische Frontplatte oder ähnliches bildet, die frei von eingeschlossenen Gastaschen oder -blasen und die dadurch bewirkten optischen Fehler ist. In Figur 2 ist ein Abschnitt einer derartigen faseroptischen Frontplatte 46 gezeigt, die evakuiert, erhitzt, gepreßt und zu einem einheitlichen Element verschmolzen wurde durch das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung. Man sieht, daß jeder der einzelnen lichtleitenden Kerne 4-8 dieser Platte vollständig umgeben und eingebettet ist in klares Ummantelungsglas 50, and da dieses Mantelglas einen niedrigeren Brechungsindex hat als das Kernglas, ergibt sich beim Durchgang des Lichtes

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von einem Ende zum anderen eine totale innere Eeflexion desselben. ,

Anstelle von einzelnen liehtleitenden Kernkomponenten kann auch eine große Vielzahl von vorgeformten vielfaserigen Komponenten, z.B* 52 in !Figur 4, verwendet werden. Es ist zu beachten, daß jede dieser Komponenten eine Vielzahl von Kernen 54 aus Glas hohen Brechungsindex aufweisen, die umgeben sind von einem Mantelglas 56 von niedrigerem Brechungsindex und mit diesem verschmolzen sind» In Figur 4 sind vier dieser vorgeformten vielfaserigen Komponenten so nebeneinander angeordnet, daß ihre benachbarten Flächen nicht in Kontakt miteinander stehende. Bereiche 57 und 58 bilden. Es ist jedoch zu beachten, daß ein sehr große Anzahl von vielfaserigen Komponenten Anwendung findet, wenn dieselben miteinander zur Bildung eines zu bearbeitenden Blockes gewünschter Querschnittsgröße angeordnet werden, üfach der Verarbeitung einer derartigen Anordnung verschwinden die mit 57 und 58 in Figur 4 bezeichneten Bereiche.

Figur 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform einer Anordnung, die bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird. Bei dieser abgewandelten Anordnung fällt das flüssige Bad zur Ausübungisostatischer ■Druckbedingungen weg, und stattdessen wird unter .hoiiesi Druck stehendes inertes Gas oder luft nur innerhalb der Heizkammer 68 angewendet, und auf-diese Weise werden alle Abschnitte. der Außenseite der Uiahüllung 62 für den Block 60 isostatisch diesem Iiuftdruck unterworfen. Die dünne Umhüllung €2 bestellt in diesem Fall aus dtinnem; Metall (oder aus dlas, die IiBaMlIuIIgAi ciit durch ein Salzt au chbad angegriffen; wenn jeäocli Iiiift als Sruckmeiium verwendet wirl» muß eine το list ändige Abdichtung Torge sehen und auf recht erhalten wear- äten, da alle ..Luft-, die In das Innere der Umhüllimg unter Bruek eiadrißgt» auoh ia den. ölasblock 60 eindringen mkä nachteilig auf den Block wirken wü^de. Wenn 01a»

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die Umhüllung bildet, wird die Kammer 28 erst dann mit Druck beaufschlagt, nachdem die Temperatur in der Kammer oberhalb der anfänglichen FlIeBtemperatur des Glases ist,, um sicherzustellen, daß die Umhüllung nicht bricht.

Das äußere schwere Stahlgehäuse 72 ist in vieler Hinsicht gleich dem in Figur 3 gezeigten. Es können jedoch anstelle eines keramischen Futters innerhalb der Kammer 68, In welchem die Heizschlangen eingebettet sind₉ andere Arten von Isolationsmaterial verwendet werden, und ein derartiges Isolationsfutter aus Asbest ist bei 74 angedeutet, wobei die Heizschlangen 70 innerhalb desselben angeordnet sind«, Ein zylindrischer metallischer Mtzereflektierender Schutzmantel 77 ist zwischen den Heizschlangen und der Isolation angeordnet. Bei einer derartigen Anordnung findet für den Block nur eine einzige Betriebsstellung Anwendung, während derselbe erhitzt und verschmolzen wird nad anschließend vor dem Glühzyklus mindestens auf eine Ziwischentemperatur abgekühlt wird.

Is kann manchmal schwierig sein_s Tollstäaäig ssu verhindern, daß Gase in das Innere der Umhüllung eintreten* und aus diesem fcrand wird die Ausfühxungeform gemäß I¹IgUr 3 vorgezogen, da das Material des Sehmelzbades,, selbst'wenn es nach Erreichen höher Brüeke in die -Umhüllung -eindringen würde, nicht weiter in den Block eindringen und diesen beschädigen würde. Dies würde jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein, wenn luft in das Innere eier Umhüllung eindringt. Wenn eine dünne He t al !umhüllung verwendet wird, gestatten es die dünnen Heilungen desselben^ daß die Umhüllung unter Druck leichter auf die genaue form des. ia. ihr enthaltenen Blockes nachgibt ο Wenn, eis llüsslgkeitstaüehbaä verwendet wird* k&uo&tt SalBharren, wie sie bei der Erhitzung matallTargischer Seile verwendet we.riem_s smr Beaufschlagung des Blookee mit hohem Flüssigkeitsdruck innerhalb dee .' Schiielabereiches swiseliea 593 umd 760^i Jsweaiisag linden₀

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Eisher haben sich bei der Bildung faseroptischer Front-platten von Größen bis zu 76,2 mm, die frei von eingeschlossenen Blasen und ähnlichem sind, Schwierigkeiten ergeben. Durch Beachten der Lehren der vorliegenden Erfindmng ist es jedoch möglich, Blöcke von weit größeren Querschnittsgrößen zu formen, und es können sogar Prontplatten von 40,46 χ 4-0,46 cm und noch größer erzeugt werden. '

Patentansprüche ·.

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Claims

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Pat en tan Sprüche

m: Verfahren zur Herstellung eines für Gas undurchlässigen verschmolzenen bildleitenden faseroptischen Elements von.beträchtlicher Querschnittsgröße, dadurch gekennzeichnet , daß eine große Vielzahl von ummantelten lichtleitenden Glaskomponenten eng aneinander so angeordnet wird, daß die einzelnen Komponenten der Anordnung Seite an Seite parallel in bezug aufeinander angeordnet sind, daß das Bündel in eine Umhüllung aus luftundurchlässigem Material eingeschlossen wird, daß die das dicht angeordnete Bündel enthaltende. Umhüllung; in einer Heizkammer eingeschlossen wird, daß aus der Umhüllung; so viel eingeschlossene Luft und Gase wie möglich evakuiert werden» daß das Innere der Heizkammer mit einem hohen Flüssigkeitsdruck beaufschlagt wird, so daß alle Teile der Umhüllung und des darin enthaltenen faseroptischen Bündels einem isostatischen Druck hoher Einheitsintensität unterworfen werden, daß die Temperatur in der Kammer so erhöht wird, daß das Bündel, und die Umhüllung einer Temperatur unterworfen sind, die hinreichend ist, ein Verschmelzen aller Fläohenabschnitte benachbarter Komponenten des Bündels zu bewirken, während das Bündel dem genannten hohen Druck unterliegt, und daß anschließend der genannte hohe Druck mindestens so lange aufrechterhalten wird, bis die Temperatur des Bündels auf einen Punkt unterhalb des Fließzustandes der Preßmasse abgesunken ist, um dadurch ein einheitliches verschmolzenes, für Gas undurchlässiges bildleitendes optisches Element zu schaffen, das im wesentlichen keine Gaseinsehlüsse enthält. .

2. Verfahren nach■Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der isostatische Druck auf die Umhüllung und das darin enthaltene Bündel während des Verschmelzen» der Glaskomponenten auf einem Druck von zwisohen 352 und

1410 kg/cm gehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn >»

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z e i c h η e t , daß der isostatisch© Pluiäumdruck bewirkt wird durch ein inertes Gas, das die Umhüllung und das darin enthaltene Bündel lichtleitender Komponenten umgibt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, d a du r c h g e - · ken η ζ e ich η e t , daS die Umhüllung; und das darin enthaltene Bündel lichtleitender Komponenten in ein flüssiges Bad eingetaucht werden, bevor der hohe isost₍atische Druck und die Schmelztemperatur zur Anwendung gelangen.

5. Vorrichtung zur Herstellung eines verschmolzenen einheitlichen, für Gas undurchlässigen faseroptischen lichtleitenden Elements von beachtlicher QTüerschnittsgröße, das aus Glas gebildet ist und im wesentlichen frei von Gaseinschlüasen ist, dad u r c h g e k e η η ζ e ie h η e t , daß die Vorrichtung eine luftdichte Umhüllung (22) aufweist, in welcher ein Bündel (20) von eng aneinander; angeordneten lichtleitenden faseroptischen Glaskomponenten eingeschlossen ist, daß eine Kammer (28) zur Aufnahme derUmhüllung (22) und des Bündels (20) während der Bearbeitung desselben vorgesehen ist, daß Mittel (24) zur Evakuierung von im wesentlichen der gesamten Luft und der Gase ams dem Inneren der Umhüllung (22) vorgesehen sind, wälrend die Umhüllung (.22) Inder Kammer (28) eingeschlossen ist, daß eine Zuleitung (44) zur Zuführung eines hohen Pluidumdruckes zum Inneren der Kaamer (28) vorgeeehtn ist, um die Umhüllung (22) und dae Bündel (20) dieeea Druck zu unttrwerfen, und daß Mittel C29, 30) in der Kammer (2.8) vorg.eaehen sind zur Erhitzung der evakuierten Umhüllung (22) und des Bündels auf di· Schmelztemperatur der faseroptischen Komponenten (12), während fi® U^ül^ung (22) tand das Bündel (20) des genannten hioitei Druck unterworfen werden, wodurch im wesentlichen alle Aiißenabechnitte der Umhüllung (22) und des Bündels (20) während der Tereohmelzung der Komponenten (12) einem is'o- «tatieehen Druck unterworfen werden, und daß die Zuleitung (44) ein; Sttueraittil (44a) aufweist, wodurch der isosta-•fcieohe Druck auf di« tFmhüllung, (22) und das Bündel (20)

4° 2730 -.·λ-

mindestens so lange aufrechterhalten wird, bis das Bündel (20) auf einen Punkt unterhalb seiner Fließtemperatur abgekühlt ist. -

6. Vorrichtung, nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (28) in ihrem unteren Innenteil Material (29) enthält, das bei einer erhöhten Temperatur, die geringer ist als die Schmelztemperatur der faseroptischen ßlaskomponenten (12), ein Schmelzbad bildet, daß das Innere der Kammer (28) eine solche Größe hat, daß die Kammer die Umhüllung. (22) und das Bündel (20) in angehobener Stellung oberhalb dem Schmelzbad (29) aufnimmt, während die !Temperatur in der Kammer (28) zum Zweck der Verflüssigung des Materials (29) erhöht wird, und daß Mittel zum Bewegen der Umhüllung (22) und des Bündels (20) aus der angehobenen Stellung in eine untere, in das Schmelzbad (29) eingetauchte Stellung vorgesehen sind, bevor der genannte hohe Druck zur Erzeugung eines isostatischen Flüssigkeitsdruckes auf alle Außenflächen der Umhüllung. (22) und des Bündels (20) zur Anwendung gelangt.

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