DE2233853A1 - Verfahren zur herstellung lichtleitender einbauteile - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung lichtleitender Einbauteile Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung lichtleitender Einbauteile zur Darstellung optischer Informationen auf der Grundlage von Lichtleitern, welche in einem Kunstharzkõrper fest eingebettet sind.
• Lichtleiter aus Glas und aus Kunststoffen sind bekannt.
• Bevorzugterweise bestehen sie aus Glasfasern mit einem Brechungskoeffizienten von eineinhalb oder höher, ummantelt von einem Material mit einem niedrigeren Brechungskoeffizienten.
• Es sind auch als Lichtleiter Faserbündel bekannt, bestehend aus einer Vielzahl einzelner Fäden aus zur optischen BildAbertragun? geeignetem Material, wobei das Faserbündel zwei Endteile aufweist, in denen die Fäden untereinander verbunden sind und jeder Faden in dem einen Endteil dieselbe Position wie in dem anderen Endteil relativ zu den- anderen Fäden hat und die Fäden zwischen den Endteilen gegeneinander frei beweglich sind.
• Ebenfalls ist es bekannt, Fasern mit Kunstharzzubereitungen zu tberziehen und miteinander zu verbinden.
• Es ist auch bekannt, mit Kunstharzzubereitungen behandelte Faserstränge mittels eines Werkzeugs zusammenzufassen. Solcherart wurden Bänder und Matten - enthaltend Glasfasern - hergestellt.
• Ein Verfahren zur Herstellung faseroptischer Bildübertragungsvorrichtungen ist bekannt, gemäß welchem ein aus einer Vielzahl von einzelnen lichtleitenden Fasern bestehendes Bunde zunächst an einem Ende gefaßt, dann in eine benetzende Fldssigkeit gelangt und aus dieser in raserrichtung herausgezogen wird und daß anschlieBend die BAndelenden fixiert werden.
• Um diese Lichtleiter zur Darstellung optischer Informationen verwenden zu können, messen sie in aufwendiger Art zu lichtleitenden Einbauteilen weiterverarbeitet werden.
• Zur Herstellung von lichtleit nden Einbauteilen zur Darstellung optischer Informationen wurden vor allem besondere Lichtleiterelementeaus Glas verwendet, die in fischschwanz-ähnlicher Fort ausgebildet sind. Die größere Fläche wird der Darstllungsfläche zugeordnet und die kleinere Fläche dem Geber der optischen Information. Schon diese besonderen Lichtleiterelemente sind sehr kostspielig.
• Dazu kommt noch, daß auch die Herstellung von lichtleitenden Einbauteilen enthaltend diese besonderen Lichtleiterelemente sehr schwierig und damit aufwendig ist. Solche Lichtleiterelemente müssen von Hand in die Fassungen einer durchlöcherten metallischen Bodenplatte einer Hohlform gesteckt werden, wobei sie entsprechend ihrer erforderlichen Lage angeordnet werden. Die Lichtleiterelemente mussen verkittet werden. Danach wird die Hohlform mit einem härtbaren Gießharz gefüllt und, um die Verkittung nicht zu beschädigen, kalt in einem zeitraubenden Vorgang ausgehärtet. Nach der Aushärtung wird die Form entfernt und die vordere und rückwärtige Fläche optiach geschliffen.
• Die Erfindung hat sich zur Aufgabe ge'stellt, ein Verfahren zur-VerfAgung zu stellen, welches die Herstellung von lichtleitenden Einbauteilen auf der Grundlage von Lichtleitern, welche in einem Kunstharzkörper eingebettet sind, mit beliebiger Anzahl und Anordnung der Lichtleiterr in rationeller Art gestattet und damit die Serienherstellung in grober Stückzahl ermöglicht wird.
• Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einer Hohlform mindestens ein Lichtleiter durch Positionierung in die hinsichtlich seiner Lage im lichtleitendeneEinbauteil gewünschte Anordnung gebracht wird, danach die Hohlform lit einer durch Energieeinwirkung härtbaren flüssigen organischen Harzzubereitung befüllt wird, durch Energieeinwirkung die Aushärtung bie zur Formbeständigkeit vorgenommen, der ausgehärtete Formkörper aus der Hohlform gebracht wir, und die Oberflächen, in welche die Lichtleiter münden. optisch geschliffen werden.
• Als Lichtleiter ist jeder bekannte Lichtleiter geeignet.
• Als Hohl form wird eine der aus der Kunstharzverarbeitung bekannten verwendet.
• Die Positionierung wird mit bekannten Werkzeugen vorgenommen. Durch die tositionierung wird z. B. ein Lichtleiter in eine derartige Lage gebracht, daß das eine Ende an die obere Fläche ausmündet, das andere in eine Seitenfläche. In einem anderen Falle werden eine Vielzahl von Lichtleitern durch die Positionierung an einem Ende zusammengeschoben. Man erhält dann lichtleitende Einbauteile, ausmündend in zwei Flächen, von denen de eine viel größer ist als die andere. In einem anderen Falle versetzt man durch die Positionierung die Lichtleiter gegeneinander.
• Durch die Positionierung wird eine beliebige Anzahl von Lichtleitern in eine beliebige Anordnung gebracht.
• Die Energieeinwirkung erfolgt in an sich bekannter Weise, z. B. durch Erwärmen, Mikrowellen, ultraviolette Strahlung.
• Härtbare flüssige organische Harzzubereitungen sind in sehr großer Zahl bekannt. Als Grundlage kommen die verschiedensten organischen polymerisierbaren Verbindungen in Betracht. Auch kommen Zubereitungen enthaltend copolymerisierbare Lösungsmittel, gegebenenfalls auch andere Stoffe, wie anorganische Füllstoffe, zur Verwendung.
• Auch durch Schmelzen in den flüssigen Zustand gebrachte organische Harzzubereitnngen sind verwendbar. Jede organische Harzzubereitung, die flüssig bei Raumtemperatur vorliegt oder durch Schmelzen oder copolymerisierbare Lösungsmittel verflüssigt wird, ist verwendbar, sofern sie durch Energieeinwirkung ohne Zersetzung härtbar ist.
• Die Dauer und Art der Energieeinwirkung, durch welche die Aushärtung bis zur Formbeständigkeit vorgenommen wird, ist je nach Fall verschieden und kann leicht in dem Fachmann an sich bekannter Weise festgestellt werden.
• Das Anbringen aus der Hohl form erfolgt in an sich bekannter Weise mit an sich bekannten Vorrichtungen.
• Unter dem Ausdruck "optisch geschliffen" sind die an sich bekannten Schleifverfahren zur Herstellung von Oberflächen für optische Glieder zu verstehen.
• In einer vorteilhaften Weiterentwicklung wird die Positionierung durch Eingriff eines kammartigen Schiebersystems vorgenommen. Die Ausbuchtungen können in der verschiedensten Weise ausgebildet sein. Sie können eckige oder gekrümmte Formen haben. Sie können untereinander glei,chartig oder verschieden sein. Jede gewünschte Ausbildung ist für das erfin-dungsgem§ße Verfahren geeignet.
• In einer vorteilhaften Weiterausbildung werden während des Eingriffs des kammartigen Schiebersysteme zeitweilig durch einen gegenwirkenden Stempel eine,,mehrere oder alle Ausbuchtungen des Schiebersystems an ihrer Eingriffsseite geschlossen.
• In einer weiteren Verfahrensausbildung wird die Hohlform mit einer Gießharzzubereitung befüllt, welche mindestens einen Härter enthält, der die Ausbildung des formstabilen Zustandes bei Einwirkung von Energie beschleunigt.
• Solche Geßharzzubereitungen, enthaltend einen oder mehrere Härter, sind in großer Zahl bekannt. Die verschiedensten organischen polymerisierbaren Verbindungen und die verschiedensten Härter, auch Mischungen der polymerisierbaren Verbindungen und Mischungen der Härter, sind erfindungsgemäß geeignet.
• In einer Weiterausbildung des Verfahrens sind die Lichtleiter Glasfasern, bevorzugt Bündel ungeordneter Glas fasern mit einem Lichtbrechungskoeffizienten von mindestens einundeinhalb.
• Eine vorteilhafte Weiterentwicklung des Verfahrens sieht vor, daß mindestens ein Lichtleiter vor dem Eintritt in die Hohl form mit einer flüssigen organischen Harzzubereitung, enthaltend einen oder mehrere Stoffe, welche bei geringer Energieeinwirkung eine Teilaushärtung und bei stärkerer Energieeinwirkung eine Aushärtung bis zur Formstabilität beschleunigen, getränkt wid.
• Diese flüssigen organischen Harzzubereitungen sind gleipher Art wie bereits vorher beschrieben. Vorteilhafterweise wählt man die gleiche Harzzubereitung wie für die Befüllung der Hohlform.
• In einer Weiterausbildung des Verfahrens wird die Energieeinwirkung in Form von Erwärmung vorgenommen.
• In einer Fortentwicklung des Verfahrens wird die Hohlform mit einer härtbaren flüssigen organischen Harzzubereitung befüllt, in welcher Glaskugeln enthalten sind, deren Durchmesser etwa dem Querschnitt der Lichtleitfasern entspricht und deren Gewichtsanteil im Verhältnis zur härtbaren. Harzzubereitung dem Gewichtsanteil der Lichtleitfagern zum diese verbindenden Harz entspricht.
• Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß nach der Aushärtung zur Formbeständigkeit über die ganze Oberfläche gleiche Schleiffähigkeit gegeben ist, welcher Umstand für den optischen Schliff große Vorteile bietet. Durch die Kugelform wird erreicht, daß die zum Füllen der Hohlform und Umhüllen der Lichtleiter erforderliche niedrige Viscosität erhalten bleibt, welcher Umstand bei kurzen Fasern nicht gewähtleibetet ist.
• In einer vorteilhaften Ausbildung wird die Aushärtung zur' Formstabilität durch Einwirkung von Mikrowellen, bevorzugt von einhundert Megahertz, vorgenommen.
• In einer Weiterentwicklung des Verfahrens ist der Hohlform eine Hohlformdeckplatte zugeordnet, die mit Öffnungen, vorzugsweise konischen, versehen ist, durch welche die Lichtleiter der Hohlform zugeführt werden.
• In einer Weiterentwicklung des Verfahrens entsprechen die Abmessungen der Hohlformkammer den für das lichtleitende Einbauteil gewünschten. Hierbei ist unter Hohlformkammer der innere Raum der Hohlform zu verstehen.
• In einer Fortentwicklung des Verfahrens wird das Ausbringen der zur Formetabilität ausgehärteten Formkörper aus der Hohlform durch Zug derart vorgenommen, daß nicht in der Hohlform zur Formstabilität ausgehärtete oberhalb der fiohlformdeckplatte befindlich gewesene Lichtleiter bis'nach den Austritt aus der Hohlformkammer unter Bildung einer perl schnurahnlichen Kette gebracht werden Vorteithaft ist dabei, daß automatisch Lichtleiter in dem erforderlichen Ausmaß in die Hohlformkammer für einen neuen Herstellungstakt gebracht werden und aus dem Formteil Lichtleiter herausragen, die eine leichte Handhabung für die folgenden Verfahrensschritte gestatten. - In einer Weiterausbildung des Verfahrens wird vor Durchführung des optischen Schliffs eine Trennung der kettenartig verbundenen Formteile voneinander vorgenommen.
• Im folgenden sei das Verfahren in einer besonders vorteilhaften Ausführungsform beispielsweise beschrieben.
• Beispiel: Von fünfunddreißig Rollen werden Bündel aus ungeordneten Glasfaserlichtleitern abgespult und durch jeweils einen unten offenen stark verengten Konus nach Durchgang durcheine Aufwärmzone wieder auf Rollen aufgespult. In jedem Konus befindet sich eine handelsübliche Gießharzzubereitung auf der Grundlage von Polyesterharz, enthaltend Styrol, sowie Methyl-Xthyl-Keton-Peroxyd und Kobaltnaphthenat als Härter. Beim Durchgang der Glasfasern erfolgt eine Tränkung mit der Gießharzzubereitung . Durch die Verengung am Ausgang des trichterförmig ausgebildeten Konus wird ein überschub abgequetscht. In der Aufwärmzone wird bei fünfzig OC in drei Minuten die Teilaushärtung erzielt, wobei eine Fixierung der einzelnen Glasfasern miteinander in flexibler Weise erfolgt. Dadurch wird dem Lichtleiterelement die für die Durchführung der weiteren Verfahrensschritte vorteilhafte Stabilität vermittelt.
• Die so erhaltenen flexiblen Lichtleiter werden nun unter-Abspulung durch konische Öffnungen einer Hohlformdeckpiatte geführt. Die Zahl dieser Öffnungen ist im vorliegeHden Falle mit fünfunddreißig gewählt, wobei diese in sieben parallelen Reihen zu je 5 öffnungen angeordnet sind.
• Die Lichtleiter werden so in die Hohlformkammer eines aus der Xunststoffverarbeitung bekannten Werkzeuges gebracht.
• Hier kommt ein von der Seite eingreifendes kammartiges Schiebersystem zum Eingriff. Im vorliegenden Falle hat es fünf Ausbuchtungen in gleichem Abstand voneinander entsprechend den fünf konischen öffnungen. Dadurch werden jeweils sieben Lichtleiter an ihrer dem Hohlformkammerausgang zugewandten'Ende auf kleinem Raum zusammengefaßt.
• Die Hohlform wird nun mit der bereits genannten Gießharzzubereitung befftilt, die zusätzlich fünfzig Volum-Prozent von Mikroglaskugeln mit einem durchschnittlichen Durchmesser von drei Mikron enthält. Die Aushärtung zur Form stabilität erfolgt in zwanzig Sekunden durch Mikrowellen von einhundert Megahertz. Danach wird das Werkzeug geöffnet und das Formteil aus der Hohlformkammer gezogen. Dabei werden automatisch wieder Lichtleiter in dem erforderlichen Ausmaß durch die Öffnungen der Hohlformdeckplatte in die Hohlformkammer für einen neuen Herstellungstakt gebracht.
• Das Ausbringen des Formteils aus der Hohlformkammer erfolgt derart, daß oberhalb der Hohlformkammer befindlich gewesene Lichtleiter mit ausgebracht werden, welche aus dem Formkörper herausragen, so daß die Formteile nach Verlassen der Hohlformkammer mit diesen Lichtleiterresten eine perlschnurartige Kette bilden. Die Trennung wird nun mit einer Scheibe vorgenommen und die Oberflächen des Formkörpers optisch geschliffen.
• Die erhaltenen lichtleitenden Einbauteile sind zur Darstellung von optischen Informationen im fünfunddreißiger Code geeignet.

Claims (14)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung lichtleitender Einbauteile zur Darstellung optischer Informationen auf der Grundlage von Lichtleitern, welche in einem Kunstharzkörper eingebettet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c hn e t, daß in einer Hohl form mindestens ein Lichtleiter durch Positionierung in die hinsichtlich seiner Lage im lichtleitenden Einbauteil gewünschte Anordnung gebracht wird, danach die Hohl form mit einer durch Energieeinwirkung härtbaren flüssigen organischen Harzzubereitung befüllt wird, durch Energieeinwirkung die Aushärtung bis zur Formbeständigkeit vorgenommen, der ausgehärtete Formkörper aus der Hohlform gebracht wird und die Oberflächen, in welche Lichtleiter ausmünden, optisch geschliffen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die Positionierung durch Eingriff eines kammartigen Schiebersystems vorgenominen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß während des Eingriffs des kammartigen Schiebersystems zeitweilig durch einen gegenwirkenden Stempel Ausbuchtungen des Schiebersystems an ihrer Eingriffsseite geschlossen werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hohlform mit einer Gießharzzubereitung befüllt wird, welche mindestens einen Härter enthält, der die Ausbildung des formstabilen Zustandes bei Einwirkung von Energie beschleunigt.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß als Lichtleiter Glasfasern, bevorzugt Bündel ungeordneter Glasfasern, sind.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß mindestens ein Lichtleiter vor dem Eintritt in die Hohlform m&t einer flüssigen organischen Harzzubereitung, enthaltend einen oder mehrere Stoffe, welche bei geringer Energieeiflwirkung eine Teilaushärtung und bei stärkerer Energieeinwirkung eine Aushärtung bis zur Formstabilität beschleunigen, getrankt wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Energieeinw£rkung Temperatureinwirkung ist.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, d a d u r-c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Hohl'form mit einer härtbaren' flüssigen organischen Harzzubereitung befüllt wird, in welcher Glaskugeln enthalten sind, deren Durchmesser etwa dem Querschnitt der Lichtleitfaser entspricht, und deren Gewichtsanteil im Verhältnis zur härtbaren Harzzubereitung dem Gewichtsanteil der Lichtleitfaser zum diese-verbindenden Harz entspricht.

9.. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, d a'd u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß,die Aushärtung zur Formstabilität durch Einwirkung von Mikrowellen vorgenommen wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, d a d u r c t e k e n n z e 1 c h n e t, daß der Hohlform eine Hohlformdeckplatte zugeordnet ist, die mit Öffnungen, vorzugsweise konischen, versehen ist, durch welche Lichtleiter der Hohlform zugeführt werden.

11. Verfahren nach den Ansprechen 1 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Abmessungen der Hohlformkammer den für das lichtleitende Einbauteil gewünschten entsprechend ausgebildet werden.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c;h n text, daß das Ausbringen der zur Formstabilität ausgehärteten Formkörper aus der Hohlform durch Zug derart vorgenommen wird, daß nicht in der Hohl form zur Formstabilität ausgehärtete oberhalb der Hohlformdeckplatte befindlich gewesene Lichtleiter bis nach dem Austritt aus der Hohlformkammer unter Bildung einer perischnurähnlichen Kette gebracht werden.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß vor Durchführung des optischen Schliffs eine Trennung der kettenartig verbundenen Formteile voneinander vorgenommen wird.

14. Lichtleitende Einbauteile zur Darstellung optischer Informationen, hergestellt nach Ansprüchen 1 bis 13.