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Anschluß stück zur Positionierung optischer Fasern und Verfahren
zu seiner Herstellung Die Erfindung bezieht sich auf ein Anschluß stück für Bündel
aus optischen Fasern und auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Anschlußstücks.
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Bekanntlich wird mit dem Begriff "optische Fasern" eine allgemein
zylindrische, im Schnitt kreisformige dielektrische Struktur bezeichnet, die dazu
bestimmt ist, eine Lichtwelle zu transportieren und die aus zwei koaxialen Medien
gebildet ist, nämlich einem in der Mitte liegenden Medium mit hohem Brechungsindex,
das mit Kern bezeichnet wird und einem am Umfang liegenden Medium, das mit Mantel
bezeichnet wird. Entsprechend dem in der Faser angenommenen Ausbreitungsmodus schwankt
der Durchmesser des Kerns zwischen einigen Mikron und einigen hundert Mikron.
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Bei der Anwendung in der optischen Nachrichtenübertragung wird es
zur Erhöhung der mechanischen Biegsamkeit und zur Vorsorge gegen die Gefahr des
Brechens für vorteilhaft
gehalten, eine einteilige Faser durch eine
Gruppe oder ein Bündel aus gleichen Fasern mit jeweils einem Durchmesser von einigen
zehn Mikron zu ersetzen; alleFasern eines Bündels übertragen dann die gleiche Information.
Sehr allgemein läßt sich feststellen, daß diese Bündel eine Faseranzahl N von 7,
19, 37 ... unter Berücksichtigung der allgemeinen Formel N = 1 + 3n (n-1) enthalten,
damit die Zusammenfügung der Faser gemäß einem regelmässigen Sechseck ermöglicht
wird. Die Faser oder das Faserbündel sind in einer Schutzhülle angebracht, die allgemein
aus biegsamem Kunststoffmaterial besteht.
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Zur Erzielung einer lösbaren Verbindungsvorrichtung zwischen einer
einteiligen Faser oder einem Faserbündel und beispielsweise einem Sender, einem
Empfänger, einer einteiligen Faser oder einem weiteren Faserbündel müssen die Enden
der sehr zerbrechlichen Fasern in einem Anschlußstück zusammengefaßt werden, das
ihren mechanischen Schutz gewährleistet; das Anschlußstück ist dabei dazu bestimmt,
einen Teil einer optischen Verbindungsvorrichtung zu bilden, die ein schnelles Zusammenstecken
und Trennen des Bündels ermöglicht. Damit die von der Verbindungsvorrichtung herbeigeführten
Lichtverluste auf ein Minimum verringert werden, muß dieses Anschlußstück verschiedenen
Bedingungen entsprechen, nämlich - die Faser oder das Faserbündel muß mit maximaler
Präzision so zentriert werden, daß die Positionierung des Anschlußstücks bezüglich
des Verbindungsorgans des anzuschliessenden Elements von sich aus die Positionierung
des Bündels bezüglich des Elements ermöglicht; - im Falle eines Faserbündels sind
die Enden der Fasern so kompakt wie möglich anzuordnen, damit die Zwischenräume
zwischen
Fasern kleingemacht werden, und damit auf diese Weise das Verhältnis zwischen Nutzfläche
und Gesamtfläche der Öffnung des Faserbündels erhöht wird.
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Wenn die lösbare Verbindungsvorrichtung zum Zusammenfügen von zwei
gleichartigen Faserbündeln verwendet wird, ist es außerdem erwünscht, daß die zwei
Anschlußstücke so ausgestaltet sind, daß sie gestatten, die Öffnungen jeder der
Fasern automatisch in einer Gegenüberlage anzubringen; eine solche direkte Kopplungsvorrichtung
weist tatsächlich einen höheren Wirkungsgrad auf, als Vorrichtungen mit indirekter
Kopplung wie Linsen oder einteilige Mischfasern, bei denen ein Teil des Lichtflusses,
der in die Zwischenräume zwischen den Fasern des Empfängerfaserbündels fällt, unvermeidlich
verlorengeht.
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Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen ein Anschlußstück für eine
einteilige optische Faser oder für Bündel aus optischen Fasern mittels eines zylindrischen
Außenteils mit kreisförmigem geraden Querschnitt aufzubauen, das eine koaxiale Ausnehmung
der gleichen Form aufweist, in die eine Scheibe aus einem leicht verformbaren Material
eingefügt ist; das Ende des Anschlußstücks und die Scheibe sind anfänglich mit einem
Durchmesser durchbohrt, der geringfügig über dem Durchmesser der Faser oder des
Faserbündels ohne Umhüllung liegt. Nach dem Einführen der Faser oder des Faserbündels
in das Anschlußstück verformt ein in die koaxiale Ausnehmung eingeführter Kolben
die Scheibe durch Druck so, daS sie den Umfang der Faser oder des Faserbündels eng
umschließt. Wenn die Bohrung der Scheibe exakt koaxial zu dem den Umfang des Außenteils
bildenden Zylinder verläuft, dann wird diese Eigenschaft auch bei der Verformung
der Scheibe beibehalten, und die Faser oddr das Faserbündel befinden sich damit
automatisch in einer zentrierten Lage im Anschluß stück.
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Der große Vorteil dieses Anschlußstücks bei der Verwendung für ein
Faserbündel besteht nicht nur darin, daß es die Enden der Fasern in einer sehr dicht
gepackten sechseckigen Anordnung gruppiert, die die maximale Kompaktheit ergibt,
sondern auch darin, daß der Umfang des auf diese Weise gruppierten Bündels die Form
eines nahezu vollkommenen Sechsecks annimmt. Es ist daher möglich, diese zuletzt
genannte Eigenschaft zur Bildung einer lösbaren Verbindungsvorrichtung auszunützen,
die es gestattet, ohne vorherige Versuche die die verbundenen Bündel bildenden einzelnen
Fasern Ende an Ende anzubringen.
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Neben den bereits angegebenen Vorteilen der automatischen Zentrierung
der Faser oder des Bündels bezüglich des Umfangs des Anschluß stücks und der kompakten
sechseckigen Zuaammenfügung des Bündelendes bietet das erfindungsgemäße Anschlußstück
den Vorteil, daß das Einführen der Faser oder des Faserbündels in das Anschluß stück
wesentlich erleichtert wird, da die Durchbohrung in der Scheibe und im Ende des
Anschluß stücks mit einem deutlich über dem Durchmesser der Faser oder des Bündels
liegenden Durchmesser ausgeführt sind; außerdem reicht die Einklemmung der Gesamtheit
der Fasern durch die zusammengepreßte Scheibe aus, um das Anschlußstück fest mit
dem Bündel unabhängig von einer späteren Verklebung zu verbinden.
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Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielshalber erläutert.
Es zeigen: Fig.1 eine erste vereinfachte Ausführungsform des am Ende einer einteiligen
Faser angebrachten Anschluß stücks nach der Erfindung, Fig.2a bis 2f die erfindungsgemäßen
Schritte der Herstellung und der Anbringung des Anschlußstücks von Fig.l an einerFaser,
Fig.3
eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung, bei der zwei gleiche Anschlußstücke
verwendet sind, wie sie in Fig.l dargestellt sind, Fig.4 den Querschnitt eines Faserbündels
in der bekannten kompakten sechseckigen Anordnung, Fig.5 und Fig.6 Schnitte längs
der Achse einer zweiten Ausführungsform eines Anschlußstücks nach der Erfindung
vor bzw. nach der Anbringung an einem Faserbündel, Fig.7a und 7b Schnittansichten
längs der Achse bzw. quer zur Achse des vorderen Teils der in den Figuren 5 und
6 dargestellten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anschlußstücks, das
so abgewandelt ist, daß es die Markierung einer charakteristischen Richtung der
kompakten Anordnung gestattet, und Fig.8 ein Werkzeug nach der Erfindung zur Herstellung
der zweiten abgewandelten Ausführungsform des in den Figuren 7a und 7b dargestellten
Anschlußstücks.
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Fig.l zeigt einen Schnitt längs der Achse einer vereinfachten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Anschlußstücks, wie es sich darstellt, wenn es am Ende einer
mit einer Umhüllung 10 versehenen optischen Faser 1 angebracht ist.
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Das eigentliche Anschluß stück enthält ein Außenteil 2 in dessen Innerem
eine Scheibe 3 und ein Kolben 4 angebracht sind.
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Das Außenteil 2 ist ein Metallteil, das die Form eines Zylinders 20
mit einem geraden Kreisquerschnitt mit der Achse AA hat; es ist von einer ebenen
Stirnfläche 21
rechtwinklig zur Achse AA abgescblossen. In der vorderen
Btirnfläche 21 ist eine zylindrische Ausnehmung 22 längs der Achse AA angebracht;
in der Achse dieser Ausnehmung mündet die von ihrer Hülle 10 befreite Faser 1. Der
von der Faser 1 nicht besetzte Abschnitt der Ausnehmung 22 wird mit einem Harz ausgefüllt,
das beispielsweise ein Epoxydharzderivat von Biphenol A und Epichlorhydrin oder
"Araldit " ist. Die Öffnung100 der Faser 1, der äußere Abschnitt des die Ausnehmung
22 besetzenden Harzes und die vordere Stirnfläche 21 des Außenteils 22 bilden eine
einzige Ebene, die einen optischen Schliff aufweist.
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Die Mitte der Austrittsöffnung -100 der Faser ist sehr genau bei der
Achse AA des Außenteils 2 angebracht. Der Boden der Ausnehmung 22 ist von einem
axial verlaufenden Loch 221 durchdrungen, dls die Durchführung der Faser 1 ermöglicht.
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Das Innere des Außenteils 2 bildet eine zylindrische Ausnehmung 23,
die ebenfalls einen geraden Kreisquerschnitt mit der Achse AA aufweist; sie ist
nach vorne hin von einer zur Stirnfläche 21 parallelen ebenen Fläche 230 begrenzt.
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Der Boden dieser Ausnehmung ist mittels der Scheibe 3 ausgefüllt,
die sich eng an sie anlegt und die durch starres Umschliessen des blanken Abschnitts
der optischen Faser längs des axialen Lochs 30 die genaue Positionierung der Faser
längs der Achse des Außenteils 2 gewährleistet.
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Diese Scheibe 3 ist aus einem Material hergestellt, das eine beträchtliche
dauerhafte Verformung zeigt, wenn es unter Druck gesetzt wird; der Volumenverformungskoeffizient
dieses Materials muß deutlich -höher als der des das Außenteil bildenden Materials
sein. Polymerisierte Materialien wie Polytetrafluoräthylen, das unter der Bezeichnung
"Teflon" vertrieben wird oder Polyamino-ll-Undekansäure, die unter dem Namen "Rilsan
"vertrieben wird, sind für die Herstellung
dieser Scheibe besonders
geeignete Materialien. Es ist Jedoch auch möglich, Metalle oder Legierungen, beispielsweise
Indium, Blei oder Zinn-Blei-Legierungen zu verwenden. Auf die Scheibe 3 drückt ein
Metallkolben 4, der möglichst aus dem gleichen Material wie das Anssenteil 2 besteht
und der in die Ausnehmung 23 eingepreßt ist, aus der er leicht hervorsteht. Längs
der mit der Achse AA zusammenfallenden Achse dieses Kolbens verlaufen zwei sich
aneinander anschliessende Bohrungen 40 und 41, die mittels eines konischen Ansatzes
410 voneinander getrennt sind.Der Durchmesser der ersten Bohrung 40 liegt geringfügig
über dem Durchmesser der mit der Hülle versehenen Faser. Die Faser ist in Höhe des
Ansatzes 410 von ihrer Hülle befreit, so daß die Hülle der Faser an diesem Ansatz
in Anlage kommt. Der Durchmesser der zweiten Bohrung 41 liegt geringfügig über dem
der blanken Faser, so daß diese hindurchgeführt werden kann. Der Kolben 4 ist mit
Hilfe eines Lacks des Typs "Loctit" an den Wänden der Ausnehmung 23 befestigt; in
der gleichen Weise wird auch die Hülle 10 der Faser in der Bohrung 40 gehalten.
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In den Figuren 2a bis 2f sind die Hauptschritte er Herstellung dieses
Anschluß stücks und der Befestigung der Faser in dem Anschlußstück dargestellt.
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Nie in Fig.2a zu erkennen ist, besteht die erste Herstellungsstufe
darin, den Rohling 2E des Außenteils 2 von Fig.1 zu drehen. Die äußere Mantelfläche
20E dieses Rohlings 2E ist ein Zylinder mit geradem Kreisquerschnitt mit einem Durchmesser
und einer Länge über den entsprechenden Abmessungen des fertigen Außenteils, Der
Rohling 2E endet mit einer vorderen ebenen Stirnfläche 21E, in der ein auf den Enddurchmeseer
gebohrte zylindrische Ausnehmung 22 angebracht ist.
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In einem ebenfalls in Fig.2a dargestellten zweiten Schritt wird die
Ausnehmung 23 auf ihren Enddurchmesser ausgebohrt. Fig.2a zeigt den Rohling am Ende
dieses zweiten Schritts.
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In Fig.2b ist der Rohling am Ende des dritten Schritts dargestellt
, der darin besteht, in die Ausnehmung 23 das Innenteil 3E hart einzupressen, das
nach dem Bohren die in Fig.2 dargestellte Scheibe 3 bildet.
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In einem vierten Schritt werden die koaxiale Öffnung 221 in der vorderen
Stirnfläche 21E und die koaxiale Öffnung 30E im Innenteil 3 im Verlauf eines Arbeitsgangs
gebohrt; diese Öffnungen haben den gleichen Durchmesser der geringfügig über dem
Durchmesser der blankenFaser 1 liegt, so daß diese frei in diese zwei Öffnungen
gleiten kann.
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In einem fünften Schritt wird die äußere Mantelfläche 20E auf ihr
endgültiges Maß gedreht, damit die Außenfläche 20 entsteht. Fig.2c zeigt das Außenteil
am Ende dieses fünften Schritts.Die Arbeitsgänge des Bohrens im Verlauf des vierten
Schritts und des Drehens im Verlauf des fünften Schritts werden durchgeführt, während
das Außenteil fest mittels der Klemmbacken:~5 in der Drehbank gehalten wird; diese
Vorsichtsmaßnahme gestattet es, eine ausgezeichnete Koinzidenz zwischen der Achse
des die Umfangsfläche 20 bildenden Zylinders und der Achse der Öffnungen 221 und
QE zu erhalten.
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Der sechste Schritt besteht darin, den Vorderabschnitt des Außenteils
vom Hinterabschnitt zu trennen, der von den Spannbacken der Drehbank festgeklemmt
ist. Wie Fig.2d zeigt, wird auf diese Weise das Außenteil mit seinen endgültigen
Maßen und versehen mit der mit der Öffnung 30E durchbohrten Scheibe 3E erhalten.
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Im Verlauf eines siebten Schritts wird der auf seinen endgültigen
Durchmesser gedrehte Kolben 4 in die Ausnehmung 23 eingeführt. Fig.2e zeigt das
Anschlußstück am Ende dieses Schritts, wenn es zur Befestigung an einer Faser oder
an einem Faserbündel bereit ist. In dieser Figur ist auch eine einteilige Faser
1 zu erkennen, die zur Aufnahme in dem Anschlußstück vorbereitet ist.
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Die Faser ist von ihrer flülle 10 befreit, und sie wird dann so in
den Kolben 4 eingeführt, daß sich die Öffnung der Faser vor der Ebene 21E befindet,
die die vordere Stirnfläche des Außenteils 2 bildet.
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Fig.2f zeigt den Anfangsschritt der Befestigung des Anschlußstücks
an der Faser. Im Verlauf dieses Arbeitsgangs wird auf den Kolben eine Kraft F ausgeübt,
der dadurch die Scheibe 3E unter Druck setzt. Unter dem Einfluß des auf sie ausgeübten
Drucks verformt sich die fließfähige Scheibe konzentrisch entsprechend den in Fig.2f
angegebenen Pfeilen f und klemmt die optische Faser 1 ein; die die Scheibe durchlaufende
Öffnung 30E nimmt dabei ihre endgültige Abmessung ein, wie mit dem Bezugszeichen
30 angegeben ist. Der richtige Gesichtspunkt bei diesem Arbeitsgang ist darin zu
sehen, daß auf Grund der Isotropie und des Materials sowie des Drucks die beim Drehen
der Vorrichtung
im Verlauf des dritten Schritts erhaltene Präzision
der Konzentrizität in der gesamten Länge der Einklemmung der Faser 1 erhalten bleibt,
die daher sehr präzise koaxial zu dem den Außenumfang 20 des Außenteils 2 bildenden
Zylinder angeordnet wird. Die Größe der auf den Kolben ausgeübten Kraft F, die Einwirkungsdauer
dieser Kraft und die Temperatur, bei dem dieser Vorgang durchgeführt wird, hängen
wesentlich von der Art.des die Scheibe 3 bildenden Materials ab. Wenn die Scheibe
3 beispielsweise aus "Teflon" hergestellt ist, wird das Anschluß stück auf die 100
C für die Dauer von10 bis 15 Minuten während der Anwendung der Kraft F erwärmt,
und der Druck wird dann am Ende dieser Zeitdauer aufgehoben, damit das Fliessen
beendet wird.
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Die zweite Befestigungsstufe des Anschlußstücks an der Faser besteht
darin in die Ausnehmung 22 Harz einzufüllen, und in einer dritten Stufe wird das
Harz polymerisiert. Besonders zufriedenstellende Ergebnisse wurden bei Verwendung
eines schnell abbindenden Araldits nBrochal" Typ AW127, erzielt, das in gleichen
Anteilen mit einem Härter der gleichen Handelsbezeichnung und des Typs HW2957 gemischt
war. Unter der Annahme, daß die Scheibe aus "Teflon" besteht, und daß das Fliessen
bei 1000C ausgeführt wird, erfolgt das Einfüllen des Harzes nach dem Lösen der auf
den Kolben ausgeübten Kraft; die Vorrichtung wird für eine Dauer von etwa 10 bis
15 Minuten auf einer Temperatur von 1000C gehalten, wobei diese Zeitdauer bei dieser
Temperatur ausreicht, eine richtige Polymerisierung des Harzes zu erhalten.
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Die vierte Stufe der Befestigung besteht darin, den Kolben 4 in der
Ausnehmung 23 und die Hülle 10 in der Ausnehmung 40 zu befestigen, indem auf die
hinteren freien Enden dieser Elemente ein Tropfen eines Lacks (beispielsweise eines
unter der Handelsbezeichnung "Loctit" vertriebenen Lacks) aufgebracht wird, der
auf Grund der Kapillarwirkung in die Zwischenräume eindringt und die Teile schließlich
an ihrer Stelle hält.
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Die fünfte und letzte Stufe der Befestigung ist die Stufe des Schleifens
der vorderen Stirnfläche 21E, in deren Verlauf auf dieser Stirnfläche ein optischer
Schliff angebracht wird, damit die Öffnung 100 der Faser, die Außenfläche 220 des
Harzes und die vordere Stirnfläche 21 des Außenteils 2 in eine einzige Ebene gebracht
werden; bei diesem Vorgang werden etwa lOopm des Metalls abgetragen. Auf diese Weise
wird das endgültige Anschlußstück erhalten, wie es in Fig.1 dargestellt ist.
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Als nicht einschränkendes Beispiel ist ein Anschlußstück gemäß dem
oben beschriebenen Vorgang zur Anpassung an eine Faser mit der Handelsbezeichnung
"Solvis" mit einem Durchmesser von 61 P hergestellt worden, das in Übereinstimmung
mit den Bezeichnungen von Fig.1 die folgenden Hauptabmessungen aufwies: -Tabelle
Außendurchmesser des Außenteils 2 1 = 4,0 mm Länge des Außenteils 2 : L =. 7,0 mm
Durchmesser des Kolbens 4 : p2 = 3,0 mm Dicke der Scheibe 3 : e =-1,5 mm Durchmesser
der Ausnehmung 22 : 3 = 0,5 mm Tiefe der Ausnehmung 22 : p = 1,0 mm Länge der Öffnung
221 : 1 = 0,5 mm
Das Außenteil 2 und der Kolben 4 bestehen aus
Messing, und die Scheibe 3 besteht aus"Teflon".
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Bei einer Herstellung des Anschlußstücks mit einer Präzisionsdrehbank
der üblichen Qualität und mit einem gewöhnlichen Werkzeug zeigt es sich, daß die
Genauigkeit der Konzentrizität zwischen der Achse der Faser und der Achse des den
Umfang des Anschlußstücks bildenden Zylinders stets besser als 4 lim war. Mit einer
Hochpräzisionsdrehbank und einem geeigneten Werkzeug ist es möglich, die Zentrierung
besser als 2 festzulegen.
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Fig.3 zeigt eine Vorrichtung, mit deren Hilfe zwei Anschluß stücke
der oben beschriebenen Art zum Verbinden von zwei optischen Fasern gekoppelt werden
können.
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Eine solche Verbindungsvorrichtung enthält einen Sockel 6, in dem-eine
V-förmige Nut 60 angebracht ist, in der die zwei Anschlußstücke 71 und72 angebracht
werden, die durch ihre vorderen Stirnflächen in Verbindung stehen. Die Tiefe der
Nut ist so bemessen, daß die Anschlußstücke geringfügig über der Ebene des Sockels
liegen, in der die Nut angebracht ist. Eine mit Hilfe von vier in den Sockel geschraubten
Schrauben 81, 82, 83 und 84 an ihrer Stelle gehaltene Platte 8 übt auf die zwei
Anschlußstücke einen leichten Druck aus, damit diese an ihrer Stelle gehalten werden.
Da die erfindungsgemäßen AnschlußstUcke eine fast vollkommene Zentrierung der Faser
bezüglich des den Außenumfang bildenden Zylinders gestatten, genügt es zur Erzielung
der Positionierung der zwei zu verbindenden Fasern in der Gegenüberlage, wenn die
Nut und die Außenunfargsflächen mit der gewünschten Präzision gestaltet sind.
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In Fig.4 ist eine Schnittansicht eines Faserbündels in einer kompakten
sechseckigen Anordnung dargestellt, wie sie mit Hilfe des erfindungsgemäßen Anschlußstücks
erhalten werden kann.
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Bekanntlich ist eine solche Anordnung die kompakteste Form, die bei
Fasern mit geradem Kreisquerschnitt erhalten werden kann. Wenn sie bei dem Bündel
von Fig.4 die Anzahl N der Fasern des Bündels durch die Beziehung: N = 1 + 3n(n
- 1) gegeben ist (hier n = 3 und N = 19), dann können die Fasern gemäß einem regelmässigen
Sechseck H gruppiert werden, bei dem der Inkreisradius durch die Beziehung a = r
L7 + (n-1 )<J gegeben ist, in der 2r der Durchmesser der Fasern ist; das Bündel
kann daher in einem Kreis mit dem Radius R = (2nur eingezeichnet werden.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine weiter ausgearbeitete Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Positionierungs-Anschlußstücks, das als das Steckerelement
einer steckbaren Verbindungsvorrichtung ausgebildet ist. Es sind zwei Schnittansichten
längs der Achse des Anschluß stücks dargestellt, nämlich eine vor der Anbringung
des Faserbündels und eine nach der Anbringung des Faserbündels; in den zwei Figuren
sind gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnete Wie Fig.5 zeigt
besteht diese Ausführungsform des Anschluß stücks ebenso wie die in den Figuren
1 und 2e dargestellte vereinfachte Ausführungsform im wesentlichen aus drei getrennten
Teilen, die um eine Achse AA rotationssymmetrisch sind, nämlich einem Außenteil
2, einer verformbaren Scheibe 3 und einem Kolben 4.
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Das Außenteil 2 enthält einen zylindrischen Außenabschnitt 20 mit
geradem Kreisquerschnitt, der den Positionierungsbezugspunkt des Anschlußstücks
bildet, und der dazu bestimmt ist, in einen Steckerabschnitt der Verbindungsvorrichtung
eingefügt zu werden. Ein Gewinde 201 erlaubt das Aufschrauben eines Befestigungsteils
bei der Herstellung der Verbindung. Die vordere Stirnfläche 21 ist mit einer zylindrischen
Öffnung 221 versehen, die dazu bestimmt ist, das Faserbündel durchzulassen; durch
die Konstruktion wird dafür gesorgt, daß die Zylinderfläche 20 und die Öffnung 222
sehr genau die gleiche Achse AA aufweisen. Der Durchmesser der Öffnung 221 liegt
um 3 bis 10% über dem Durchmesser des Kreises, der das Bündel in der kompakten sechseckigen
Anordnung umschließt. Eine um die Öffnung 221 angebrachte Ausnehmung 22 ist dazu
betimmt, ein polymerisierbares Harz aufzunehmen, dessen Aufgabe bei der Positionierung
des Bündels noch beschrieben wird. Am Hinterende des Außenteils 2 befindet sich
ein dünner verformbarer Abschnitt 25, der das Festklemmen des Anschlußstücks auf
dem Kolben 4 gestattet. Im Inneren des Außenteils ist eine zylindrische rotationssymmetrische
Ausnehmung aus zwei Abschnitten 23 und 24 angebracht, von denen wenigstens der Abschnitt
23 auf Grund der Kontruktion äußerst genau koaxial zur Außenfläche 20 verläuft.
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Das Außenteil ist aus einem wenig spröden Material wie Messing oder
Blei, beispielsweise aus Messing des Typs "UZ39Pb2b, hergestellt, damit der Hinterabschnitt
25 den Einquetschvorgang ohne Bruchrisiko verträgt.
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Die Scheibe 3 wird im Vorderabschnitt der Ausnehmung 23 angebracht,
und sie legt sich eng an den Boden dieser Ausnehmung an. Die Scheibe wird aus einem
Material
hergestellt, das durch Druck eine zeitweise oder dauerhafte
beträchtliche Verformung annehmen kann. Der Volumendeformationskoeffizient dieses
Materials muß beträchtlich über dem des Materials liegen, das das Außenteil bildet.
Die Scheibe weist eine Öffnung 30 mit geradem Kreisquerschnitt auf, deren Durchmesser
gleich dem Durchmesser der Öffnung 221 ist und die sehr genau in der Achse dieser
zuletzt genannten Öffnung angeordnet ist; an ihrem hinteren Abschnitt ist die Öffnung
30 mit einer Abschrägung 300 versehen, damit das Einführen des Faserbündels erleichtert
wird.
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Der Kolben 4 ist aus einem harten Metall, beispielsweise aus herkömmlichem
Messing hergestellt. Er besteht aus einem um die Achse AA rotationssymmetrischen
Teil, das so ausgelegt ist, daß es in den Abschnitten 23 und 24 der im Außenteil
1 angebrachten Ausnehmung gleiten kann. Er enthält zwei Bohrungen 40 und 41, die
längs der Achse AA verlaufen und deren Durchmesser größer als der Durchmesser des
Bündels mit bzw. ohne Umhüllung ist. Diese zwei Bohrungen sind über einen konischen
Abschnitt 410 miteinander verbunden, der das Einführen des blanken Bündels aus dem
Abschnitt 40 in den Abschnitt 41 erleichtert. Das hintere Ende des Kolbens 4 läuft
in einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 42 aus, in dem vier parallel zur Achse verlaufende
Schlitze angebracht sind, die den Kolben in vier Quadranten teilen; in der Figur
ist nur der Schlitz 420 sichtbar.
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Die Bohrung 40 weist an der Stelle dieses kegelstumpfförmigen Abschnitts
Kerben 421 auf, die von einem Gewinde gebildet sein können0 Die Gesamtheit des kegelstumpfförmigen
Abschnitts 42 bildet eine Klemmvorrichtung, die auf Grund des von den Schlitzen
zugelassenen
Spiels unter der Einwirkung des verformbaren Abschnitts
25 bei der Durchführung des Einklemmvorgangs die Hülle des Bündels umschließt.
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In einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Anschlußstücks
ermöglicht ein Gewinde 411 den Kolben 4 in das Außenteil 2 zu schrauben.
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Zur Herstellung des Außenteils 2 und zur Anbringung der Scheibe 3
in der Ausnehmung 23 wird gemäß der Erfindung eine sehr exakte Folge von Arbeitsgängen
vorgesehen, die auf einer Präzisionsdrehbank ausgeführt werden, damit die rotationssymmetrischen
Zylinderflächen 20, 23 und 30 genau koaxial erhalten werden.
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In der Drehbank wird ein auf Abmessungen über den Gesamtabmessungen
des Außenteils 2 grob vorbearbeiteter Zylinder angebracht, der bis zum Ende der
Drehbearbeitungsgänge fest mit der Drehbank verbunden bleibt. Der erste Arbeitsgang
besteht darin, die Ausnehmungen 23 und 24 zu bohren.
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Die nicht durchbohrte Scheibe 3, die auf einen solchen Durchmesser
gedreht ist, daß sie fest in die Ausnehmung 23 eingepreßt werden kann, wird mit
Hilfe eines Führungskolbens eingeführt, der der Kolben 4 vor dem Bohren der Abschnitte
40 und 41 oder ein Teil mit einer ebensolchen Form sein kann. Zum Halten der Scheibe
3 bleibt der Führungskolben an seiner Stelle, und es werden dann gleichzeitig ausgehend
von der vorderen Stirnfläche die Öffnung 221 in der vorderen Stirnfläche 21 und
die Öffnung 30 in der Scheibe 3 gebohrt; dann werden die vordere Stirnfläche 21
und die Ausnehmung 22 abgedreht.
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Schließlich wird der Außenabschnitt des Teils und insbesondere der
Abschnitt 20 auf die endgültigen Abmessungen
gedreht, und das Außenteil
kann dann zur Herstellung des Außengewindes des Abschnitts 201 und des möglichen
Innengewindes des Abschnitts 411 aus der Drehbank herausgenommen werden.
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Das Anbringen des Anschluß stücks an einer Faser oder einem Faserbündel
zur Erzielung der in Fig.6 dargestellten Anordnung geschieht gemäß der folgenden
Beschreibung, die für den speziellen Fall eines Faserbündels 11 ausgeführt ist.
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Zunächst wird ein Faserbündel 11 auf einer Länge von seiner Kunststoffhülle
befreit, die länger als die NutZlänge ist; dann wird es durch aufeinanderfolgendes
Anfeuchten mit Isoamylacetat und Äthylalkohol entfettet. Schließlich wird es in
das gemäß Fig.5 angeordnete Anschlußstück, d.h. bei einem einfach ohne Druck an
die Scheibe 3 angelegten Kolben eingeführt; auf Grund des konischen Abschnitts 410
und der Abschrägung 300 dringt der blanke Abschnitt fortschreitend in die Bohrung
41 des Kolbens 4 und dann in die Öffnungen 30 und 221 in der Scheibe 3 bzw. in der
vorderen Stirnfläche 21 ein. Wenn die Hülle 10 in Anlage an den konischen Abschnitt
410 kommt, ragt das Vorderende des Bündels merklich über die vordere Stirnfläche
21 des Anschlußstücks hinaus.
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In einer ersten Ausführungsform des Anschlußstücks, bei der das Außengewinde
411 nicht. vorhanden ist, erfolgen das Unterdrucksetzen und die anschliessende Verformung
der verformbaren Scheibe 3 gleichzeitig mit dem Einklemmvorgang. Unter der Wirkung
der Klemmzange verformt sich der Abschnitt 25 des Außenteils, der dadurch einen
Druck auf den kegelstumpfförmigen Abschnitt 42 des Kolbens ausübt; dieser Druck
hat eine doppelte Wirkung:
- die erste Wirkung besteht darin, daß
der Kolben 4 in den Ausnehmungen 23 und 24 nach vorne gleitet, so daß er, wie Fig.6
zeigt, dadurch die Scheibe 3 zusammendrückt und verformt und daher die Öffnung 30
verengt, damit das Bündel 11 eng umschlossen wird; - die zweite Wirkung besteht
nach Fig.6 darin, daß der kegelstumpfförmige Abschnitt 42 verformt wird, was durch
die vier Schlitze 420 erleichtert wird, und daß die Vorsprünge 421 gezwungen werden,
sich in die Hülle 10 des Bündels einzudrücken.
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Diese Ausführungsform ist annehmbar, wenn, wie oben angegeben wurde,
der Durchmesser der Öffnung 30, der auf Grund der Konstruktion gleich dem Durchmesser
der Öffnung 221 ist, den Durchmesser des Kreises, der das Faserbündel in der kompakten
sechseckigen Anordnung umgibt, um nicht mehr als 10% überschreitet, was zu einer
geringen Verformung der Scheibe führt. Beispielsweise könnte diese Ausführungsform
bei einer Bohrung für die Öffnungen 30 und 221 mit einem Durchmesser von 610/um
eines Bündels mit n = 37 Fasern mit einem Durchmesser von d = 85pm angewendet werden;
dieser Wert von N entspricht n = 4, da gilt: N 9 1 + 3n (n-i) = 1 + (3 x 4 x 3)
= 37; dies ergibt für den Durchmesser D des das Faserbündel in der kompakten sechseckigen
Anordnung umgebenden Kreises einen Wert von : D = (2n-1) d = 7 x 85 = 595/um.
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Im Gegensatz dazu erlaubt die durch das Vorhandensein des Außengewindes
411 gekennzeichnete zweite Ausführungsform des Anschluß stücks die Erzielung einer
wesentlich
stärkeren Verformung der Scheibe 3; der Durchmesser
der Öffnungen 30 und 221 kann daher den Durchmesser des das Faserbündel in der kompakten
sechseckigen Anordnung umgebenden Kreises um 25 bis 30% überschreiten. Beispielsweise
kann die zweite Ausführungsform bei Beibehaltung einer Bohrung der Öffnungen 30
und 221 mit einem Durchmesser von 610/um bei einem Bündel aus N = 19 Fasern (d.h.
n = 3) mit einem Durchmesser D = 5sx 85 = 425/um angewendet werden. Das Unterdrucksetzen
der Scheibe 3 erfolgt dabei nach dem Anbringen des Bündels und vor dem Einklemmvorgang
dadurch, daß der Kolben 4 mittels des Außengewindes 411 in den Außenteil 2 geschraubt
wird.
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Bei dem auf diese Weise im Anschlußstück unter der doppelten Wirkung
der Scheibe 3 und der Klemmvorrichtung 42 festgelegten Faserbündel wird in die Ausnehmung
22 ein Tropfen eines polymerisierbaren Harzes, beispielsweise eines Epoxydharzderivats
von Biphenol A und Epichlorhydrin oder "Araldit" eingegeben. Nach einem kalten Polymerisiert
des Harzes wird das Bündel auf der Höhe des Tropfens abgeschnitten. Anschliessend
wird die Stirnfläche derart optisch geschliffen, daß die Öffnungen der Fasern des
Bündels und die Stirnfläche 21 des Anschlußstücks eine einen optischen Schliff aufweisende
gleiche Ebene bilden.
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Zur Herstellung der Scheibe 3 kann ein Material verwendet werden,
das eine hohe Grenze der elastischen Verformbarkeit aufweist, damit die Verformung
genau isotrop erfolgt. Polymerisierte Materialien wie Polytetrafluoräthylen oder
Polyamino-11-Undekansäure, die unter den Handelsbezeichnungen "Teflon" bzw. "Rilsan"
vertrieben werden, sind sehr gut brauchbar. Sie müssen ständig unterDruck gehalten
werden,
wie Fig.6 zeigt.
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Zur Herstellung der Scheibe 3 können auch solche Materialien verwendet
werden, bei denen die Grenze der elastischen Verformbarkeit bei der Einwirkung des
vom Kolben ausgehenden Drucks überschritten wird. Auf diese Weise wird das Fliessen
des Materials hervorgerufen, und die Scheibe behält eine dauerhafte Verformung bei,
wenn die Einwirkung des Kolbens 4 aufhört. Gewisse weiche Metalle oder Legierungen
wie Indium, Blei oder Zinn-Blei-Legierungen erfüllen im kalten Zustand diese Bedingung.
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Auch gewisse durch Wärme erweichte polymerisierte Materialien erfüllen
diese Bedingung ebenfalls. Beispielsweise ist es möglich, die Scheibe aus "Teflon"
herzustellen und den Druck bei Erwärmung des Anschlußstücks auf eine Temperatur
von 100°C für die Dauer von 10 bis 15 Minuten auszuüben. Wenn also eine dauerhaft
verformte Scheibe verwendet wird, kann die Konstruktion des Anschluß stücks durch
Weglassen der zum Festklemmen bestimmten Hinterabschnitte 25 und 42 am Außenteil
bzw. am Kolben vereinfacht werden; der-Kolben 4 und die Hülle 10 werden dann miteinander
und am Außenteil befestigt, indem am hinteren Ende des Kolbens ein Lacktropfen (beispielsweise
des Lacks mit der Handelsbezeichnung "LOCTIT")angebracht wird, der auf Grund der
Kapillarwirkung in die Zwischenräume zwischen der Hülle und dem Kolben sowie zwischen
dem Kolben und dem Außenteil eindringt und diese drei Elemente dann zusammenhält.
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Wenn das erfindungsgemäße Anschlußstftck dazu bestimmt ist, einen
Teil eines Verbindungselements zu bilden, das die direkte Kopplung von zwei gleichen
Bündeln ohne Hilfselement wie einer Linse oder einer einteiligen optischen Mischfaser
gestattet, muß aus den oben angegebenen
Gründen am Anschlußstück
unbedingt eine Bezugsvorrichtung angebracht werden, die eine parallel zu den Seiten
des die kompakte Anordnung der Fasern kennsichnenden Sechsecks verlaufende Richtung
festlegt.
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In den Figuren 7a und 7b zeigen die Abwandlungen, die am Vorderabschnitt
des in Fig.5 dargestellten Anschlußstücks vorgenommen sind, damit die Markierung
einer Richtung am Anschlußstück ermöglicht wird, die die kompakte sechseckige Anordnung
der Fasern des Bündels kennzeichnet. In Fig.7a ist ein Schnitt des Vorderabschnitts
des Anschluß stücks vor der Anbringung am Faserbündel dargestellt, während Fig.7b
rinnen Schnitt senkrecht zur Achse AA längs der Linie PP von Fig.7a zeigt.
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Wie aus den Figuren 7a und 7b zu erkennen ist, sind an dem in Fig.5
dargestellten Anschlußstück zwei Änderungen vorgenommen.
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Die erste Änderung besteht darin, daß die zylindrische Fotationssymmetrische
Bohrung 30 von Fig.5 durch eine Durchführung 31 ersetzt ist, deren Querschnitt ein
regelmässiges Sechseck bildet, das genau auf die Achse AA zentriert ist und das
von einem den Querschnitt der Bohrung 221 im Außenteil 2 gebildeten Kreis umgeben
ist; der Inkreisradius des Sechsecks ist somit gleich dem Radius der Bohrung 221.
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Die zweite Änderung besteht darin, daß zwischen der zylindrischen
Bezugsfläche 20 und dem Außengewinde 201 auf dem Außenteil 2 eine weitere zylindrische
rotationssymmetrische Fläche 230 angebracht wird, die eine ebene Facette 231 aufweist,
die sehr genau parallel zu einer
der Facetten des von der Durchführung
31 gebildeten regelmässigen sechseckigen Prismas verläuft.
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Bei der Positionierung des Faserbündels im Anschlußstück und beim
anschliessenden Zusammenpressen der Scheibe 3 mittels des Kolbens 4 zieht sich die
sechseckige Durchführung zusammen, so daß sie die sechseckige Anordnung der Fasern
des Bündels parallel zu diesen Facetten ausrichtet; eine der Richtungen der sechseckigen
unordnung verläuft somit parallel zur Facette 231. Wenn zwei Anschlußstücke entsprechend
der in den Figuren 7a und 7b dargestellten Vorrichtung an den Enden von zwei gleichen
Faserbündeln angebracht und mit Hilfe einer Verbindungsvorrichtung zusammengefügt
sind, können die Abflachungen 231 die Funktion von Berichtigungsorganen in der Weise
bilden, daß die zwei kompakten Faseranordnungen Ende an Ende so zusammengefügt werden,
daß die zwei Sechsecke ineinander übergehen; jede Faseröffnung des einen Bündels
befindet sich daher in der Verlängerung der jeweiligen Faser-Öffnung des anderen
Bündels.
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Zur Herstellung des in den Figuren 7a und 7b dargestellten Anschluß
stücks wird die Folge der oben erwähnten Herstellungsvorgänge zweckmässigerweise
folgendermaßen abgewandelt: Das Außenteil 2 wird gedreht, und die Scheibe 3 wird
gemäß der obigen Beschreibung eingepreßt und durchbohrt mit der Ausnahme, dåß die
Stirnfläche 21 und die Ausnehmung 22 noch nicht fertig bearbeitet werden, damit
eine Bohrung 221 mit der größten Tiefe erhalten wird; anschließend wird das Außenteil
aus der Drehbank herausgenommen.
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übrigens wird ein in Fig.8 dargestelltes Werkzeug hergestellt,das
am Ende eines Hefts 50 einen rotationssymmetrischen Abschnitt 51 mit einem solchen
Durchmesser enthält, daß es sanft in die Ausnehmung 23 am Außenteil 2 gleitet; an
diesen Abschnitt schließt sie ein von einem regelmässigen Sechseck gebildetes Prisma
52 mit den Abmessungen der sechseckigen Durchführung 24 an, die in der Scheibe 3
anzubringen ist; das Werkzeug endet mit einer zylindrischen rotationssymmetrischen
Fläche 53, die so hergestellt ist, daß sie weich in derBohrung 221 des Außenteils
gleitet;sie ist von dem sechseckigen Prisma mittels einer Rille 523 getrennt. Die
zylinlrischen Abschnitte 51 und 53 und das Prisma 52 sind so hergestellt, daß sie
eine gemeinsame Achse aufweisen. Von dem Heft 50 ist eine exakt parallel zu einer
der Facetten 52 des sechseckigen Prismas verlaufende Abflachung 501 abgefräst.
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Das Werkzeug von Fig.5 wird dann in die Ausnehmung 23 des Außenteils
1 eingeführt; das Ende 53 dringt dabei fortschreitend in die Bohrung 30 der Scheibe
3 und dann in die Bohrung 221 der vorderen Stirnfläche ein. ES; wird dann kräftig
und präzise geführt, und das als Lochstanzwerkzeug wirkeflde Prisma 52 schneidet
in die Scheibe 3 die sechseckige Durchführung 31; die entstehenden Späne werden
von der Rille 523 mitgenommen. Unter Verwendung der Abflachung 501 als Bezugsebene
wird dann am Außenteil die ebene Facette 231 gebildet, die auf diese Weise parallel
zu einer der Facetten der sechseckigen Durchführung 31 in der Scheibe 3 verläuft.
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Das Außenteil 2 wird dann wieder in die Drehbank eingespannt, damit
die Stirnfläche 21 und die AusnEhmung 22 gefertigt werden.
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Das oben be8chriebene Anschlußstück bleibt auch dann brauchbar, wenn
die Abweichung der Durchmesser der Fasern des Bündels einige Prozent erreicht. Die
Anordnung der Fasern bleibt sehr genau in einer sechseckigen kompakten Form und
die Abweichung zwischen der Achse der Mittelfaser und der Achse des Bezugszylinders
20 bleibt unter 10 Zum