DE2623389A1 - Vorrichtung zur verbindung einer lasereffektdiode mit einem lichtleiter - Google Patents

Vorrichtung zur verbindung einer lasereffektdiode mit einem lichtleiter

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DE2623389A1 DE19762623389 DE2623389A DE2623389A1 DE 2623389 A1 DE2623389 A1 DE 2623389A1 DE 19762623389 DE19762623389 DE 19762623389 DE 2623389 A DE2623389 A DE 2623389A DE 2623389 A1 DE2623389 A1 DE 2623389A1
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Description

PATENTANWALT DJpl.-Ing. RisdcJf P^Güua
Reutlingen/ V/Orft,
HindenbLTgSfr.65-Telefon347f8 9 R 9 'i ^ Q Q
P 2808
Anmelder; 1. Herr Georges LE HOANE
Kerrougants Bras F-22 730 Tregastel /Frankreich
2. Herr Andre MATHEHN
Route du Busquet
F-22 300 Breievenez-Lannion /Frankreich
Vorrichtung zur Verbindung einer Lasereffektdiode mit einem Lichtleiter
Die Erfindung "betrifft eine Verbindungsvorrichtung für eine Lasereffektdiode in einem Übertragungssystem mit Lichtleitern.
Bisher sind solche Verbindungen nur im Versuchsstadium vorgenommen worden, wobei die miteinander zu verbindenden Elemente, die aufeinander ausgerichtet werden müssen, in Mikro-
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meter-Einstellvorrichtungen gehalten sind, die eine Verstellung in drei senkrecht zueinander stehenden Richtungen erlauben. Solche Versuchsanordnungen können natürlich beim praktischen Sinsatz solcher Verbindungsvorrichtungen in einem Übertragungssystem mit Lichtleitern nicht befriedigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die das Lösen der Verbindung und ein anschließendes Wiederherstellen der Verbindung der Lasereffektdiode mit einem Lichtleiter erlaubt. Die Vorrichtung soll leicht betätigbar und zuverlässig sein, einen guten Schutz der Diode und des Lichtleiters gewährleisten, ein Minimum an Kopplungsverlusten erbringen, stabil gegen Stöße und Schwingungen, Temperaturschwankungen, Feuchtigkeitseinflüsse und andere Umwelteinflüsse sein und schließlich auch ein leichtes und rasches Auswechseln sowohl der Diode als auch des Lichtleiters erlauben.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Verbindungsvorrichtung gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen im wesentlichen rohrförmigen Rotationskörper besitzt, der an seinem vorderen Ende erste Verbindungselemente zwischen der Diode und ihrem Versorgungskreis einerseits und einer Pokallinse andererseits und an seinem hinteren Ende zweiteVerbindungselemente zum Anschluß eines Lichtleiters aufweist, und daß die ersten Verbindungselemente so ausgelegt sind, daß sie eine Änderung des axialen Abstandes zwischen der Diode und der ITokal-
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linse erlauben, und die von den ersten Verbindungselementen unabhängigen zweiten Verbindungselemente so ausgelegt sind, daß sie eine Ausrichtung des Endes des Lichtleiters in einer senkrecht zur Achse der Verbindungsvorrichtung und durch den durch die Linse gebildeten Brennpunkt des von der Diode gelieferten Lichtstrahles verlaufenden Ebene erlauben·
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt·
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.
Im einzelnen zeigenx
Fig. 1 ein Schemabild, das die in
z-Eichtung auszuführende Einstellung der Linse gegenüber der Diode und die in der xy-Ebene zu bewirkende Ausrichtung des inneren Endes des Lichtleiters veranschaulicht ;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch eine er
findungsgemäß ausgebildete Verbindungevorrichtung·
man eine Lasereffektdiode D und einen Lichtleiter F,
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insbesondere einen aus vielen Lichtleitfasern mit schwacher Lichtdämpfung bestehenden Lichtleiter, miteinander koppeln, versucht man, in den Lichtleiter ein Maximum an von der Diode gelieferter Lichtenergie einzuleiten. Nun hat aber die Diode ein Emissionsdiagramm, das dem Lichtleiter venig angepaßt ist, da der Lichtleiter eine nur sehr kleine Aufnahmeoberfläche hat, die üblicherweise einer Kreisfläche von 20 Aim Durchmesser pro Lichtleitfaser entspricht, und eine schwaohe "Aufnahmekapazität oder numerische Öffnung11 hat, die üblicherweise durch einen Einfallswinkel definiert ist, der höchstens 8 beträgt· Im Falle einer direkten Verbindung der Diode mit dem Lichtleiter könnte man kaum auf eine Lichtausnutzung in der Größenordnung von 10/6 hoffen. Es ist daher angezeigt, bei der Verwirklichung einer solchen Verbindung zwischen die Diode und den Lichtleiter eine Optik einzubringen, die in einfacher Ausführungsform aus einer in Fig. 1 angedeuteten Linse L besteht, insbesondere einer Linse mit einem Einfallsgradienten, der durch seine geometrischen und optischen Eigenschaften an das zu lösende Problem besonders gut angepaßt ist.
Es ist unmöglich, von vornherein zu sagen, daß eine besondere Lasereffektdiode eine genau bestimmte Emission auf einer Bezugsfläche ihres Gehäuses haben wird. Daher ist es auch notwendig, wie in Fig. 1 gezeigt ist, einerseits eine Einstellbarkeit der Linse L entlang einer Achse z'z zwischen zwei nicht weit voneinander entfernt
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liegenden Punkten a, b vorzusehen, um bei einer gegebenen Diode sicherzustellen, daß eine Bündelung des Lichtes in einem Punkt A einer Ebene P erfolgt, die senkrecht zur Achse z'z durch einen Punkt B dieser Achse und in der Bndfläche des Lichtleiters Ϊ1 verläuft, und andererseits eine Einstellbarkeit dieser Endfläche des Lichtleiters i1 in der Ebene P vorzusehen, damit sie auf den Punkt A ausgerichtet werden kann, was durch eine Verstellung in Sichtung der einen und/ oder der anderen Achse von zwei orthogonalen Achsen χ 1X, y'y in dieser Ebene P, die sich im Punkt B schneiden, erfolgen kann.
Wird beispielsweise ein Mehrfachlichtleiter mit einem Kerndurchmesser von 85yum verwendet, hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, einen Abstand a b von etwa 2 mm und eine Terstellbarkeit entlang der Achsen x'x, y'y von etwa 0,5 mm in beiden Eichtungen vorzusehen.
Gemäß Fig. 2 weist die Verbindungsvorrichtung einen im wesentlichen hohlzylindrischen Körper 1 auf, der auf seiner Vorderseite einen Gehäuseteil 10 zur Aufnahme einer Lasereffektdiode D mit einer Schaltungsplatte C für den gedruckten VersorgungsStromkreis sowie einer Linse L aufweist. Die Stellung der Linse L in Bezug auf die Lasereffektdiode D ist einstellbar. In seinem hinteren Teil bildet der Körper 1 einen Gehäuseteil 50 zur Aufnahme eines Lichtleiters i1, der sich in Bezug auf die geometrische Achse des Körpers 1 verstellen läßt.
• . .6
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Mit seinem vorderen Gehäuseteil 10 ist der rohrförmige Körper 1 mit einem hohlzylindrischen Sockel 11 verbunden, der eine Rückwand 111 und einen Anschlußflansch aufweist, der den Patrizenteil einer ersten Schnellkupplung bildet. Der Matrizenteil dieser Kupplung ist eine den Sockel übergreifende Überwurfmutter 12, die einerseits an ihrem Durchlaß mit einem Außengewinde des Körpers 1 und andererseits über zwei schraubenförmige Schlitze mit zwei vom Sockel 11 abstehenden Stiften 113 zusammenwirkt, um den Körper 1 mit dem Sockel zu verbinden. Die Kupplung ist durch zwei Dichtungsringe 13 elastisch gehalten, die zwischen der Rückwand der Überwurfmutter und einem Kragen 102 des Körpers 1 eingespannt sind. Der Sockel 11 ist beispielsweise mittels vier Schrauben 114 direkt auf der gedruckten Schaltungsplatte C für den TersorgungsStromkreis der Lasereffektdiode D befestigt, die mit einem Anschlußstiel Dfi durch die Rückwand 111 des Sockels 11 und die gedruckte Schalterplatte C hindurchragt und auf der Schalterplatte G festgelötet ist.
Die Lasereffektdiode D ist mit ihrem Gehäuse in eine erste Buchse 21 eingeschraubt, die ihrerseits mit Preßsitz in eine zweite Buchse 22 eingesetzt ist, die mit Gleitsitz im Körper 1 sitzt und in welcher außerdem eine dritte Buchse 23» welche die Linse L trägt und die vorzugsweise mit einer Verstellskala versehen ist, verschiebbar gelagert ist.
In die zentrale Durchgangsbohrung der Buchse 23 ist
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mit leichtem Spiel die Linse L eingesetzt, die in ihrer "bestimmten Stellung mit Hilfe einer Druckschraube 2311 die beispielsweise aus Kunststoff "bestehen kann, festgehalten ist. Die Buchse 23 ist mit zwei einander diametral entgegengesetzt und koaxial angeordneten zylindrischen Stiften 232 versehen, die in zwei einander diametral entgegengesetzten geradlinigen Schlitzen 103 des Körpers 1 frei gleiten. Die so geführte Buchse 23 kann mit Hilfe von zwei Händelmuttern 24 verstellt werden, die mit dem Außengewinde 104 des Körpers 1 zusammenwirken, um die Längsstellung der Linse L in Bezug auf die Lasereffektdiode D zu verändern. Durch passende Betätigung der Händelmuttern 24 kann man nicht nur die Verstellung der Linse L betreiben, sondern anschließend auch die Linse L in der eingestellten Lage verriegeln.
Mit seinem hinteren Gehäuseteil 30 ist der Körper mit dem hinteren Teil einer Trägerbuchse 3I des Lichtleiters F verbunden und bildet dabei den Patrizenteil einer zweiten Schnellkupplung, die analog der ersten Schnellkupplung aufgebaut ist. Der Matrizenteil dieser Kupplung wird von einer überwurfmutter 32 gebildet, die den Körper 1 umfängt und über zwei schraubenförmig verlaufende Schlitze mit zwei Stiften 105 des Körpers 1 zusammenwirkt, um den Körper mit der Trägerbuchse 3I zu verbinden. Auch diese Kupplung ist durch zwei Dichtungsringe 33 elastisch gehal-
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ten, die zwischen der Bückwand der Überwurfmutter 32 und einem Kragen 312 der Trägerbuchse 31 eingespannt sind.
Der hintere Teil der Trägerbuchse 31 ist mit einer quasi "blinden Ausnehmung 313 versehen, in welche mit dichtem Gleitsitz ein Tampon 34 aus elastomerem Material, "beispielsweise aus Silikonkautschuk, und koaxial zu ihm ein Metallstopfen 35 eingesetzt sind.
Es besteht ein durchgehender zentraler Kanal 36 (in Pig· 2 von rechts nach links) durch den Metallstopfen 35» ä.en Tampon 34 und die Trägerbuchse 3I. Im Bereich des Metallstopfens 35 hat der zentrale Kanal zunächst einen Durchmesser, der dem Durchmesser des Schutzmantels G des Lichtleiters i1 entspricht, verjüngt sich aber dann konisch einwärts in Sichtung auf den Tampon 34 auf einen kleineren Durchmesser. Im Bereich der Trägerbuchse 3I hat der zentrale Kanal zunächst einen wesentlich größeren Durchmesser als der Lichtleiter, verjüngt sich aber dann konisch, um in einer kalibrierten Öffnung 36I zu enden, die dem sich dort befindlichen äußeren Ende des Lichtleiters I1 nur ein kleines Spiel von beispielsweise 10 /um läßt, das zulässig ist, ohne die ifbertragungsqualität der Verbindungsvorrichtung zu beeinträchtigen.
Eine Mutter 37» welche das hintere Ende der Träger-
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■buchse 31 umfängt, wirkt einerseits mit einem Außengewinde der Trägerbuchse 31 und andererseits mit seiner Rückwandung mit einer Hingschulter 351 des Metallstopfens 35 zusammen, um den Tampon 34 zusammenzudrücken« Dadurch wird der Durchmesser des zentralen Durchgangskanals im Tampon so weit vermindert, daß der ihn durchlaufende Lichtleiter P dort eingespannt wird. Der Lichtleiter i1 wird also nicht "ergriffen" im echten Sinn dieses Wortes, sondern wird weich und elastisch gehalten, wodurch die Gefahr eines Bruches der Fasern des Lichtleiters bei auftretenden Stoßen oder Schwingungen beträchtlich vermindert wird. Aber auch der Schutzmantel G ist im hinteren Teil des Durchgangskanalβ im Metallstopfen 35 durch Umfassung und Verkleben fixiert, wie noch erläutert wird. Das Einbringen des Klebstoffes erfolgt durch eine seitliche Öffnung 362 im Metallstopfen 35.
Der vordere Teil der Trägerbuchse 31 ist mit dichtem Gleitsitz in einen Sotationshüllkörper 38 eingeschoben, der an seinem vorderen Ende einen einwärtsgerichteten Anschlagbund 381 für die Trägerbuchse 31 aufweist, der seinerseits an einem einwärtsgerichteten Bund 106 des Körpers 1 anliegt. An seinem hinteren Ende weist der Rotationshüllkörper 38 einen Außenwulst 382 auf. Der Außenwulst 382 ist mit starker Reibung in den Körper 1 eingeschoben, erlaubt jedoch eine Ausrichtung (Verstellung in der xy-Ebene) des Rota-
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tionshüllkörpers 38 und damit des äußeren Endes des Lichtleiters F. Die Verstellung erfolgt mittels vier Schrauben 383 zum Pressen und Feststellen, die in den Körper 1 eingeschraubt sind und auf das freie Ende des Hotationshüllkörpers 38 einwirken. Die vier Schrauben sind paarweise koaxial angeordnet und in zwei senkrecht zueinander verlaufende Achsen χ und y in einer Querschnittsebene des Körpers 1 ausgerichtet. Zwischen dem Körper 1 und dem Rotationshüllkörper 38 ist eine Ringdichtung 39 eingefügt, welche die Aufgabe hat, bei gelösten Schrauben 383 den Rotationshüllkörper 38 in eine koaxial zum Körper 1 gerichtete Ausgangsstellung zurückzubewegen, und die vor jeder Einstellbewegung erlaubt, einen ausreichenden Bruchteil der von der Linse L kommenden Lichtleistung zu erfassen, um die Einstellung vornehmen zu können.
Damit nach dem Ersatz eines Lichtleiters durch einen anderen die Einstellung der Öffnung 3^1 des Kanales 36 nicht verlorengeht, ist es erforderlich, die Winkellage der Trägerbuchse 31 sehr genau zu erfassen, damit sie sehr genau wiedereingestellt werden kann. Zu diesem Zweck ist die Trägerbuchse 31 an ihrem Umfang mit einer axial gerichteten Nut versehen, die mit einem in den Körper 1 eingesetzten Paßkeil 107 zusammenwirkt.
Die vorstehend beschriebene Verbindungsvorrichtung wird vorzugsweise folgendermaßen benutzt:
...11
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Bei der ersten Benutzung wird zuerst ein Justierlichtleiter verwendet, dessen Endfläche mit einer an sich bekannten Bruchtechnik vorbereitet worden ist. Man führt diesen Justierlichtleiter in die Trägerbuchse 31 ein, bis sein Ende gegen eine Platte stößt, die auf die ebene Frontseite dieser Trägerbuchse gelegt ist, und man fixiert den Lichtleiter in der Trägerbuchse durch Anziehen der Mutter 37» welche den Tampon 34 durch Brück auf den Metallstopfen 35 zusammenpreßt. Anschließend wird die Trägerbuchse bis zum Anschlag und bis zum Einrasten des Paßkeiles 107 in die zugeordnete Nut der Trägerbuchse 31 in den Eotationshüllkörper 38 eingeschoben· Bann wird die Trägerbuohse 31 im Körper mittels der Überwurfmutter 32 befestigt.
Anschließend können die gewünschten Einstellungen unter Verwendung eines Meßapparates vorgenommen werden, der den Energiewert des aus dem Lichtleiter austretenden Lichtes anzeigt.
Man betätigt in einem ersten Einstellvorgang die Bändelmuttern 34» um die Linse L in der Richtung ζ zu verstellen und anschließend in der eingestellten Lage zu verriegeln. In einem zweiten Einstellvorgang werden die Schrauben 383 betätigt, um die Teile 31-38 und damit die Endfläche des Lichtleiters in der xy-Ebene auszurichten und schließlich in der eingestellten Lage zu
...12
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fixieren. Man kann die erste Einstellung noch dadurch verbessern, daß eine erneute Einstellung in der z-Achse und anschließend in der xy-Ebene vorgenommen wird·
Es genügt nun, den Justierlichtleiter durch einen echten Lichtleiter Ϊ1 zu ersetzen, dessen Ende vorbehandelt worden ist u-xd der wie der Justierlichtleiter in Längsrichtung angeordnet wird, so daß ohne Änderung einer Einstellung die Lichtübertragung eine maximale bleibt. Der Schutzmantel G des Lichtleiters I1 wird im Metallstopfen 35 durch Einführen von Klebstoff durch die Öffnung 362 befestigt. In gleicher Weise geht man beim Auswechseln eines Lichtleiters i1 nach einem eventuellen Bruch des Lichtleiters oder aus irgend einem anderen Anlaß vor.
Wird dagegen ein Auswechseln der Lasereffektdiode D wegen eines Defekts dieser Diode erforderlich, wird der Körper 1 vom Sockel 11 getrennt, an welchem die gedruckte Schaltungsplatte G befestigt bleibt. Gelöst werden außerdem die die Diode umgebende Buchse 21 sowie die Buchse 22, um die defekte Lasereffektdiode herausziehen und durch eine neue ersetzen zu können· Anschließend wird der Körper 1 wieder mit dem Sockel 11 verbunden und werden die vorstehend genannten Einstellungen in der z-Bichtung und in der xy-Ebene vorgenommen.
Zum Abkoppeln des Lichtleiters F genügt das Lösen der
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tTberwurfmuttex 32 und das Herausziehen der Trägerbuchse 31 aus dem Hotationshüllkörper 38.
Die Einstellungen der Lage der Linse und der Stellung der Achse des Lichtleiters in bezug auf die geometrische Achse der Verbindungsvorrichtung werden "bei jeder Anbringung einer Lasereffektdiode vorgenommen. Bei einem anschließenden Abkoppeln und Ueuanschluß des Lichtleiters, braucht aber keine erneute Einstellung vorgenommen werden. Die Verbindungsvorrichtung ist in ihrer Wirkung und Genauigkeit den Laboratoriumseinrichtungen gleichwertig, bei denen mit Mikroeinstellvorrichtungen gearbeitet wird.
...14
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Claims (6)

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    Patentansprüche :
    ( 1. /Vorrichtung zur Verbindung einer Lasereffekt diode ^—' in einem Übertragungssystem mit einem Lichtleiter, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen im wesentlichen rohrförmigen Körper (1) besitzt, der an seinem vorderen Ende erste Verbindungselemente (im Gehäuseteil 10) zwischen der Lasereffektdiode (J)) und ihrem VersorgungsStromkreis (Schalterplatte G) einerseits und einer Linse (l) andererseits und an seinem hinteren Ende zweite Verbindungselemente (in einem Gehäuseteil 30) zum Anschluß eines Lichtleiters (i1) aufweist, und daß die ersten Verbindungselemente so ausgelegt sind, daß sie eine Änderung (in z-Richtung) des axialen Abstandes zwischen der Diode (d) und der Linse (L) erlauben, und die von den ersten Verbindungselementen unabhängigen zweiten Verbindungselemente so ausgelegt sind, daß sie eine Ausrichtung (in x,y-Eichtung) des Endes des Lichtleiters (i1) in einer senkrecht zur Achse der Verbindungsvorrichtung und durch den durch die Linse (l) gebildeten Brennpunkt des von der Lasereffektdiode (d) gelieferten Lichtstrahles verlaufenden Ebene erlauben.
    ...15
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  2. 2. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Verbindungselemente folgende Teile umfassen:
    eine erste, zur Aufnahme der Lasereffektdiode (B) dienende Buchse (21), die mit Paßsitz in eine zweite Buchse (22) eingesetzt ist, die im Körper (1) in eine "bestimmte Stellung einsetzbar ist und in welcher mit leichter Reibung eine dritte, die Linse (L) tragende Buchse (23) verschiebbar gelagert istj radiale, zur Einstellung der Linse (L) dienende und in die Buchse (23) eingeschraubte Stifte (232), die in axial gerichteten Schlitzen (103) des Körpers (1) frei gleiten können und in der z-Richtung mit Hilfe von Eändelmuttera (24) verstellbar und feststellbar sind, welche zu beiden Seiten der Stifte auf einem Außengewinde des Körpers (1) angeordnet sind.
  3. 3. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Verbindungselemente folgende Teile aufweisen:
    eine Trägerbuchse (3I) zur Befestigung eines Lichtleiters (i1), insbesondere in Längsrichtung, wobei der Lichtleiter (F) durch einen zentralen Kanal (36) der Tragerbuchse (3I)
    ,16
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    verläuft und das innere Ende des Lichtleiters sich genau in der Ebene einer kalibrierten Öffnung (J61) der inneren Stirnseite der Trägerbuchse (31) befindet und der Lichtleiter (F) mit Hilfe eines elastischen Tampon (34)» der mittels eines von einer Mutter (37) beaufschlagten Metallstopfens (35) zusammenpreßbar ist, gehalten ist, wobei die Trägerbuchse (31) mit leichter Reibung in eine bestimmte Stellung in Axialrichtung in einen Rotationshüllkörper (38) eingeschoben ist, der an seinem hinteren Ende mit einem Wulstrand (382) versehen ist, der mit starker Reibung in den Körper (1) eingesetzt ist und dem Rotationshüllkörper (38) eine gewisse Verstellfreiheit läßt} vier radial gerichtete Schrauben (383), die paarweise miteinander in der x-Richtung und y-Richtung fluchten und auf das freie Ende des Rotationshüllkörpers (38) zum Ausrichten dieses Rotationshüllkörpers in der x-Riohtung und y-Richtung gegen die Rückstellkraft einer Ringdichtung (39) einwirken, welche den Rotationshüllkörper (38) in eine Koaxialstellung zum Körper (1) auszurichten trachtet.
  4. 4. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie zwei an sich bekannte Schnellverschlußkupplungen aufweist, die jeweils aus einer Überwurfmutter bestehen, die über den Außenumfang eines Patrizenelementes der
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    Kupplung schiebbar ist und mit zwei radialen Stiften mit zwei schraubenförmigen Schlitzen zusammenwirken, und daß jeweils mindestens ein Dichtungsring zwischen der Rückwand der Überwurfmutter und einem festen Kragen des Patrizenteils der Kupplung eingespannt ist.
  5. 5. Verbindungsvorrichtung nach Anspruch 4f dadurch gekennzeichnet, daß bei der ersten Schnellkupplung das Patrizenelement durch den Körper (1) und das Matrizenelement durch einen Sockel (11) gebildet ist, der starr auf einer Schaltungsplatte (G) für die Stromversorgung der Lasereffektdiode (d) befestigt istj und daß bei der zweiten Schnellkupplung das Patrizenelement die Trägerbuchse (31) und das Matrizenelement der Körper (1) ist·
  6. 6. Verbindungsvorrichtung nach einem der Ansprüche
    1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerbuchse (31) auf ihrer Außenseite eine axial gerichtete ETut aufweist, die mit einem in den Körper (1) eingesetzten Paßkeil (I07) zusammenwirkt.
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    Le e rs e i te
DE2623389A 1975-05-27 1976-05-25 Vorrichtung zur Verbindung einer Laserdiode mit einem Lichtleiter Expired DE2623389C3 (de)

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JP (1) JPS51145332A (de)
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