DE3032267C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schalter für Lichtleitfasern zum optischen Verbinden einer in der einer zweiten Halte­ rung gehaltenen ersten Lichtleitfaser mit einer von mindestens zwei weiteren in einer ersten Halterung gehal­ tenen Lichtleitfasern durch eine Bewegung der zweiten Halterung relativ zu der ersten Halterung, wobei die weiteren Fasern in der zweiten Halterung in je einer einzelnen V-Rille angeordnet sind.

Ein derartiger Schalter ist in einer Veröffentlichung von Hisao Yamamoto und Harno Ogiwara in "Applied Optics", Vol. 17, Nr. 22, vom 15. November 1978, S. 3675 . . . 3678 beschrieben. Der dargestellte Schalter enthält einen Träger, in dem in einer Ebene radial gerichtete Rillen angebracht sind, in denen an einer Seite je Rille eine Faser befestigt ist und an der anderen Seite eine einzel­ ne Faser anzuordnen ist, die mit einer der befestigten Fasern optisch verbunden werden muß. Die einzelne Faser ist in einem Metallrohr gehalten. Bei einem derartigen Schalter erfolgt die Unterbrechung einer Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Faser und das anschließende Herstellen einer Verbindung zwischen der ersten und einer weiteren Faser durch das Herausheben der ersten Faser aus der Rille, die seitliche (laterale) Ver­ schiebung der Faser durch Verschwenken des Metallrohres und das Einführen der Faser in eine folgende Rille. Es ist klar, daß diese Handlungen bei dem dafür erforder­ lichen Gerät eine hohe Präzision erfordern.

Weiterhin dürfen zwischen den Enden der auf obige Weise miteinander verbundenen Fasern keine Abstände größer als einige zehn Mikrometer (30 µm) bestehen, während die Stirnflächen der verbundenen Fasern auch nicht aneinander liegen dürfen. Auch diese Bedingung erfordert eine präzise handzuhabende Vorrichtung zur Halterung und Bewe­ gung des zu verschiebenden Metallrohres mit der Faser. Es ist klar, daß ein Schalter nach obiger Beschreibung eine Anordnung haben muß, die aus Präzisionsteilen aufgebaut und daher teuer ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schalter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er neben den erwähnten Präzisions-Rillen keine weiteren Präzi­ sionsteile enthält und einfach und kostengünstig her­ stellbar ist.

Es soll also ein Schalter geschaffen werden, in dem auf einfache Weise die Schaltfunktion geändert werden kann. Die Schaltfunktion soll darin bestehen, daß beispiels­ weise eine Faser mit einer beliebigen anderen Faser oder zum Beispiel zumindest zwei Fasern mit einer gleich großen Anzahl weiterer Fasern simultan verbunden wird, wobei zwischen den zumindest zwei paarweise verbundenen Fasern ein festes Verhältnis besteht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die V-förmigen Rillen (10) zum Aufnehmen der weiteren Fasern (17) am Umfang der ersten Halterung (1 a) in Richtung einer Längsachse (35) der Halterung und in gleichem Abstand von dieser angeordnet sind und Verbin­ dungslinien von den Rillen zu einem Punkt auf der Längs­ achse alle den gleichen Stichwinkel oder ein Vielfaches dieses Winkels einschließen und zumindest an einer Seite der ersten Halterung (1 a) in eine trichterförmig auslau­ fende Einführöffnung (39) übergehen und daß die erste Lichtleitfaser (29) in der zweiten Halterung (1 b) in einer parallel zur Richtung der Längsachse (35) angeord­ neten V-Rille (10) derart gelagert ist, daß ihr Ende parallel zur Richtung der Längsachse (35) der Halterung verschiebbar ist, wobei die zweite Halterung (1 b) gegen­ über der ersten Halterung (1 a) durch Richtmittel derart ausrichtbar ist, daß die V-Rille in der zweiten Halte­ rung (1 b) mit einer V-Rille der ersten Halterung (1 a) fluchtet und daß die Halterungen (1 a, 1 b) über eine federnde Verbindung miteinander im Eingriff stehen, so daß durch eine der Federwirkung entgegengerichtete Ver­ schiebung der ersten Halterung (1 a) gegen die zweite Halterung (1 b) entlang der Längsachse (35) die Richtmittel außer Eingriff kommen und nach der Verschiebung eine Drehung der ersten Halterung (1 a) gegen die zweite Halte­ rung (1 b) möglich ist, wobei beim Rückfedern die Richt­ mittel wieder in Eingriff kommen.

Als besonders vorteilhafte Ausgestaltung ist vorgesehen, daß die zweite Halterung (1 b) auf einer Stirnseite einen Positionierring (9) trägt, dessen Innenquerschnitt und der zu diesem komplementäre Querschnitt der ersten Halterung (1 a) an der Seite der Einführöffnungen als Richtmittel zusammenwirken.

Der erfindungsgemäße Schalter bietet den Vorteil, daß mit Ausnahme der V-Rillen keine Präzisionsbearbeitungen zu seiner Herstellung erforderlich sind. Bei der Verwendung des Schalters wird zwischen der Lichtleitfaser in der V-Rille der zweiten Halterung und einer der Lichtleit­ fasern in einer der V-Rillen der esten Halterung eine Verbindung verwirklicht. Eine erste Faser ist in der V-Rille der zweiten Halterung und die zweite Faser in einer V-Rille der ersten Halterung befestigt. Die Ver­ bindung wird durch die Verschiebung der zweiten Halterung entgegen der Federwirkung unterbrochen und hierdurch wird die erste Faser aus der V-Rille und aus trichterförmigen Einführöffnungen der ersten Halterung gezogen. Jede Ver­ bindung läßt sich dauerhaft unterbrechen. Hiernach lassen sich die Halterungen gegeneinander verdrehen, wobei die erste Faser gegenüber einer folgenden Einführöffnung gebracht wird. Wird nunmehr die zweite Halterung freige­ geben, wird die erste Faser über eine trichterförmige Einführöffnung in die zugeordnete V-Rille hineingeschoben und mit einer in dieser Rille befestigten Faser verbun­ den, wobei die Richtmittel bewirken, daß die Halterungen dabei die gewünschte Position gegeneinander einnehmen. Damit die V-Rillen in der ersten und zweiten Halterung bei im Eingriff stehenden Richtmitteln fluchten, werden bei der Herstellung der Halterungen zunächst die Richt­ mittel und hiernach die V-Rillen angefertigt, wobei die erste und die zweite Halterung mit im Eingriff stehenden Richtmitteln beispielsweise in eine Fräsmaschine einge­ spannt sind.

Mit dem Positionierring wird erreicht, daß die Halte­ rungen nach dem Auseinanderziehen und nach gegenseitiger Verdrehung nicht zueinander hinbewegt werden können, wenn sich nicht die erste Faser in der zweiten Halterung gegenüber einer Einführöffnung der ersten Halterung befindet, da die Stirnseite der ersten Halterung in den Positionierungsring hineinpassen muß. Die beiden Halte­ rungen können erst dann aufeinander zu bewegt werden, wenn sich der Innenquerschnitt des Positionierungsringes und der dazu komplementäre Querschnitt der ersten Halte­ rung 1 a passend gegenüberstehen. Mit einem derartigen Aufbau ist vermieden, daß das frei herausragende Ende der in der V-Rille der zweiten Halterung befestigten ersten Faser durch einen falschen Schaltvorgang (durch eine Drehung über einen zu kleinen oder zu großen Winkel) beschädigt wird. Die exakte Ausrichtung der Faserenden der ersten Lichtleitfaser und der zweiten Lichtleitfaser aufeinander erfolgt dadurch, daß beide Enden in der gleichen V-Rille liegen. Ein geringfügiger Versatz der ersten Halterung gegenüber der zweiten Halterung ist un­ bedeutend, da durch die Einführöffnungen gleichzeitig auch ein Freiraum für einen seitlichen Lageausgleich ge­ schaffen ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt,

Fig. 2 eine Draufsicht,

Fig. 3 die Vorderansicht einer Halterung.

Der Längsschnitt des Schalters, der in Fig. 1 darge­ stellt ist, zeigt eine erste Halterung 1 a und eine zweite Halterung 1 b. Die erste Halterung 1 a enthält einen ersten Halterungskörper 2 a, einen Klemmring 3, Klemmittel 5 a sowie einen Zahnkranz 7 a. Die zweite Halterung 1 b enthält einen zweiten Halterungskörper 2 b, einen Positionierungsring 9, ein Klemmittel 5 b sowie ein im Positionierungsring 9 befestigtes Andruckmittel 13 in Form einer Blattfeder, deren Andruckkraft mit einer Stellschraube 15 einstellbar ist. Die Halterungs­ körper 2 a und 2 b sind langgezogen und weisen einen regel­ mäßigen (z. B. viereckigen) Querschnitt mit abgeschräg­ ten Ecken 63 auf, wie in Fig. 3 ersichtlich ist. In ei­ ner jeden der vier länglichen Seitenwände des Halterungs­ körpers 2 a sind V-förmige Rillen 10 angebracht (siehe Fig. 3), in denen Lichtleitfasern 17 befestigt sind. Die zwei Halterungskörper 2 a und 2 b werden vorzugsweise in einem Bearbeitungsschritt mit untiefen flachen Ausnehmun­ gen 11 versehen, beispielsweise in einer Fräsbearbeitung, in denen die V-Rillen 10 angebracht werden, die dabei genau fluchten. Die Fasern 17 sind mit je einem Klemm­ mittel 5 a, das aus einem elastischen Kissen 19 (bei­ spielsweise Gummi), einer Andruckplatte 21 und zwei Bolzen 23 besteht, in die Rillen 10 eingeklemmt, und ein sekundärer Mantel 25 der Fasern 17 ist mit dem Klemmring 3 in die im Halterungskörper 2 a gebildeten Rinnen 27 ein­ geklemmt.

Der Halterungskörper 2 b ist an einer Seite mit einer V- förmigen Rille 10 versehen (siehe Fig. 2), in die eine Faser 29 mit dem Klemmittel 5 b eingeklemmt wird, das aus einem elastischen (Gummi-)Kissen 19, eine Andruck­ platte 21 sowie zwei Bolzen 23 besteht. Auf dem Halte­ rungskörper 2 b ist der Positionierungsring 9 befestigt, der mit vier Flügeln 31 ausgerüstet ist, die zu den vier Seiten des Halterungskörpers 2 b parallel verlaufen und bei verbundenem Zustand von zwei Fasern 17 und 29 eben­ falls parallel zu den vier Seiten des Halterungskörpers 2 a. Im Positionierungsring 9 ist ein Andruckmittel 13 in Form einer Phosphorbronze-Blattfeder befestigt, die in Zusammenarbeit mit einer Stellschraube 15 das Ende 33 der Faser 29 zu einer Zentralachse 35 des Schalters hin und in verbundenem Zustand von zwei Fasern 17 und 29 in die V-Rille im Halterungskörper 2 a drückt.

Der Halterungskörper 2 a ist mit einer Durchbohrung 37 versehen, die an der Seite der Einfuhröffnungen 39 ver­ größert ist. In der Ausnehmung, die beispielsweise durch Ausfräsen der Durchbohrung 37 gebildet wurde, ist der ringförmige Zahnkranz 7 a hineingepreßt oder darin ver­ klebt, der mit dem am Halterungskörper 2 b gebildeten Zahnkranz 7 b zusammenarbeiten soll. Vorzugsweise wird der Zahnkranz 7 a in der Durchbohrung 37 geklebt, weil hierdurch mechanische Spannungen und also Verformungen der Halterung 2 a vermieden werden. In der Durchbohrung 37 ist an der Seite eines Zahnkranzes 7 a ein Schrauben­ gewinde 41 gebildet, in dem ein Bolzen 43 befestigt ist. Um den Bolzen 43 herum ist eine Büchse 45 angebracht, die mit einem Innenkragen 47 und einem Außenkragen 49 versehen ist. Am Innenkragen 47 ruht eine Schrauben­ feder 51, die an der anderen Seite des Bolzens 43 an einen Ring 53 anliegt, der von einer Verschlußschraube 55 am Bolzen befestigt ist, der in das mit Schrauben­ gewinde versehene hohle Ende des Bolzens 43 eingeschraubt ist. Mit der Schraubenfeder 51 wird der Außenkragen 49 der Büchse an in einer Durchbohrung 57 des Halterungs­ körpers 2 b gebildeten Rand 59 gedrückt, so daß die Zahnkränze 7 a und 7 b im Eingriff stehen.

In Fig. 2, 3 sind eine Draufsicht, eine Frontan­ sicht und eine dreidimensionale Ansicht des Schalters bzw. der Halterung 1 a dargestellt und es werden hier für entsprechende Teile gleiche Bezugsziffern verwendet.

In Fig. 2 ist klar ersichtlich, daß die Flügel 31 des Positionierungsrings 9 um den Halterungskörper 2 a grei­ fen, wenn die Zahnkränze 7 a und 7 b im Eingriff stehen. Weiter ist der Flügel 31 an der Seite der V-Rille in der Halterung 1 b mit einer Ausnehmung 61 versehen, die eine Markierung 62 auf dem Halterungskörper 2 a freiläßt. Die Lichtleitfasern 17 in den V-Rillen der Halterung 1 a werden unter das hierbei lockere Klemmittel hindurch bis zur Markierung 62 vorgeschoben, wonach die Fasern 17 mit dem Klemmittel 5 a fixiert werden. Das Anbringen und Verschieben einer Faser 17 in der V-Rille kann ohne op­ tische Hilfsmittel erfolgen, weil das Faserende nicht genau die Markierung 62 zu erreichen braucht, was weiter unten näher erläutert wird. Es hat sich herausgestellt, daß Toleranzen von wenigen zehn µ bis zu einem halben Millimeter in der Lage des Faserendes den Koppelwir­ kungsgrad nicht beeinflussen. Nachdem in jeder V-Rille 10 in der Halterung 1 a eine Faser 17 angeordnet und fixiert ist, wird mit dem Klemmring 3 der senkundäre Mantel 25 der Fasern eingeklemmt. Die Faser 29, die in der Halte­ rung 1 b befestigt wird, wird in die V-Rille 10 hinein­ geschoben, nachdem die zwei Halterungen 1 a und 1 b gegen die Federwirkung auseinandergezogen und eine Achtel­ drehung gegeneinander verdreht sind. Der Positionierungs­ ring 9 ruht in dieser Stellung nach der Freigabe einer Halterung mit den Flügeln 31 auf den Ecken 63 des Hal­ terungskörpers 2 a. In dieser Positionierung der Hal­ terungen 1 a und 1 b wird die Faser 29 in die Rille der Halterung 1 b an der Druckfeder 13 vorbei und bis kurz vor dem Außenrand 65 des Positionierungsrings 9 gescho­ ben, so daß die Faser den Halterungskörper 2 a gerade nicht berührt. Die Faser wird festgeklemmt, wonach der Schalter gebrauchsfertig ist, wobei die Faser 29 beim Verdrehen der einen Halterung gegen die andere nicht beschädigt werden kann.

Wird die Halterung 1 a gegen die Halterung 1 b verdreht, umfassen die Flügel in einer bestimmten Stellung der Halterung 1 a gegen die Halterung 1 b die flachen Seiten des Halterungskörpers 2 a. Die Folge davon ist, daß durch die Federwirkung der Schraubenfeder 51 die Hal­ terungen zueinander hingezogen werden, wobei die in der Halterung 1 b montierte Faser durch eine Einfuhröffnung 39 in eine V-Rille der Halterung 1 a hineingeschoben wird, während die Blattfeder die Faser 29 unter Druck in der V-Rille hält, und ein Ende der Faser 29 sich an ein Ende der in der V-Rille der Halterung 1 a angeordneten Faser legt.

Bei der Bewegung der Halterungen 1 a und 1 b zueinander hin kommen die Zahnkränze 7 a und 7 b in Eingriff, wo­ durch beim Anlegen der Faserenden aneinander eine Prä­ zisierung der Position der Halterungen 1 a und 1 b gegen­ einander erfolgt. Da der Außenrand 65 vorbei der Mar­ kierung 62 ragt, liegen die Stirnflächen der so ver­ bundenen Faser bereits aneinander, bevor die Bewegung der Halterungen zueinander hin vollendet ist. Zum Auf­ fangen der hierbei auftretenden Bewegung der Faser nach dem Anlegen der Stirnflächen aneinander ist zwischen dem Positionierungsring 9 und dem Klemmittel 5 b ein Aus­ dehnungsraum 67 geschaffen, in dem sich die Faser krümmt, um die weitere Bewegung aufzufangen. Der Ring 31 schließt die Faser 29 derart in der V-Rille 33 ein, daß sie nur eine axiale Verschiebung erfahren kann. Der Vorteil da­ bei ist, daß die Stirnflächen immer unter einem leichten Druck aneinander anliegen. Hiermit wird gleichzeitig Ausdehnung und Schrumpfung der Fasern und verschiedener Teile bei Temperaturschwankungen eingefangen.

Indem nunmehr die zwei Halterungen 1 a und 1 b auseinander­ gezogen und gegeneinander verdreht und wieder aufeinander hinbewegt werden, läßt sich eine Verbindung zwischen einer ersten und einer zweiten Faser unterbrechen und zwischen der zweiten und einer dritten Faser verwirk­ lichen. Eine optische Verbindung wird aus- und eine andere optische Verbindung eingeschaltet, wobei beim Schalten keine Präzisionshandlungen erforderlich sind.

Bei der Betriebsfertigmachung des Schalters kann selbstverständlich auch erst die Faser 29 in die V-Rille gebracht werden, wobei das Faserende zwischen der Mar­ kierung 62 und dem Außenrand 65 angeordnet wird. An­ schließend werden die Halterungen 1 a und 1 b auseinander­ gezogen und die Halterungen gegeneinander verdreht, so daß die Flügel 31 auf dem Halterungskörper 2 a ruhen. Danach werden auf die bereits beschriebene Weise die Fasern 17 in die Rillen der Halterung 1 a gebracht. Selbst­ verständlich ist es möglich, die Halterung 1 b mit mehr als einer Rille auszurüsten, wodurch die Möglichkeit der gleichzeitigen Ein- oder Ausschaltung mehrerer op­ tischer Verbindungen entsteht. Weiter ist es klar, daß auch die Halterung 1 b mit einem Klemmring oder etwas der­ artigem versehen werden kann, um den sekundären Mantel der Faser(n) zu fixieren.

Die Halterungskörper 2 a und 2 b, der Positionierungsring 9, die Andruckplatten 21 und der Klemmring 3 können aus einem Metall oder aus Kunststoff hergestellt sein. Im letzten Fall kann ein Spritzguß-Verfahren vorteilhaft angewandt werden. Es ist jedoch wichtig, daß die V-Rille an der Stelle der Verbindung zwischen den Faserenden hart und steif ist. Wird jetzt für die Herstellung des Halterungskörpers 2 a Kunststoff verwendet, kann die V-Rille in einer Hartmetall- oder Glasplatte angebracht werden, die in eine Ausnehmung im Halterungskörper 2 a eingesetzt wird.

Zwischen den zu verbindenden Faserenden kann zur Ver­ besserung der Kopplungsausbeute eine Kopplungsflüssig­ keit mit an die Brechungsindizes der Fasern angepaßtem Brechungsindex benutzt werden. Abhängig von der Visko­ sität der Kopplungsflüssigkeit kann sie beim Schalten als Stoßdämpfer zwischen den Faserenden arbeiten. Die Lichtdämpfung, die bei einem erfindungsgemäßen Schal­ ter gemessen wurde, betrug 0,2 dB. Bei der Messung wur­ de eine Kopplungsflüssigkeit zwischen Fasern mit einem aktiven Kerndurchmesser von 50 mm und mit einem parabel­ förmigen Brechungsindexverlauf als Funktion des Faser­ kernradius verwendet.

Claims (4)

1. Schalter für Lichtleitfasern zum optischen Verbinden einer in einer zweiten Halterung gehaltenen ersten Lichtleitfaser mit einer von mindestens zwei weiteren in einer ersten Halterung gehaltenen Lichtleitfasern durch eine Bewegung der zweiten Halterung relativ zu der ersten Halterung, wobei die weiteren Fasern in der zweiten Halterung in je einer einzelnen V-Rille angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die V-förmigen Rillen (10) zum Aufnehmen der weiteren Fasern (17) am Umfang der ersten Halterung (1 a) in Richtung einer Längsachse (35) der Halterung und in gleichem Abstand von dieser angeord­ net sind und Verbindungslinien von den Rillen zu einem Punkt auf der Längsachse alle den gleichen Stichwinkel oder ein Vielfaches dieses Winkels einschließen und zumindest an einer Seite der ersten Halterung (1 a) in eine trichterförmig auslaufende Einführöffnung (39) über­ gehen und daß die erste Lichtleitfaser (29) in der zwei­ ten Halterung (1 b) in einer parallel zur Richtung der Längsachse (35) angeordneten V-Rille (10) derart gelagert ist, daß ihr Ende parallel zur Richtung der Längs­ achse (35) der Halterung verschiebbar ist, wobei die zweite Halterung (1 b) gegenüber der ersten Halterung (1 a) durch Richtmittel derart ausrichtbar ist, daß die V-Rille in der zweiten Halterung (1 b) mit einer V-Rille der ersten Halterung (1 a) fluchtet und daß die Halte­ rungen (1 a, 1 b) über eine federnde Verbindung miteinander im Eingriff stehen, so daß durch eine der Federwirkung entgegengerichtete Verschiebung der ersten Halterung (1 a) gegen die zweite Halterung (1 b) entlang der Längsachse (35) die Richtmittel außer Eingriff kommen und nach der Ver­ schiebung eine Drehung der ersten Halterung (1 a) gegen die zweite Halterung (1 b) möglich ist, wobei beim Rückfedern die Richtmittel wieder in Eingriff kommen.

2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halterung (1 b) auf einer Stirnseite einen Positionierungsring (9) trägt, dessen Innenquerschnitt und der zu diesem komplementäre Querschnitt der ersten Halterung (1 a) an der Seite der Einführöffnungen als Richtmittel zusammenwirken.

3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die zweite Halterung an einem Ende mit einem Klemmittel zum Einklemmen der in der V-Rille anzuordnenden Faser und am anderen Ende mit einem Andruckmittel versehen ist, das ein Ende einer in der V-Rille der zweiten Halterung angeordneten Faser in eine V-Rille der ersten Halterung drückt, wenn die Richtmittel in Eingriff sind, wobei zwischen dem Klemm- und dem Andruckmittel ein Ausdehnungsraum für die Faser vorge­ sehen ist.

4. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halterung (1 b) auf einer zur ersten Halterung (1 a) gerichteten Stirnfläche mit einem quer zur Längsachse (35) gerichteten und konzentrisch um die Längsachse (35) angeordneten Zahn­ kranz (7 a) versehen ist, der mit einem zweiten Zahn­ kranz (7 b) auf einer Stirnfläche der zweiten Halte­ rung (1 b) zusammenwirkt.