DE3107553C2

DE3107553C2 - Vorrichtung zum selbsttätigen Ausrichten und Anschließen mindestens einer optischen Faserleitung in Steckverbindern

Info

Publication number: DE3107553C2
Application number: DE3107553A
Authority: DE
Inventors: Peter Flemington Hunterdon N.J. Garner; Kevin Scott Sergantsville Hunterdon N.J. Gordon; Nicholas Mountainide Union N.J. Stancati
Original assignee: Thomas and Betts Corp
Current assignee: ABB Installation Products Inc
Priority date: 1980-03-03
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1983-10-13
Also published as: CA1149654A; DE8105665U1; GB2070799A; AU524578B2; FR2477290B1; GB2070799B; IT8147901A0; US4378145A; AU6798181A; DE3107553A1; SE8101331L; IT1170761B; JPS56135813A; FR2477290A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf das Anschließen eines optischen Elementes wie etwa einer optischen Faser. Ein Gehäuse besitzt ein Eingangsloch für die Faser und die Anschlußvorrichtung definiert gegenseitig bzw. wechselseitig diskontinuierliche Oberflächen in anstoßender Beziehung zur Endfläche der Faser, wobei die Oberflächen sich in einem kreisförmigen Ort im Abstand voneinander befinden, und der Ort einen Durchmesser besitzt, welcher nicht größer ist als der Durchmesser der Faser.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen Ausrichten und Anschließen mindestens einer optischen Faserleitung in Steckverbindern mit einer Hülse und in dieser befindlichen, an die Faserleitung anlegbaren Anlageflächen.

Bei der Verbindung von optischen Faserleitungen zu einer Lichtleitung in einem Steckverbinder stellt sich die Aufgabe, die Faserleitungen so aufeinander auszurichten, daß ihre Mittelachsen auf einer Geraden liegen. Nur dann wird gewährleistet, daß die Lichtverluste beim Übergang des Lichtes von der einen auf die andere Leitung gering bleiben. Zu diesem selbsttätigen Ausrichten der Faserleitungen sind Vorrichtungen bekannt, bei denen Anlageflächen am Umfang der Faserleitungen anliegen. Über diese Anlageflächen werden radial Druckkräfte auf die Faserleitungen ausgeübt Dadurch werden diese in eine bestimmte Richtung bewegt und damit ausgerichtet Die Faserleitungen erhalten jedoch ein gewisses Spiel bei. Es ist nicht sichergestellt, daß die beiden zu verbindenden Faserleitungen exakt entlang einer einzigen Geradan ausgerichtet werden.

Hiervon ausgehend stellt sich die Aufgabe, eine

Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so

ίο auszubilden, daß die Faserleitungen genau miteinander ausgerichtet werden. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich nach der Erfindung dadurch, daß die Anlageflächen an den Rand der Stirnseite der Faserleitung anlegbar sind und unter gegenseitigem Abstand auf einem Kreis angeordnet sind, wobei der durch die Anlageflächen gebildete Innenkreis einen geringeren Durchmesser als die Faserleitung besitzt

Diese Konstruktion hat die Folge, daß die Faserleitungen mit ihrer Stirnseite an den Anlageflächen anliegen. Da sie mit axialem Druck an diese angedrückt werden, werden sie dabei axial ausgerichtet Dabei können die Faserleitungen nicht durch die Anlageflächen durchtreten. Zwei miteinander zu verbindende Faserleitungen liegen damit in dem Steckverbinder axial etwas auseinander. Zwischen ihnen bleibt ein sehr schmaler Spalt offen. Die in diesem auftretenden Lichtverluste sind gering. Durch Einlullen eines FließmitteU, das den Brechungsindex ausgleicht, können die Lichtverluste noch weiter bis auf ein vernachlässigbares Minimum herabgesetzt werden.

Zweckmäßige Ausgestaltungen bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.

Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen wird die Erfindung nun weiter beschrieben. Dabei ist

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, eines Lichtleiters mit einer freigelegten Faserleitung,

Fig.2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, von Teilen aus F i g. 1, zusammengestellt mit anderen Teilen zur Teilrnontage zur Verwendung bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, F i g. 3 f;in Schnitt durch eine vollständige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

F i g. 4 eine Stirnansicht einer Faserleilung in Anlage mit den Anlageflächender Kugeln,

F i g. 5 ein Schnitt entlang der Linie V-V von F i g. 4,
Fig.6 eine Stirnansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Ausführungsform von F i g. 6 längs der Linie VII-VlI von F i g. 6,

F i g. 8 eine Stirnansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und

F i g. 9 ein Schnitt der Vorrichtung von F i g. 8, gesehen von der Linie IX-IX von F i g. 8, wobei einzelne selektiv verbundene Faserleitungen der Klarheit wegen fortgelassen sind.

Die Fig. 1 zeigt einen Lichtleiter 10 herkömmlicher Konstruktion mit einer Faserleitung 12 aus einem optischen Kern und einem nicht gezeigten Mantel. Zum Lichtleiter 10 zählt ein Puffermaterial 14, im allgemeinen aus Kunststoff, mehrere Verstärkungsstränge 16 wie etwa aus Glas oder Kunststoff, welche sich in Längsrichtung des Lichtleiters 10 erstrecken, und ein Mantel 20 aus Kunststoff, beispielsweise aus Polypropylen. Bei der Vormontage des Lichtleiters 10 zum Anschließen zusammen mit anderen Lichtleitern oder zum Verbinden mit einem anderen, ähnlich vorbereiteten Lichtleiter wird der Mantel 20 zum Freilegen der

Verstärkungsstränge 16 abgezogen, eine biegsame Hülse 17 wird über das Puffermaterial 14 gebracht und auf diesem fest aufgekröpft, und dann werden die freiliegenden Teile der Verstärkungssträn?e 16 entfernt Eine geschlitzte Mantelzwinge 18, vorzugsweise mit abgeschrägten Kanten 15, und eine Anpreßmutter 24 mit Außengewinde 24a werden zu;n Montieren des Lichtleiters 10 zu dem in F i g. 2 gezeigten Zustand auf den Mantel 20 geschoben. In Fig.2 wird eine Lichtleiter-Teilmontage 21 gezeigt Das Puffermaxerial 14 und die raserleitung 12 werden in eine öffnung in einem länglichen Gehäuse 28 und in einen Haltering 22 eingesetzt, welcher axial fest in diesem montiert ist, beispielsweise durch Einpressen. Der Haltering 22 besitzt eine zentrale öffnung, durch welche die Faserleitung 12 durchtritt und ein Loch 23, welches im wesentlichen konzentrisch zur öffnung ist Dies dient zur Aufnahme der Hülse 17. Eine Schrägfläche 19 ist gegenüber der Zwinge Ϊ8 am Haltering 23 vorgesehen. Das Gehäuse 28 besitzt noch ein Innengewinde 28a zum Einschrauben des Gewindes 24a der Anpreßmutter 24. Das Gehäuse 28 enthält veiter eine Führungseinrichtung 44 mit einer kegelig zulaufenden Fläche 43 und einer Mittelöffnung 45, durch welche die Faserleitung 12 eingesetzt wird. Die Führungseinrichtung 44 steht im Gehäuse 28 unter der Einwirkung einer Feder und ist axial bewegbar. Eine Kupplungsbuchse 34 zum Anschließen der Lichtleiter-Teilmontage 21 an eine weitere Vorrichtung ist mittels eines Ringes 38 drehbar am Gehäuse 28 befestigt. Die Kupplungsbuchse 34 weist ein Innengewinde 34a auf.

Beim Einschrauben der Anpreßmutter 24 in das Gehäuse 28 wird die geschlitzte Zwinge 18 gegen die Schrägfläche 19 gedrückt. Dadurch wird sie auf den Mantel 20 gedrückt und der Lichtleiter 10 fest im Gehäuse 28 gehalten, wobei die Faserleitung 12 durch die Mittelöffnung 45 durchtritt. Mit geeigneten Maßnahmen wird die Führungseinrichtung 44 auf der Feder 46 — bei Blick cuf Fig.2 — nach links gezogen und dann die Faserleitung 12 gespleißt. Diese wird dann freigegeben, um ihr freies Ende 47 innerhalb der Führungseinrichtung 44 in einem vorbestimmten Abstand von deren freiem Ende zu halten.

Die Ausführungsform gemäß Fig.3 enthält ein längliches Gehäuse 26 mit einem zentralen Gehäuseabschnitt 32, der mit F i g. 2 beschriebenen Lichtleiter-Teilmontage 21, weiche den linken Gehäuseabschnitt bildet, und einer ähnlich gebauten Teilmontage 31, welche den rechten Gehäuseabschnitt bildet. In der gleichen Weise wie bei der Teilmontage 21 wird der gemäß Fig. 1 vorbereitete Lichtleiter 10 in ein Gehäuse 30 eingesetzt. Zum Einschrauben der Anpreßmutter 24 weist es ein Innengewinde auf. Eine Zwinge 18 steht wieder unter der Einwirkung einer Feder 50. Ein Ring 40 hält eine Kupplungsbuchse 36 drehbar, wobei diese zum Aufschrauben auf den Gehäuseabschnitt 32 ein Innengewinde aufweist.

Beim Zusammenbau des Gehäuses 26 wird die linke Führungseinrichtung 44 in eine öffnung 33 links im Abschnitt 32 eingesetzt, und die rechte Führungseinrichtung 48 wird in eine öffnung 35 rechts im Gehäuseabschnitt 32 eingesetzt. Der Abschnitt 32 ist zum Eingriff mit den Innengewinden der Kupplungsbuchsen 34 und 36 mit Außengewinde versehen. Wenn diese aufgeschraubt werden, werden die Gehäuse 28 und 30 nach , einwärts auf den Abschnitt 32 und die Führungseinrich-, tungen 44 und 48 werden nach einwärts auf eine Anschlageinheit 52 gezogen, welche in einer zentralen Bohrung im Abschnitt 32 in einer Linie mit den ! Führungseinrichtungen 44,48 gehalten wird. Ein Sitz 58 ' ist zur Aufnahme des abgeschrägten Endes der Führungseinrichtung 48 und ein Sitz ist für die Führungseinrichtung 44 vorgesehen und wird festgelegt durch einen innen abgeschrägten Teil 32a des Gehäuseabschnittes 32 Bei Anordnung der Führungseinrichtungen 44, 48 auf ihren Sitzen und beim fortdauernden Aufschrauben der Kupplungsbuchsen 34, ίο 36 treten die Faserleitungen 12, wenn die Federn 46 und 50 zusammengedrückt werden, innerhalb der zugehörigen Führungen durch die Führungsöffnungen durch. Die Vorrichtung ist so gebaut, daß bei Anlage der Gehäuse 28,30 am zentralen Abschnitt 32 die Faserleitungen 12 von beiden Seiten an die Anschlageinheit 52 anstoßen. Diese Anschlageinheit 52 ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform in Fig.3 gezeigt Sie besteht aus einem Außenring, drei Kugeln, von denen eine mit 54 bezeichnet ist und einem Haltering 56, welcher diese im Außenring festhält Die Arbeitsweise der Anschlageinheit 52 wird bei Betrachtung der F i g. 4 und 5 noch klarer.

Fig.4 zeigt die Anschlageinheit 52 von Fig.3 unmittelbar von links. Der Haltering 56 ist fortgelassen. Der Außenring hat Kreisform und steht tangential mit den Außenflächen der Kugeln 54a, 54b und 54c in Berührung. Die Faserleitung 12 liegt an im wesentlichen punktförmigen Gebieten 60,62 und 64 der Kugeln 54a, 54c bzw. 54b an. Wie aus F i g. 5 ersichtlich, fallen diese Gebiete mit der Ebene der Stirnseite 12b der Faserleitung 12 zusammen. Eine solche anstoßende bzw. anliegende Beziehung zwischen der Anschlageinheit und den Faserenden führt zu einer Selbstzentrierung der Faserleitung. Deren Längsachse fällt dann mit dem gemeinsamen Mittelpunkt der Kugeln zusammen. Ein Anstoßen wird gewährleistet durch Wahl des Abstandes zwischen den Kugeln unter dem Außendurchmesser der Faserleitung, so daß diese an einem Durchtritt gehindert wird. Anders gesehen weist die Vorrichtung Anschlagkörper auf, welche gegenseitig diskontinuierliche Oberflächen aufweisen und an die Stirnseite 12b anstoßen, wobei die Oberflächen im Abstand voneinander auf einem Kreis mit einem Durchmesser liegen, der nicht größer als der Durchmesser der Faserleitung ist. Wie oben bemerkt, liegen die Oberflächen der Anlagekörper, weiche an die Stirnseite der Faserleitung anstoßen, unter gegenseitigem Abstand in einer Ebene, welche mit der Stirnseite 12a zusammenfällt, und befinden sich erwünschtermaßen in gegenseitigem Abstand auf einem Kreis in dieser Ebene. Der Ausdruck »anstoßen«, wie er hier gebraucht wird, bezieht sich auf die Berührung zwischen der Faserleitung an ihrer Stirnseite und den Oberflächen der Anlagekörper auf einem Kreis. Kugeln sind für solche Anlagekörper zweckmäßig, da sie sich bequem herstellen und zusammenstellen lassen. Vorzugsweise besitzen die Kugeln einen gemeinsamen Durchmesser und Hegen mit ihren Mittelpunkten in einer gemeinsamen Ebene. Dabei haben sie tangentialen Kontakt miteinander. Dabei wird das Anstoßen mit einem Kugeldurchmesser von unter (j/37(2 — i/3))mal dem Durchmesser der Faserleitung gewährleistet.

Bei dem in F i g. 5 gezeigten Anschlußbeispiel wird eine /.weite Faserleitung 12' mit der Faserleitung 12 optisch gekoppelt. Die Achsen 12a und 12'a fallen zusammen, und es wird eine entsprechende Ausrichtung geschaffen. Die Gebiete 66 und 68 befinden sich nun zwischen der Stirnseite 12Ά der FaseHpitnncr w nnH

den Kugeln 54a bzw. 54b. Die Gebiete 66 und 68 sind mit den Gebieten 60 und 64 der Kugeln 54a und 54£> erkennbar ausgerichtet, und ein weiteres Oberflächen-Anstoßgebiet (nicht gezeigt) befindet sich zwischen der Faserleitung 12' und der Kugel 54c, welche auf das Gebiet 62 ausgerichtet ist.

Zu einigen einzigartigen geometrischen Eigenschaften der Ausführungsform gemäß den F i g. 4 und 5 zählt, daß die Ausrichtung zwischen den voneinander getrennten optischen Fasern durch eine einzige Einrichtung bestehend aus drei Kugeln geschaffen wird, im Gegensatz zu üblichen Einrichtungen aufeinanderfolgender Gruppen aus je drei Kugeln, welche sich längs einer Achse im Abstand voneinander befinden, wobei Lücken vorhanden sind, welche einen Durchtritt der Fasern zulassen. Auch ist zu bemerken, daß jeder Anschlagkörper, welcher bei der Vorrichtung verwendet wird, das heißt jede Kugel bei der veranschaulichten bevorzugten Ausführungsform, zwei anstoßende Oberflächengebiete definiert, und zwar eines für jede der getrennten, zu verbindenden Fasern. Längs der Ausrichtachse gesehen definiert die Vorrichtung eine erste und eine zweite Gruppe an Oberflächen, diskontinuierlich rings um die Längsachse eines Gehäuses und entsprechend gegenüber einer ersten und zweiten Eintrittsöffnung im Gehäuse, wobei die Vorrichtung mindestens einen Körper aufweist, der eine Oberfläche je der ersten und zweiten Oberflächengruppe definiert.

Die F i g. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform mit Kegeln 72,74 und 76. Die Kegel können zur Bildung der Stirnseiten 72a und 72b, 74a und 74b sowie 76a und 766 an beiden Enden längs der Achse 78 abgeschrägt sein. In der Mitte jeder Stirnseite besitzen die Kegel zylindrische Mittelteile in tangentialer Berührung miteinander, wie im Falle der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit Kugeln, und sie stehen auch in tangentialer Berührung mit dem Außenring 70, welcher sie ausgerichtet hält. Wie ersichtlich trifft eine Faserleitung, welche zwischen den abgeschrägten inneren Oberflächen der Kegel eintritt, auf Oberflächen, welche sich gegenseitig diskontinuierlich um die Achse 78 herum befinden und eine Dreipunktberührung ausbilden, wobei die Stirnseite der Faserleiter auf einem Kreis berührt wird. Wiederum sind die Oberflächen um die Achse 78 so gewählt, daß der Durchmesser des Kreises nicht größer ist als der Durchmesser der Faserleitung. Damit wird gewährleistet, daß diese nicht durch die Lücken zwischen den Kegeloberflächen durchtritt

Wenn auch die bisher erörterte Vorrichtung zum Ausrichten von zwei optischen Elementen längs emer zylindrischen Achse dient, geht doch die Erfindung darüber hinaus und ermöglicht auch das Ausrichten von mehreren Gruppen optischer Fasern. Eine zu diesem Zweck geeignete Vorrichtung wird in den F i g. 8 und 9 gezeigt. In diesen Figuren umschließt der Außenring 80 eine mittlere Kugel 81 in tangentialem Kontakt mit sechs anderen Kugeln 82 bis 92. Sechs Spalte bleiben zwischen den Kugeln offen. Faserleitungen 94 bis 104 sind getrennt in Ausrichtung auf je einen solchen Spalt gezeigt. Zur besseren Darstellung zeigt die F i g. 9 nur

ίο einige Faserleitungen, nämlich 94, 98 und 100. Wie ersichtlich ist die Faserleitung 94 durch Anstoßen an die Kugeln 81, 82 und 84 auf die Faserleitung 94' ausgerichtet. Die Faserleitung 100 ist mit größerem Durchmesser als die Faserleitung 94 dargestellt und mittels der Kugeln 81, 88 und 90 auf die Faserleitung 100' ausgerichtet. Die Faserleitung 98 ist mit geringerem Querschnitt als die Faserlcitungen 94 und 100 ausgewählt und befindet sich mittels der Kugeln 81, 86 und 88 in Ausrichtung auf die Faserleitung 98'. Bei F i g. 8 und 9 ist besonders zu bermerken, daß die erste Gruppe von Faserleitungen links in Fig.9 und die zweite Gruppe von Faserleitungen rechts in Fig.9 unterschiedliche Querschnittsabmessungen besitzen. Diese sind größer als die Spalte zwischen den Kugeln.

Bei allen vorstehenden Ausführungsformen erreicht man eine Ausrichtung in den X-, Y- und Z-Achsen. Wie erwähnt, erreicht man den günstigsten Kupplungswirkungsgrad, nämlich ein Auseinanderliegen ausgerichteter Stirnflächen längs der Ausrichtachse. Die Auswirkung eines Abstandes zwischen den Faserleitungsstirnflächen können durch Ausfüllen der Spalte mit einem bekannten indexanpassenden Fließmittel zur Herabsetzung des optischen Verlustes zwischen den Fasern auf ein Mindestmaß aufgehoben werden, wobei das Fließmittel im wesentlichen den gleichen Brechungsindex wie die Faserleitungen besitzt.

Mit den oben beschriebenen Praktiken gemeinsam ist eine Methode, bei welcher ein langgestrecktes optisches Element längs einer gegebenen Achse angeschlossen wird, wobei die Methode die folgenden Schritte beinhaltet:

1. Definieren einer Anzahl von Oberflächen in gegenseitigem Abstand rings um eine solche gegebene Achse und in gegenseitigem Abstand auf einem Kreis mit einem Durchmesser, welcher geringer ist als die maximale Dimension der Stirnfläche des optischen Elementes quer zu dessen Längsachse und

2. verbringen der Stirnflächen des optischen Elementes und der Oberflächen in gegenseitig aneinander

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Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Ausrichten und Anschließen mindestens einer optischen Faserleitung in Steckverbindern mit einer Hülse und in dieser befindlichen, an die Faserleitung anlegbaren Anlageflächen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (60, 62, 64) an den Rand der Stirnseite (i2b) der Faserleitung (12) anlegbar sind und unter gegenseitigem Abstand auf einem Kreis angeordnet sind, wobei der durch die Anlageflächen gebildete Innenkreis einen geringeren Durchmesser als die Faserleitung (12) besitzt

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (60, 62, 64) in gleichmäßigen gegenseitigen Abständen in einer Ebene liegen.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anlageflächen (60, 62, 64) auf mehreren Körpern ausgebildet sind, von denen jeder eine andere der Oberflächen (60,62,64) ausbildet

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper Kugeln (54) sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugeln (54) gleichen Durchmesser aufweisen und ihre Mittelpunkte in einer gemeinsamen axial von der Stirnseite (Hb) abgelegenen Ebene liegen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Faserleitung-Führungseinrichtung (44) aufweist, die mit den Kugeln (54) ausgerichtet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein langgestrecktes Gehäuse (28), welches die Anschluß- und die Führungseinrichtung (44) ausgerichtet längs der Faserleitungsmittelachse trägt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserleitung (12) eine an ihr befestigte Halterung aufweist und das Gehäuse (28) ein Eintrittsloch für die Faserleitung (12) und eine Verbindungsstelle zur lösbaren Verbindung mit der Halterung aufweist.

9. Vorrichtung "ach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im Gehäuse (28) getragene Einrichtung zum Vorspannen der Führungseinrichtungen (44) längs im Gehäuse auf die Kugeln (54) zu.