DE4031747C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer steckbaren Kupplung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.

An Kupplungen für Lichtwellenleiter werden sehr hohe An­ forderungen an die Maßhaltigkeit gestellt. So darf beispiels­ weise für Lichtleitfasern, deren Kerndurchmesser 9 µm bei einer maximalen Abweichung von + 1 µm und deren Außendurchmesser 125 µm bei einer maximalen Abweichung von ±4 µm be­ trägt, an einer Trenn- bzw. Kuppelstelle (Schnittstelle) der radiale Versatz der Enden der beiden miteinander zu koppeln­ den Lichtleitfasern nur 0,5 µm betragen, um die Sichtüber­ tragungsqualität nicht wesentlich zu beeinträchtigen. Ent­ sprechend präzise müssen die mechanischen Kupplungen für die Lichtleitfaser bearbeitet werden. Die Herstellung solcher Kupplungen ist deshalb außerordentlich aufwendig. Es macht sogar Probleme, die geringen zulässigen Maßabweichungen über­ haupt meßtechnisch zu erfassen.

Aus der EP-02 97 765 A2 ist eine steckbare Kupplung zum Fertigen von zwei Enden von Lichtwellenleitern mit zwei Fassungen, in denen die Lichtwellenleiter in koaxialer Anordnung festgelegt sind, mit einem hülsenförmigen Gehäuse, in welchen die zwei Fassungen koaxial angeordnet sind, wobei die Fassungen auf ihrem Endabschnitt ein Zentrierteil mit einer konischen Außenfläche tragen, die sich in Richtung auf die Endfläche der Fassung verjüngt, wobei die Konuswinkel in (α) übereinstimmen, mit einem im Gehäuse schwimmend gelagerten Ring, der zur Aufnahme der konischen Außenfläche zwei dazu passende koaxiale, konische Innenflächen hat und Mitteln zum Festlegen der zwei Fassungen in dem Gehäuse bekannt.

Nachteilig bei der aus der EP 02 97 765 A2 bekannten steckbaren Kupplung ist, daß das einzige Kupplungselement, nämlich der Ring, sehr exakt gefertigt werden muß, um die Lichtübertragungsqualität nicht wesentlich zu beeinträchtigen. Dies bedeutet, daß die mechanische Kupplung, insbesondere der Ring mit einer hohen Präzision hergestellt werden muß. Dies gilt nicht nur für den Ring, sondern auch für die Zentrierteile der Fassungen, in denen die Lichtwellenleiter in koaxialer Anordnung festgelegt sind.

Des weiteren ist aus der US-PS 46 97 871 eine steckbare Kupplung zum Verbinden von zwei Enden von Lichtwellenleitern bekannt. Die Lichtwellenleiter sind in Fassungen so festgelegt, daß die Endfläche der im jeweiligen Lichtwellenleiter enthaltenen Lichtleitfaser bündig mit der Endfläche der zugehörigen Fassung abschließt. Die Kupplung ist ringförmig ausgebildet und auf voller Länge durchgehend geschlitzt. Zur Aufnahme der konischen Außenflächen der Fassung hat die Kupplung zwei dazu passende koaxiale, konische Innenflächen. In der Kupplung ist gemäß der US-PS 46 97 871 ein Federelement eingelagert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung einer solchen Kupplung für Lichtwellenleiter ohne Verlust an Genauigkeit der Zentrierung der Lichtwellenleiter­ enden in der Kupplung zu vereinfachen und damit eine rationellere Massenfertigung zu ermöglichen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kupplung mit den im An­ spruch 1 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

In der erfindungsgemäßen Kupplung stecken die Enden der beiden miteinander zu verkoppelnden Lichtwellenleiter in koaxialer Anordnung in Fassungen, welche jeweils ein Zentrierteil mit einer konischen Außenfläche tragen, die sich in Richtung auf die Kuppelstelle (Schnittstelle) verjüngt. Die beiden Fassungen werden mit ihrem konischen Zentrierteil in einen Ring eingeführt, der zur Aufnahme der konischen Außenflächen der Zentrierteile zwei dazu passende koaxiale konische Innenflächen hat. Der Ring ist in einem Gehäuse der Kupplung schwimmend gelagert. Der Witz dabei ist, daß der Ring auf voller Länge durchgehend geschlitzt, er zur Erzielung einer annähernd gleichbleibenden Wandstärke auch konische Außenflächen hat und hinsichtlich seiner Weite so auf den Durchmesser der konischen Außenflächen der Zentrierteile abgestimmt ist, daß die Fassungen nur unter Aufweitung des Ringes zusammenstoßen können. Sind die konischen Außenflächen der Zentrierteile exakt gleich, treffen die Lichtwellenleiter koaxial zentriert genau in der Mitte des Ringes aufeinander. Ist eines der konischen Zentrierteile etwas kleiner als das gegenüberliegende, dann wird dieser Unterschied dadurch ausgeglichen, daß beim Aufweiten des Ringes das kleinere Zentrierteil etwas tiefer in den Ring hineinbewegt wird, wohingegen das größere Zentrierteil entsprechend etwas weniger weit in den Ring eintaucht, so daß die Stoßstelle nicht ganz in der Mitte des Ringes liegt. Durch die doppelt konische Führung wird jedoch auch in diesem Fall erreicht, daß die beiden Lichtwellenleiter stirnseitig koaxial zusammenstoßen. Dabei gewährleistet die Schlitzung des Rings, daß der für die optische Übertragung geforderte Stirnkontakt auch bei etwas abweichenden Abmessungen der Fassungen stets gewährleistet ist, und zwar spielfrei, weil die Zentrierteile durch die Aufweitung des Rings darin spielfrei ausgerichtet sind. Dadurch, daß der Ring schwimmend gelagert ist, kann er den beschriebenen Toleranzausgleich bewirken, selbst wenn die Lage der einen oder der anderen Fassung im Gehäuse der Kupplung vorgegeben ist.

Wenn die Zentrierteile in den Ring eingesteckt werden, weiten sie ihn allen Auflagenpunkten beidseitig der engsten Stelle des Ringes gleichförmig auf. Damit das Aufweiten über die Länge des Rings gesehen nicht wesentlich unterschiedliche Kräfte erfordert, ist der Ring vorzugsweise so ausgebildet, daß er in Längsrichtung eine einigermaßen gleichbleibende Wandstärke hat, also auch auf seiner Außenseite entsprechend seiner inneren Kontur Konusflächen hat.

Um die eingangs genannte genaue Zentrierung der Lichtwellenleiter zu erreichen, müssen die Bauteile der erfindungsgemäßen Kupplung nicht so extrem genau gefertigt sein wie bei Kupplungen nach dem Stand der Technik, vielmehr können Maßabweichungen zugelassen werden, die ungefähr um den Faktor 10 oder sogar noch mehr über den zulässigen Maßabweichungen beim Stand der Technik liegen. Da diese beim Stand der Technik häufig nicht einzuhalten sind, behilft man sich dort teilweise damit, daß man die Teile der Kupplung vor dem Zusammenbau der Kupplungen ausliest und nur durch die Auslese als geeignet festgestellte Teile verwendet und miteinander kombiniert. Solche Ausleseverfahren sind bei der Herstellung erfindungsgemäßer Kupplungen entbehrlich.

Erfindungsgemäße Kupplungen lassen sich deshalb sehr viel einfacher und preiswerter herstellen als bekannte, maßgenaue Kupplungen. Angesichts der höheren zulässigen Maßabweichungen ist auch die Maßkontrolle sehr viel einfacher als beim Stand der Technik, was einer Massenfertigung sehr entgegenkommt.

Das am Endabschnitt der Fassung vorgesehene Zentrierteil muß nicht unbedingt bündig mit der Endfläche der zugehörigen Fassung und des zugehörigen Lichtwellenleiters abschließen, sondern könnte auch demgegenüber etwas zurückspringen; ein bündiger Abschluß wird jedoch bevorzugt, weil das eine kürzere Ausbildung des Rings ermöglicht. Der Bewegungsspielraum des Rings zum Gehäuse ist in Längsrichtung zweckmäßigerweise durch Anschläge begrenzt.

Der Konuswinkel der konischen Flächen des Rings und der Führungsteile sollte nicht zu groß gewählt werden, weil sonst das Aufweiten des Rings zu schwer ist und die Genauigkeit der Zentrierung nachläßt. Der Konuswinkel soll jedoch nicht so klein sein, daß beim Einschieben der Zentrierteile in den Ring eine Selbsthemmung auftritt. Vorzugsweise liegt der Konuswinkel zwischen 20° und 55°, am besten bei 50°.

Im Hinblick auf die Genauigkeitsanforderungen ist es günstig, wenn der Ring, der durch das Einstecken der Zentrierteile aufgeweitet wird, aus einem möglichst harten Werkstoff besteht. Besonders geeignet ist ein Ring aus einem keramischen, insbesondere oxidkeramischen Werkstoff; der hat darüber hinaus den Vorteil, genau in den Ausgangszustand zurückzukehren, sofern er nicht überdehnt wurde, und einen geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu haben, so daß Temperaturänderungen einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Zentrierung der Lichtwellenleiter haben.

Die Konusflächen stoßen am besten nicht zusammen, sondern sind vorzugsweise durch einen zylindrischen Abschnitt des Rings voneinander getrennt. Das stellt sicher, daß die im Ring geführten Zentrierteile ungehindert stirnseitig zusammenstoßen können.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine steckbare Kupplung im Längsschnitt, und

Fig. 2 zeigt ein anderes Beispiel eines geschlitzen Rings im Längsschnitt zur Verwendung in einer Kupplung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.

Die in Fig. 1 dargestellte steckbare Kupplung hat ein Gehäuse 1 in Gestalt einer Gewindehülse aus Metall. Dieses Gehäuse 1 ist mit zwei Schlitzmuttern 2, welche auf das Gehäuse geschraubt sind, in einem Loch in einer Gerätewand 3 fixiert, welche zwi­ schen den beiden Schlitzmuttern 2 eingespannt ist.

In das Gehäuse sollen von beiden Enden her Lichtwellenleiter eingeführt werden. Dazu ist für jeden der Lichtwellenleiter ein Abfangteil 13 bzw. 23 vorgesehen, in welchem der Mantel des Lichtwellenleiters festgelegt wird, z. B. durch einen Kleber, der durch ein seitliches Kleberloch 22 zugeführt werden kann. Die Abfangteile 13 und 23 tragen jeweils einen Bund 15 bzw. 25 mit einer nach außen weisenden Schrägfläche, an welcher eine Überwurfmutter 14 bzw. 24 angreift, welche auf das Gehäuse 1 gedreht wird und das Abfangteil 13 bzw. 23 darin festlegt. Das auf der Geräteseite liegende Abfangteil 13 schlägt dabei mit seinem Bund 15 am Ende 16 des Gehäuses an; das gegenüberliegen­ de Abfangteil 23 schlägt mit seinem Bund 25 statt dessen nur an einer Fassung 27 an, in welcher der vordere Abschnitt des von außen hereingeführten Lichtwellenleiters (nicht dargestellt) in koaxialer Anordnung fixiert ist. Die Fassung trägt an ihrem vorderen Ende ein konisches Zentrierteil 28, welches bündig mit der Vorderseite 19 der Fassung 27 abschließt. Für den von der gegenüberliegenden Seite hereinführenden Lichtwellenleiter (nicht dargestellt) ist eine gleichartige Fassung 17 vorgesehen, welche ebenfalls ein konisches Zen­ trierteil 18 trägt. Die beiden Zentrierteile 18 und 28, bei denen es sich im vorliegenden Fall um Teile handelt, die von der Fassung 17 bzw. 27 abnehmbar sind, stecken in einem entsprechend doppelt konischen Ring 7 aus einer Aluminiumoxidkeramik. Der Ring 7 ist auf voller Länge längsgeschlitzt und schwimmend im Gehäuse 1 gelagert; er hat einen geringen Abstand (größenordnungsmäßig 0,1 mm) von der umgebenden Wand des Gehäuses 1 und ist zwischen einer als Anschlag dienenden Schulter 4 des Gehäuses 1 auf der einen Seite und dem Ende 5 einer bis zu einem An­ schlag in das Gehäuse 1 eingeschobenen Klemmbuchse 6 ver­ schieblich gelagert.

Die Fassungen 17 und 27 bestehen jeweils aus einem inneren Teil 20, welches den Mantel des Lichtwellenleiters um­ schließt, und aus einem äußeren Teil 21, welches das innere Teil eng umschließt. Das innere Teil 20 hat im Axialschnitt rechteckige Ringnuten 29 und eine keilförmige Ringnut 31. Das äußere Teil 21 der Fassung hat über einer der zylind­ rischen Ringnuten 29 Löcher 30 zur Aufnahme eines Klebers und über der keilförmigen Ringnut 31 nicht ganz durchgehende radiale Löcher 32 (Prägelöcher), welche durch Einprägen in die darunterliegende keilförmige Ringnut 31 einen Formschluß zwischen den beiden Teilen 20 und 21 zu bilden gestatten. Außerdem dienen die Prägelöcher 32 dazu, den Lichtwellenlei­ ter in der Fassung 17 bzw. 27 zu zentrieren, indem man die Lage des Lichtwellenleiters optisch vermißt und entsprechend dem Ergebnis der Messung die Prägung in kontrolliertem Aus­ maß in ausgewählten Prägelöchern 32 durchführt.

Der im inneren Teil 20 der Fassung vorgesehene Kanal 33 für den Lichtwellenleiter mit seinem Mantel verjüngt sich an der Spitze der Fassung in einen engen Kanal 34, welcher die Spitze des Lichtwellenleiters aufnimmt, dessen Endfläche bündig mit der Endfläche 19 der Fassung 17 bzw. 27 abschließt.

Wenn der von links kommende Lichtwellenleiter mit der Über­ wurfmutter 24 im Gehäuse 1 festgelegt wird, zentrieren sich die beiden Lichtwellenleiter infolge der doppelt konischen Führung im Zentrum des Gehäuses 1 selbsttätig, wobei infolge von Maß­ abweichungen die Lage der Kuppelstelle (Schnittstelle) 19 von der Mitte 39 abweichen kann; diese Abweichung führt jedoch nicht zu einem radialen Versatz der beiden an der Schnittstelle 19 zusammenstoßenden Lichtwellenleiter.

Während der in Fig. 1 gezeigte Ring 7 auf der Außenseite zy­ lindrisch ist, ist der in Fig. 2 dargestellte Ring 7 auf der Innenseite wie auf der Außenseite mit konischen Flächen 8 und 9 bzw. 10 und 11 versehen, und zwischen den beiden konischen Abschnitten ist ein zylindrischer Abschnitt 12 vorgesehen. Der Konuswinkel α beträgt in allen Fällen 50°. Die Wandstärke des Rings 7 ist über seine Länge einigermaßen gleichbleibend. Man sieht anhand der Fig. 2 auch, daß der Ring 7 in Längsrichtung durchgehend geschlitzt ist. In der Darstellung in Fig. 2 sind die beiden Zentrierteile 18 und 28 noch nicht bis zum Anschlag in den Ring 7 eingeschoben; der Ring 7 befindet sich noch in seinem entspannten Zustand. Der Abstand zwischen den bei­ den Zentrierteilen 18 und 28 ist nur gering, er beträgt ca. 0,2 mm.

Das gezeichnete Ausführungsbeispiel ist eine an einem Ge­ rät festgelegte Kupplung. Natürlich ist es möglich, lose Kupplungen und andere Steckverbindungen für Lichtwellen­ leiter mit übereinstimmendem innerem Aufbau zu verwenden.

Claims (6)

1. Steckbare Kupplung zum Verbinden von zwei Enden von Lichtwellenleitern,
mit zwei Fassungen (17, 27), in denen die Lichtwellenleiter in koaxialer Anordnung festgelegt sind,
mit einem hülsenförmigen Gehäuse (1), in welchem die zwei Fassungen (17, 27) koaxial angeordnet sind, wobei die Fassungen (17, 27) auf ihrem Endabschnitt ein Zentrierteil (18, 28) mit einer konischen Außenfläche (35, 36) tragen, die sich in Richtung auf die Endfläche (19) der Fassung (17, 27) verjüngt, wobei die Konuswinkel (α) übereinstimmen,
mit einem im Gehäuse (1) schwimmend gelagerten Ring (7), der zur Aufnahme der konischen Außenflächen (35, 36) zwei dazu passende koaxiale, konische Innenflächen (8, 9) hat, und
mit Mitteln (13, 14; 23, 24) zum Festlegen der zwei Fassungen (17, 27) in dem Gehäuse (1), dadurch gekennzeichnet, daß die Endfläche der im jeweiligen Lichtwellenleiter enthaltenen Lichtleitfaser bündig mit der Endfläche (19) der zugehörigen Fassung (17, 27) abschließt,
daß der Ring (7) auf voller Länge durchgehend geschlitzt ist,
daß der Ring (7) zur Erzielung einer annähernd gleichbleibenden Wandstärke auch konische Außenflächen (10, 11) hat, und daß die Weite des Ringes (7) so auf den Durchmesser der konischen Außenflächen (35, 36) der Zentrierteile (18, 28) abgestimmt ist, daß die Fassungen (17, 27) nur unter Aufweitung des Ringes (7) zusammenstoßen können.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentrierteil (18, 28) bündig mit der End­ fläche (19) der zugehörigen Fassung (17, 27) abschließt.

3. Kupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Bewegungsspielraum des Ringes (7) im Gehäuse (1) in Längsrichtung durch Anschläge (4, 5) begrenzt ist.

4. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Konuswinkel (α) zwi­ schen 20° und 55°, vorzugsweise bei 50° liegt.

5. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ring (7) aus einem keramischen Werkstoff besteht.

6. Kupplung nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Ring (7) zwischen seinen konischen Flächen (8, 9) einen kurzen zylindrischen Abschnitt (12) hat.