DE4208140C2 - Drehkupplung für Lichtwellenleiter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkupplung für Lichtwel­ lenleiter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Lichtwellenleitertechnik (LWL-Technik) stellt sich immer wieder das Problem der rotierenden Verbindung zweier Glasfasern. Um solche drehbaren Kupplungen zu erreichen, sind verschiedene Systeme bekannt.

So können beispielsweise die Fasern der zu kuppelnden Faserenden einkanalig auf der Drehachse angeordnet sein oder es können mehrere Fasern radial, d. h. mehrkanalig vor­ gesehen sein. Die Faser-Faserkopplung kann direkt (Spalt) oder über optisch abbildende Elemente erfolgen, beispiels­ weise in Form einer Spaltdrehkupplung, einer Linsendreh­ kupplung usw.

Grundsätzlich sollten folgende Anforderungen erfüllt wer­ den, was aber mit den bekannten beschriebenen Systemen nicht gleichzeitig erreichbar ist:

• - exakte optische Kopplung der Faserenden mit minimalen Verlusten auch bei Rotation,
• - hohe Lebensdauer der Kupplung und Zuverlässigkeit der mechanischen Komponenten,
• - gleichbleibende optische Verluste bei Rotation,
• - niedrige optische Einfügeverluste,
• - Wellenlängenunabhängigkeit,
• - Verhinderung verlusterzeugender Effekte,
• - einfache Handhabung unter allen Betriebsbedingungen,
• - geringe Herstellkosten der Kupplung bei einfachen Fertigungsmethoden,
• - hohe Packungsdichten,
• - kleine Baugrößen bis hin zur Miniaturisierung.

Die Anforderungen an die für die optische Zentrierung der Faserenden wichtigen Teile einer derartigen Drehkupplung sind je nach der für die LWL verwendeten Glasfaser unter­ schiedlich hoch, und zwar hinsichtlich der Koaxialität und des Taumelfehlers der beiden Drehachsen zueinander einer­ seits und zwischen den Fasern sowie den Drehachsen anderer­ seits.

Verwendet man z. B. Einmodenfasern des Typs 9/125 mit 125 µm Außendurchmesser und 9 µm Kerndurchmesser, muß der Koaxia­ litätsfehler über die gesamte Drehverbindung, d. h. die Ab­ weichung von Faserkern zu Faserkern, kleiner als 1 µm sein. Das bedeutet, daß man hinsichtlich sämtlicher mechanischer und optischer Bauteile Einzeltoleranzen erreichen muß, die im Bereich von etwa 0,1 µm liegen. Dies ist als gravierende Erschwernis bei der Fertigung anzusehen.

Aus der US 4 909 589 ist eine Drehkupplung der im Oberbe­ griff des Anspruchs 1 genannten Art bekannt, bei der auf einem Lichtwellenleiter in der Form eines Faserbündels ein teilweise konisches Lagerteil zur radialen und axialen Festlegung des Faserbündels innerhalb der Bohrung des Kupp­ lungsteils unverschiebbar befestigt ist. Diese bekannte Drehkupplung ist zwar für Faserbündel mit einem Durchmesser von 1 mm oder mehr geeignet, wobei aufgrund dieses relativ großen Durchmessers die Fertigungstoleranzen entsprechend groß sein können, um die erforderliche Koaxialität zwischen den gegenüberliegenden Enden der Faserbündel zu gewährlei­ sten. Sie eignet sich jedoch nicht für Einzelfasern mit sehr kleinem Durchmesser, bei denen der tolerierbare Ko­ axialitätsfehler zwischen den gegenüberliegenden Faserenden oftmals kleiner als 1 µm sein muß, da dies mit unverhält­ nismäßig hohem fertigungstechnischem Aufwand verbunden wäre.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Dreh­ kupplung für Lichtwellenleiter zu schaffen, mittels der eine Miniaturisierung erreicht wird, die Anzahl der erfor­ derlichen Teile verringert wird, so daß man ohne optisch abbildende Elemente auskommt, und die Konstruktion insge­ samt vereinfacht ist, indem u. a. die Anzahl der zu be­ achtenden Fertigungstoleranzen reduziert ist.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Er­ findung ergeben sich aus Anspruch 1. Vorteilhafte Ausge­ staltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen be­ schrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Drehkupplung ist die Bohrung des Kupplungsteils als eine dem Durchmesser der zu kuppelnden Faserenden der Lichtwellenleiter paßgenau entsprechende Zentrierbohrung ausgebildet. In dieser sind die ungefaßt belassenen und aus einer jeweiligen Fassungsbuchse herausragenden Faserenden gegenüberliegend zentriert und mittels ihrer Umfangsfläche paßgenau gleitgelagert.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Hülsenenden beid­ seits angefast sind und/oder daß die Faserenden eine ver­ rundete Fase aufweisen bzw. selbst abgerundet sind.

Zum Schutz der relativ zueinander verdrehbaren Faserenden ist zwischen den in der paßgenauen Bohrung des Kupplungs­ teils gegenüberliegenden Faserenden ein Spalt gebildet. Dieser kann mit Indexflüssigkeit gefüllt sein, um die auf­ tretenden Reflexionen zu mindern.

Die durch die erfindungsgemäße Kupplung erreichte Faserver­ bindung verfolgt im wesentlichen das Stift-Hülse-Prinzip, wobei der Stift die nackte Faser bildet und die Hülse eine paßgenaue Bohrung aufweist, die als Gleitlager dient. Selbstverständlich muß das erfindungsgemäße Kupplungsteil keine Hülse sein, sondern kann auch durch eine - drehbar gelagerte - Fassung mit einer entsprechenden Durchgangsboh­ rung gebildet sein.

Der Erfindung liegt somit der Gedanke zugrunde, die erfor­ derliche Zentrierung der Faserenden zueinander durch die paßgenaue Bohrung des Kupplungsteils selbst zu erreichen, was von erfindungswesentlicher Bedeutung ist.

Der Koaxialitätsfehler, d. h. die Abweichung von Faserkern zu Faserkern, wird daher lediglich durch die Bohrung und durch die Fasern bestimmt. Dies erbringt den wesentlichen Vorteil, daß die für den Hersteller zu erfüllenden Tole­ ranzforderungen sich lediglich noch auf die paßgenaue Boh­ rung des Kupplungsteils beziehen, da ja die Toleranzen der Faser in jedem Fall vorgegeben sind. D.h., es ist die Kon­ struktion der erfindungsgemäßen Drehkupplung dadurch we­ sentlich vereinfacht, daß die einzuhaltenden Fertigungsto­ leranzen nur noch auf die paßgenaue Bohrung der als Kupp­ lungsteil dienenden Hülse begrenzt sind.

Ein weiterer entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Drehkupplung liegt in deren verringerter Baugröße. Wenn nämlich die paßgenaue Bohrung in einer Hülse vorgesehen wird, weist diese Hülse sehr kompakte Abmessungen auf, da deren Innendurchmesser lediglich dem Durchmesser der Faser­ enden entspricht und die erforderliche Führungslänge der Hülse lediglich derart groß sein muß, daß die zu koppelnden beiden Faserenden aufgenommen werden können.

Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel werden die Außen­ abmessungen durch die mechanische Lagerung bestimmt. Außen­ abmessungen von 5 mm Durchmesser und 15 mm Länge sind er­ reichbar. Im Vergleich zu herkömmlichen Drehkupplungen wird die Größe im wesentlichen von den optischen Komponenten bzw. durch die mechanische Mindestgröße für Bauteile mit Toleranzen im Sub-Mikrometerbereich bestimmt. Außenabmes­ sungen vergleichbarer bekannter Drehkupplungen liegen bei einem Durchmesser von 20 mm sowie einer Baulänge von 40 mm und mehr, was die Vorteile der Erfindung verdeutlicht.

Die Einsatzgebiete der erfindungsgemäßen Drehkupplung sind breit gefächert. Sie liegen im Maschinenbau, in der opto­ mechanischen Meßtechnik, in der Sensorik, in der Steue­ rungstechnik, z. B. bei Robotern, usw.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Diese zeigt in der einzigen Figur schematisch im Schnitt eine erfindungsgemäße Drehkupplung.

Wie aus der Zeichnung ersichtlich, weist die dargestellte Drehkupplung zur Verbindung der Faserenden 1, 2 zweier re­ lativ zueinander verdrehbarer Lichtwellenleiter 3, 4 ein Kupplungsteil in Form einer Hülse 5 auf. Diese ist mit ei­ ner Durchgangsbohrung 6 versehen, deren Durchmesser paß­ genau demjenigen der miteinander zu kuppelnden Faserenden 1, 2 entspricht.

Die Kupplungshülse 5 nimmt die zu kuppelnden Faserenden 1, 2 ungefaßt in ihrer Durchgangsbohrung 6 derart auf, daß diese Stirn an Stirn gegenüberliegen und in dieser Durch­ gangsbohrung 6 gleichzeitig zentriert sind. Zur leichten Aufnahme der Faserenden 1, 2 sind die beiden Enden der Hül­ senbohrung 6 jeweils mit einer Fase 7 versehen. In entspre­ chender Weise weisen die Faserenden 1, 2 jeweils eine Fase 8 bzw. 9 auf, die verrundet ausgebildet ist.

Von besonderer Bedeutung ist, daß die zu kuppelnden Faser­ enden 1, 2 der Lichtwellenleiter 3, 4 ungefaßt belassen sind. Zu diesem Zweck ragen sie jeweils mit einer entspre­ chenden Länge aus einer Fassungsbuchse 10 bzw. 11 heraus, die durch eine geeignete Verbindungstechnik, beispielsweise mittels Kleben oder dgl., auf dem betreffenden Faserende 1 bzw. 2 befestigt ist. Jede Fassungsbuchse 10, 11 weist, wie aus der Zeichnung ersichtlich, außer einem Fassungsteil, das auf dem betreffenden Faserende 1 bzw. 2 befestigt ist, auch ein hieran angeformtes Buchsenteil 12 bzw. 13 auf, das sich in der Kupplungsstellung der Faserenden 1, 2 mittels Lagern 15, 16 drehbar an der Hülse 5 abstützt.

Die Faserenden 1, 2 weisen in der aus der Zeichnung er­ sichtlichen Verbindungsstellung einen Spalt 14 zwischen sich auf. Dieser dient dem Schutz der Faserenden 1, 2 und ist, vorzugsweise zur Verringerung der Reflexion, mit einer Indexflüssigkeit gefüllt.

Es ist von Vorteil, wenn die Länge der Kupplungshülse 5, welche die als Faserführungsbohrung dienende paßgenaue Durchgangsbohrung 6 aufweist, wenigstens dem Sechsfachen des Faserdurchmessers entspricht.

Wie leicht ersichtlich, weist die beschriebene Drehkupplung aufgrund ihrer Ausbildung und Anordnung u. a. den wesentli­ chen Vorteil auf, daß zwischen den jeweiligen Lichtwellen­ leitern 3, 4 Koaxialfehler und/oder Winkelfehler vorliegen dürfen, ohne daß hierdurch die mechanische oder optische Funktion der Drehkupplung wesentlich beeinträchtigt wird. Dies beruht u. a. darauf, daß die biegsamen Lichtwellenlei­ ter 3, 4 die Fehler ohne weiteres ausgleichen. Es muß nur in jedem Fall gewährleistet sein, daß zwischen der Innenum­ fangsfläche der Hülse 5 (Fläche der Durchgangsbohrung 6) und der Außenfläche der Faserenden 1, 2 eine entsprechende Gleitlagerfläche gebildet ist, um die Relativverdrehung der Lichtwellenleiter 3, 4 zu ermöglichen.

Claims (8)

1. Drehkupplung für relativ zueinander verdrehbare Lichtwellenleiter, mit einem Kupplungsteil, das die Licht­ wellenleiter innerhalb einer Bohrung gegenüberliegend aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung (6) des Kupplungsteils (5) als eine dem Durchmesser der zu kuppelnden Faserenden (1, 2) der Licht­ wellenleiter (3, 4) paßgenau entsprechende Zentrierbohrung ausgebildet ist, in der die ungefaßt belassenen und aus ei­ ner jeweiligen Fassungsbuchse (10, 11) herausragenden Fa­ serenden (1, 2) gegenüberliegend zentriert und mittels ihrer Umfangsfläche paßgenau gleitgelagert sind.

2. Drehkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das Kupplungsteil (5) eine drehbar gelagerte, als Zentrier- und Lagerelement dienende Fassung mit einer Durchgangsbohrung (6) ist.

3. Drehkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die paßgenaue Bohrung (6) des Kupplungsteils in einer Hülse (5) vorgesehen ist.

4. Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Kupplungsteils (5) minde­ stens das Sechsfache des Faserdurchmessers beträgt.

5. Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der paßgenauen Bohrung (6) beidseits des Kupplungsteils (5) angefast sind.

6. Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserenden (1, 2) eine verrundete Fase (8, 9) aufweisen bzw. selbst abgerundet sind.

7. Drehkupplung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in der paßgenauen Bohrung (6) des Kupplungsteils (5) gegenüberliegenden Faserenden (1, 2) ein Spalt (14) gebildet ist.

8. Drehkupplung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Spaltraum zur Verringerung der Reflexion mit einer Indexflüssigkeit gefüllt ist.