DE69030208T2

DE69030208T2 - Lineare Lichtleitersysteme und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE69030208T2
Application number: DE69030208T
Authority: DE
Inventors: John A Robbins; Sanford R Willford; Jamshid J Zarian
Original assignee: Lumenyte International Corp
Current assignee: Lumenyte International Corp
Priority date: 1989-01-30
Filing date: 1990-01-30
Publication date: 1997-06-26
Anticipated expiration: 2010-01-31
Also published as: EP0740170A2; CA2008931A1; US5221387A; AU4888190A; DE69030208D1; USRE36157E; EP0740170A3; JPH02306205A; EP0381461B1; ES2101688T3; EP0381461A2; GR3023447T3; EP0381461A3; ATE150550T1; CA2008931C; DK0381461T3; AU616589B2; HK1006593A1

Description

Gebiet der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung betrifft verbesserte ummantelte lineare Lichtleiter, Systeme und Produktionsverfahren hierfür.
Speziell betrifft die vorliegende Erfindung verbesserte optische Lichtmittel, Systeme und Herstellungsverfahren, und speziell lineare Beleuchtungslichtleiter, die einen lichtübertragenden Kern und eine Fluorpolymerummantelung haben, die eng mit einer Umhüllung aus durchsichtigem oder lichtdurchlässigem Material wie Acryl-, Polycarbonat-, Polyvinylchlorid- oder Silikonpolymer umhüllt sind.
Der verbesserte Lichtleiter und das System der vorliegenden Erfindung umfassen viele der Merkmale der häufig verwendeten linearen Lichtmittel, wie Neon-, Leuchtstoff-, Röhrenlichtlichter und herkömmliche duroplastische, thermoplastische und Flüssigkernlichtleiter, während viele der mit diesen linearen Lichtmitteln verbundene Probleme beseitigt oder stark verringert werden. Die vorliegende Erfindung ist praktisch für alle gegenwärtig bekannten Verwendungen dieser herkömmlichen Lichtmittel geeignet. Die verbesserten linearen duroplastischen, thermoplastischen oder Flüssigkernlichtmittel der vorliegenden Erfindung schaffen zahlreiche Vorteile, wie hier im Folgenden im Detail beschrieben werden wird.
Herkömmliche lineare Lichtmittel innerhalb des Gebietes der Erfindung können in zwei allgemeine Typen eingeteilt werden. Der erste Typ linearer Lichtmittel sind die wahren linearen Lichter, d.h. solche, in denen die Lichtquelle innerhalb der Lichtmittelverkleidung enthalten ist. Beispiele linearer Lichter umfassen Neonlichter, Leuchtstoff- und Kaltkathodenlichter, verspiegelte Leuchtstofflichter und Röhrenlichtlichter. Der zweite Typ linearer Lichtmittel sind die Lichtleiter, d.h. solche, in denen die Beleuchtungsquelle außerhalb der Verkleidung ist, so daß der Lichtleiter dazu dient, das durch eine externe Quelle erzeugte Licht zu leiten und zu übertragen. Beispiele linearer Lichtleiter umfassen Lichtleiter mit thermoplastischem oder duroplastischem Kern, die eine Fluorpolymerummantelung haben, optische Lichtleiter mit Flüssigkern und den verbesserten Lichtleiter der vorliegenden Erfindung.
Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf (einen) Lichtleiter mit duroplastischem Kern gerichtet sind, können die Grundsätze der vorliegenden Erfindung auch in Verbindung mit Lichtleiter(n) mit thermoplastischem Kern und Flüssigkern angewendet werden.
Die Herstellungsverfahren jedes der herkömmlichen linearen Lichtmittel unterscheiden sich von Lichtmittel zu Lichtmittel, wie es wohl bekannt ist.
Das bevorzugte Verfahren zur Herstellung des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung umfaßt enges Extrudieren eines Finishhüllenmaterials auf dem wärmegeschrumpften fluorpolymerummantelten, ausgehärteten duroplastischen oder thermoplastischen Kern. Andere Verfahren zum engen Umhüllen des Lichtleiters sind brauchbar. Das Herstellungsverfahren der vorliegenden Erfindung vermittelt Vorteile, wie hier im Folgenden im Detail beschrieben werden wird.

Stand der Technik:

Lineare Lichtmittel sind seit vielen Jahren bekannt und sind weithin als praktische Beleuchtungsprodukte für solche Anwendungen wie Schilderbeschriftungen; Umrißdarstellungen an Gebäuden; Zierkunstmittel; Pool- und Badumfangs- und -unterwasserbeleuchtung; Warnschilder; Gangbeleuchtung; Brunnenbeleuchtung; Spezialeffekte; Landschaftsbeleuchtung; und allgemeine Illumination anerkannt.
Der Begrifflineares Lichtmittel wie hier verwendet bezieht sich sowohl auf herkömmliche lineare Lichtmittel als auch auf (einen) lineare(n) Lichtleiter der vorliegenden Erfindung, wobei diese linearen Lichtmittel ihre größte Abmessungen in der Länge haben, und somit typischerweise als Leitung erscheinen, oder einer anderen Form die eine größere Längenabmessung als Breiten-, Höhen- oder Durchmesserabmessung aufweist. Wohl bekannte Beispiele herkömmlicher Mittel umfassen Neonschilder, Leuchtstoffmodelle Röhrenlicht und (einen) optische(n) Leiter der Marke Eska und der Marke Lumenyte.
Im allgemeinen bezieht sich der Begriff Lichtleiter wie in dieser Beschreibung verwendet auf die Tatsache, daß der Leiter einen Kern umfaßt, der mit einer Ummantelung umhüllt ist, und die Zusammenstellung des Kerns und der Ummantelung Licht oder elektromagnetische Energie, die von dem Infrarot- über den sichtbaren bis zu dem und ihn umfassenden Ultraviolettbereich des elektromagnetischen Spektrums reicht, durch das Prinzip der "Totalreflexion" leitet, oder überträgt, wie es den Fachmännern wohl bekannt ist.
Auf Lichtleiter wird gemeinhin als "faseroptik" oder "optische Fasern" Bezug genommen. Faseroptik umfaßt drei deutlich verschiedene Typen von Funktionen, nämlich; Telekommunikation, Koheränzen und Illumination. Faseroptiken für Telekommunikation werden in der Fernsprechkommunikation verwendet, um Licht von einer Quelle zu einer entfernten Stelle zu übertragen. Kohärenzfunktionen umfassen die Übertragung eines sichtbaren Bildes entlang eines Bündels flexibler faseroptischer Leiter an eine entfernte Stelle durch Gruppierung einer Vielzahl individueller optischer Fasern auf solche Art, daß die Anordnung der Fasern untereinander an der entfernten Stelle des Bildempfangs genau der Anordnung der Faserenden untereinander an der Quellenstelle des Bildes des Gegenstandes, das übertragen wird, entspricht.
Sowohl Faseroptiken für die Telekommunikation als auch für Kohärenzen werden als Punktlichter angesehen, und Emission von Licht aus den Seiten des optischen Leiters heraus muß vermieden werden.
Faseroptiken für Illumination haben zwei getrennte Illuminationsfunktionen: eine Ist "Punktbeleuchtung", d.h., bei ihr ist die Hauptfunktion der Faseroptik, ein Mittel zur Leitung des Lichts von einer Lichtquelle zu einer entfernten Stelle und eine Emittierung des Lichts von dem Ende vorzusehen, und die andere ist "Linearbeleuchtung", d.h., bei ihr ist die Hauptfunktion der Faseroptik ein Mittel zur Leitung von Licht von einer Lichtquelle linear entlang der Länge der Faseroptik und Emission des Lichts von den Seiten der Faseroptik vorzusehen. Die vorliegende Erfindung ist auf Faseroptiken zur Illumination, und insbesondere auf die lineare Beleuchtungsfunktion gerichtet.
Um die Natur der, und die aus der vorliegenden Erfindung resultierenden Verbesserungen am Stand der Technik, besser zu verstehen, werden eine kurze Beschreibung bekannter linearer Lichtmittel und die verbundenen Probleme unten dargelegt:

Neonlichter

Neonlichter gibt es seit vielen Jahren und werden derzeit weithin verwendet und sind als praktische Beleuchtungsprodukte anerkannt. Sie werden primär als ein Zierkunstmittel, zur Hintergrundbeleuchtung von Schilderbuchstaben, zur Umrißdarstellung von Gebäuden und für andere kreative Nutzungen verwendet.
Ein Neonlicht wird aus Glas hergestellt, das durch herkömmliche Glasextrusionstechniken in röhrenförmige Formen verschiedener Durchmesser extrudiert worden ist, und ist typischerweise auf Standartlängen begrenzt. Die Glasröhre wird, nach Evakuierung, mit einem Gas, typischerweise Neon, befüllt. Während des Betriebs wird das Gas durch eine elektrische Spannung aktiviert, die das Gas anregt, dann Licht in einer wohl bekannten Art zu erzeugen.
Die in Neonlichtern verwendeten Röhren sind typischerweise aus einem von zwei Glastypen hergestellt: entweder "Weichglas", das auch als Natronkalk bekannt ist, oder Hartglas, das als Pyrex -Glas bekannt ist. Das Weichglas kann gebogen werden, wenn das Glas eine Temperatur von etwa 300 ºC erreicht. Das härtere Glas erfordert eine Temperatur von etwa 600 bis 300 ºC, um eine Weichheit zu erreichen, bei der es gebogen werden kann.
Die bekannte maximal kommerziell erhältliche Länge von Neonlichtern beträgt etwa 60 bis 72 Fuß. Allerdings bevorzugen, wegen der mit der Handhabung dieser Längen von Giasröhren verbundenen Schwierigkeit, Neonlichtfabrikanten im allgemeinen eine Neonlichtröhre, deren Länge 8 Fuß für Installationszwecke durch eine Person nicht überschreitet, und im allgemeinen 12 Fuß für Installationszwecke durch zwei Personen nicht überschreitet.
Lineare Neonbeleuchtung wurde weithin hauptsächlich wegen vier ihrer Merkmale verwendet: sie scheint eine Aura zu haben, oder ein "Glühen" radial von ihrem Inneren nach Außen und entlang ihrer Länge auszustrahlen, ist sehr hell, kann eine Vielzahl von Farben aufweisen und kann in verschiedene lineare Formen geformt werden.
Es sind jedoch eine Reihe von Problemen mit Neonbeleuchtungsprodukten verbunden. Neonbeleuchtungsmittel können leicht zerbrochen werden, weil das Gas innerhalb einer Glasverkleidung enthalten ist; sie müssen an einem Ort angefertigt und an einem entfernten Ort installiert werden; sie erfordern einen relativ hohen Grad an Fertigkeit bei ihrer Fabrikation; sie erfordern einen relativ hohen Betrag an Energie, um zu funktionieren; sie können keine Farbe ändern, weil das aus den Glasröhren emittierte Licht durch die Wahl der verwendeten Glasfarbe und des innerhalb der Röhren verwendeten Gases festgelegt ist; sie sind wegen der zur Anregung des Gases innerhalb der Röhre und Fortsetzung der Erzeugung von Licht relativ hohen erforderlichen Spannung gefährlich zu benutzen; wegen der relativ hohen Energieanforderungen sind sie relativ teuer zu betreiben; auflange Sicht sind sie zusätzlich aufgrund hoher Instandhaltungskosten und relativ hoher Ersatzkosten aufgrund von Bruch und Gasaustritt relativ teuer; sie können nicht an einer Oberfläche, wie einer Wand eines Gebäudes, angebracht werden; sie müssen "Abstandshalter" haben, um sie von dem Träger, oder der Anbringoberfläche, wie einer Wand, wegzuhalten; aufgrund der Energleanforderungen von Neonlichtern müssen spezielle elektrische Kabelkanäle verwen det werden, um Leitungsdrähte von der Energiequelle zu dem Neonlicht zu tragen; Neon hat sehr begrenzte Verwendung im Wohnungsanwendungsbereich wegen der erforderlichen relativ hohen Spannung gehabt; aufgrund der verbundenen elektrischen Gefahren kann Neon nicht unter Wasser oder in explosionsgefährdeten Umgebungen verwendet werden; Reparatur von Neonbeleuchtungsprodukten im Gelände ist relativ schwierig; in praktischer Hinsicht beträgt die maximale Länge zwischen Elektroden von Neonröhren zwischen 8 und 12 Fuß; und sie setzen Menschen dem Risiko schwerer Verletzungen wegen zerbrochenem Glas und den verbundenen elektrischen Gefahren aus.

Leuchtstoffkaltkathodenlichter

Herkömmliche lineare Kaltkathodenlichter haben etwa einen Durchmesser von einem Zoll, sind halophosphorige beschichtete Bleiglasröhren, die durch Backen der beschichteten Röhren mit darin eingebetteten beschichteten rechtwinkligen Hochleistungselektroden hergestellt werden. Lineare Kaltkathodenlichter sind in ihrer Erscheinung Leuchtstoffbeleuchtung ähnlich; allerdings sind lineare Kaltkathodenlichter nierderspannig und lineare Leuchtstofflichter hochspannig. Die Farbauswahlen linearer Kaltkathoden- und Leuchtstofflichter sind dem Neon ähnlich und, wie bei Neon, in Bezug auf das gegebene Licht festgelegt. Die innerhalb der Verkleidung verwendeten Gase sind Neon oder Argon mit einem Quecksilberamalgam.
Zahlreiche Probleme sind auch mit dem Gebrauch und der Herstellung von linearen Leuchtstoff- und Kaltkathodenlichtern verbunden. Erstens erfordern sie eine sehr teure Ausrüstung zur Produktion. Zweitens können Leuchtstoff- und Kaltkathodenlichter, wegen der Kosten und der Kompliziertheit der Herstellung, nicht an einer Arbeitsstelle oder selbst in einer kleinen Werkstatt hergestellt werden, so wie eine Neonbeleuchtung hergestellt werden kann. Drittens müssen Leuchtstoff- und Kaltkathodenlichter in vorgefertigten Formen gekauft werden, was somit ihre Vielseitigkeit beschränkt. Viertens kostet eine Kaltkathodenbeleuchtung gegenwärtig etwa zweimal soviel wie Neonlampen kosten. Fünftens sind Kaltkathodenbeleuchtungserzeugnisse auf eine maximale Länge von etwa 96 Fuß beschränkt. Sechstens haben Leuchtstoff- und Kaltkathodenlichter nicht die Aura, die eine Neonbeleuchtung hat. Leuchtstofflicht wird normalerweise zur funktionellen Illumination verwendet. Kaltkathodenlicht wird normalerweise zur Akzent- oder Dekorationsillumination verwendet.

Verspiepelte Leuchtstoff-(Schwarzlicht)-Lichter

Verspiegeltes Leuchtstofflicht, herkömmlich auch als "Schwarzlicht" bekannt, ist eine aus Kunststoff hergestellte Röhre oder ein Stab, der glüht, wenn er ultravioletten Lichtfrequenzen ausgesetzt wird. Durch herkömmliche Extrusionstechniken können die Stäbe oder Röhren in gewünschte Querschnittsformen geformt werden.
Die Farben variieren abhängig von der chemischen Zusammensetzung der verwendeten fluoreszierenden Materialien, und sind in Bezug auf jede gewählte Chemikalie festgelegt.
Es gibt verschiedene mit Schwarzlicht verbundene Beschränkungen, von denen einige hier aufgeführt sind. Schwarzlicht muß in eine dunkle Umgebung eingebracht und einer ultravioletten Lichtquelle ausgesetzt werden, um als ein Licht gesehen zu werden; es hat keine Aura wie das eines Neonlichts; und es kann nicht verwendet werden, um Buchstaben oder anderen Formen hintergrundzubeleuchten, weil es für diesen Effekt von reflektiertem Licht abhängt.

Röhrenbeleuchtung

Röhrenbeleuchtung ist ein pseudo-lineares Lichtmittel. Obwohl es in einer Entfernung den Eindruck eines kontinuierlichen Lichts erwecken kann, weist Röhrenbeleuchtung tatsächlich ein Stück klaren Glases oder eines Kunststoffrohres auf, das eine Reihe von gleichmäßig beabstandeten Lichtern innerhalb der Röhre enthält. Eine Röhrenbeleuchtung wird durch Verdrahten von Lichtern in einer gewünschten Länge, um einen Strang zu bilden, und dann durch Einführen des Strangs in eine Glasoder Plastikröhre geschaffen. Die Enden der Drähte werden durch einen zweckmäßigen Verbinder beendet.
Röhrenbeleuchtung hat eine einzigartige Eigenschaft, eine "strahlende" Erscheinung zu emittieren. Sie kann, abhängig vom Röhrenmaterial, in das die Lichterstränge eingesetzt werden, flexibel oder starr hergestellt werden.
Die Farbe kann durch Färbung entweder der Lichter oder der Röhre verändert werden. Einmal jedoch bestimmt, ist die Farbe festgelegt.
Einige der Probleme mit Röhrenbeleuchtung sind, daß die in den Strängen verwendeten Lichter und Drähte sehr anfällig gegenüber Schaden an den zwischen Kupplungen geschaffenen Verbindungen sind; und ein Wechsel einzelner Glühlampen ist in vielen Fällen unmöglich und bestenfalls sehr schwer durchzuführen.

Thermoplastische Lichtleiter

Thermoplastische Lichtleiter sind Kunststoffstäbe, die üblicherweise aus Acryl-, Styrol- oder Polycarbonatpolymer bestehen. Diese Lichtstäbe werden üblicherweise mit einem Durchmesser von 1/8 Zoll oder weniger hergestellt. Obwohl Acrylpolymer sehr spröde ist, erlauben die verwendeten relativ kleinen Durchmesser einen Eindruck von Flexibilität. Die Stäbe übertragen Licht von einem Ende zum anderen, wenn sie von einer äußeren Lichtquelle illuminiert werden, und weisen einen kleinen Betrag an Lichtverlust radial nach Außen entlang ihrer Länge auf. Einzelne thermoplastische optische Fasern sind kommerziell erhältlich und werden durch Extrusion hergestellt. Typischerweise werden eine Anzahl von Stücken fertigbearbeiteter thermoplastischer optischer Fasern in einem Bündel zusammengesetzt und in eine hohle Röhre eingebracht, um eine fertigbearbeitete thermoplastische optische Faser zu erhalten. Eine Farbveränderung wird durch Mittel zur Filterung des Lichts an der Lichtquelle gesichert.
Es gibt eine Anzahl von mit thermoplastischen optischen Fasern verbundenen Problemen, sowohl einzeln, als auch wenn sie zusammengesetzt und in einer hohlen Röhre eingebracht sind. Einige von ihnen sind: Thermoplastische Fasern haben einen relativ geringen Schmelzpunkt und können somit nur mit relativ intensitätsschwachen Lichtquellen verwendet werden; weil die Lichtquelleneingabe relativ eingeschränkt ist, ist auch die Intensität des von den einzelnen thermoplastischen Fasern emittierten Lichts wie auch das von Faserbündeln in einer Röhre emittierte gesammelte Licht sehr begrenzt im Vergleich zu anderen optischen Lichtmitteln; weil das von der Röhre emittierte Licht in Wirklichkeit von einer Anzahl einzelner Faserstränge innerhalb der Röhre emittiert wird, hat der Gesamteffekt der Lichtemission von der Röhre nicht das regelmäßigen, gleichförmigen Aussehen, den einige andere lineare Lichtmittel haben; die einzelnen Stränge innerhalb der Röhre erzeugen eine Anzahl von Schatten und sind ein einzigartiger Beitrag zu seiner visuellen Ungleichförmigkeit; und ein thermoplastischer Lichtleiter hat keine Aura, wie sie Neon hat.

Duroplastische Lichtleiter

Duroplastische Lichtleiter unterscheiden sich von thermoplastischen Lichtleitern primär in der Natur der chemischen Bindung der verwendeten Polymere. Sie sind relativ hochtemperaturbeständige, flexible, monofile Festkernfaseroptiken, um die herum eine Fluorpolymerumhüllung von etwa 0,007 bis etwa 0,030 Zoll Dicke angeordnet ist. Übertragenes Licht wird typischerweise durch eine Optik geleitet und an dem der Lichtquelle entgegengesetzten Ende und/oder radial entlang seiner Länge emittiert. Man weiß, daß duroplastische Lichtleiter in relativ loser Passung durchsichtiger oder lichtdurchlässiger Röhren eingesetzt worden sind, ähnlich dem Verfahren der Darstellung thermoplastischer Lichtleiter. Verschiedene lineare Lichtleiter dieses allgemeinen Typs und ihr Herstellungsverfahren sind beschrieben in dem US-Patent Nr. 3,641,332 von Frank Reick et al.; US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 300,202, angemeldet am 23. Januar 1989; die eine "Continuation" der Anmeldenummer 883,350, angemeldet am 8. July 1986 und nunmehr fallengelassen wurde (entsprechend EP-A-254915), ist; und andere solche Leiter, die von der Lumenyte International Corporation und Anderen kommerziell erhältlich sind.
Herkömmliche, kommerziell erhältliche und wie hier beschriebene monofile Lichtleiter können mit einer Fertigungshülle aus Polyethylen oder einem ähnlichen Thermoplast als einer Strukturform hergestellt werden, innerhalb derer das duroplastische Monomer und die Fluorpolymermantelröhre vor der Polymerisierung der Monomermischung angeordnet werden. Nach der Polymerisierung wird die Fertigungshülle entfernt, wobei das resultierende Produkt ein linearer, duroplastischer, monofiler Lichtleiter ist, der eine wärmeschrumpfende Ummantelung hat.
Die US 4,422,719 offenbart einen linearen Lichtleiter, der einen duroplastischen Kern und eine wärmeschrumpfende Tetrafluorethylenhülse aufweist.
Der Mantelkern (von wärmeschrumpfendem oder nicht wärmeschrumpfendem Typ) ist relativ durchsichtig und erzeugt, wenn illuminiert, einen Seitenlichteffekt irgendwie ähnlich dem eines Neonlichts, außer daß es nicht die mit einem Neonlicht verbundene charakteristische Aura hat. Es ist anzumerken, daß die Finishhülle der vorliegenden Erfindung verschieden ist von der herkömmlichen Fertigungshülle, und nicht mit ihr verwechselt werden sollte.
Der duroplastische Lichtleiter hat ebenfalls ein Anzahl verbundener Probleme. Zum Beispiel wird der duroplastische Lichtleiter nicht seine Form halten, wenn er gebogen wird. Die Ummantelung weist eine elektrische Ladung auf, die Staub usw. anzieht. Der duroplastische Lichtleiter ist relativ weich und wird im Vergleich zu Glas leicht zerkratzt. Wenn er in durchsichtige oder lichtdurchlässige Röhren eingeführt wird, treten unregelmäßige Lichtemissionen auf, die Röhre kann, wenn sie gebogen wird, Knicken verursachen, und es ist relativ teuer, den Lichtleiter in solch eine Röhre einzuführen. Obwohl duroplastische Lichtleiter gespleißt werden können, gibt es eine Schwächung in der Ummantelung an dem Spleiß und "heiße Flecken" von Licht entstehen auch an den Spleißstellen. Ein duroplastischer Lichtleiter ist relativ schwer durch Lösungsmittelschweißen, die typische Spleißmethode, zu spleißen, wegen äußerster Schwierigkeiten mit dem Lösungsmittelschweißen einer FEP-Teflon -Ummantelung, des am meisten verwendeten Typs von Fluorpolymer, der zum Ummanteln des Kernmaterials verwendet wird. Der duroplastische Lichtleiter hat Begrenzungen aufgrund des Biegeradius, die es relativ schwierig machen, ihn in Buchstaben oder andere Formen ohne Knicken und ohne die Qualität des emittierten Lichts, insbesondere an den schärferen Biegestellen, zu formen. Ultraviolette Strahlung, so wie bei Aussetzungen an die Sonne, verursacht eine Härtung des Kernpolymers, wobei somit seine Biegsamkeit verringert, und in extremen Fällen, beseitigt wird. Ein illuminierter duroplastischer monofiler Lichtleiter scheint relativ durchsichtig zu sein und, in einigen Anwendungen, nicht erwünscht. Es ist relativ schwierig, einen duroplastischen Lichtleiter an andere Materialien anzubringen, weil seine Ummantelungsoberfläche aus FEP-Teflon oder einem gleichwertigem Material hergestellt ist. Ein duroplastischer Lichtleiter hat keine Aura entsprechend der von Neonlicht. Wenn Wasser oder andere Flüssigkeiten in den Mantel eindringen oder in den Leiter an einem der beiden Enden zwischen dem Mantel und dem Kern eintreten, wird die Lichtübertragung entlang dem Leiter radikal geändert, und in den meisten Fällen stark verschlechtert. Um seine optischen oder Umwelteigenschaften zu schützen oder zu verbessern, kann der duroplastische Lichtleiter nicht, aus praktischen Gründen, mit Aufnahme von chemischen oder physikalischen Füllstoffen entweder in dem Kern- oder in dem Mantelmaterial hergestellt werden, weil der Brechungsindex dieser Materialien dann geändert werden würde und die Dämpfung des durch den Leiter übertragenen Lichts gesteigert werden könnte. Verfahren zur Anbringung duroplastischer optischer Fasern sind relativ teuer und unattraktiv, weil das Mantelmaterial nicht einfach oder wirtschaftlich mit Vorsprüngen als Anbringungshilfe hergestellt werden kann.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen:

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer herkömmlichen ummantelten Lichtleiterzusammenstellung vor Polymerisation.
Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer herkömmlichen ummantelten Lichtleiterzusammenstellung nach Polymerisation und Entfernung der Fertigungshülle.
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht des ummantelten Lichtleiters der Figur 2 entlang der Linie 3-3.
Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts einer bevorzugten ummantelten Lichtleiterzusammenstellung für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung vor Polymerisation.
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der ummantelten Lichtleiterzusammenstellung der Figur 4 nach Polymerisation, aber vor Anwendung von Wärme.
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der ummantelten Lichtleiterzusammenstellung der Figur 4 nach Polymerisation, nach Entfernung der Fertigungshülle und nach Anwendung von Wärme, um die wärmeschrumpfbare Fluorpolymerummantelung zu schrumpfen.
Fig. 7 ist eine Querschnittsansicht der ummantelten Lichtleiterzusammenstellung der Figur 6 entlang der Linie 7-7.
Fig. 8 ist eine Photographie, die eine Querschnittsansicht eines wie in der Seriennr. 883,350 offenbarten ummantelten Lichtleiters und einen ummantelten Lichtleiter der Figuren 4 bis 6 zeigt.
Fig. 9 ist eine Photographie, die einen Licht übertragenden und emittierenden, gebogenen Abschnitt eines wie in der Seriennr. 883,350 offenbarten ummantelten Lichtleiters, und einen Licht übertragenden und emittierenden, gebogenen Abschnitt eines wärmeschrumpfenden ummantelten Lichtleiters der Figuren 4 bis 6 zeigt.
Fig. 10 ist eine partielle Querschnittsansicht von der Längsseite eines Lichtleiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung.
Fig. 11 ist eine Querschnittsansicht von der Kopfseite des Leiters der Figur 10 entlang der Linie 2-2.
Figur 12 ist eine partielle Querschnitteansicht von der Seite einer gespleißten Basis für eine Verwendung in dem Leiter der vorliegenden Erfindung.
Figur 13 ist eine partielle Querschnittsansicht von der Seite einer gespleißten Basis mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung.
Figur 14 ist eine Querschnittsansicht eines Leiters der vorliegenden Erfindung, der einen kreisrunden Querschnitt hat und Füllstoffpartikeln enthält.
Figur 15 ist eine Querschnittsansicht eines Leiters der vorliegenden Erfindung, die einen alternativen Querschnitt darstellt.
Figur 16 ist eine Querschnittsansicht eines Leiters der vorliegenden Erfindung, die einen anderen alternativen Querschnitt darstellt.
Figur 17 ist eine partielle Querschnittsansicht eines Leiterspleißes der vorliegenden Erfindung.
Figur 18 ist eine partielle Querschnittsansicht eines alternativen Leiterspleißes der vorliegenden Erfindung.

Zusammenfassung der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung ist auf einen Lichtleiter gerichtet, der einen monofilen lichtübertragenden Kern aufweist, der aus Glas, Flüssigkeit, thermoplastischem oder duroplastischem Polymer gemacht sein kann, welcher von einer Fluorpolymerummantelung umgeben ist, die ihrerseits von einer extrudierten Finishpolymerhülle umgeben ist, die entweder durchsichtig oder lichtdurchlässig sein kann, und das vorzugsweise aus Polyvinylchlorid-, Polycarbonat-, Silicon- oder Acrylmaterial hergestellt ist. Zahlreiche Füllstoffe können in dem Finishhüllenpolymer verwendet werden, und das Finishhüllenpolymer kann in verschiedene Formen geformt werden, die somit zum Beispiel ermöglichen, daß eine runde optische Faser eng mit einer quadratisch oder anders geformten Finishpolymerhülle umhüllt wird.
Das bevorzugte Verfahren, die Finishhülle um die Fluorpolymerummantelung zu formen, besteht darin, die Finishhülle um den ummantelten ausgehärteten Kern unter Verwendung eines Extrusionswerkzeugs mit Kreuzkopf zu extrudieren. Ein bevorzugter ummantelter Lichtleiter hat den Leiter oder Kern von einer geschrumpften, wärmeschrumpfbaren Röhre umgeben, wie einem Fluorpolymer einschließlich Teflon, um eine gut anliegende, gleichmäßige Ummantelung um den Kern, und einen relativ dünnen, minimierten, gleichmäßigen Spalt zwischen der Ummantelung und dem Kern, zu schaffen. Der verbesserte ummantelte Lichtleiter kann in herkömmlichen Reaktoren hergestellt werden, wobei eine herkömmliche Monomermischung in eine ausgeweitete, wärmeschrumpfbare Röhre angeordnet werden kann, die ihrerseits in einer anderen Röhre angeordnet und gut anliegend gesichert worden ist, oder einer aus haltbarem, relativ dickem Material hergestellten Fertigungshülle; fortschreitend von einem Ende zum anderen polymerisiert, um einen flexiblen Kern auf die Art zu formen, daß die wärmeschrumpfbare Röhre nicht zu ihrem vollkommen geschrumpften Zustand geschrumpft wird, bevor die Monomermischung den für den Kern gewünschten Polymerisationsgrad erreicht hat, während er im Reaktor verbleibt; die Zusammenstellung, die die Fertigungshülle und die den Polymerkern enthaltende wärmeschrumpfende Röhre enthält, aus dem Reaktor entfernen; die Fertigungshülle entfernen; und Wärme auf die den Polymerkern enthaltende wärmeschrumpfbare Röhre anwenden, um sie zum Schrumpfen zu veranlassen und einen eng um den Polymerkern anliegenden Mantel zu bilden. Alternativ kann der Kern entweder aus einem anderen optisch leitendem Material wie zum Beispiel optischem Qualitätsglas und verschiedenen Flüssigkeiten hergestellt werden. Die den Kern umgebende wärmeschrumpfende Ummantelung schafft einen ummantelten Lichtleiter, der verbesserte optische Leitungs- und Emissionseigenschaften sowohl in geraden als auch gebogenen Anordnungen hat.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter und alternativer Ausführungsformen:

Ein für eine Verwendung in der vorliegenden Erfindung bevorzugter ummantelter Leiter hat einen lichtleitenden Kern, der einen relativ hohen Brechungsindex aufweist, der von einer röhrenförmigen, aus einem wärmeschrumpfbaren Material hergestellten Ummantelung umgeben ist, die einen relativ geringen Brechungsindex im Vergleich zu dem des Kerns aufweist, und einen minimierten, relativ schmalen, gleichmäßigen Spalt zwischen der inneren Umrandung der Ummantelung und der äußeren Umrandung des Kerns hat. Der Kern kann aus einem Polymermaterial wie in der Seriennr. 883,350 offenbart hergestellt sein, oder aus Glas hergestellt sein, oder anderen bekannten Materialien für die Herstellung von Lichtleitern. Die vorliegende Erfindung richtet sich auf einen solchen ummantelten Lichtleiter, die Herstellung eines einzelnen, ummantelten Llchtlelters und die gleichzeitige Herstellung einer Vielzahl eines solchen ummantelten Lichtleiters.

Eigenschaften des wärmeschrumpfenden Mantels

Mit Bezug auf die Figuren 1-9 werden bevorzugte Ausführungsformen des verbesserten wärmeschrumpfenden ummantelten Lichtleiters und ihre Herstellungsverfahren beschrieben werden.
Zuerst auf Figuren 1-2 bezug nehmend werden ein bekannter ummantelter Lichtleiter und sein Herstellungsverfahren beschrieben werden.
Wie bekannt und in der Anmeldung Seriennr. 883,350 beschrieben, unter Bezugnahme eingefügt, als ob sie hierin vollständig dargelegt würde, kann der ummantelte Lichtleiter durch einen Prozeß hergestellt werden, in dem zylindrische Teflon -Fluorpolymerröhren mit einer herkömmlichen Monomermischung gefüllt, in einer U-Form in einem Reaktor angeordnet und dann innerhalb und entlang der Länge der Röhre innerhalb des Reaktors polymerisiert werden, um einen flexiblen, lichtleitenden und emittierenden Kern, der einen relativ hohen Brechungsindex aufweist, zu bilden, der durch eine Fluorpolymerummantelung mit vergleichsweise niedrigem Brechungsindex umgeben wird. Während und nach der Polymerisation weist der innere Kern typischerweise eine Schrumpfung auf und, in Verbindung mit dem Mangel an haftenden Eigenschaften der Ummantelung, verursacht einen Spalt, der zwischen seiner äußeren Umrandung und der inneren Umrandung der Ummantelung erzeugt wird.
Ebenso, nicht in der Seriennr. 883,350 gezeigt, aber kommerziell genutzt und wie in der Figur 1 gezeigt, wird eine Querschnittsansicht einer herkömmlichen, von einem Mantel und einer Fertigungshülle umhüllte Rohrzusammenstellung vor Polymerisation gezeigt, die eine ein herkömmliches nicht-wärmeschrumpfendes Fluorpolymerrohr 2 umgebende flexible Fertigungshülle 1 hat. Obwohl die Rohrzusammenstellung von praktisch jeder Länge sein kann, wird sie für die Fertigung im allgemeinen in eine U-Form gebogen und ist bis etwa 60 Fuß in der Gesamtlänge lang, wobei zu Darstellungszwecken von derzeitig interessierenden Problemen auf dem Gebiet der Erfindung ein kleiner Abschnitt einer nominal geraden Rohrlänge von etwa Fuß, der ein oberes Ende 4 und ein unteres Ende 5 hat, gezeigt wird. Das mit der flüssigen Monomermischung 3 gefüllte Fluorpolymerrohr 2 des in der Seriennr. 883,350 beschriebenen Typs wird dann auf herkömmliche Weise polymerisiert, wie durch fortschreitende Polymerisation von seinem unteren Ende 5 zu seinem oberen Ende 4 in einem relativ warmen Bad, das genügt, um eine relativ langsame Polymerisation wie auch in der Seriennr. 883,350 beschrieben zu ermöglichen.
Nach Polymerisation wird, wie in Figur 2 gezeigt, der polymerisierte ummantelte Lichtleiter mit der entfernten flexiblen Fertigungshülle 1 veranschaulicht, wobei er eine umgebende Fluorpolymerummantelung 6 mit seinem aus einem polymerisierten, flexiblen lichtübertragenden Polymer bestehenden Kern 7 hat, das einen relativ großen Brechungsindex aufweist. Während des Polymerisierungsprozesses schrumpft das Kernmaterial typischerweise um etwa 12-15 Volumenprozent. Weil die Polymerisation üblicherweise in den U-förmigen Rohren langsam stattfindet, wird die radiale Schrumpfung ein wenig minimiert und die Menge der oberen, flüssigen Polymerisiermischung fließt nach unten, wobei sie das Fluorpolymerrohr 2 zu füllen bestrebt ist. Auch zieht es, da es einem reinen Fluorpolymermantel wie Teflon jeder bekannten haftenden Eigenschaften mangelt, von der Wand des polymerisierten Kerns weg und ist bestrebt, einen Spalt 8 zwischen der inneren Umrandung des Fluorpolymerrohrs 6 und dem Kern 7 zu bilden. Wie in dem Patent '332 besprochen ist ein Luftspalt oder ein mit gleichwertigem Material gefüllter Spalt für eine Erzielung guter optischer Eigenschaften des fertigbearbeiteten ummantelten Lichtleiters notwendig. Auch wird, wegen der Schrumpfung, die Gesamtlänge des Kerns 7 im Vergleich zu der Länge der vorpolymerisierten Monomerfüllung 3 in dem Fluorpolymerrohr 2 abnehmen. Somit werden das obere Ende 9 und das untere Ende 10 des polymerisierten Kerns 7 in verschiedenen Stellungen in Bezug auf das ummantelte obere Ende 4 und untere Ende 5 als vor der Polymerisation gezeigt, um dieses Schrumpfphänomen zu veranschaulichen; obwohl man sich bewußt sein sollte, daß die tatsächliche Schrumpfung an jedem oberen Ende der U-förmigen Rohre aeschieht, die beide wie in der Seriennr. 883,350 beschrieben "oben" sind.
Wie in Figur 3 gezeigt; eine Querschnittansicht entlang der Linie 3-3 der Figur 2, werden die äußere Ummantelung 6, der polymerisierte Kern 7 und der Spalt 8 gezeigt. Typischerweise enthält der Spalt 8 nur Luft, das einen nominellen Brechungsindex von 1,0 hat. Typischerweise ist der Spalt 8 in der Breite zwischen der äußeren Umrandung des Kerns 7 und dem Ummantelungsrohr 6 nicht gleichmäßig, wie in beiden Figuren 2 und 3 veranschaulicht. Der Spalt 8 kann ein anderes optisch leitendes Material neben Luft enthalten, wie zum Beispiel Stickstoff, so lange der Füllstoff einen relativ geringen Brechungsindex im Vergleich zu dem Brechungsindex des Kerns 7 hat, gleichgültig, ob der Kern aus einem polymerisierten Material oder einem anderen Material wie Glas ist.
Durch herkömmliche in dem US-Patent Nr. 3,641,332 und Seriennr. 883,530 beschriebene Prozesse oder herkömmliche kommerziell genutzte Prozesse, die die Fertigungshülle verwenden, hergestellte ummantelte Lichtleiter weisen Begrenzungen bezüglich der optischen Leistungsfähigkeit ebenso wie Streuungsprobleme auf, wie zum Beispiel, daß sie zahlreiche helle und dunkle Flecken, speziell bei Biegungen in dem Leiter, aufweisen. Solche Lichtleiter haben typischerweise auch freie Lufttaschen, die leicht gefühlt und entlang ihrer Länge gesehen werden können. Es wird derzeit vermutet, daß zumindest ein Teil der optischen Probleme mit den relativ großen und ungleichförmigen Spalten 8, wie in Figuren 2-3 und 8-9 eines herkömmlichen ummantelten Lichtleiters verbunden sind.
Ein herkömmlicher ummantelter Lichtleiter hat typischerweise eine geringe, d.h. 0,005 bis 0.050 Zoll dicke Fluorpolymerummantelung wie Teflon mit einem Innendurchmesser von etwa 1/8 bis 3/4 Zoll. Die Ummantelung ist ein herkömmliches Fluorpolymer wie ein fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer, einschließlich zum Beispiel von Dupont hergestelltes FEP Teflon , das manuell umgeben, oder in einigen Fällen, gleichzeitig mit einer thermoplastischen Fertigungshülle wie Polyethylen oder Polyvinylchlorid mitextrudiert weraen kann, um die Handhabung der dünnen Röhre zu verbessern. Das Fluorpolymerrohr mit Fertigungshülle ist mit einer duroplastischen organischen Monomermischung gefüllt, wie in der Seriennr. 883,350 dargelegt, die ihrerseits fortschreitend entlang der Länge der Rohrzusammenstellung durch einen herkömmlichen wie in der Seriennr. 883,350 beschriebenen Prozeß polymerisiert wird.
Aufgrund des relativ niedrigen Siedepunkts der für den Polymerkern verwendeten typischen organischen Monomere wird die Reaktion vorzugsweise bei einer relativ geringen Temperatur wie 36 bis 70 ºC und bei einem Druck von bis zu 250 psi durchgeführt, um die Bildung von Blasen und Poren im Kern während der Polymerisation vermeiden zu helfen.
Die äußere, das dünne Fluorpolymerrohr umgebende Polyethylen- oder Polyvinylchloridfertigungshülle wirkt, um eine Leichtigkeit der Handhabung zu ermöglichen, und wirkt auch, um die dünne Ummantelung auf zwei Arten zu schützen. Erstens, weil typischerweise eine Vielzahl von Rohrzusammenstellungen innerhalb des Fertigungsreaktors für eine gleichzeitige Polymerisation eingelegt sind, wobei die äußeren Polyethylen oder Polyvinylchloridhüllen das relativ dünne Fluorpolymerrohr vor einem Zusammenbrechen aufgrund der durch das Gewicht der oberen, über relativ niedrigeren Rohrzusammenstellungen angeordneter Rohrzusammenstellungen ausgeübten Kräfte schützen. Diese Funktion ist der Funktion ähnlich, die durch die in der Seriennr. 883,350 beschriebenen gelochten Rohrhalteplatten 20-30 ausgeübt wird. Zweitens würde, weil sich die duroplastische Monomermischung während der Polymerisation zusammenzieht, ein relativ großes Vakuum innerhalb des Fluorpolymerrohrs bei der Abwesenheit der Fertigungshülle erzeugt werden. Solch ein Vakuum würde dazu neigen, die Teflon -Ummantelung zusammenbrechen zu lassen. Allerdings erzeugt die Anwesenheit der Hüllenwände eine Pseudo-Haftkraft, die nicht gut verstanden wird, aber die die Ummantelung vor einem Zusammenbrechen bewahrt. Während der Mitextrusion der äußeren Hülle und des inneren dünnen Fluorpolymerrohrs kommen die Innenwand der äußeren Hülle und die Außenwand des Fluorpolymerrohrs eng zusammen. Wenn die heiße Polymerschmelze abkühlt und sich anschließend zusammenzieht, wird auch eine Pseudo-Haftkraft zwischen der äußeren Umrandung der Ummantelung und der inneren Umrandung des Mantels erzeugt, um somit wirksam der Kraft, wegen des innerhalb der Ummantelung erzeugten Vakuums, entgegenzuwirken.
Ebenso variiert, wegen des ungleichmäßigen Zusammenziehens der duroplastischen Monomermischung sowohl radial als auch lateral in Bezug auf die Ummantelung während der Polymerisation, und weil das Fluorpolymerrohr selbst entlang seiner Länge keinen gleichförmigen Innendurchmeser hat, mit radialen Variationen von 0,003 bis 0,005 Zoll in einem typischen 1/8" Innendurchmesserabschnitt eines Rohrs, der Bereich von Spaltweiten entlang der Länge des Rohrs. Mit anderem Worten wird, in Bezug auf Figuren 2-3, die Entfernung zwischen dem Kern 7 und der Ummantelung 6, d.h. der Spalt 8, entlang einer beliebigen gegebenen Länge des beschichteten, optischen Rohrs variieren, und kann auch radial variieren, um leicht beobachtbare Lufttaschen zu erzeugen.
Die Bedeutung der Ungleichmäßigkeiten in dem Spalt 8 liegt darin, daß, wenn Licht in ein Ende des geraden Lichtleiters einfällt, d.h. das Kernrohr, die variierenden Spaltweiten das Auftreten von hellen und dunklen Flecken an der äußeren Umrandung des lichtemittierenden Leiters verursachen. Weiterhin scheint, wenn der lichtemittierende Leiter gebogen oder gekrümmt wird, um Formen zu bilden, das Licht an den Stellen, an denen die Ummantelung in relativ unmittelbare Nähe zu dem Kern kommt, d.h. bei Biegestellen, heller als in geraden Gebieten entlang des Leiters zu sein. Somit vereitelt und schmälert das Vorhandensein der ungleichmäßigen Spalte in sowohl geraden als auch gekrümmten ummantelten Lichtleitern von dem Ziel der gleichmäßigen Lichtemission von dem Mantelleiter. In vielen Fällen sind diese relativ hellen und relativ dunklen Flecken leicht mit dem bloßen Auge erkennbar.
Im allgemeinen wird Licht für beschichtete optische Rohre innerhalb des Gebiets dieser Erfindung an dem der Lichtquelle gegenüberliegenden Ende und durch die Umfangsumrandung entlang ihrer Länge emittiert. Man nimmt an, daß die Größe der Luftspalte, d.h. die Entfernung zwischen der äußeren Umrandung des Kerns und der inneren Umrandung der Ummantelung und die Länge des Spalts die Intensität des entlang des Spalts emittierten Lichts bestimmen. Somit sorgt der bevorzugte Leiter für die Verwendung in der vorliegenden Erfindung für eine intensivere Lichtemission entlang eines Spalts für eine gegebene Strecke, Spaltdicke und Lichtquelle, weil sein relativ kleinerer Spalt für einen kürzeren Laufweg für das von dem Kern zu der umgebenden Ummantelung emittierte Licht sorgt. Auch wird im Vergleich zu dem herkömmlichen ummantelten Lichtleiter ein höherer Prozentsatz des gesamten Lichts von der Umfangsumrandung als von seinem quellenlosen Ende emittiert. Die Ungleichmäßigkeit des Lichts von der Umfangsumrandung wird, so nimmt man an, durch die Ungleichmäßigkeit des Luftspalts bestimmt. Somit hat die vorliegende Erfindung wegen ihres im Vergleich zu herkömmlichen ummantelten Lichtleitern schmalen, minimierten gleichförmigen Spalts nicht nur eine vergrößerte Intensität von der Umfangsumrandung emittierten Lichts, sondern auch eine verbesserte Gleichförmigkeit des emittierten Lichts.
Als Beispiel veranschaulichen die Photographien in Figuren 8-9 dieses Phänomen. Der untere Teil der Figur 8 zeigt einen Querschnitt eines ummantelten Lichtleiters, der in Übereinstimmung mit der Seriennr. 883,350 hergestellt wurde. An der linken Seite des Leiters befindet sich ein sehr deutlicher, sichelförmiger Spalt, der zwischen der äußeren Umrandung des Kerns und der inneren Umrandung des Teflon -Mantels gesehen werden kann. Der obere Teil der Figur 8 zeigt einen Querschnitt eines ummantelten Lichtleiters der vorliegenden Erfindung. Wie leicht beobachtet werden kann, gibt es keinen sichtbaren, ungleichen Spalt zwischen dem Kern und dem Mantel. Tatsächlich ist der Mantel so eng um den Kern gebildet, daß kein Spalt sichtbar ist, wobei er zu schmal ist, um vom bloßen Auge gesehen zu werden.
Bezug nehmend auf Figur 9 sind ein lichtemittierender herkömmlicher ummantelter Lichtleiter der Seriennr. 883,350 und der bevorzugte llchtemittierende ummantelte Leiter mit einer identischen Lichtquelle an einem Ende jeden Leiters gezeigt. Der Leiter der vorliegenden Erfindung ist der obere Leiter, der den größeren Biegeradius von beiden hat. Wie leicht zu erkennen ist, ist der obere Leiter viel heller, wobei er somit die höhere Lichtemissionseigenschaft oder größere Intensität des bevorzugten Leiters veranschaulicht. Auch die Anwesenheit von Ungleichmäßigkeiten am Lichtauslaß ist in dem unteren Leiter, speziell an dessen linker Seite dargestellt. Diese Ungleichmäßigkeiten des emittierten Lichts entsprechen Luftspalten, die leicht mit dem bloßen Auge wie in Fig. 8 dargestellt erkennbar sind. Es ist ebenfalls leicht aus der der Figur 9 vergleichbaren Photographie zu beobachten, daß der bevorzugte Leiter Licht relativ gleichmäßig entlang seiner gesamten, gebogenen Länge emittiert, während der herkömmliche Leiter eine höhere Intensität an den gebogenen als an den geraden Abschnitten hat.
In Bezug auf Figuren 4-7 wird weiterhin der Gebrauch eines wärmeschrumpfbaren FEP-Teflon oder anderen, entsprechenden wärmeschrumpfbaren Fluorpolymermaterials in einem ummantelten Lichtleiter beschrieben, um bei der Herstellung eines relativ schmalen, minimierten gleichmäßigen Spalts zwischen dem Kern und der Ummantelung zu helfen. Es wurde herausgefunden, daß die Verwendung eines wärmeschrumpfbaren Fluorpolymers wie Teflon oder einem anderen wärmeschrumpfbaren Materials, das einen kleinen Brechungsindex aufweist, in der Herstellung eines ummantelten Lichtleiters resultiert, der einen minimierten, gleichmäßigen Spalt zwischen dem Kern und der Ummantelung hat. Es wurde auch herausgefunden, daß der Spalt nicht nur relativ gleichmäßig sein wird, sondern daß er auch relativ klein sein wird, und daher von vorteilhafter Dicke entlang der gesamten Länge des lichtemittierenden Leiters. Die optische Leistungsfähigkeit und optische Gleichmäßigkeit gerader wie auch gebogener Rohre werden unerwarteterweise in dem bevorzugten Leiter im Vergleich zu einem herkömmlichen Leiter, der mit einer nicht-wärmeschrumpfbaren Fluorpolymerummantelung hergestellt worden ist, verbessert.
Verfahren zur Herstellung und Eigenschaften eines wärmeschrumpfbaren Rohrs sind wohl bekannt. Ein wärmeschrumpfbares Rohr wird normalerweise in seinem geweiteten oder vorgeschrumpften Zustand bereitgestellt. Mit einer kurzen Anwendung von Wärme schrumpft solch ein Rohr und formt sich selbst langsam um die Form, an der es angeordnet worden ist - selbst komplizierteste und unregelmäßige Formen - um eine eng anliegende, dichte Decke zu bilden. Wärmequellen und Verfahren zur Erwärmung geweiteten, wärmeschrumpfbaren Materials sind bekannt und umfassen zum Beispiel Konvektion, Strahlung oder Überschußwärme einer Reaktion. Wärmeschrumpfende Rohre sind in verschiedenen Schrumpfverhältnissen erhältlich, wie zum Beispiel 1,3 zu 1; 2 zu 1; 3 zu 1; 4 zu 1; etc. Gewöhnlich geschieht die Schrumpfung des wärmeschrumpfbaren Rohrs nur radial und die Länge des Rohrs bleibt gewöhnlich konstant. Übliche wärmeschrumpfbare Rohre werden aus zahlreichen Materialien hergestellt, wie Polyvinylchlorid, Polyethylen und anderen Poly(olefinen) oder Fluorpolymeren. Diese wärmeschrumpfbaren Rohre sind in Größen erhältlich, die von etwa 1/32" bis 6" Durchmesser reichen.
Die Auswahl des wärmeschrumpfenden Rohrs muß so sein, daß der potentielle Querschnittsinnendurchmesser des wärmeschrumpfenden Rohrs in seinem geschrumpften Zustand kleiner ist als der äußere Querschnittsdurchmesser des polymerisierten oder fertigbearbeiteten Kernmaterials.
Bei der Auswahl des wärmeschrumpfenden Mantels werden seine Schrumpfverhältnisse und Durchmessergrößen von den verschiedenen Durchmessern der Wärmeschrumpfung innerhalb des Konzepts der vorliegenden Erfindung betroffen. Verschiedene Durchmesser betreffen variierende Durchmesser des wärmeschrumpfenden Mantels zu verschiedenen Zeiten während des Herstellungsprozesses der linearen Lichtleiter der vorliegenden Erfindung.
Ein erster Innendurchmesser des Mantels wird der sein, der existierte, bevor der wärmeschrumpfende Mantel in seine geweitete Form gebracht worden ist, und muß kleiner sein als der letzte Außendurchmesser des geplanten polymerisierten Kerns. Der erste Innendurchmesser des Mantels sollte um einen Faktor von etwa 10% oder mehr kleiner sein als der geplante Kern. Ein zweiter Innendurchmesser ist der Durchmesser des Mantels in einem geweiteten, vorgeschrumpften Zustand. Ein dritter Innendurchmesser des Mantels wird der sein, auf den er extrem eng um den Kern geschrumpft worden ist und der nur gering, vorzugsweise in einer mikroskopischen Größenordnung größer sein wird als der Außendurchmesser des polymerisierten Kerns, und der im allgemeinen den Umrissen des polymerisierten Kerns entsprechen wird. Die Auswahl eines wärmeschrumpfenden Mantels muß daher die drei verschiedenen Innendurchmesser der wärmeschrumpfenden Ummantelung berücksichtigen.
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, wärmeschrumpfende Rohre wie zuvor beschrieben zu verwenden, vorzugsweise in Verbindung mit der Herstellung eines flexiblen ummantelten Lichtleiters wie in der Seriennr. 883,350 beschrieben oder wie anders kommerziell erhältlich. Die Produktion eines ummantelten Lichtleiters der vorliegenden Erfindung ist derzeit auf die Größe kommerziell erhältlicher, wärmeschrumpfender Rohre beschränkt, die derzeit vermutlich einen Durchmesser von 1/32" bis 6" haben.
Ummantelte Lichtleiter mit kleinerem oder größerem Durchmesser können gefertigt werden, sollten wärmeschrumpfende Rohre mit größerem oder kleinerem Durchmesser kommerziell erhältlich werden.
Auch wird derzeit angenommen, obwohl bevorzugte ummantelte Lichtleiter mit herkömmlichen wärmeschrumpfbaren Materialien vorbereitet werden können, daß bestimmte Verunreinigungen in einem wärmeschrumpfbaren, durch herkömmliche Verfahren vorbereiteten, Rohr gefunden werden, und daß diese Verunreinigungen in geringerer als den optimalen optischen Eigenschaften für den fertigbearbeiteten ummantelten Lichtleiter der vorliegenden Erfindung resultieren. Es wird deshalb angenommen und bevorzugt, daß das wärmeschrumpfbare Rohr bei seinem Herstellungsprozeß durch Anwenden eines inerten Gases, wie Helium, hergestellt wird, das ein wärmeschrumpfbares Rohr erzeugt, welches relativ weniger Verunreinigungen hat und deshalb in einem fertigbearbeiteten ummantelten Lichtleiter resultiert, der sogar noch weiter verbesserte optische Eigenschaften aufweist.
Wie in Figur 4 gezeigt umgibt eine Fertigungshülle 9 eine vorgeschrumpfte, wärmeschrumpfbare Ummantelung 10, die ihrerseits eine flüssige Monomermischung 11 umgibt.
Bezug nehmend auf Figur 5 ist die vorgeschrumpfte, wärmeschrumpfbare Ummantelung 10 gezeigt, die den polymerisierten Kern 11 enthält, der Schrumpen wie mit Bezug auf Figur 2 beschrieben an den Tag gelegt hat. Die Fertigungshülle 9 der Figur 4 ist entfernt worden. Es kann festgestellt werden, daß ein schmaler Spalt 12 zwischen dem Kern 11 und der Ummantelung 10 bleibt.
Wie in Figur 6 gezeigt, wurde, nachdem Wärme auf die Ummantelung 10 wie zum Beispiel durch ein Heißluftgebläse angewendet worden ist, die wärmeschrumpfbare Teflon -Fluorpolymerummantelung 10 geschrumpft, um einen noch engeren, relativ gleichmäßigen Spalt 14 zwischen dem Kern 11 und der geschrumpften Ummantelung 13 zu bilden.
Figur 7, eine Querschnittsansicht entlang der Linie 7-7 der Figur 6, veranschaulicht diesen engen, minimierten, gleichmäßigen Spalt 11. Der Spalt 11 kann aus Luft oder einem anderen Material sein, das einen relativ kleinen Brechungsindex im Vergleich zu dem Brechungsindex des Kernmaterials 22 aufweist.
Wie zum Beispiel in Figur 6 veranschaulicht gibt es, aufgrund der den verwendeten Polymeren eigenen Eigenschaften, keine Verschmelzung zwischen dem inneren Kern 11 und der Ummantelung 13. Mangels Verschmelzung zweier Materialien, wie es in der vorliegenden Erfindung vorliegt, muß eine Spalte, wenngleich klein, zwischen den beiden Materialien bestehen. Hierbei sind alle auf das Vorhandensein eines solchen Spalts gemachten Verweise darauf gerichtet, den obligatorischen Spalt auf eine mikroskopische Ebene zu minimieren. In Bezug auf die in dem US-Patent Nr. 3,641,332 beschriebene Erfindung war die darin beschriebene relativ große Größe des Spalts ein integraler Bestandteil der Erfindung. In dem bevorzugten Leiter ist die Minimierung und beträchtliche Beseitigung eines solchen Spalts vorgesehen.

Beispiele einer warrmeschrumpfenden Ummantelung

Beispiel 1

Ein Abschnitt eines wärmeschrumpfbaren Rohrs aus FEP-Teflon - Fluorpolymer, mit einem nominalen Durchmesser von 3/8" und das ein Schrumpfverhältnis von 1,6 zu 1 hat (Zeus Industrial, Teil Nr. 3H 6HS 0), wurde in dem geweiteten Zustand mit einem typischen, herkömmlichen Ansatz einer duroplastischen Monomermischung gefüllt und unter Druck polymerisiert. Nach der Polymerisation schien die äußere Oberfläche der Probe bei Sichtprüfung ungleichmäßig zu sein. Wenn die Probe jedoch kurz Wärme ausgesetzt wurde, wies das wärmeschrumpfbare Rohr gleichmäßiges, radiales Schrumpfen auf und der resultierende ummantelte Leiter hatte bei Sichtprüfung eine sehr gleichmäßige Erscheinung. Diese Probe war ein Probe in Labormaßstab, bei der ein einziges Rohr vorbereitet wurde. Es erscheint von dieser Probe, daß der ummantelte Leiter, der einen Querschnitt wie in Figur 7 gezeigt aufweist, mit einem Ersatz einer wärmeschrumpfbaren Ummantelung an Stelle einer Ummantelung eines nicht wärmeschrumpfbaren Typs hergestellt werden kann.
Typischerweise jedoch werden ummantelte Lichtleiter für kommerzielle Mengen satzweise in Reaktoren bearbeitet, in denen eine Vielzahl von Monomermischung enthaltenen Rohrzusammenstellungen gleichzeitig polymerisiert werden, und das oben beschriebene Verfahren mag bei solcher satzweisen Bearbeitung keine guten Resultate erzielen.

Beispiel 2

Ein herkömmlicher Reaktor wurde mit einer Vielzahl von wärmeschrumpfbaren Rohrzusammenstellungen befüllt und mit einer herkömmlichen Monomermischung gefüllt und dann in der herkömmlichen Weise verarbeitet. Es wurde herausgefunden, daß die dünnen, wärmeschrumpfbaren Teflon -Rohre nicht sich selbst tragen konnten und ihre Wände an verschiedenen Stellen zusammenbrachen, wie es leicht durch Sichtprüfung beobachtet werden konnte, und was somit in ungleichmäßigen Spalten zwischen dem Kern und der Ummantelung resultierte.
Um dieses Zusammenbruchproblem zu lindern, konnte eine relativ dicke, chemisch stabile, flexible Fertigungshülle manuell außerhalb der wärmeschrumpfenden Ummantelung angeordnet werden, wie zuvor mit Bezug auf die herkömmliche Verarbeitung Bezug genommen.

Beispiel 3

Eine vier Fuß lange Probe desselben, in Beispiel 1 erwähnten wärmeschrumpfbaren Rohrs wurde innerhalb eines vier Fuß langen Abschnitts eines Polyethylenrohrs angeordnet. Das Polyethylenrohr oder die Fertigungshülle wurde auch entlang ihrer gesamten Länge geschnitten, um die Einbringung des wärmeschrumpfbaren Rohrs zu ermöglichen. Der Durchmesser des Rohrs wurde so gewählt, daß das wärmeschrumpfbare Rohr, in seiner geweiteten Form, sehr eng anliegend innerhalb des Polyethylenrohrs paßte, aber nicht so eng, als wenn das Polyethylenrohr über die Ummantelung extrudiert wäre. Die somit zusammengepackten Rohre wurden mit Band umhüllt, so daß das wärmeschrumpfbare Rohr vollständig bedeckt war. Die umwickelten, zusammengepackten Rohre wurden dann mit einer herkömmlichen duroplastischen Monomermischung durch Anordnung des Monomers in das wärmeschrumpfbare Rohr gefüllt. Das Monomer wurde dann unter Druck polymerisiert. Nach Abschluß der Polymerisation wurde die Polyethylenhülle abgeschält und das wärmeschrumpfbare Rohr, das das flexible, polymerisierte Rohr enthielt, war bei Sichtprüfung von ungleichmäßiger, allgemein zylindrischer Form entlang seiner gesamten Länge. Wenn der polymerisierte Abschnitt der Teflon -Fluorpolymerummantelung Wärme ausgesetzt wurde, schrumpfte die wärmeschrumpfbare Teflon -Fluorpolymerummantelung radial und erzeugte einen ummantelten, monofilen Leiter, der bei Sichtprüfung eine schmale, gleichmäßige, minimierte zylindrische Erscheinung entlang seiner gesamten Länge hatte. Der ummantelte, monofile Leiter wies auch eine ziemlich gleichmäßige Lichtemission entlang seiner gesamten Länge und Umfangsumrandung sowohl in geraden Abschnitten als auch gebogenen Abschnitten auf.

Beispiel 4

Ein ummantelter Lichtleiter wurde durch dasselbe Verfahren hergestellt wie in Beispiel 3, außer daß eine Polyvenylchloridfertigungshülle, die auch in länglicher Richtung geschlitzt war, verwendet wurde, um das warmeschrumpfende Rohr einzuhüllen, und außer daß der Schlitz nach Einführen des wärmeschrumpfenden Rohres durch Kleben verschlossen wurde. Andere Mittel um die Hülle zu schließen können verwendet werden, wie durch Band, laserinduziertes Verbinden oder andere herkömmliche Methoden. Nach Polymerisation und nach Wärmeschrumpfung der wärmeschrumpfbaren Teflon -Fluorpolymerummantelung war der Mantelleiter von gleichmäßigem zylindrischem Umriß entlang seiner gesamten Länge und emittierte Licht eines sehr gleichmäßigen Flusses entlang seiner gesamten Länge und Umrandung sowohl in geraden Abschnitten als auch gebogenen Abschnitten.

Beispiel 5

Eine Vielzahl der Leiter des in Beispiel 4 beschriebenen Typs wurden vorbereitet und in einem herkömmlichen Polymerisationsreaktor geladen und polymerisiert, wie in Seriennr. 883,350 beschrieben. Als die Polyvinylchloridfertigungshüllen von den Proben abgeschält worden waren, hatte jeder der ummantelten monofilen Leiter in ungeschrumpften Zustand ungleichmäßige, im allgemeinen zylindrische Umrisse entlang ihrer gesamten Länge. Jeder dieser Leiter wurde dann einer Wärmebehandlung unterzogen und nach der Behandlung hatten die fertigbearbeiteten, ummantelten Leiter bei Sichtprüfung gleichmäßige zylindrische Umrisse entlang ihrer gesamten Länge. Auch wurde jeder Leiter lichtgetestet, und das von jedem Leiter emittierte Licht war entlang der gesamten Länge und dem Umfang jeden Leiters bei Sichtprüfung sowohl bei geraden als auch gebogenen Aufbauten sehr gleichmäßig.

Extrusion der Fertigungshülle über die wärmeschrumpfende Ummantelung

Normalerweise ist die bevorzugte Methode den Lichtleiter herzustellen, eine Fertigungshülle über die Fluorpolymerummantelung vor der Polymerisation mitzuextrudieren. Allerdings ist diese Methode aus praktischen Gesichtsgründen bei einem wärmeschrumpfbaren Fluorpolymerrohr nicht effektiv, weil die bei dem Heißschmelzextrusionsprozeß erforderlichen Temperaturen bei Verwendung bevorzugter Fertigungshüllenmatterialien, obwohl in der Industrie als Niedrigtemperaturextrusionspolymere betrachtet, so sind, daß die während der Heißschmelzextrusion der Fertigungshülle frelgesetzte Wärme das wärmeschrumpfbare Fluorpolymerrohr veranlaßt, von seinem geweiteten Zustand zu seinem geschrumpften Zustand zu schrumpfen und somit den Hauptzweck, für den das wärmeschrumpfbare Rohr verwendet wird, zu vereiteln, das heißt, die Bildung eines engen, minimierten gleichförmigen Spalts zwischen dem Rohr und dem Kern in dem Rohr, nachdem die Polymerisationsreaktion stattgefunden hat. Es ist für die vorliegende Erfindung wichtig, daß die Wärmeschrumpfung während und/oder nach der Polymerisation statt vor der Polymerisation des Kernmaterials geschieht, so daß sich ein im Vergleich zu dem Spalt in der Leitung des '332 Patents oder der Anmeldung mit der Seriennr. 883,350 enger, minimierter gleichförmiger Spalt zwischen dem Kern und der Ummantelung ergibt.
Es wurden zwei Verfahren zur Extrudierung der Fertigungshülle über den wärmeschrumpfenden Mantel aus Fluorpolymer entdeckt, bei denen festgestellt wurde, daß der zweite Durchmesser, die erweiterte Form, der Mantel nicht derart geschrumpft wird, daß die erforderliche Endschrumpffunktion des wärmeschrumpfenden Mantels vereitelt wird. Die erste Methode verwendet ein Fertigungshüllenmaterial mit niedriger Extrusionstemperatur, das bei einer Temperatur extrudierbar ist, die niedriger ist als die Geforderte, um den wärmeschrumpfenden Mantel zu schrumpfen. Die zweite, und bevorzugte, Methode ist das Innere des wärmeschrumpfenden Mantels mit einem größeren als dem Umgebungs-, Außendruck unter Druck zu setzen und den höheren Innendruck aufrechtzuerhalten, während über den Mantel ein Fertigungshüllenmatterial mit niedriger Extrusionstemperatur extrudiert wird, das bei einer Temperatur extrudierbar ist, die größer ist als die Geforderte, um den wärmeschrumpfenden Mantel zu schrumpfen. Die zweite Methode wird bevorzugt, weil festgestellt wurde, daß das Fertigungshüllenmaterial die für eine Fertigungshülle erforderlichen Funktionen besser erfüllt als solche Materialien, die bei noch niedrigeren Temperaturen extrudierbar sind.
Die zwei Methoden der Extrudierung des Fertigungshülle über die Fluorpolymerummantelung wurden geprüft. Die Verwendung eines Ethylen-Vinyl-Acetat-Copolymers mit niedriger Extrusionstemperatur als die Fertigungshülle ist in den Beispielen 6 und 7 beschrieben. Die Verwendung eines herkömmlichen Poly(ethylens) als Fertigungshülle ist in Beispiel 8 beschrieben.
Eine Reihe von durch USI Chemicals Co. unter dem Handelsnamen ULTRATHENE hergestellter Copolymere aus Ethylen-Vinyl-Acetat sind für eine Extrusion als Fertigungshülle über den wärmeschrumpfenden Fluorpolymermantel verwendbar. Diese Copolymere sind in der USI Broschüre Nr. P4-3874/4402 beschrieben.
Wie oben erwähnt können einige Copolymere aus Poly(ethylen) über ein wärmeschrumpfendes Fluorpolymerrohr bei relativ niedrigen Temperaturen - ungefähr 210 Grad Fahrenheit - extrudiert werden, ohne sich auf das Schrumpfen auszuwirken. Weiterhin wurde herausgefunden, daß es durch Stopfen eines Endes eines Stücks des wärmeschrumpfenden Fluorpolymerrohrs und Unter-Druck-Setzten und den Druck-Halten bei einem relativ hohen Druck von ungefähr 40 bis 100 psi möglich ist, ein herkömmliches Rohr aus Poly(ethylen) mit geringer Dichte über das wärmeschrumpfende Fluorpolymerrohr zu extrudieren, ohne sich auf die Schrumpfung auszuwirken. Der Druck innerhalb des Rohrs wird schwanken, wobei er von solchen Faktoren wie dem Typ und der Wanddicke des Rohrmaterials abhängig ist.
Bei der Produktion eines Typs eines herkömmlichen ummantelten Leiters wird Poly(ethylen) geringer Dichte über ein Fluorpolymerrohr als Fertigungshülle extrudiert. Diese Poly(ethylen)hülle wird jedoch im Anschluß an die fortschreitende Polymerisation des Kerns entfernt. Extrusion herkömmlicher Homopolymere aus Poly(ethylen) geringer bis hoher Dichte oder anderer herkömmlicher Polymere über das wärmeschrumpfende Fluorpolymerrohr ohne die oben erwähnte Drucktechnik wird sich auf das Schrumpfen auswirken und infolgedessen den Zweck der Verwendung eines wärmeschrumpfenden Rohrs als einen Mantel für die Produktion eines Lichtleiters nach der Lehre der vorliegenden Erfindung vereiteln.

Beispiel 6

UE 631-04 ULTRATHENE Copolymer wurde erfolgreich verwendet, um über eine wärmeschrumpfende Fluorpolymerummantelung als eine Fertigungshülle zu extrudleren, ohne sich auf die Schrumpfung mit einer normalen Hüllenwanddicke, d.h. 0,030 bis 0,090 Zoll, auszuwirken. Eine geringe Schrumpfung wurde bemerkt, als die Wanddicke des UE 631-04 ULTRATHENE Copolymers beträchtlich auf 0,100 Zoll und/oders in größeren Rohrgroßen, wie bei 0,500 Zoll Durchmesser und mehr, gesteigert wurde. Aufgrund der Weichheit des ULTRATHENE Copolymermaterials wird, im Vergleich zu dem herkömmlichen Material, das gegenwartig als eine Fertigungshülle verwendet wird, eine Umhüllung mit dickerer Wand angewendet. Auch verursacht die inhärente relativ gummiartige Natur des ULTRATHENE Materials Schwierigkeiten in der Handhabung während der Herstellung.

Beispiel 7

Ein kontinuierliches Stück von ungefähr 30 Fuß der wärmeschrumpfenden Fluorpolymerummantelung wurde an einem Ende gestopft und an dem entgegengesetzten Ende maßvoll bei ungefähr 45-50 psi unter Druck gesetzt und bei diesem Druck gehalten, während UE 631-04 ULTRATHENE Copolymer als eine Fertigungshülle angewendet wurde. Es wurde selbst bei einer relativ großen Wanddicke von 0,100 Zoll und einer großen Rohrgröße von 0,500 Zoll Durchmesser keine Schrumpfung festgestellt.

Beispiel 8

Ein längeres kontinuierliches Stück von ungefähr 1500 Fuß des wärmeschrumpfenden Fluorpolymerrohrs wurde an einem Ende gestopft und an dem entgegengesetzten Ende unter Druck gesetzt und bei einem Druck von etwa 45-50 psi gehalten, während ein herkömmliches Homopolymer aus Poly(ethylen) auf das wärmeschrumpfende Fluorpolymerrohr extrudiert wurde. Es wurde keine bedeutende Schrumpfung festgestellt. Als die Fertigungshülle entfernt wurde, zeigten vorbereitete Lichtleiter, die das Rohr von dieser Charge verwendeten, die hierin in Bezug auf den wärmeschrumpfenden, ummantelten Lichtleiter beschriebenen Eigenschaften.

Beispiel 9

Ein ungefähr 3 Fuß langer, linearer Glasstab mit einem Außendurchmesser von 0,375 Zoll wurde mit Wasser und Seife gereinigt, dann zweimal mit Aceton abgewaschen und vollständig getrocknet und in einem Ofen geflammt. Der Stab wurde dann in ein wärmeschrumpfendes FEP-Rohr mit ungefähr 0,410 Zoll Innendurchmesser und einer Wanddicke von 0,012 Zoll gesteckt. Das wärmeschrumpfbare Rohr wurde dann unter Anwendung von Wärme um den Stab geschrumpft. Ein Ende des Stabes wurde in einem Illuminator angeordnet und dann illuminiert. Ein Wechsel der Farbe in dem Stab konnte bei einem Wechsel der Farbe des Lichts an der Lichtquelle des Illuminators festgestellt werden. Der Glasstab war nicht von optischer Qualität, daher war eine Abschwächung des Lichts leicht feststellbar. Es wird jedoch angenommen, daß die Verwendung eines Stabes mit optischer Glasqualität die Abschwächung des Lichts bedeutend verringern würde, ohne auf eine Anwendung einer wärmeschrumpfbaren Ummantelung auf den Glasstab zu wirken, um einen gleichmäßigen, minimierten engen Spalt zu bilden.
Wie durch diese Beispiele gezeigt schafft das wärmeschrumpfende Fluorpolymer oder anderes wärmegeschrumpftes Material ein Mittel, um einen engen, minimierten gleichmäßigen Spalt zu bilden, der den Kern eines flexiblen, ummantelten, monofilen Leiters umgibt und/oder anderen Leiter wie einen Glasstab umgibt.

Eigenschaften der Fertigungshülle der vorliegenden Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Fertigungshülle eines durchsichtigen oder lichtdurchlässigen Polymers, das über einen duroplastischen, monofilen Lichtleiter extrudiert wurde, der einen linearen, lichtleitenden, polymeren, flexiblen festen Kern hat, der von einem fluorinierten Ethylen-Propylen- Copolymer wie einem Teflon -FEP umgeben ist, und am meisten bevorzugt auf den wärmeschrumpfenden Manteltyp der oben beschriebenen duroplastischen optischen Faser gerichtet.
Auch wird angenommen, daß ein herkömmlicher Lichtleiter mit Flüssigkern mit einer Fertigungshülle der vorliegenden Erfindung umgeben werden kann.
Die durchsichtige oder lichtdurchlässige Fertigungshülle ist vorzugsweise ein Acryl-, Polycarbonat- oder Polyvinylchloridpolymer, obgleich andere, abhängig von Endverbrauch und den Eigenschaften des Polymers, verwendet werden können.
Zwischen der äußeren Oberfläche des Kerns und der inneren Oberfläche des Mantels, und zwischen der äußeren Oberfläche des Mantels und der inneren Oberfläche der Fertigungshülle ist ein relativ dünner, gleichmäßiger Spalt vorhanden.
Die Wanddicke der Finishhülle beträgt vorzugsweise etwa 0,010 Zoll bis etwa 0,50 Zoll, mit der am meisten bevorzugten Wanddicke in dem Bereich von etwa 0,010 Zoll bis etwa 0,3875 Zoll.
Die allgemeinen Zwecke und Funktionen des linearen Lichtleitermittels der vorliegenden Erfindung sind, Flächenbeleuchtung und Beleuchtung von Gegenständen zu schaffen, so als wenn sie als Spur im Boden oder an Wänden verwendet wird. Die vorhe gende Erfindung kann für praktisch alle Verwendungen funktionieren, die gegenwärtig mit Neonlichtern verbunden sind, und kann daher als ein Ersatz für Neonbeleuchtung in zahlreichen Fällen angesehen werden. Auch können die linearen Lichtleitermittel der vorliegenden Erfindung verwendet werden für Pool-, Bad und Brunnenbeleuchtung; Umfangs- und Landschaftsbeleuchtung; Anzeigenhintergrundbeleuchtung; Gang-, Spur und Treppenbeleuchtung; Signale; Ausstellungs- und Messestandakzentuierungs-, Poolzugangsbeleuchtung; medizinische Instrumentation; Architekturdesign; Innendesign; und bei freistehenden Kunstformen.
Bezug nehmend auf Figuren 10 und 11 ist eine Querschnittsansicht von der Längsseite eines bevorzugten duroplastischen, monofilen Lichtleiters der vorliegenden Erfindung gezeigt, der einen flexiblen, monofilen, lichtleitenden Polymerkern 21 mit ovalem Querschnitt hat, der von einem Fluorpolymermantel 24 wie Teflon -Fluorpolymer umgeben ist. Der Leiter kann selbstverständlich einen kreisrunden Querschnitt haben, wie es in Figur 14 veranschaulicht ist. Der Mantel ist von einer Fertigungshülle 23 umgeben, die vorzugsweise aus einem Material wie Polyvinylchlorid-, Acryl- oder Polycarbonatpolymer hergestellt ist. Andere Materialien wie Silikone können verwendet werden, so lange sie die hier später beschriebenen Funktionen erfüllen. In Figur 10 ist auch ein relativ schmaler minimierter, relativ gleichmäßiger Luftspalt 22 zwischen der Außenseite des Kerns 21 und der Innenseite des Mantels 24 gezeigt. Wieder Bezug auf Figur 10 nehmend ist ein relativ enger, minimierter, relativ gleichmäßiger Spalt 25 zwischen der Außenseite des Mantels 24 und der Innenseite der Polymerfinishhülle 23 gezeigt. Obwohl die Spalte 22 und 25 in Figur 1 mit ungefähr der gleichen Dicke gezeigt sind, ist eine identische Spaltdicke nicht erforderlich. Die vorliegende Erfindung kann mit einem herkömmlichen duroplastischen Lichtleiter, der einen relativ großen, ungleichmäßigen Spalt wie in dem Reick et al. '322 Patent beschrieben, hat, und dem verbesserten Kemleiter der Anmeldung Seriennr. 300,302, oder dem relativ schmalen, gleichmäßigen Spalt, der mit einem geschrumpften Fluorpolymermantel wie oben beschrieben verbunden ist, verwendet werden.

Unterschiede zwischen Fertigungs- und Finishhüllen

Obgleich die in der Finishhülle verwendeten Materialien der vorliegenden Erfindung dieselben Materialien sein können, die für die Fertigungshülle bei der Herstellung einiger herkömmlicher duroplastischer Lichtleiter, wie oben beschrieben, verwendet werden, haben die Fertigungshüllen im allgemeinen keine Verwendung als Finishhüllen der vorliegenden Erfindung, außer in dem eingeschränkten Fall einer Mitextrusion einer Fertigungshülle mit geringer Extrusionstemperatur über einen nicht-wärmeschrumpfenden Mantel, der verwendet wird, um einen Leiter vorzubereiten, der einen duroplastischen oder thermoplastischen Kern hat, was im allgemeinen ein minderwertiges und inakzeptables Produkt hervorbringt.
Die Finishhülle der vorliegenden Erfindung ist in vielerlei Hinsicht verglichen mit der herkömmlichen Fertigungshülle verschieden. In der Produktion eines bestimmten herkömmlichen duroplastischen Lichtleiters wird eine Fertigungshülle über das Fluorpolymerrohr mitextrudiert. Die Monomermischung, die den lichtübertragenden Kern schafft, wird in das mitextrudierte Rohr getan und anschließend polymerisiert. Die Fertigungshülle dient primär dazu, die Fluorpolymerummantelung und den Kern vor Abrasion, Wellen und Verformung während des Herstellungsprozesses zu schützen.
Ein allen bekannten, mit einer Fertigungshülle hergestellten Leitern gemeinsames Problem ist, daß die Längen ungespleißter Leiter auf etwa 68 Fuß begrenzt sind, weil dies die derzeit bekannte maximale Länge ist, die in herkömmlichen Reaktoren polymerisiert werden kann. Auch sind, in praktischer Hinsicht, aufgrund von häufig in U-formigen Biegungen zu findenden Mängeln, kürzere Längen von etwa 20-25 Fuß häufig die maximalen praktizierbaren erhältlichen Längen, wenn Acryl-, Polycarbonat- oder feste Silikonfertigungshüllen verwendet werden. Wenn weichere Materialien wie Polyvinylchlorid als herkömmliche Fertigungshüllen mitextrudiert werden, verursacht die relativ große Hitze und der erforderliche Druck einen Zusammenbruch oder teilweisen Zusammenbruch der Hülle an zufälligen Stellen entlang der Länge. Dieser Zusammenbruch oder teilweise Zusammenbruch führt zu einem verformten fertigbearbeiteten Produkt, besonders wenn unregelmäßige Querschnittsformen gewünscht werden.
Auch wenn der duroplastische Lichtleiter unter Verwendung herkömmlicher Umhüllungsmatterialien relativ hoher Extrusionstemperatur und wärmeschrumpfender Fluorpolymermäntel wie oben beschrieben hergestellt wird, so hat sich ergeben, daß eine Umhüllung des Mantels vor Polymerisierung mit dem Finishhüllenmaterial verursacht, daß das wärmeschrumpfende Material verfrüht schrumpft und eine Bildung eines akzeptablen wärmeschrumpfenden, ummantelten, bearbeiteten Leiter verhindert.
Der Zweck der Fertigungshüllen ist, eine strukturelle Einheit während des Polymerisationsprozesses zu schaffen, und bei der Herstellung linearer Beleuchtungslichtleiter werden die Fertigungshüllen entfernt und abgezogen, wenn die Polymerisation abgeschlossen worden ist. Das Fertigungshüllenmatterial sollte etwa 0,0300 bis 0,200 Zoll dick und aus Material gemacht sein, das geeignet ist, eine relativ beständige Kernform aufrechtzuerhalten.
Im Gegensatz hierzu wird die Finishhülle vorzugsweise um den Mantelkern angeordnet, um gewünschte optische Eigenschaften zu erreichen und um das fertigbearbeitete Produkt während des Endgebrauchs zu schützen. Um diese gewünschten optischen Eigenschaften zu erreichen, ist es notwendig, daß eine relativ gleichmäßige, relativ enge Passung der Finishhülle über den Mantelkern geschaffen wird. Im allgemeinen gilt, je enger die Finishhülle um den Grundleiter paßt, desto besser sind die optischen Eigenschaften des fertigbearbeiteten Produkts. In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist eine wichtige Funktion des Extrusionsprozesses die Bildung einer relativen Gleichmäßigkeit der Entfernung zwischen der inneren Oberfläche der Finishhülle und der äußeren Oberfläche des Fluorpolymermantels des Grundleiters. Eine weitere wichtige Funktion des Extrusionsprozesses ist die Minimierung des Spalts, sofern vorhanden, der zwischen der inneren Oberfläche der Finishhülle und der äußeren Oberfläche des Fluorpolymermantels des Grundleiters gebildet werden kann. In Übereinstimmung mit der Erfindung wird angenommen, daß es eine maximal zulassige Entfernung zwischen der inneren Oberfläche der Finishhülle und der äußeren Oberfläche des Fluorpolymermantels des Grundleiters gibt. Es wird weiter angenommen, daß die maximal zulässige Entfernung abhängig von dem Außendurchmesser des Grundleiters schwanken wird, das heißt, je kleiner der Durchmesser des Grundleiters, desto kleiner ist die maximal zulässige Entfernung zwischen der inneren Oberfläche der Flnishhülle und der Außenfläche des Grundleiters. Zum Beispiel sollte ein Grundleiter, der einen Außendurchmesser von etwa 0,50 Zoll hat, keine Finishhülle haben, die einen Innendurchmesser größer als etwa 0,55 Zoll aufweist, und ein Grundleiter, der einen Außendurchmesser von 0,125 Zoll hat, sollte keine Finishhülle haben, die einen Innendurchmesser größer als etwa 0,150 Zoll aufweist.
Daher werden im allgemeinen herkömmliche Fertigungshüllen nicht für eine Verwendung als Finishhülle(n) der vorliegenden Erfindung geeignet sein.

Herstellungsverfahren eines duroplastischen Lichtleiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung

Die bevorzugte Methode der Herstellung eines duroplastischen, monofilen Lichtleiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung ist durch Extrusion eines bindungsfähigen Polymers über einen duroplastischen Lichtleiter mit erweitertem, wärmeschrumpfendem Fluorpolymermantel,wobei gleichzeitig der Mantel geschrumpft wird.

Startmaterialien

Der als die Basis oder Startmaterial verwendete herkömmliche fluorpolymerummantelte, duroplastische, monofile Lichtleiter kann von jedem der gezeigten und oben oder in dem Reick et al. '322 Patent; in der US-Anmeldung Seriennr. 300,202 beschriebenen; und/oder wie kommerziell von Lumenyte International Corporation oder von anderen kommerziellen Quellen erhältlichen Leitertypen sein. Das bevorzugte Basisstartmatterial ist der duroplastische Lichtleiter, der einen Mantel vom wärmeschrumpfenden Typ hat und dessen Fertigungshülle wie oben beschrieben entfernt ist.

Spleißen der Basis (optional)

Ein herkömmlich wärmeschrumpfender ummantelter oder nicht wärmeschrumpfender ummantelter duroplastischer Lichtleiter ist normalerweise in Längen bis zu ungefähr 68 Fuß erhältlich. Wenn größere Längen gewünscht sind, können Abschnitte herkömmlicher ummantelter duroplastischer Lichtleiter durch eine von mehreren Methoden zusammengespleißt werden, um einen sehr langen Leiter zu bilden, der einem herkömmlichen Extruder, in dem das Finishhüllenpolymer durch ein Formwerkzeug mit Kreuzkopf extrudiert wird, zugeführt werden muß.
Bezug nehmend auf Figur 12 wird das bevorzugte Spleißverfahren beschrieben. Abschnitte 26 und 27 eines herkömmlichen ummantelten duroplastischen Leiters sind durch eine mit einem Verbandsstreifen umhüllte Fluorpolymerhülse verbunden gezeigt. Die Abschnitte 26 bzw. 27 haben Kerne 29, 30, Ummantelungen 31, 32 bzw. Spalte 33, 34. Eine aus Fluorpolymer oder anderem geeignetem Material hergestellte Hülse ist um die Verbindung gewickelt oder gestaltet. Die Fluorpolymerhülse wird dann durch den Verbandsstreifen 28A oder einem anderen geeigneten Material umwickelt oder umgeben, das gefärbt worden ist, um ein relativ dunkles Gebiet im Zentrum zu haben und um fortschreitend heller nahe jedem Ende zu werden, wie durch die Richtung der Pfeile 35, 36 in Figur 12 gezeigt.
Es wurde entdeckt, daß sich an der Grenzfläche des Kernabschnitts 29 mit dem Kernabschnitt 30 eine relativ helle Linie von Licht während der Illumination ergibt; wenn jedoch die Leiterabschnitte gespleißt sind, so daß das Band in dem Gebiet abgedunkelt ist, in dem zwei Kernabschnitte aneinander grenzen und fortschreitend wie in Figur 12 gezeigt erhellt wird, kann die helle Linie von Licht vermindert, und bei einigen Anwendungen für alle praktischen Zwecke ausgeschlossen werden, so daß der illuminierte Lichtleiter gleichmäßiges und kontinuierliches Licht statt eines heißen Flecks an dem Spleiß zu schaffen scheint. Dieser Effekt wird verwirklicht, nachdem die Polymerfinishhülle über gespleißte Abschnitte extrudiert und der Leiter illuminiert wurde. Ein Abschnitt eines Endproduktleiters der vorliegenden Erfindung, der die bevorzugte Basisspleißtechnik verwendet, ist in Figur 13 gezeigt, wo die unnumerierte, gespleißte Basis innerhalb der Finishhülle 37 gezeigt ist.
Durch Zusammenspleißen verschiedener Längen eines herkömmlichen fluorpolymerummantelten duroplastischen Lichtleiters können Spulen mit bis zu 5000 Fuß oder mehr Länge von Basislichtleiter erhalten werden.
Eine Methode einen herkömmlichen duroplastischen ummantelten Lichtleiter zu spleißen, um einen Basisleiter für eine Zuführung zu einem Extruder zu schaffen, ist wie folgt beschrieben: Schritt 1. Jedes Ende der zu spleißenden duroplastischen Leiter wird genau in einem 90º Winkel mit einer scharfen Rasierklinge geschnitten, so daß sie so glatt und nahe wie möglich aneinanderstoßen.
Schritt 2. Eine Fluorpolymerkupplungshülse wird durch Auswahl eines Rohres mit ungefähr 1 Zoll in der Länge und einem etwas größerem Durchmesser als der des ummantelten Lichtkerns vorbereitet. Ein Stift oder ein ähnlicher Gegenstand mit einem spitz zulaufenden Ende wird in das Ende der Fluorpolymerschlaufe eingeführt, so daß das Ende des Rohrs etwas aufgeweitet wira. Die Fluorpolymerhülse wird auf diese Art an jedem Ende aufgeweitet.
Schritt 3. Die vorbereitete Fluorpolymerhülse wird über das Ende eines der fluorpolymerummantelten Leiterabschnitte geschoben, um gespleißt zu werden, bis das Ende des Leiters etwa halb in der Fluorpolymerhülse ist.
Schritt 4. Ein bis zwei Tropfen eines acryllöslichen Klebstoffs, wie Weld-On No. 16 Klebstoff, werden auf das eine Ende des Leiters, das innerhalb der Kupplungsschlaufe ist, angewendet.
Schritt 5. Das Ende des anderen zu spleißenden Leiters wird in die Hülse geschoben und gegen den zuvor eingeführten Leiter gestoßen, bis der flüssige Klebstoff die Enden jeden Leiters vollständig bedeckt.
Schritt 6. Die gespleißten Abschnitte werden in einer feststehenden Stellung gehalten und für etwa 24 bis 48 Stunden getrocknet.
Eine alternative und bevorzugte Methode einen herkömmlichen duroplastischen ummantelten Lichtleiter zu spleißen, um einen Basislichtleiter für eine Zuführung in einen Extruder in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu schaffen, lautet wie folgt:
Schritt 1. Folge Schritten 1, 2 und 3 des vorherigen Verfahrens.
Schritt 2. Ein bis zwei Tropfen eines optisch klaren UV aushärtenden Klebstoffs werden an einem Ende des Leiterabschnitts, der innerhalb der Kupplungshülse ist, angewendet.
Schritt 3. Das Ende des anderen zu spleißenden Leiterabschnitts wird in die Hülse geschoben und gegen das Ende des ersten Leiterabschnitts gestoßen, bis etwas Klebstoff beide Enden der Leiterabschnitte vollständig bedeckt.
Schritt 4. Die Zusammenstellung wird unter einer UV Aushärtelampe für eine ausreichende Zeit zum Aushärten, gewöhnlich etwa fünf Sekunden, angeordnet.
Schritt 5. Ein Teil herkommlichen Verbandsstreifens, der mit einer relativ dunklen länglichen, mittels Luft aufgetragenen Linie, die sich umkreisförmig um die Hülse erstreckt und in der Dunkelheit Abstufungen von dem dunklen länglichen Zentrum bis zu einer sehr hellen Färbung an jedem Ende hat, wie in Figur dargestellt, ist um die Hülse gewickelt.
Nach Extrusion der bearbeiteten Hülle über den duroplastischen Basisleiter wirkt dieser gefärbte Verbandsstreifen, um das andernfalls mit Spleißen verbundene "Heißfleck" Phänomen zu vermindern. Aus praktischer Sicht verdeckt ein duroplastischer Lichtleiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung diesen Spleiß so gut, daß es extrem schwierig ist, einen heißen Fleck mit eigenem Sehvermögen auszumachen, wenn der Leiter illuminiert ist.
In Bezug auf die bevorzugte Methode der Spleißung ist der bevorzugte UV aushärtende Kleber Norland Optical Adhesive 68, der von Norland Products Inc. hergestellt wird. Eine herkömmliche UV Aushärtelampe, die UV-Licht zwischen 320 und 400 nm aussendet, wird bevorzugt. Einer der Hauptvorteile der UV Aushärtetechnik ist die Ausschaltung der 24 bis 48 Stunden Aushärtezeit, die mit der Flüssigklebstofftechnik erforderlich ist.
Es wurde herausgefunden, daß die Anordnung der Polymerfinishhülle über den Spleiß die Festigkeit des Spleißes erhöht, weil diese äußere Hülle den Spleiß in einer festen Stellung hält und hilft, einer Dehnung des Kerns zu widerstehen. Die Finish hülle führt auch zu einer glatten, kontinuierlichen äußeren Oberfläche, an der der Spleiß ungeachtet der Oberflächenkontur an dem Spleiß selbst auftritt.

Auswahl des Finishhüllenpolymers

Es stellte sich heraus, daß mehrere Typen kommerziell erhältlicher Polymere für den Lichtleiter der vorliegenden Erfindung akzeptable Finlshhüllen schufen. Diese Polymere sind wie folgt bestimmt:

Acrylpolymere

Lucite 147KNC Poly(methylmetacrylat), erhältlich von E.I. Dupont, Wilmington, Delaware.
Plexiglas MC Poly(methylmetacrylat), erhältlich von Rohm & Haas, Philadelphia, Pennsylvania.

Poly(carbonat)

Lexan 929 Poly(carbonat), erhältlich von General Electric, Pittsfield, Massachusetts.
Calibre 800 Poly(carbonat), erhältlich von Dow Chemical, Midland, Michigan.

Poly(vinylchlorid)

Ethyl 7042 Poly(vinylchlorid), erhältlich von Georgia Pacific Company.
Polyvin 6641 Poly(vinylchlorid), erhältlich von Schulman, Akron, Ohio
Andere kommerziell erhältliche Kunststoffe, die fähig sind, eine Finishhülle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zu schaffen, umfassen die Folgenden:

Polymere auf Silikonbasis:

Dow Corning 306 (Silon), erhältlich von Dow Corning Company. GE SE 9058, erhältlich von General Electric, Waterford, Massachusetts.

Ethylen-Vinyl-Acetet Copolymere

ULTRATHENE UE657, erhältlich von USI Chemicals Co., Cincinnati, Ohio.
Escorene LD-302, erhältlich von Exxon Corporation.

Poly(vinylchlorid)/Ethylen-Vinyl-Acetat Copolymerlegierungen

Poly(vinylchlorid)/Ethylen-Vinyl-Acetat Copolymerlegierungen sind von verschiedenen Mischern erhältlich.
Jedes der Finishhüllenmaterialien hat unterschiedliche Eigenschaften, wobei sich ein Material gegenüber einem anderen für einen speziellen Endgebrauch als vorzuziehen erweist, wie es von den Fachmännern verstanden wird. Zum Beispiel ist Acryl vergleichsweise spröder als entweder Polyvinylchlorid, Polycarbonat oder Silikon. Allerdings überträgt es Licht sehr gut. Acryl ist steifer als einige Polyvinylchloride oder Silikone. Polycarbonat und Silikone sind als schlagfeste Polymere bekannt und würden bei Anwendungen nützlich sein, wo Stoß erwartet werden kann. Silikonpolymere können bei medizinischen Anwendungen verwendet werden. In solchen Anwendungen, bei denen eine bindungsfähige Finishhülle gewünscht wird, können bindungsfähige Polymere wie Acryl, Polycarbonat, Polyvinylchlorid oder Silikon verwendet werden.

Einschluß von Füllstoffen und Einsätzen

Füllstoffe wie UV-Stabilisatoren, Farbstoffe, Mikropartikel, Mikrokugeln, optische Aufheller und Verbesserer und dergleichen können innerhalb des Hüllematerials zu diesem Zeitpunkt vom chemischen Mischer oder Extruder eingeschlossen werden. UV-Stabilisatoren können solche ummantelten Kern- und Finishhüllenschützer wie Blocker, Hemmer, Verzögerer und dergleichen einschließen. Einsätze, wie entfrostende Heizdrähte, Reflektoren, "Bogen"-Typ Drähte und dergleichen können auch in der Hülle während des Extrusionsverfahrens eingeschlossen werden.

Extrusion des Finishhüllenpolymers über die Lichtleiterbasis

Der Basisleiter wird, entweder mit einem gespleißtem Abschnitt oder einem individuellen Abschnitt, mit dem gewünschten Finishhüllenmatterial durch Extrusion, vorzugsweise durch ein Extrusionswerkzeug mit Kreuzkopf umhüllt.
Ein Polyvinylchloridpolymer wird vorzugsweise über den Basisleiter bei einer Temperatur von etwa 300º F extrudiert. Wenn Polycarbonat als Finishhülle verwendet wird, befinden sich die Temperaturen vorzugsweise in einem Bereich von etwa 500 bis 560º F. Wenn die Finishhülle aus Acrylpolymer hergestellt wird, beträgt die bevorzugte Extrusionstemperatur etwa 300º F bis etwa 450º F.
Man hat herausgefunden, daß die bevorzugten Flußraten für eine Extrusion etwa 15 Fuß pro Minute betragen, wenn Polyvinylchloridpolymer verwendet wird, und etwa 10 Fuß pro Minute wenn entweder Polycarbonat oder Acrylpolymer verwendet wird. Im allgemeinen ist die Flußate für ein gegebenes Hüllenmaterial die Flußrate, die eine sehr enge, gleichförmige Passung der Hülle über den Basisleiter erbringt, so daß sich ein fertigbearbeitetes Produkt mit einem sehr kleinen, gleichmäßigen Spalt zwischen dem Mantel und der Finishhülle ergibt.
Wie oben beschrieben wird die Finishhülle vorzugsweise durch Extrudieren des gewünschten Polymers über den wärmeschrumpfenden, fluorpolymerummantelten, duroplastischen Leiter unter Verwendung herkömmlicher Extrusionseinrichtung und Techniken gebildet. Man nimmt an, daß praktisch jeder Typ von Kunststoffextrusionsmaschine und -techniken verwendet werden kann, vorausgesetzt, daß die Einrichtung und Techniken konstruiert oder modifiziert worden sind, um der Extrusion der gewählten Materialien zu dienen. Eine Anzahl von Proben von duroplastischen Lichtleitern mit Finishhüllen der vorliegenden Erfindung sind unter Verwendung einer herkömmlichen thermoplastischen Einschneckenextrusionseinrichtung und unter Verwendung von Polyvinylchlorid, Acryl, Ethylen-Vinyl-Acetat und Polycarbonatpolymeren für die Hülle vorbereitet worden. Es wird angenommen, daß Zwillingsschneckenextrusionseinrichtungen auch verwendet werden können. Wenn ein wärmeschrumpfender Mantel verwendet wird, kann das Schrumpfen des Mantels entweder vor der Extrusion der Finishhülle oder gleichzeitig mit der Extrusion der Finishhülle auf den Basisleiter stattfinden, worin die Ummantelung automatisch aufgrund der von dem geschmolzenen Finishumhüllungsmaterial dissipierten Wärme geschrumpft wird.

Alternative Herstellungsverfahren

Obgleich eine Extrusion des Finishhüllenmaterials über gespleißte Abschnitte von ummanteltem Basiskern das bevorzugte Herstellungsverfahren des vorliegenden erfundenen Lichtleiters ist, können andere Herstellungsmethoden wie Abwandlungen des oben beschriebenen Extrusionsprozesses; Gießen; Kleben zweier Längsabschnitte; Umwickeln der Hülle um Abschnitte des ummantelten Kerns; Warmbad- oder Schichttechniken, Kaltspraytechniken und Wärmeschrumpftechniken verwendet werden. Obgleich diese verschiedenen Methoden für die Erzeugung eines Lichtleiters mit Finishhülle verwendet werden können, wird aus verschiedenen Gründen keine dieser alternativen Verfahren bevorzugt.

Alternative Extrusionsverfahren

Ein alternatives Extrusionsverfahren betrifft die Verwendung ungespleißter Abschnitte eines herkömmlichen duroplastischen ummantelten Lichtleiter als den Basisleiter. Bei diesem Prozeß werden Stücke des Basisleiters durch die Extrusionsmaschinen zugeführt, um ein kontinuierliches Stück des bearbeiteten Produktes zu produzieren. Dieses Verfahren ist nachteilig, weil es sehr arbeitsintensiv ist, sehr umständlich und, am wichtigsten, ein bearbeitetes Produkt produziert, das ungleichmäßige Lichtübertragungseigenschaften hat. Speziell an den Gebieten, an denen die einzelnen Abschnitte innerhalb der Hülle aneinander angrenzen, ergibt sich ein heißer Fleck während des Endgebrauchs. Die Existenz heißer Flecken entlang der Länge eines Lichtleiters ist unerwünscht.
Ein anderer alternativer Extrusionsprozeß, bei dem festge stellt wurde, daß er einen Lichtleiter mit Finishhülle und ummantelten Kern erzeugt, betrifft die Mitextrusion der Fluorpolymerummantelung innerhalb der Finishhülle vor der Bildung des Kerns, wie detaillierter oben ausgeführt. Das polymere Kernmaterial wird dann durch Füllen des Volumens innerhalb des mitextrudierten Mantels mit einer ausgewählten Monomermischung gebildet, und die Monomermischung wird dann innerhalb des Mantels auf herkömmliche Art polymerisiert. Dieses Verfahren ist das am wenigsten wünschenswerte der Extrusionsverfahren, weil der Kern häufig während der Polymerisation schrumpft und in der Erzeugung von unerwünschten Luftspalten resultiert. Auch ist dieses Verfahren auf die Produktion von maximalen Längen des ummantelten Lichtleiters mit Fertigungshülle/Finishhülle von ungefähr 40 Fuß beschränkt, wenn ein Finishhüllenmaterial einer Shorehärte von 80 oder mehr auf der A-Skala verwendet wird.

Verschiedene alternative Herstellungsverfahren

Jede der anderen alternativen Herstellungsverfahren einschließlich Gießen; Kleben zweier länglicher Hälften; Umhüllen; Warmbaden oder Schichten; und Wärmeschrumpfen wurde entweder geprüft oder ausführlich betrachtet und wegen einer Anzahl von Gründen als unerwünscht ermittelt. Bei der Wärmeschrumpftechnik (Wärmeschrumpfen einer Fertigungshülle über den Basislichtleiter) wurde herausgefunden, daß sie brauchbare Ergebnisse erzielt, aber sie war kein praktisches Herstellungsverfahren wegen der relativ hohen Material- und Arbeitskosten und weil die fertigbearbeiteten Produktlängen sehr begrenzt waren.

Zusammenfassung des bevorzugten Prozesses

Zusammengefaßt umfassen die zur Produktion eines Lichtleiters mit Finishhülle verwendeten bevorzugten Gesamtprozeßschritte einleitend eine Reaktion des duroplastischen Kernmaterials mit einer Fluorpolymerummantelung. Diese Reaktion kann entweder mit oder ohne Hilfe einer herkömmlichen Fertigungshülle oder einer vom Mitextrusionstyp wie oben beschrieben stattfinden. Nachdem Polymerisation und Aushärtung des Kernmaterials abgeschlossen sind, wird die Fertigungshülle entfernt, vorzugsweise, wenn eine Fertigungshülle verwendet wurde. Wenn längere als ungefähr 40 bis 68 Fuß lange Stücke des bearbeiteten Produkts gewünscht werden, werden eine Anzahl von Stücken des polymerisierten ummantelten Kerns zusammengespleißt und auf einer Spule aufgerollt, um eine Gesamtlänge der Basis wie gewünscht zu erzielen. Dann wird die aufgespulte Kembasis mit einem Polymer wie Acryl, Polycarbonat, Polyvinylchlorid oder Silikon extrudiert, wobei eine herkömmliche Extrusionseinrichtung verwendet wird, die bei Temperaturen und unter Bedingungen betrieben wird, die für das gewählte Polymer empfohlen sind, um eine Finishhülle über der Basis zu bilden.
Wenn die in den Kernherstellungsschritten verwendete Fluorpolymerummantelung ein wärmeschrumpfendes Fluorpolymermaterial ist, kann der ungeschrumpfte Mantel über den ausgehärteten Kern entweder automatisch durch die von dem geschmolzenen Umhüllungspolymer dissipierte Wärme wärmegeschrumpft werden, die aus der Extrusionsdüse entsteht, welche als ausreichend festgestellt wurde, um das Fluorpolymer bei der Extrusion der meisten für eine Finishhülle verwendeten Polymermaterialien wärmezuschrumpfen, oder das wärmeschrumpfende Fluorpolymermaterial kann vor der Extrusion vorgeschrumpft werden.

Thermoplastische Kernmöglichkeiten

Wie oben beschrieben beschäftigen sich einige bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung mit einem duroplastischen Lichtleiter statt eines thermoplastischen Kerns. Der primäre Grund für die Verwendung eines duroplastischen Kerns ist, daß duroplastische Kunststoffe bezüglich Widerstand gegen hohe Temperaturen, wie sie durch die Illuminationsquelle erzeugt werden, überlegen sind.
In diesem Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck thermoplastisch auf Harze oder Kunststoffmischungen, die in ihrem Endzustand als bearbeitete Gegenstände in der Lage sind, wiederholt durch Steigerungen der Temperatur erweicht und durch Verringerungen der Temperatur erhärtet zu werden. Der Ausdruck duroplastisch bezieht sich auf Harze oder Kunststoffmischungen, die in ihrem Endzustand als bearbeitete Gegenstände im wesentlichen unschmelzbar und unlöslich sind. Duroplastische Harze sind häufig Flüssigkeiten in einem bestimmten Stadium in ihrer Herstellung oder Verarbeitung und recht häufig durch Wärme, Katalyse oder andere chemische Mittel ausgehärtet. Nachdem sie vollständig ausgehärtet sind, können, duroplastische Kunststoffe durch Anwendung von Wärme nicht umgeformt werden. Einige Kunststoffe, die normalerweise thermoplastisch sind, können mittels Vernetzung mit anderen Materialien unter Verwendung von Techniken, die wohl bekannt sind, duroplastisch gemacht werden.
Weil duroplastische Kunststoffe höheren Temperaturen widerstehen als thermoplastische Polymere, wird der in der vorliegenden Erfindung verwendete Extrusionsprozeß außerordentlich vereinfacht, wenn er in Verbindung mit einem duroplastischen Kern im Gegensatz zu einem thermoplastischen Kernmaterial verwendet wird.
Obgleich das duroplastische Kernmaterial das bevorzugte Kernmaterial ist, kann der Lichtleiter mit Finishhülle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorbereitet werden, wenn thermoplastische Kernmaterialien verwendet werden. In diesem Zusammenhang wird angenommen, daß thermoplastische Kernmatterialien für relativ hohe Temperaturen und Finishhüllenmaterialien für relativ niedrige Temperaturen den besten thermoplastischen Lichtleiter mit Finishhülle erzeugen würden.

Vorteile von, Einsätze für und Möglichkeiten zur Verwendung des Lichtleiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung

Es gibt zahlreiche Vorteile von, Einsätze für und Möglichkeiten zur Verwendung des Lichtleiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung. Eine Reihe dieser Möglichkeiten, Einsätze und Vorteile wird wie folgt beschrieben werden:

Füllstoffe

Anders als ein herkömmlicher Lichtleiter kann sich der Lichtleiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung, ohne die interne Lichtübertragung sehr zu beeinflussen, verschiedene Füllstoffe wie optische Aufheller; optische Verbesserer; Partikel wie Mikro- und Makropartikel; Mikrokugeln; Lisakunststoffe (vertrieben von Mobay Chemicals Inc.); UV-Stabilisatoren; Farbstoffe und anderen Füllstoffen, die als in Polyvinylchlorid, Acryl, Polycarbonat, Silikonen und gleichwertigen Umhüllungsmaterialien verwendbar bekannt sind, zunutze machen. Die Füllpartikel werden mit dem Finishhüllenpolymer mit herkömmlichen Techniken gemischt und innerhalb der Polymermatrix eingebettet, wie in Figur 14 gezeigt. Die Finishhülle 38 hat eine Anzahl von Partikeln 39 und die Hülle 38 umgibt den Mantel 40 und Kern 41.
Zum Beispiel sind Mikrodispersionspartikel sehr kleine, mikroskopisch dimensionierte Partikel, wie kommerziell unter der Bezeichnung P-1000 Partikel erhältliche und von Conrad-Hanovia erhältliche phosphoreszierende Partikel. Auch kommerziell von M.D. Both Industries erhältliche Metallpigmente sind Mikropartikel, die in der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, um einen gewünschten visuellen Effekt zu erzeugen. Makropartikel, das sind relativ große Partikel, würden reflektierende Aluminium- und Metallpolyesterpartikel umfassen, die Farbe, Glitzern und Funkeln erzeugen. Solche Partikel sind von Meadwood Inventions Inc. erhältlich. Auch erweichte Farbstoffe aus Aluminiumplättchen können in der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Solche Aluminiumplättchenpartikel sind kommerziell von Reynolds Metal Company erhältlich. Auch oberflächenmodifizierte, kommerziell von FSR Chemical Devision of Burns and Runell erhältliche Kieselerde kann als Makropartikelfüllstoff in der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
Andere kommerziell erhältliche und für Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignete Füllstoffe sind biologisch aktive, als Antimikrobiotika bekannte Mischungen und umfassen Algaezide, Biozide, Fungizide und Schimmelpilzgifte. Beispiele solcher Antimikrobiotika umfassen von Ventron Division of Morton kommerziell erhältliches Vinyzen (Oxy-Bisphenoxarsin) und von Ferro erhältliches Micro Chek 11 (Isothiazolon)
Andere Füllstoffe wie Enteisungs- oder Klarsichtmittel können eingeschlossen werden.
Andere Füllstoffe, die selektiv bestimmten Frequenzen filtern oder Licht bestimmter Frequenzen absorbieren, die relativ nutzlos sind und selbiges bei einer bestimmten Frequenz, die gewünscht ist, wieder emittieren, können auch eingeschlossen werden.

Ultraviolettabsorber. -hemmer und -blocker

Gegen ultraviolette Strahlung beständige Chemikalien können in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um den Lichtleiter und das Finishhüllenpolymer vor UV-Schädigung zu schützen. Eine Wahl einer bestimmten UV-Chemikalie wird anhand des Kunststofftyps, dem sie hinzugefügt wird, vorgenommen. Es gibt zahlreiche auf dem Markt erhältliche Ultraviolettabsorber, -hemmer und -blocker. Zum Beispiel werden für flexibles Polyvinylchlorid von BASF hergestelltes Uvinyl M-40 (2-Hydroxy-4-Methoxy-Benzophenon) und von American Cyanamid hergestelltes Cyasorb UV24 (2,2-Dihydroxy-4-Methoxy-Benzophenon) bevorzugt. Für eine Verwendung mit steifem Polyvinylchlorid werden von American Cyanamid erhältliches Cyasorb UV2126 (2-Hydroxy-4-Acryloyloxy-Ethoxy-Benzophenon) und von Ciba/Geigy erhältliches Tinuvin P (2,2-Hydroxy-5-Methylphenyl- Benzotriazod) bevorzugt
Der Grad des Schutzes gegen ultraviolette Strahlung kann entsprechend dem dem für die Finishhülle verwendeten Polymer hinzugefügten Betrag verändert werden. Je mehr UV-Stabilisator in die Finishhülle eingebracht wird und je dünner die Hülle, desto mehr ultraviolette Strahlung wird von einer Bestrahlung des Kernpolymermaterials abgehalten und desto länger hält der Schutz.
Andere herkömmliche Füllstoffe wie optische Aufheller, Verbesserer, Mikrokugeln, Farbstoffe und Lisakunststoffe können auch zugefügt werden, um gewünschte Eigenschaften in den fertigbearbeiteten Produkten zu erzielen.

Optische Einsätze

Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine in anderen herkömmlichen duroplastischen oder thermoplastischen linearen Lichtleitern nicht erhältliche Möglichkeit. Sie erlaubt, daß Einsätze wie Abtauwärmedrähte, Reflektoren, Verstärkungsteile und andere Gegenstände innerhalb des Finishhüllenmaterials eingebettet werden können.
Das bevorzugte Verfahren, eingebettete Materialien oder Einsätze einzuschließen, ist, sie innerhalb des Finishhüllenmaterials zu einem Zeitpunkt anzuordnen, an dem das Finishmaterial auf dem Lichtleiter unter Verwendung eines Extrusionswerkzeugs mit Kreuzkopf abgelegt wird.

Alternative Formen

Obgleich angenommen wird, daß die beliebteste Form für einen Lichtleiter der vorliegenden Erfindung röhrenförmig sein wird, d.h. einen kreisförmigen Querschnitt hat, wie in Figur 14 gezeigt, sind andere Querschnittsformen, die durch bestimmte Extrusionswerkzeuge geschaffen werden, in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erhältlich. Zum Beispiel wird, Bezug nehmend auf Figur 11, ein leicht ovaler Querschnitt gezeigt.
Der Kern und die Hülle können ähnliche Querschnitte haben, d.h. ähnliche Querschnittsprofile. Der Kern und Mantel jedoch haben ungleiche Querschnitte zu dem Querschnitt der Hülle.
In Figur 15 ist ein Lichtleiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung dargestellt, der einen quadratischen Querschnitt hat. Es ist die Finishhülle mit quadratischem Querschnitt gezeigt, wie sie den Kern mit kreisförmigen Querschnitt 43, den Mantel 44 und Spalte 45 und 46 umgibt. Durch geeignete Wahl der Extrusionswerkzeuge sind zahlreiche Finishhüllenformen wie Quadrate, Dreiecke, verschiedene bogenförmige Formen und andere Formen erhältlich. Bezug nehmend auf Figur 16 ist eine einen Anbringungsvorsprung 47 aufweisende Querschnittsform gezeigt, der in die Finishhülle 48 integriert ist, die den Kern 49 und Mantel 50 und Spalte 51 und 52 umgibt. Der Vorsprung 47 erstreckt sich über die gesamte Länge der Leiters und dient als Hilfe zur Anbringung des Leiters an eine Unterlage oder eine Wand. Der Vorsprung 47 wird gleichzeitig mit der Finishhülle 48 gebildet und ist integraler Bestandteil während des Extrusionsprozesses.

Flexible und steife Leitermöglichkeiten

Die Auswahl eines festen oder flexiblen Finishhüllenmaterials wird von den Anforderungen des Endgebrauchs abhängen. Die Wahl eines bestimmten steifen oder flexiblen zu verwendenden Finishhüllenmaterials hängt auch von dem Endgebrauch ab. Die Eigenschaften der Finishhüllenmaterialien variieren beträchtlich, und diese Unterschiede ermöglichen, in Verbindung mit verschiedenen Querschnittsformen, eine große Vielseitigkeit und Produktpotentiale.

Kopplungs- und Verbindungsmöglichkeiten

Spleißen eines herkömmlichen ummantelten Lichtleiters weist eine Reihe von Schwierigkeiten auf. Mit der derzeit bekannten Technologie beträgt die längste Länge eines herkömmlichen erhältlichen Lichtleiters 68 Fuß. Es gibt Anwendungen, bei denen Längen größer als 68 Fuß bevorzugt werden, womit ein Spleißen von Lichtleitern erforderlich ist. Der ideale Spleiß muß sowohl strukturell stark als auch ästhetisch gefällig sein, indem er alle an den Spleiß befindlichen heißen Flecken verbergen oder ausschließen muß. Herkömmliche Spleißtechniken sind alle dahingehend relativ schlecht, als daß sie entweder strukturell schwach und/oder ästhetisch inakzeptabel sind. Allerdings können bei Verwendung der verbindbaren Finishhülle der vorliegenden Erfindung starke, ästhetisch gefällige Spleiße erzielt werden.
Zum Beispiel kann, wie in Figur 17 gezeigt, ein Abschnitt 52 des Leiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung an einen Abschnitt 53 dieses Leiters mit Finishhülle mit einem Verbinder 54 verbunden werden. Der Verbinder wird vorzugsweise aus demselben bindungsfähigen Polymer hergestellt wie die bindungsfähige Polymerhülle, oder der Verbinder wird, wenn unterschiedliche Hüllenmaterialien verwendet werden, aus einem mit jedem Abschnitt bindungsfähigen Material hergestellt. Der Verbinder wird mit einem herkömmlichen Klebstoff oder Lösungsmitteltechniken verbunden. Wie in Figur 18 gezeigt, kann der Kern 55 auch zusammen mit einem geeigneten Klebstoff verbunden werden, wie oben beschrieben, und dann können die beiden Abschnitte 56, 57 des Lichtleiters mit Finishhülle mit einem Verbinder 58 wie oben beschrieben anschließend zusammengespleißt werden. Die Verbinder 54 der Figur 17 oder 58 der Figur 18 können alternativ aus einem wärmeschrumpfenden Material oder einem anderen Material, das zweckmäßige Klebeeigenschaften zum Verbinden an die bindungsfähigen Polymerhüllenabsohnitte 52, 53 oder 56, 57 der Figuren 17 bzw. 18 hat.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Kopplungs- und Verbindungstechniken kann der fertigbearbeitete, ummantelte Leiter der vorliegenden Erfindung auch in vorteilhafter Weise mit Endkappen, angrenzenden Winkelstücken und Verbindern verwendet werden. Einen zweckmäßigen Innendurchmesser aufweisende Endkappen können über die äußere Hülle geschoben und an der äußeren Hülle mit einem zweckmäßigen Lösungsmittelkleber oder einem anderen passenden Klebstoff mit jedem für die Finishhülle gewählten bindungsfähigen Material angeklebt werden. Verschiedene Abschnitte des Lichtleiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung können zusammen mit Winkelstücken und Verbindern auf beinahe die gleiche Art verbunden werden, d.h. einfach durch Lösungsmittelschweißen oder Kleben der Winkelstücke und/oder Verbinder an die äußere Hülle unter Verwendung eines zweckmäßigen Klebers.
Es wird darauf hingewiesen, daß ein herkömmlicher Lichtleiter sehr schwer zu spleißen ist und an den Enden mit Endkappen wegen des relativen Mangels an Bindungsfahikeit der Fluorpolymerummantelung sehr schwer zu verschweißen ist. Allerdings macht die Verwendung einer bindungsfähigen Finishhülle der vorliegenden Erfindung solch Spleißen und Kleben relativ einfach. Weil das Verbinden nicht nur relativ einfach, sondern auch sehr sicher ist, sind die gekoppelten und verbundenen Abschnitte wasserdicht und schließen das Risiko einer Kernverschlechterung an Spleißpunkten aus, einem Risiko, das ein weiteres mit den derzeitig erhältlichen Lichtleitern verbunde nen Problemen ist.
Verschiedene Farben und/oder verschiedene Querschnittsflächenformen und/oder -flächen aufweisende Abschnitte können unter Verwendung bindungsfähiger Materialien mit der zweckmäßigen Wahl von Kupplungswinkelstücken und Verbindern zusammen gespleißt werden.

Möglichkeiten für Mehrfachlichtleiter

Duroplastische und thermoplastische Lichtleiter sind monofil. Wegen der kleinen Durchmesser thermoplastischer optischer Fasern werden gewöhnlich mehrere Leiter zusammen gebündelt und in eine lose passende Hülle aus durchsichtigern oder lichtdurchlässigem Material eingeführt, um die linearen Lichtemittierungseigenschaften des Leiters sichtbar zu machen. Es gibt Anwendungen, bei denen die Schaffung eines Bündels thermoplastischer, oder eine Kombination duroplastischer und thermoplastischer Lichtleiter anwendbar ist. In all diesen Anwendungen mehrfacher duroplastischer oder thermoplastischer Lichtleiter verbessert die Finishumhüllung der vorliegenden Erfindung die herkömmlichen Methoden zur Umhüllung solcher Mehrfachlichtleiter außerordentlich.

Schlitzmöglichkeit

Es wurde auch herausgefunden, daß eine neue optische Eigenschaft durch Schlitzen des Basiskerns und Mantels vor Extrudierung der Finishhülle über die Basis erzielt werden kann. Wenn zweckmäßig dimensiönierte und angeordnete Schnitte in das Mantel- und Lichtkernmaterial eines herkömmlichen duroplastischen Lichtleiters gemacht werden, und der somit geschnittene Basisleiter mit einer Finishhülle der vorliegenden Erfindung extrudiert wird, erscheint an den Orten, an denen jeder Schlitz gemacht wurde, ein heller Fleck bei Illumination des Lichtleiters. Solche hellen Flecke können, wenn sie an zweckmäßigen Stellen in einem Leiterstück angeordnet sind und in Verbindung mit einer zweckmäßigen Wahl des fertigbearbeiteten Hüllenmaterials gemacht werden, sehr effektiv als Warn- oder Hinweisbeleuchtung in Theatergängen und anderen abgedunkelten Gebieten, wo ein Signal- oder Schmuckeffekt gewünscht wird, wirken&sub6;
Die bevorzugte Schlitzmöglichkeit verwendet ungefähr in einem Winkel von 45º von dem Illuminationsquellenende des Lichtleiters eingeschnittene Schlitze, und die bei, zum Beispiel, einem nominalen Kerndurchmesser von einem 1/2 Zoll bis in eine Tiefe von etwa 3/32 Zoll mit einer stumpfen Rasierklinge geschnitten sind. Die Tiefe wird selbstverständlich mit der Dicke des verwendeten Kern variieren. Die für diese Anwendung bevorzugte Finishhülle ist ein Polycarbonat, wenn ein steifes Produkt gewünscht wird. Acryl ist spröde und würde eine Bruchstelle schaffen. Silikone wären annehmbar, doch relativ teuer.
Ein die Schlitzmöglichkeit verwendender fertigbearbeiteter Leiter der vorliegenden Erfindung erzeugt ein einem Röhrenlicht ähnliches Produkt, doch ohne die mit Röhrenlicht verbundenen Probleme.

Unbearenzte Länge

Wie zuvor erwähnt, ist eine herkömmliche duroplastische optische Faser nur in ungespleißten Abschnitten von ungefähr 68 Fuß Länge erhältlich. Die Durchmesser des Leiters sind nur durch Lieferbarkeit von röhrenförmigen Ummantelungsmatterial begrenzt. Mit den hier oben beschriebenen Spleißtechniken sind die Stücke duroplastischer Lichtleiter nunmehr praktisch unbegrenzt. Basierend auf einer Sichtprüfung wurde ermittelt daß die maximale Länge des Lichtleiters mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung, die ein gleichmäßiges Licht guter Qualität mit ausreichender Intensität bei Illumination erzielen wird, ungefähr 160 Fuß Länge beträgt, wenn beide Enden des Lichtleiters der vorliegenden Erfindung mit einer von General Electric Corporation erhältlichen, bei 18,50 Volt eingestellten ELC Lampe an jedem Ende illuminiert wurden. Obwohl die ungefähre maximale Länge subjektiv aus dem Blickwinkel einer Beleuchtungsfunktion mit gegenwartig erhältlicher Technologie auf 160 Fuß begrenzt ist, gibt es derzeit Umstände, bei denen längere durchgehende Stücke vorteilhaft sind. Diese Umstände schließen Leichtigkeit bei Handhabung, Versand und Lagerung ein.

Aura

Die mit dem Lichtleiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung verbundene Aura ist wie die mit Neonlampen Verbundene, und diese Aura, wie die der Neonlampen, hat auch den Effekt, ein lineares Lichtmittel größer erscheinen zu lassen, als es ist.

Möglichkeiten lichtdurchlässiger Finishhüllen

Wenn lichtdurchlässige Finishumhüllungsmaterialien verwendet werden, erzeugt der fertigbearbeitete Leiter, speziell wenn die Finishhülle unter Verwendung herkömmlicher Techniken geätzt oder geschliffen wurde, ein mattiertes Aussehen, wenn sie illuminiert wird. Dieses mattierte Aussehen läßt das emittierte Licht eine diffuse Erscheinung annehmen und trägt auch dazu bei, das Licht zusätzlich noch größer aussehen zu lassen, als wenn eine glatte Finishhülle verwendet würde. Die Verwendung einer Finishhülle, die geschliffen oder geätzt wurde, verbirgt Fehler besser und kann somit bei bestimmten Anwendungen vergrößerte Vorteile aufweisen.

Beibehaltung der Form

Ein herkömmlicher duroplastischer Lichtleiter hat eine relativ schlechte Fähigkeit eine gebogene Form beizubehalten. Es wurde herausgefunden, daß der Lichtleiter der vorliegenden Erfindung mit einer zweckmäßigen Wahl von Finishhüllenmaterial und Biegetechniken wie gewünscht geformt werden kann und die geschaffene Form beibehalt. Zum Beispiel kann das fertigbearbeitete Produkt, wenn steife Polymere für das ummantelte Material verwendet werden, wie gewünscht durch Anwendung von Wärme geformt werden. Die Form wird dann beibehalten werden. In diesem Zusammenhang bezieht sich der Ausdruck steif auf solche Materialien, die eine Shorehärte von 80 und mehr aufweisen. Der Ausdruck Shorehärte oder Eindrückhärte bezieht sich auf einen mit der Härteprüfung eines Materials verwendeten numerischen Wert. Die Härte eines Materials wird entweder durch die Größe eines durch ein Eindrückwerkzeug erzeugten Eindrückens bei einer festen Last, oder die notwendige Last, um die Eindringung des Eindringkörpers bis in eine vorbestimmte Tiefe zu erzeugen, bestimmt. Der üblicherweise für Kunststoffe eingesetzte Versuch erfolgt mittels eines Härtemessers wie einem Shoreinstrument, das eine federbeaufschlagte, durch ein Loch in einer Preßplatte hervorragende Eindrückspitze und eine Vorrichtung aufweist, um die Entfernung, die diese Spitze von der Basis der Platte hervorragt, anzuzeigen. Die Skalenwerte reichen von Null, für eine Eindringung von 0,100 Fuß, bis 100 für eine Eindringung von Null. Verschiedene Shoreinstrumente sind erhältlich. Ein Shore A-Instrument zum Beispiel verwendet eine scharfe Eindrückspitze mit einer Last von 882 Gramm, und das üblicherweise für sehr harte Kunststoffe verwendete Shore D-Instrument weist einen Eindringkörper mit stumpfer Spitze auf und verwendet eine Last von 10 Pfund.
Es wurde herausgefunden, daß ein flexibler Leiter, das heißt, der Leiter mit Finishhülle weist eine Shorehärte von etwa 80 und darunter auf, kalt oder warm geformt werden kann. Es wurde jedoch herausgefunden, daß das Material, wenn es kalt geformt wird, seine Form nicht halten wird, und daß der Leiter, wenn er warm geformt wird, seine Form etwas beibehalten wird, aber nicht die Form so gut beibehalten wird wie der Leiter, der eine steife Hülle hat.
Ein zusätzlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber solchen linearen Lichtern wie Neon-, Leuchtstoff- und Kaltkathodenlicht ist, daß sie wiederholt umgeformt werden kann, während die anderen, wenn die Form einmal feststeht, dauernd festgelegt sind.

Verbinden

Es wurde auch herausgefunden, daß, weil die Finlshhülle aus einem bindungsfähigen Material hergestellt werden kann, der verbesserte Leiter der vorliegenden Erfindung mit einer Strecke oder anderen Oberflächen, die auch bindungsfähig sind, verbunden werden kann. Somit schließt die Verwendung der vorliegenden Erfindung bei diesen Anwendungen die Notwendigkeit von speziellen Leiteranbringungsbefestigungen, wie sie bei Neonlicht erforderlich sind, aus und schließt die Notwendigkeit von Abstandsmitteln, wie sie für andere lineare Lichtmittel erforderlich sind, aus. Es wird auch darauf hingewiesen, daß, wenn mit einer solchen Strecke oder anderen Oberflächen verbunden, diese Verbindung oberflächenmoniert oder oberflächenverbunden vorliegen kann, während sie im Vergleich speziell zu Neon von der Oberfläche abgesetzt sein muß. Es wird auch darauf hingewiesen, daß mit zweckmäßiger Wahl des Formwerkzeugs die Form und Gestalt der fertigbearbeiteten Hülle, wie in Figur 16 gezeigt, so gewählt werden können, daß sie sich anpaßt oder einer korrespondierenden Oberfläche der Anbringungsstrecken oder anderen Anbringungsvorrichtungen entspricht. Auch bei einem quadratischen oder abgeflachten Querschnitt, wie zum Beispiel in Figur 15 gezeigt, können Klebestreifen oder Band an der Rückseite des Leiters durch herkömmliche Mittel angeordnet werden, um "anbringunsbereite" Leiterabschnitte zu bilden. Das Fehlen ähnlicher Möglichkeiten für herkömmliche lineare Lichtmittel, wie Neon, macht sie im Vergleich zu der vorliegenden Erfindung sehr unerwünscht.

Lichtausbeute

Eine Photometerablesung eines grünen Neonllchts mit 5/8 Zoll Durchmesser ergab an der Oberfläche seiner Glasverkleidung 58 Footcandles. Ein duroplastischer Lichtleiter der vorliegenden Erfindung mit einem Durchmesser von 1/2 Zoll wurde ebenfalls an seiner Oberfläche mit dem Photometer vermessen. Der Leiter der vorliegenden Erfindung hatte eine Acrylfinishhülle und einen Kern von 1/2 Zoll Durchmesser und einem Außendurchmesser von 5/8 Zoll. Die gemessenen Photometerablesung ergab 4,725 Footcandles, wenn eine auf 18,50 Volt eingestellte ELC-Lampe verwendet wurde. Das Neonlicht war bei der Photometermessung ungefähr 12,3mal heller als der Lichtleiter der vorliegenden Erfindung. Allerdings erschien dieser Unterschied bei Sichtprüfung nicht so bedeutend wie die Photometermessungen nahelegen würden, und das Neonlicht erschien ungefähr nur etwa 30% heller zu sein.
Als ein weißer Hintergrund gegen den duroplastischen Lichtleiter der vorliegenden Erfindung angeordnet wurde, stieg die Photometerablesung auf 9,37 Footcandles. Somit scheint es, daß die Helligkeit einfach durch Anordnen eines weißen Hintergrundes gegen den duroplastischen Lichtleiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung fast verdoppelt werden kann.

Beispiele von Leitern mit Finishhülle

Eine Anzahl Proben von duroplastischen Lichtleitern mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung wurden in Übereinstimmung mit der oben dargelegten Beschreibung vorbereitet und verschiedenen Prüfungen unterworfen, wie im folgenden beschrieben werden wird.

Schlitzprüfung

Beispiel 10

Ein Stück eines herkömmlichen, von Lumenyte International Corporation hergestellten Lichtleiters vom nicht-wärmeschrumpfenden Typ mit Fluorpolymer Teflon FEP-Mantel, mit einem nominalen wirksamen Kerndurchmesser von 1/2 Zoll und erhältlich unter der Modellnummer SL500, wurde als Basislichtleiter verwendet. Nach Polymerisation wurde die Fertigungshülle entfernt und Schnitte wurden in den FEP-Mantel und den Kern gemacht. Diese Schnitte waren 3/32 Zoll tiefe Schlitze, die von der äußeren Oberfläche des Fluorpolymermantels bis zu der Tiefe des Mantels in dem Kern gemessen wurden. Die Schlitze wurden in einem 45º Winkel gegen die Lichtquelle gemacht. Mit anderen Worten war der tiefste Punkt des in dem Kernmaterial befindlichen Schnitts der Bereich des Schnitts, der dem Lichtquellenende des Lichtleiters am nächsten war. Diese Schlitze wurden in einer Entfernung von 3/4 Zoll voneinander entfernt gemacht und wurden kntinuerlich über eine Entfernung von etwa 20 Fuß gemacht. Die übrigen ungefähr 10 Fuß des Lichtleiters zwischen dem Lichtquellenende und dem ersten Schlitz wurden ungeschnitten belassen. Somit betrug die Gesamtlänge des Basislichtleiters 30 Fuß, von dem 20 Fuß geschlitzt waren.
Dieses 30 Fuß lange Stück geschlitzten Basislichtleiters wurde dann durch Illumination des fertigbearbeiteten Leiters mit einer an dem dem 10 Fuß langen, ungeschlitzten Bereich des Leiters angrenzenden Ende angeordneten Lichtquelle geprüft. Die verwendete Lichtquelle war eine von General Electric erhältliche und bei 18,50 eingestellte ELC-Lampe. Bei Sichtprüfung des illuminierten Leiters an der Stelle jeden Schlitzes erschien ein heller Fleck. Andere Versuche wurden gemacht, bei denen Schlitze in veränderliche Tiefen und veränderlichen Winkeln in andere Basislichtleiter gemacht wurden. Allerdings erbrachten die 3/32 Zoll tiefen Schlitze bei einem 45º Winkel die besten Ergebnisse.
Während der Beobachtung des geschlitzten Leiters des Beispiels 10 und weiterer geschlitzter Leiterproben wurde bemerkt, daß sich, wenn der Leiter auf dem Boden liegen gelassen wurde, die Schlitze während der Zeit zu verschließen neigten.

Beispiel 11

Ein zweiter 30 Fuß langer Abschnitt eines Lichtleiters wurde genau wie der Abschnitt des Beispiels 10 vorbereitet, außer daß der Abschnitt des Beispiels 11 keine in das Kern- und Mantelmaterial geschnittene Schlitze hatte.
Die Lichtausbeute der Leiter des Beispiels 10 und Beispiels 11 wurde gemessen und verglichen. Ein Photometer wurde einen Fuß von dem geschlitzten Lichtleiter des Beispiels 10 angeordnet und eine Messung entlang dem Leiter an dem der Lichtquelle nächsten Punkt, an dem die Schlitze begannen, und entlang dem Leiter bis zu dem von der Lichtquelle am weitest entfernten Ende vorgenommen. Die Photometerablesungen, in Footcandles, stimmten sehr überein und reichten von 5,0 Footcandles bis 6, Footcandles. Die Ablesungen variierten zwischen den Werten 5, und 6,0 Footcandles, als das Photometer entlang dem 20 Fuß langen, direkt einem Schlitz gegenüberliegenden Stück bis zu einem Gebiet gegenüberliegender Bereiche des Leiters zwischen benachbarten Schlitzen und dann über den nächsten benachbarten Schlitz bewegt wurde. Diese Ablesungen können leicht variiert haben, weil die Schlitze von Hand gemacht wurden, und somit vielleicht nicht absolut gleichförmig in Tiefe und Winkel waren, zusätzlich zu den Schwankungen aufgrund der relativen Stellung des Photometers bezüglich der Schlitze, als es über den 20 Fuß langen Abschnitt bewegt wurde.
Photometerablesungen wurden unter denselben Bedingungen wie oben beschrieben vorgenommen, aber in Bezug auf den Leiter des Beispiels 11, der auch mit der auf 18,50 Volt eingestellten ELC-Lampe illuminiert wurde. Mit dem einen Fuß von dem Leiter 15 des Beispiels 11 entfernt angeordneten Photometer wurden Ablesungen über die 20 Fuß des 30 Fuß langen Leiters vorgenommen, der von der Lichtquelle am weitesten entfernt war. Die Photometerablesungen variierten zwischen 0,32 Footcandles und 0,40 Footcandles.
Basierend auf den von dem Leiter des Beispiels 10 erhaltenen höheren Footcandleablesungen hatte der geschlitzte Leiter eine gemessene ungefähr 15fache Seitenlichtausbeute gegenüber der des Beispiels 11, mit einer ungeschlitzten Optik über die 20 Fuß Länge, Gemessenen.

Beispiel 12

In Beispiel 12 wurde eine Probe eines geschlitzten Lichtleiters mit einer, im Vergleich zu der relativ scharfen Rasierklinge, die zur Herstellung des geschlitzten Leiters des Beispiels 10 verwendet wurde, stumpfen Rasierklinge herge stellt. Als der Leiter des Beispiels 12 auf dem Boden liegen gelassen wurde, wurde bemerkt, daß es eine im Vergleich zu der Schließzeit des Leiters des Beispiels 10 viel längere Zeit zum Schließen der Schlitze dauerte. Proben benötigten verschiedene Zeiten von zehn bis sechzig Minuten, um zu schließen.

Beispiel 13

Ein mit einer stumpfen Rasierklinge geschlitzter Basisleiter mit Mantel und Kern ähnlich dem des Beispiels 12 wurde mit einem als Finishhüllenmaterial verwendeten Polycarbonatpolymer extrudiert. Der Lichtleiter mit Finishhülle des Beispiels 13 wurde auf dem Boden für etwa sieben Tage liegen gelassen, und es wurde festgestellt, daß er nicht das Schlitzschließphänomen aufwies, das mit den Leiterproben des Beispiels 10 und Beispiels 12 verbunden war. Der Lichtleiter mit Finishhülle des Beispiels 13 war sichtbar heller als der Lichtleiter des Beispiels 11.

Beispiel 14 (vorgeschlagen)

Es wurde beobachtet, daß, wenn der kreisquerschnittsförmige Lichtleiter der vorliegenden Erfindung mit Schlitzen wie oben beschrieben versehen wurde, der Leiter zum Verdrehen neigte, was somit zu einem geschlitzten Leiter führte, dessen Schlitze sich nicht an derselben, dem Betrachter zugewandten Seite befinden. Es wird angenommen, daß ein Lichtleiter mit Finishhülle des Beispiels 14 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung so hergestellt werden kann, daß er einen leicht ovalen Querschnitt wie in Figur 11 dargestellt hat. Von diesem vorgeschlagenen Leiter mit ovalem Querschnitt des Beispiels 14 wird erwartet, daß er die Verdrehphänomene nicht aufweist, die kreisquerschnittsförmige Lichtleiter aufwiesen. In dem vorgeschlagenen Leiter des Beispiels 14 sind die Schlitze durch einen der sich verjüngenden Abschnitte des Ovals anzuordnen, und es wird angenommen, daß der Leiter gerade bleiben wird, so daß alle Schlitze in einer geraden Linie verbleiben werden, wie es von einem Betrachter gesehen wird, der direkt gegenüber dem geschlitzten verjüngten Rand des vorgeschlagenen Leiters des Beispiels 14 schaut.
Basierend auf den Ergebnissen der Beispiele 10 bis 14 ist das bevorzugte Produkt, bei Verwendung eines Lichtleiters mit einem nominalen wirksamen Kerndurchmesser von 1/2 Zoll, ein duroplastischer Lichtleiter, der 3/32 Zoll tiefe, mit einer relativ stumpfen Rasierklinge gemachten und in einem Winkel von 45º gegen das Lichtquellenende des Leiters gemachte Schnitte aufweist, und der eine Polycarbonatfinishhülle aufweist, die über die Optik unter Verwendung eines Werkzeugs mit Kreuzkopf extrudiert wurde, die eine leicht ovale Querschnittsform in dem duroplastischen Lichtleiter mit Finishhülle erzeugt. Dieses geschlitzte Produkt weist eine maximale Lichtausbeute mit einem gleichmäßigen Muster auf, das die Schlitze und seine Form im Laufe der Zeit beibehält. Die Tiefe der Schnitte wird mit dem Durchmesser des Lichtleiters variieren; je größer der Durchmesser, desto tiefer die Schnitte.

Warmbiegen

Mehrere Lichtleiterproben mit Finishhülle wurden in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben vorbereitet und geprüft, um die Warmbiegeeigenschaften des Leiters zu bestimmen.

Beispiel 15

Eine Probe des eine Acrylfinishhülle aufweisenden Leiters der vorliegenden Erfindung wurde vorbereitet und mit einem Acetylenbrenner erwärmt, und der erwärmte Leiter dann in verschiedene Formen geformt.

Beispiel 16

Eine Probe eines mit dem des Beispiels 15 identischen Leiters wurde vorbereitet und mit einer Abbrennpistole vor dem Formen des Leiters in verschiedene Formen erwärmt.
Das Acetylenbrennerverfahren neigte dazu, die Acrylhülle sehr schnell zu erhitzen und verursachte die Bildung von Blasen an der Oberfläche der Acrylfinishhülle. Auch neigte die Probe des Beispiels 15 dazu, während sie noch warm war, beim Biegen zu knicken.
Das Abbrennverfahren des Beispiels 16 erzielte ein viel besser fertigbearbeitetes Produkt und wird bevorzugt. Eine Abbrennpistole, ausgelegt für 1300 Watt, wurde ungefähr einen Zoll von der Acrylhülle gehalten und vor und zurück über die Oberfläche der Hülle bewegt, bis die Acrylhülle erweichte. Der somit erweichte Leiter konnte in verschiedene Formen ohne Schrumpfen oder Blasenbildung auf der Oberfläche geformt werden. Es wurde bemerkt, daß, wenn die Abbrennpistole in einer einen Zoll von der Acrylhüllenoberfläche entfernten Position für ungefähr 23 Sekunden gehalten wurde, Blasen erschienen sind. Es wurde auch entdeckt, daß der eine Acrylhülenoberfläche aufweisende Leiter der vorliegenden Erfindung auf ungefähr 200º F für etwa 7 bis 10 Minuten in einem gewöhnlichen Ofen erwärmt und dann in verschieden Formen wie Buchstaben, Kurven etc. geformt werden kann, und der Leiter nach Abkühlung seine gebogene Form beibehalten wird. Die Ofenwärmmethode wird auch bevorzugt.

Beispiel 17

Die Lichtleiter der Beispiele 15 und 16 wurden aus einem mit einer herkömmlichen Ummantelung versehenen Basisleiter mit einem Kerndurchmesser von 1/4 Zoll hergestellt und mit einem Acrylpolymer extrudiert, um eine Hülle mit Acrylfinish und einem Außendurchmesser von 0,400 Zoll zu bilden. Es wurde herausgefunden, daß in Übereinstimmung mit der Methode des Beispiels 16 unter Verwendung einer Abbrennpistole wärmegebogene Lichtleiter mit Finishhülle um 180º mit einem ungefähr 1/4 Zoll großen Biegeradius ohne an der Biegestelle zu beobachtendes Knicken gebogen werden konnten. Bei Illumination des somit gebogenen Leiters erschien aus dem Leiter an der Biegestelle geleitetes Licht nur wenig heller als das entlang des geraden Bereichs emittierte Licht. Dieses Ergebnis wird als im Vergleich mit der Lichtübertragung an Biegestellen bei anderen duroplastischen Lichtleitern als sehr vorteilhaft angesehen. Herkömmliche Lichtleiter können entweder bis zu diesem Grad überhaupt nicht gebogen werden, oder, falls sie bis zu diesem Grad gebogen werden können, weisen sehr deutliche helle Flecken in den Gebieten scharfer Biegungen auf.

Beispiel 18

Ebenfalls unter Verwendung des Abbrennpistolenverfahrens des Beispiels 16 wurde ein anderer Lichtleiter mit Acrylfinishhülle in eine dreidimensionale 13 Biegestellen aufweisende Form geformt, und die Gesamterscheinung war die eines illuminierten Lichtmittels, das eine relativ regelmäßige Lichtleitung aufweist und eine der einem Neonlicht sehr ähnlichen Erscheinung, einschließlich einer Aura, aufweist.

Beispiele 19-22

Beispiele 19-22 wurden jeweils wie in Beispielen 15-18 hergestellt, außer, daß die Finishhülle ein Polycarbonat war. Die Leiter der Beispiele 19-22 schienen sich nur darin zu unterscheiden, daß es länger dauerte, die Leiter bis zu einem Punkt zu erwärmen, an dem sie gebogen werden konnten.

Beständigkeitsprüfung gegen ultraviolette Strahlung

Ein duroplastischer Lichtleiter der vorliegenden Erfindung wurde auf die Fähigkeit geprüft, einer Verschlechterung aufgrund ultravioletter Strahlung zu widerstehen.

Beispiel 23

Ein sechs Fuß langer Abschnitt eines duroplastischen Lichtleiters mit Acrylfinishhülle wurde in Übereinstimmung mit dem oben dargelegten Verfahren vorbereitet. Die Acrylhülle wurde an drei Fuß der sechs Fuß langen Stücks des fertigbearbeiteten Lichtleiters entfernt. Dieser sechs Fuß lange Abschnitt wurde dann in direktem Sonnenlicht für einen Zeitraum von zehn Tagen angeordnet. Nachdem die Probe zehn Tage lang dem Sonnenlicht ausgesetzt worden war, wurde sie auf Lichtübertragungsfähigkeit geprüft und einer Sichtprüfung unterzogen. Der drei Fuß lange Abschnitt des Beispiels 23, der die Acrylumhüllung nicht aufwies, war rötlich/gelb in der Erscheinung und wies im Vergleich zu dem Bereich, welcher die die Kern- und Mantelbasis umhüllende Acrylhülle aufwies, sehr schlechte Lichtübertragungsfähigkeit auf. Der drei Fuß lange Abschnitt, bei dem die Acrylhülle an Ort und Stelle belassen wurde, wies im Vergleich zu einem identischen umhüllten Leiter, der draußen im Sonnenlicht gelassen worden war, keine Veränderung der Lichtübertragungseigenschaften auf. Auch das Kernmaterial war in diesem Abschnitt klar in der Farbe, obwohl die Acrylhülle eine leichte Entfärbung aufwies.

Gefrierversuch - Beispiel 24

Ein Abschnitt eines duroplastischen Leiters mit Acrylfinishhülle in Übereinstimmung mit der Erfindung wurde in einem Tiefgefrierer für zwei Wochen bei einer Temperatur von -10 ºC untergebracht. Nach Entfernung der Probe des Beispiels 23 aus dem Tiefgefrierer erschien sofort Reif an der äußeren Oberfläche des Leiters. Der Leiter wurde mit einer auf 18,50 Volt eingestellten ELC-Lampe illuminiert und wies Lichtübertragungsmerkmale auf, die praktisch identisch mit denen der Probe waren, die nicht in dem Tiefgefrierer untergebracht war. Bei Sichtprüfung des Leiters des Beispiels 24 wurde, nachdem der Reif verschwunden war, keine offensichtliche Änderung beobachtet.

Vergleich der Tabellen I und II

Ein acht Fuß langer Abschnitt eines duroplastischen Lichtleiters mit einer Acrylfinishhülle, der mit einem herkömmlichen, nicht-wärmeschrumpfenden FEP Teflon Fluorpolymermantel ummantelt war, wurde in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung vorbereitet und mit acht Fuß langen Abschnitten herkömmlicher linearer Lichtmittel, einschließlich 30 mil Neon, Kaltkathode, verspiegeltem Leuchtstoffstab und herkömmlichem duroplastischen und thermoplastischen Leiter verglichen. Unten sind in Tabelle I Vergleiche von herkömmlichen linearen Lichtmitteln mit dem Leiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung als ein solche Eigenschaften wie Helligkeit, Aura, Formbeibehaltung, Querschnittsmöglichkeiten, Brüchigkeit, elektrisches Gefährdungspotnetial, Bindungsfahigkeit, wasserdichtes Spleißen, Farbenänderung und Umformung betreffender Maßstab gezeigt. Tabelle I Vergleich linearer Lichtmittel
Wie unten in Tabelle II gezeigt werden ein herkömmlicher linearer Lichtleiter und ein ummantelter Leiter vom Wärmeschrumpftyp wie oben beschrieben mit dem Leiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung, einschließlich einer nicht-wärmeschrumpfenden Mantelbasis, verglichen. Tabelle II Vergleich linearer Leiter
Das Neonlicht, die Kaltkathode und der verspiegelte Leuchtstoffstab sind alle lineare Lichter. Der thermoplastische Leiter und der duroplastische Leiter sind lineare Lichtleiter. Jedes der verglichenen linearen Lichtmittel war ein acht Fuß langes Stück von im allgemeinen röhrenförmiger Form. Jeder der Leiter verwendete als Lichtquelle eine von General Electric erhältliche und auf 18,50 Volt eingestellte ELC-Lampe. Der acht Fuß lange Abschnitt des thermoplastischen Lichtleiters mit der Acrylfinishhülle der vorliegenden Erfindung wurde als Maßstab verwendet, und daher verwendet Spalte 1 der Tabellen I und II den Ausdruck "Maßstab" wo immer anwendbar. In Bezug auf den Helligkeitsvergleich wurden die Helligkeiten der anderen Lichtmittel mit den Helligkeiten des acht Fuß langen Abschnitts des Leiters der vorliegenden Erfindung verglichen und es wurde festgestellt, daß der verspiegelte Leuchtstoffstab und der thermoplastische Leiter dunkler waren, aber die Neon- und Kaltkathodenlichter heller waren. In Bezug auf den Brüchigkeitsvergleich wurde eine Acrylfinishhülle mit den verglasten 30 mil Neon- und Kaltkathodenlichter in Tabelle I, und mit der flexiblen Fluorpolymerummantelung der duroplastischen und thermoplastischen Leiter in Tabelle II verglichen. Die Acrylfinishhülle der vorliegenden Erfindung war weniger brüchig als die verglasten linearen Lichter der Tabelle I. Die flexiblen fluorpolymerummantelten duroplastischen und thermoplastischen Leiter in der Tabelle II waren weniger flexibel als der Leiter mit Acrylfinishhülle der vorliegenden Erfindung. Allerdings waren der Leiter mit Polycarbonat- und Polyvinylchloridfinishhülle der vorliegenden Erfindung jeweils weniger brüchig als die linearen Lichter aus Glas der Tabelle I, und weniger brüchig als die duroplastischen und thermoplastischen, fluorpolymerummantelten Leiter der Tabelle II.
Basierend auf den in der Vergleichstabelle dargelegten Informationen ist es offensichtlich, daß keine der herkömmlichen linearen Lichtmittel oder sogar, wie oben beschrieben, der nicht-umhüllte Leiter mit ummanteltem Kern des wärmeschrumpfenden Typs alle der vorteilhaften Eigenschaften der vorliegenden Erfindung des linearen Lichtmittels mit Finishhülle aufweisen. Das lineare Lichtmittel der vorliegenden Erfindung ist hell, hat eine Aura, wird seine Form nach Formung halten, ist im allgemeinen nicht brüchig, weist praktisch keine elektrischen Gefährdungen auf, ist bindungsfähig, und sein Feld ist im Vergleich zu anderen bekannten linearen Lichtmitteln spleißbar. Keines der anderen linearen Lichtmittel, ob Leiter oder Licht, kann alle die Merkmale der vorliegenden Erfindung wie oben beschrieben aufweisen.

Vergleich zwischen einem Leiter mit Finishhülle, der eine wärmeschrumpfende Basis hat, und einem Leiter, der eine nichtwärmeschrumpfende Basis hat; Beispiele 25 und 26

Vergleiche wurden zwischen dem Leiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines herkömmlichen duroplastischen, nicht-wärmeschrumpfenden, ummantelten Lichtleiters und einem duroplastischen Lichtleiter unter Verwendung des Wärmeschrumpfkonzepts als Basis wie oben dargelegt, angestellt.
Bei einem Vergleich gleicher acht Fuß langer Stücke des Leiters der vorliegenden Erfindung, der aus einem duroplastischen Lichtleiter hergestellt wurde, welcher einen nicht-wärmeschrumpfenden FEP-Teflon Fluorpolymermantel als Basis aufweist, Beispiel 25, mit einem aus duroplastischem Lichtleiter Hergestellten, der einen wärmeschrumpfenden FEP-Teflon Fluorpolymermantel als Basis aufweist, Beispiel 26, wobei jeder sonst gleich ist, erscheint der wärmeschrumpfende ummantelte Lichtleiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung etwa 15% heller zu sein, als der nicht-wärmeschrumpfende, mit FEP-Teflon fluorpolymermantelte, duroplastische Lichtleiter der vorliegenden Erfindung, und es wurde im wesentlichen eine gleichmäßigere lineare Lichtverteilung entlang der Länge des wärmeschrumpfenden, ummantelten Basislichtleiters emittiert. Sonst erschienen Beispiele 25 und 26 gleich zu sein. Die Finishhülle der vorliegenden Erfindung war in beiden Beispielen 25 und 26 aus durchsichtigem Polycarbonatpolymer.
Die obigen Beispiele, Vergleiche und Verfahren sind dargelegt, um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darzustellen. Es ist vorgesehen, daß ein Fachmann einfach alternative Ausführungsformen schaffen und sich alternative Methoden für die Herstellung des Leiters mit wärmeschrumpfendem Mantel und den Leiter mit Finishhülle der vorliegenden Erfindung ausdenken kann. Es ist nicht beabsichtigt, daß der Umfang der Erfindung auf die hierin offenbarten Beispiele begrenzt, sondern vielmehr nur in dem in den angefügten Ansprüchen und deren Äquivalenten Dargelegten begrenzt sei.

Claims

1. Linearer Lichtleiter, der aufweist:

einen Kern (21, 41, 43, 49), der eine Flüssigkeit, ein Glas oder ein monofiles thermoplastisches oder duroplastisches Polymer aufweist, das umgeben ist von;

einem Fluorpolymermantel (24, 40, 44, 50), der umgeben ist von;

einer Hülle (23, 37, 38, 42, 48), die ein Polymer aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle über den Fluorpolymerkernmantel extrudiert worden ist; und

daß der Kern, Mantel und Hülle so angeordnet sind, daß der Leiter in die Lage versetzt wird, Licht von einer Lichtquelle entlang der Länge des Leiters linear zu leiten und das geleitete Licht von seiner äußeren Umfangsoberfläche zu emittieren.

2. Leiter gemäß Anspruch 1, wobei der Mantel ein duroplastisches Polymer aufweist.

3. Leiter gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Fluorpolymermantel ein wärmeschrumpfbares Fluorpolymermaterial ist.

4. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Hülle eine Wanddicke von 0,010 bis 0,50 Zoll (0,252 bis 12,7 mm) hat.

5. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, der eine im wesentlichen gleichmäßige Entfernung von 0,050 Zoll (1,27 mm) oder weniger zwischen der äußeren Oberfläche des Fluorpolymermantels und der inneren Oberfläche der Hülle aufweist.

6. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der einen Mantelkern, welcher einen 0,50 Zoll (12,7 mm) nicht überschreitenden Außendurchmesser hat, und eine Hülle aufweist, die einen Innendurchmesser hat, der nicht mehr als 0,05 Zoll (1,27 mm) größer ist als der Außendurchmesser des Mantelkerns.

7. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, der einen Mantelkern, welcher einen 0,125 Zoll (3,175 mm) nicht überschreitenden Außendurchmesser hat, und eine Hülle aufweist, die einen Innendurchmesser hat, der nicht mehr als 0,025 Zoll (0,635 mm) größer ist als der Außendurchmesser des Mantelkerns.

8. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Mantel aus einem verbindbaren Material ist.

9. Leiter nach Anspruch 8, wobei das Hüllenpolymer Acryl, Polycarbonat, Polyvinylchlorid oder Silikon ist.

10. Leiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülle eine Shorehärte von mindestens 80 hat.

11. Leiter gemäß Anspruch 10, wobei der Leiter in eine vorbestimmte Form gebogen ist und beibehält.

12. Leiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülle weiter einen Füllstoff aufweist.

13. Leiter gemäß Anspruch 12, wobei der Füllstoff ein UV-Stabilisator ist.

14. Leiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hülle weiter ein eingebettetes Einsatzmatterial aufweist.

15. Leiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der weiter Schlitze im Kern und dem Mantel hat, die in vorbestimmten Abständen voneinander entlang der Länge des Leiters, auf einen zur Leiterachse bezogenen Winkel und in vorbestimmten Tiefen angeordnet sind.

16. Leiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, der Elemente zum vollständig eingeschlossenen Anordnen des Leiters mit der Hülle hat.

17. Leiter gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Kern und die Hülle ähnliche Querschnitte haben.

18. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei der Kern und der Mantel unterschiedliche Querschnitte im Vergleich zum Querschnitt der Hülle haben.

19. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Hülle im wesentlichen durchsichtig ist.

20. Leiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei die Hülle lichtdurchlässig ist.

21. Leiter gemäß Anspruch 20, wobei die extrudierte Hülle geätzt oder geschliffen worden ist.

22. Lineares Lichtmittelsystem, das aufweist: einen linearen Lichtleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21 und mindestens eine an einem Ende des linearen Lichtleiters optisch gekoppelte Beleuchtungsquelle.

23. Verfahren zur Herstellung eines linearen Lichtleiters gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, der die Schritte aufweist:

ein Stück eines Licht übertragenden, monofilen, mit einer Fluorpolymerummantelung umgebenen Kerns als einen Grundleiter auszuwählen;

ein Polymer als ein Finishhüllenmaterial auszuwählen; und

das Polymer über das Stück des Grundleiters zu extrudieren, um einen optischen Leiter mit Finishhülle zu bilden.

24. Verfahren zur Herstellung einen linearen Lichtleiter gemäß einem der Ansprüche 1 bis 21, der die Schritte aufweist:

Stücke der lichtübertragenden monofilen Kerne auszuwählen, wobei jeder mit einer Fluorpolymerummantelung umgeben ist;

die Stücke aneinander zu spleißen, um ein einzelnes Stück gespleißten Grundleiters zu bilden;

ein Polymer als Finishhüllenmaterial auszuwählen; und

das Polymer über das einzelne Stück des gespleißten Grundleiters zu extrudieren.

25. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei der monofile Kern ein duroplastisches optisches Polymer ist.

26. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei der monofile Kern ein thermoplastisches optisches Polymer ist.

27. Verfahren nach Anspruch 23 oder 24, wobei der monofile Kern eine Glasoptik ist.

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 27, wobei die Fluorpolymerummantelung ein wärmeschrumpfendes Material ist.

29. Verfahren nach Anspruch 28, wobei das wärmeschrumpfende Material während der Extrudierschrittes geschrumpft wird.

30. Verfahren nach Anspruch 28, wobei die wärmeschrumpfende Umhüllung vor dem Extrudierschritt geschrumpft wird.

31. Verfahren nach einem der Ansorüche 28 bis 30 einschließlich des Schrittes einer Herstellung des Stücks oder der Stücke lichtübertragenden monofilen Kerns, der mit einer Fluorpolymerummantelung durch die Schritte umgeben wird:-

eine röhrenförmige, wärmeschrumpfende Fluorpolymerummantelung auszuwählen, die einen vorgeweiteten ersten Innendurchmesser hat, der kleiner ist, als ein äußerster Außendurchmesser eines flexiblen zylindrischen Kerns, und wobei die Ummantelung so geweitet worden ist, daß sie einen zweiten Innendurchmesser hat, der größer ist als der äußerste Außendurchmesser des Kerns;

über die Ummantelung eine Fertigungshülle zu extrudieren, die im wesentlichen aus einem Polymer mit einer geringen Extrusionstemperatur besteht;

eine polymerisierbare Monomermischung innerhalb der Ummantelung anzuordnen; die Mischung zu polymerisieren, um den flexiblen zylindrischen Kern zu bilden;

die Fertigungshülle zu entfernen; und

auf die Ummantelung Wärme aufzubringen, die so wirkt, daß die Ummantelung um den äußeren Umfang des Kerns schrumpft.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei die Fertigungshülle bei einer Temperatur extrudiert wird, die geringer ist als die, die den wärmeschrumpfenden Mantel zu einem, gleich großen oder kleineren als der äußerste Außendurchmesser des Kerns, dritten Durchmesser zu schrumpfen veranlassen würde.

33. Verfahren nach Anspruch 31, das weiter vor dem Schritt des Extrudierens der Fertigungshülle die Schritte aufweist:

innerhalb der Ummantelung, in einer geweiteten Form, Druck aufzubringen und Druck zu halten, bei einem Druck, der genügt, um Schrumpfen während des Extrusionsverfahrens zu verhindern.

34. Verfahren nach Anspruch 33, wobei der Druck innerhalb der Ummantelung bei etwa 40 bis 100 Pfund pro Quadratzoll (276 - 689 kPa) gehalten wird.

35. Verfahren des Anspruchs 33 oder 34, wobei das Polymer mit geringer Extrusionstemperatur ein Poly(ethylen) ist.

36. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 34, wobei das Polymer mit geringer Extrusionstemperatur ein Copolymer ist.

37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei das Copolymer ein Ethylen-Vinyl-Acetat Copolymer ist.

38. Verfahren nach einem der Ansprüche 31 bis 37, wobei der erste Innendurchmesser der Ummantelung etwa 90 Prozent oder kleiner ist als der äußerste Außendurchmesser des Kerns.