DE69212522T2 - Artikel zum Verbinden von optischen Fasern - Google Patents

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer lösbaren, optisch durchlässigen Verbindung zwischen wenigstens einem Paar von optischen Fasern, auch Lichtwellenleiter genannt.
• Zahlreiche herkömmliche Verfahren zum Verbinden optischer Fasern beruhen auf mühsamen Prozeduren zum Präparieren der Faserenden und zu deren Ausrichten. Allerdings gibt es beispielsweise auf dem Konsumgütermarkt Anwendungen, bei denen schnellere und einfachere Verbindungsverfahren vorteilhaft sind, da sie die Kosten verringern. Wenn solche Verfahren auf lösbaren Verbindungen beruhen, sind sie sogar noch vorteilhafter, da sie die Flexibilität der zu verbindenden Systeme steigern können, ohne die Installationskosten wesentlich zu erhöhen.
• Eine wünschenswerte Form, die eine schnelle, lösbare Faserverbindung aufweisen kann, ist ein Verbinderpaar mit einem Stecker und einer Buchse. Das Ende einer zu verbindenden Faser ist in dem Stecker befestigt. Das Ende einer zweiten zu verbindenden Faser ist in der Buchse oder der Aufnahmeeinrichtung befestigt. Es ist besonders wünschenswert, die zusammenzufügenden Faserenden befestigen zu können, ohne sie zuerst mit Klemmen oder Zwingen festzulegen, wie dies bisher häufig getan wird. Obwohl Klemmen die mechanische Festigkeit und die Handhabung verbessern, erhöhen sie auch die Kosten und die Herstellungszeit.
• Die Verbindung wird wünschenswerterweise dadurch bewirkt, daß der Stecker manuell in die Buchse eingesetzt wird. Auf ähnliche Weise wird die Verbindung dadurch getrennt, daß der Stecker aus der Buchse manuell herausgezogen wird. Es ist besonders wünschenswert, wenigstens ein federbelastetes Element vorzusehen, daß den Stecker und die Buchse zusammenhält, wenn die Verbindung hergestellt ist, die aber beispielsweise durch manuelles Zusammendrücken eines Abschnitts dieses Elements gelöst werden kann. Ein Vorteil eines Verbinderpaars, daß einen solchen Schnapp-Einrastmechanismus verwendet ist der, daß es schneller und einfacher zusammengefügt werden kann als beispielsweise ein verschraubtes Verbinderpaar, das durch Festziehen einer Schraubenmutter zusammengefügt wird.
• Eine Vorrichtung zum lösbaren Verbinden von Fasern, wie sie im wesentlichen oben beschrieben worden ist, wurde tatsächlich schon hergestellt. Eine solche Verbindungseinrichtung ist beispielsweise in der US-PS 4225214 von M.H.Hodge et al. beschrieben worden, die am 30. September 1980 veröffentlicht worden ist. Bei der Hodge- Buchse liegt das Buchsen-Faserende in einem faserführenden Durchgang. Wenn die Buchse in das Steckgehäuse eingesetzt ist, wird ein verschiebbarer Zylinder, der das Ende der Steckerfaser umgibt, zurückgeschoben, wodurch das Faserende freigesetzt wird. Das Faserende tritt in den Durchgang ein und wird mit dem Ende der Buchsenfaser zusammengefügt. Bei einer von Hodge beschriebenen Ausführungsform weist die Buchse Federarme mit Einrastohren auf. Wenn die Verbindung zusammengefügt ist, schnappen die Federarme in entsprechende Ausnehmungen in dem Stecker ein. Die Verbindung kann zum Auseinandernehmen durch manuelles Drücken der Federarme gelöst werden.
• Ein Verbinderpaar, wie z.B. das in dem Hodge-Patent beschriebene, ist recht komplex und aus relativ vielen, d.h. über 15 einzelnen Teilstücken hergestellt, die teilweise recht kompliziert herzustellen sind. Demzufolge können die Herstellungskosten eines solchen Verbinders eine billige Massenproduktion verhindern.
• Deshalb blieb ein Bedürfnis für eine schnelle, lösbare Stecker- und Buchsenkombination bestehen, die kostengünstig hergestellt werden kann. Wünschenswerterweise sollte eine solche Vorrichtung relativ wenige Teile umfassen, die eine präzise maschinelle Bearbeitung erfordern, wobei diese Teile, die keine präzise maschinelle Bearbeitung benotigen, eine relativ einfache Form besitzen sollten.
• Gemäß der Erfindung wird eine Vorrichtung bereitgestellt, wie sie in Anspruch 1 definiert ist.
• Nachfolgend ist ein optisches Faser-Verbinderpaar beschrieben, welches mittels gewöhnlicher Herstellungstechniken gefertigt werden kann und lediglich zwei Teile von höchster Präzision benötigt. Jedes Präzisionsteil ist ein einfacher Siliziumblock mit einer im wesentlichen linearen Rille, die an einer Hauptfläche des Siliziumblocks ausgebildet ist.
• Das hier beschriebene Verbinderpaar ist sinnvoll zum Herstellen einer optischen Verbindung zwischen den Enden einer ersten bzw. zweiten optischen Faser derart, daß die Verbindung mehrmals durch Einsetzen und Zurückziehen des ersten Faserendes hergestellt bzw. getrennt werden kann. In einem allgemeinen Sinn umfaßt das Verbinderpaar eine erste Halteeinrichtung zum Halten eines Endabschnitts der ersten Faser, wobei diese Einrichtung derart beweglich ist, daß das erste Faserende, während es an der Halteeinrichtung befestigt ist, bezüglich des zweiten Faserendes bewegt werden kann, eine zweite Halteeinrichtung zum Halten eines Endabschnitts der zweiten optischen Faser derart, daß sie während des Einsetzens und Herausziehens im wesentlichen unbeweglich ist. Die zweite Halteeinrichtung kann während des Einsetzens wenigstens einen Abschnitt der ersten Halteeinrichtung dazwischen aufnehmen. Die erste Halteeinrichtung umfaßt ein erstes Siliziumelement mit einer ersten, im wesentlichen planaren Hauptfläche und einer ersten Rille, die in der ersten Oberfläche derart ausgebildet ist, daß das Ende der ersten Faser in einem Abschnitt der ersten Rille gehalten werden kann; und die zweite Halteeinrichtung umfaßt ein zweites Siliziumelement mit einer zweiten, im wesentlichen planaren Hauptfläche und einer zweiten Rille, die in der zweiten Oberfläche derart ausgebildet ist, daß das Ende der zweiten Faser in einem Abschnitt der zweiten Rille gehalten werden kann. Während des Einsetzens sind die erste und zweite Oberfläche im wesentlichen parallel und gegenüber angeordnet, wobei die erste und zweite Rille im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Die Vorrichtung umfaßt ferner eine Einrichtung zum Lenken der Bewegung der ersten Halteeinrichtung während des Einsetzens derart, daß der senkrechte Abstand zwischen der ersten und zweiten Hauptfläche anfänglich abnimmt, bis ein Abschnitt der ersten Faser in der zweiten Rille und ein Abschnitt der zweiten Faser in der ersten Rille aufgenommen wird und anschließend gleiten die erste und zweite Faser kontaktbildend (berührend) in die zweite bzw. erste Rille derart, daß die Längsachsen der Endabschnitte der ersten und zweiten Faser im wesentlichen kolinear sind und das Ende der ersten Faser sich dem Ende der zweiten Faser entlang der gemeinsamen Achse nähert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Steckgehäuses, das gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt worden ist,
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Buchse, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt worden ist,
• Fig. 3 ein Detail der Buchse nach Fig. 2, und zwar in einer perspektivischen Ansicht,
• Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines schwimmenden Kopfes, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt worden ist,
• Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Kolbens, der gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt worden ist,
• Fig. 6 eine Seiten-Teilansicht der erfindungsgemäßen Steckerbaugruppe, die mit dem Kolben und dem schwimmenden Kopf in zurückgezogener Stellung in der erfindungsgemäßen Buchse eingesetzt ist,
• Fig. 7 eine Seiten-Teilansicht der Baugruppe nach Fig. 6, wobei der Kolben und der schwimmende Kopf in einer Vorwärtsstellung gezeigt sind, in der die Stecker- und Buchsenfaser zusammengefügt sind,
• Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer Steckerbaugruppe, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung hergestellt worden ist, wobei die Ansicht eine Blattfeder und den Eingriff der Blattfeder mit dem Kolben zeigt, und
• Fig. 9 eine perspektivische Ansicht der erfinderischen Steckerbaugruppe in einer alternativen Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung
• Wir nehmen Bezug auf die Figuren 1 und 2. Die in einer Ausführungsform verwirklichte Erfindung umfaßt einen Stecker 10 (dargestellt in Fig. 1) und eine Buchse 20 (dargestellt in Fig. 2). Eine solche Ausführungsform kann man sich beispielsweise als das optische Analogon zu einem modularen Telefonverbinder vorstellen. Der Stecker und die Buchse sind leicht beispielsweise aus einem Polymermaterial durch ein Spritzgußverfahren oder maschinelle Bearbeitung herzustellen. Die Buchse enthält eine Aussparung oder Öffnung 30, in die der Stecker eingesetzt werden kann. Während des Einsetzens gleitet der Stecker sanft oder ruckfrei entlang von Führungsflächen, z.B. der Flächen 40a - 40d. Der Abstand zwischen dem Stecker und den Führungsflächen sollte groß genug sein, um eine sanfte Bewegung des Steckers zu ermöglichen, aber auch eng genug sein, um eine extreme Fehlausrichtung des Steckers zu verhindern, die den Eingriff der fasertragenden Teile stören würde, wie dies unten beschrieben ist. Nach dem Einsetzen über eine vorbestimmte Wegstrecke stößt eine Führungsfläche des Steckers, z.B. die Fläche 50, an eine Anschlagfläche der Buchse, z.B. die Fläche 60 an. Das Aneinanderstoßen der Flächen 50 und 60 verhindert ein weiteres Einführen.
• An dem Stecker sind Rastarme 70 befestigt oder einstückig damit ausgebildet. Wenn die Rastarme nicht einstückig mit dem Stecker ausgebildet sind, werden sie einfach beispielsweise aus einem polymeren Material oder aus einem elastischen Metall, wie z.B. einer Berylhum-Kupfer- Legierung hergestellt. Den Rastarmen entsprechend sind Ausschnitte 80 in der Stirnseite 115 der Buchse ausgebildet. Die Ausschnitte 80 sind derart geformt, daß die Rastarme den Einsetzvorgang nicht behindern, solange sie gegen den Steckerkörper 90 gedrückt werden; wenn sie aber nach dem Einsetzen vom Körper weggespreizt sind, berühren sie die Innenflächen der Ausschnitte, wodurch ein Herausziehen verhindert wird. Zu diesem Zweck sind die Rastarme vorteilhafterweise mit auseinandergespannten Abschnitten 100 ausgebildet, die breiter als der Ausschnittsbereich 110a aber schmaler als der Ausschnittsbereich 110b sind. Wenn daher die Rastarme auseinandergespannt oder aufgespreizt sind, verhindern sie ein Herausziehen, wenn sie aber durch einen von einer Bedienperson ausgeübten manuellen Druck zusammengedrückt werden, liegen die Abschnitte 100 innerhalb der Bereiche 110b, wodurch ein Herausziehen ermöglicht wird. Ein Auseinanderspannen der Rastarme weg von dem Steckerkörper wird beispielsweise durch das Angreifen einer Blattfeder 120 bewirkt, die, wenn sie zusammengedrückt ist, gegen beide Rastarme 70 drückt. Die Blattfeder ist vorteilhafterweise aus einem elastischen Metall, wie z.B. einer Beryllium-Kupfer-Legierung hergestellt.
• Der Stecker ist im Inneren im wesentlichen hohl ausgebildet, um weitere Komponenten aufnehmen zu können, wie dies unten beschrieben wird. Der Steckerkörper ist beispielsweise wie eine Schachtel geformt, die eine offene Vorder- und Rückseite aufweist und durch vier Wände festgelegt ist: ein Paar im wesentlichen paralleler Seitenwände 130 und senkrecht zu den Seitenwänden im wesentlichen parallele Wände 140 und 150. Die Rastarme sind an beiden Seitenwänden befestigt. Die Führungsfläche 50 bildet einen Rand der Wand 140, die hierin als "obere" Wand bezeichnet wird, obwohl diese Bezeichnung lediglich der Einfachheit dient, da die Brauchbarkeit des Steckers nicht von der Orientierung abhängt. Der Einfachheit halber wird die Wand 150 in entsprechender Weise hier als die "untere" Wand bezeichnet. Die untere Wand weist einen Zungenabschnitt 160 auf, der sich jenseits der Oberfläche 50 der oberen Wand erstreckt. Eine Führungsfeder 165 ist an der unteren Wand befestigt und erstreckt sich über wenigstens einen Abschnitt der oberen Fläche des Zungenabschnitts. Die Führungsfeder läßt sich ohne weiteres beispielsweise aus einem elastischen Polymermaterial oder aus einem elastischen Metall, wie z.B. einer Beryllium-Kupfer-Legierung herstellen.
• Wie in Fig. 1 gezeigt ist, verläuft die Führungsfeder länglich, d.h. entlang der Einsetzrichtung. (Die Einsetzrichtung verläuft von links nach rechts, wie dies in der Figur dargestellt ist.) Die Führungsfeder ist derart ausgebildet, daß eine Komponente mit einer vertikalen Bewegungsfreiheit, die entlang der Führungsfeder gleitet, aufwärts gedrängt wird, wenn sie in den Stecker eingesetzt wird. (Die "Aufwärts"-Richtung ist so definiert, daß sie in Einklang steht mit der Bezeichnung der Wand 140 als "obere" und der Wand 150 als "untere" .) Eine zweckmäßige Federkonfiguration ist die Doppel-Rampenkonfiguration, die in der Figur gezeigt ist.
• Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist ein Hohlraum 180 in der oberen Innenfläche 170 der Buchse ausgebildet. In dem Hohlraum ist ein glatt abschließender Siliziumblock 190 befestigt. Der Hohlraum ist derart angeordnet, daß, wenn der Stecker vollständig in der Buchse eingesetzt ist, der Block 190 unmittelbar über dem Zungenabschnitt 160 liegt und mit Bezug auf die länglich verlaufende Mittellinie des Zungenabschnitts zentriert ist. Eine Längsrille 200, beispielsweise ein geätzte V-Rille, ist im Zentrum der unteren (d.h. gegenüber dem Inneren der Buchse liegenden) Fläche 195 des Blocks 190 ausgebildet und erstreckt sich über die gesamte Länge des Blocks. Eine Rille 210 ist kontinuierlich und kolinear mit der Rille 200 in der Fläche 170 ausgebildet. Die Rille 210 ist derart geformt, daß eine optische Faser, die in der Rille 200 gehalten wird und eine gerade Linie beschreibt, vollständig und ohne Behinderung durch die Buchse verlaufen kann. Die Fläche 195 fluchtet wünschenswerterweise mit der Fläche 170 oder erstreckt sich etwas oberhalb dieser.
• Wir betrachten weiterhin Fig. 3. Die Fläche 170 verläuft im wesentlichen parallel zur Einsetzrichtung. Führungsschlitze 220 sind an der linken und rechten Seite der Fläche 170 angeordnet. Die Führungsschlitze 220 verlaufen nicht parallel zur Einsetzrichtung. Statt dessen nimmt wenigstens in einem Anfangsabschnitt jedes Schlitzes 220 die Schlitztiefe in Einsetzrichtung zu. Als Ergebnis einer solchen Zunahme neigt ein Gegenstand, der sich gegen eine Fläche 230 eines der Schlitze 220 abstützt, dazu, sich aufwärts zu bewegen (gemäß der früher definierten Richtungsvereinbarung), wenn er in der Einsetzrichtung in Längsrichtung gedrückt wird.
• Wir betrachten Fig. 4. Die Erfindung umfaßt weiter einen schwimmenden Kopf 240, der vorteilhafterweise aus einem Polymermaterial zum Beispiel durch ein Spritzgußverfahren oder maschinelle Bearbeitung hergestellt wird. Wie in der Figur offensichtlich ist, weist der schwimmende Kopf im wesentlichen die Form eines Parallelepipeds mit einer vertikalen Stimseite 250 (d.h. in die Einsetzrichtung weisend) und mit vertikalen Seiten 260 auf. Die Rückseite des schwimmenden Kopfes ist teilweise weggeschnitten und bildet ein T-förmiges Rastteil 270. Seitenrillen 280 des Rastteils stehen in Eingriff mit Fingerabschnitten 290 eines Kolbens 300, der in Fig. 5 dargestellt ist und unten ausführlicher beschrieben wird. Wir kehren zu Fig. 4 zurück. Die Unterseite des schwimmenden Kopfes ist teilweise weggeschnitten, um eine untere Führungsfläche 310 und eine untere hintere Fläche 320 zu bilden, die durch eine Rampe oder eine Stufe 330 getrennt sind. Die Oberseite des schwimmenden Kopfes ist teilweise weggeschnitten, um eine plattformartige Fläche 340 zu bilden, die im wesentlichen in einer horizontalen Ebene liegt und an beiden Seiten der plattformartigen Fläche befinden sich Flügel 350 mit oberen Flächen 360. Wie aus der Figur ersichtlich ist, liegen die Flächen 360 nicht in einer horizontalen Ebene. Statt dessen verläuft der hintere Rand jeder Fläche 360 koplanar zur plattformartigen Fläche, aber er setzt sich in Einsetzrichtung fort, wobei jede Fläche 360 auf eine rampenartige Weise von der Plattformfläche weg ansteigt. Das Rastteil 270 verläuft vorteilhafterweise vertikal etwas jenseits der Ebene der Plattformfläche 340. Der resultierende vertikale Versatz ist zur anfänglichen Positionierung des schwimmenden Kopfes zweckmäßig, wenn er in die Buchse eintritt. Die Neigung der Flügelflächen 360 ist an die Neigung der Führungsschlitze 220 derart angepaßt, daß die Flügelflächen 360 entlang der Schlitzflächen 230 gleiten, wobei die Plattformfläche im wesentlichen parallel zur Buchsenfläche 170 (in Fig. 3 dargestellt) bleibt.
• Es wird weiter auf Fig. 4 Bezug genommen. Ein Hohlraum 365 ist in der Plattformfläche 340 des schwimmenden Kopfes ausgebildet. In dem Hohlraum ist ein Siliziumblock 370 bündig angeordnet, der im wesentlichen dem Siliziumblock 190 (in Fig. 3 gezeigt) entspricht. Eine Rille 380, die beispielsweise eine V-Rille ist, ist in der oberen Fläche 390 des Siliziumblocks 370 ausgebildet. Die Fläche 390 fluchtet wünschenwerterweise mit der Fläche 340 oder erstreckt sich etwas oberhalb dieser. Wenn daher der Stecker und der schwimmende Kopf vollständig eingesetzt sind, ist die Fläche 195 des Siliziumblocks 190 gegenüber der Fläche 390 des Siliziumblocks 370 und im wesentlichen parallel dazu angeordnet. Wenn außerdem der Stecker und der schwimmende Kopf vollständig eingesetzt sind, liegt der Block 370 wenigstens teilweise über dem Block 190 derart, daß die Rille 380 wenigstens teilweise über der Rille 200 liegt. Es ist beabsichtigt, daß die sich gegenüberliegenden, zu verbindenden Faserenden zwischen den beiden Siliziumblöcken und in den sich gegenüberliegenden Rillen 380 und 200 gehalten werden. Zu diesem Zweck ist jede Rille 380 und 200 derart ausgebildet, daß, wenn eine optische Faser mit einem entsprechenden Außendurchmesser in der Rille liegt, etwas weniger als die Hälfte des Faserdurchmessers in der Rille verborgen ist und entsprechend etwas mehr als die Hälfte der Faser über die Fläche des jeweiligen Siliziumblocks frei herausragt.
• Eine Rille 400 wird beispielsweise durch ein Spritzgußverfahren in die Plattformfläche geformt. Die Rille 400 verläuft im wesentlichen kolinear mit der Rille 380 und erstreckt sich von dem hinteren Rand des Blocks 370 zur hinteren Kante des Rastteils 270. Dementsprechend kann, wenn der Stecker und der schwimmende Kopf vollständig eingesetzt sind, eine geradlinige optische Faser, die in der Rille 380 gehalten wird, durch das rückwartige Ende des Steckers verlaufen. (Es sei angemerkt, daß bezüglich dieses Anwendungsfalls die Steckerfaser nicht notwendigerweise durch das rückwärtige Ende des Steckers geradlinig verlaufen muß. Sie kann beispielsweise durch eine gekrümmte Rille in dem Kolben verlaufen, was unten beschrieben wird. In einem solchen Fall kann die Faser aus dem rückwärtigen Ende des Steckers unter einem Winkel zur Einsetzrichtung austreten.) Der schwimmende Kopf sollte in dem Stecker frei gleiten können. Der Abstand zwischen dem schwimmenden Kopf und den Innenwänden des Steckers sollte weit genug sein, damit der schwimmende Kopf zentrisch in der Buchse positioniert werden kann, und zwar unter Berücksichtigung von Herstellungstoleranzen bei den Abmessungen der jeweiligen Teile.
• Die Steckerbaugruppe umfassend den Stecker, den schwimmenden Kopf und den Kolben (unten beschrieben) wird dem Endbenutzer typischerweise in einer fabrikmäßig zusammengefügten Form einschließlich einer optischen Faser (das ist die "Stecker"-Faser), deren eines Ende an dem schwimmenden Kopf befestigt ist, zur Verfügung gestellt. Es wird Bezug genommen auf die Figuren 6 und 7. Ein Ende der Steckerfaser 410 ist in der Rille 380 befestigt, beispielsweise indem das Faserende in die Rille eingeklebt wird oder durch mechanisches Festklemmen um einen benachbarten Abschnitt des schwimmenden Kopfes 240. Das Faserende ist etwa im Zentrum des Siliziumblocks angeordnet und sollte innerhalb einiger Faserdurchmesser der Nennposition angeordnet werden. (Unter "Nenn"-Position ist das Zentrum der Verteilung von Positionen gemeint, über die annehmbare Faserverbindungen hergestellt werden können.) Wir nehmen Bezug auf Fig. 5. Der Kolben 300 ist zum Bereitstellen der vertikalen Freiheit zweckmäßig, die benotigt wird, damit die Siliziumrillen 380 und 200 beide Fasern während des Einsetzprozesses aufnehmen können. Fingerabschnitte 290 sind an der Führungsseite des Kolbens 300 angeformt. Wie oben unter Bezugnahme auf Fig. 4 erwähnt worden ist, sind die Fingerabschnitte durch die Rillen 280 an dem schwimmenden Kopf unverlierbar befestigt. Der Kolben 300 sollte in dem Stecker frei verschiebbar sein. Eine Rille 405 ist zweckmäßigerweise in der oberen Seite des Kolbens ausgebildet, um die Verlängerung der Steckerfaser durch den rückwärtigen Teil des Steckers aufzunehmen. Eine derartige Rille kann geradlinig und im wesentlichen kolinear mit der Rille 400 in dem schwimmenden Kopf sein. Alternativ kann, wie oben erwähnt, die Rille 405 ohne weiteres derart hergestellt werden, daß sie mit ihrem vorderen Rand an der Rille 400 angrenzt, aber von der Achse der Rille 400 derart weggebogen ist, daß die Faser den Stecker unter einem Winkel zur Einsetzrichtung verläßt.
• Im Einsatz wird die Bewegung des Kolbens durch die Blattfeder 120 und somit letztendlich durch das Zusammendrücken und Entspannen der Rastarme 70 gesteuert. In der in Fig. 8 gezeigten beispielhaften Ausführungsform ist das hintere Ende des Kolbens an dem Zentrum der Blattfeder befestigt. Wenn die Rastarme zusammengedrückt werden, wird die Feder gekrümmt, um so den Kolben von der Buchse wegzuziehen. Im Gegensatz dazu wird der Kolben in Richtung zur Buchse gedrängt, wenn die Rastarme entspannt oder gelöst sind.
• Ein Faserende, das an der Buchse befestigt ist, hierin als "Buchsen"-Faser genannt, wird gewöhnlich in dem betreffenden Siliziumblock vom Endbenutzer befestigt. Es wird auf Fig. 6 und 7 Bezug genommen. Ein Ende der Buchsenfaser 420 ist in der Rille 200 befestigt, beispielsweise durch Verkleben oder durch mechanisches Klemmen um einen benachbarten Abschnitt der Fläche 170 (siehe Fig. 3) entfernt von dem Stecker.
• Im Einsatz steht eine Steckerbaugruppe einschließlich einer befestigten Steckerfaser zur Verfügung, und ein Buchsenfaserende ist in der Buchse befestigt. Die Faserverbindung wird dadurch verwirklicht, daß die Rastarme zusammengedrückt und die Steckerbaugruppe in die Buchse eingesetzt wird. Die Rastarme entspannen sich danach. Die Faserverbindung wird nachfolgend dadurch gelöst, daß die Rastarme einfach zusammengedrückt und die Steckerbaugruppe zurückgezogen wird.
• Die Bewegung des schwimmenden Kopfes während des Einsetzens ist in Fig. 6 und 7 dargestellt. Wie aus den Figuren ersichtlich ist, drückt die Feder 165 gegen die Fläche 320 des schwimmenden Kopfes derart, daß, während sie eingesetzt wird, der schwimmende Kopf nach oben gedrückt wird, wie dies in der Figur dargestellt ist. (Das gleitende Eingreifen der Fingerabschnitte 290 in die Rillen 280 ermöglicht, daß der schwimmende Kopf in eine Richtung schwimmt, die im wesentlichen senkrecht zur Einsetzrichtung liegt. Wie in der Figur dargestellt ist, bildet diese Richtung einen Winkel von 90º mit Bezug zur Einsetzrichtung. Verschiedene alternative Ausführungsformen sind vorstellbar, in denen der Winkel, der durch eine im wesentlichen senkrechte Richtung gebildet wird, um bis zu 5º von 90º abweicht. Als Folge eines solchen Nach-oben-Drängens kommen die Flügelflächen 360 (s. Fig. 4) in Berührung mit den Führungsschlitzflächen 230 (s. Fig. 3) und gleiten entlang der Flächen 230. Wenn die Flächen 360 zunächst die Flächen 230 erreichen, überlappt jede Faser im wesentlichen eine entsprechende gegenüberliegende Siliziumrille um einen kleinen Betrag, ohne jedoch die Rille zu berühren. Wenn das Einsetzen fortgeführt wird, rückt das Steckerfaserende in Richtung zum Buchsenfaserende entlang der Einsetzrichtung vor. Gleichzeitig verringert das Gleiten dieser Flächen den vertikalen Versatz zwischen jedem Faserende und seiner gegenüberliegenden Siliziumrille, da die Flächen 360 und 230 geneigt sind.
• An irgendeinem Punkt während des Einsetzens wird jedes Faserende von seiner jeweiligen gegenüberliegenden Siliziumrille aufgenommen, während ein Spalt noch zwischen den zusammenzufügenden Faserenden längs der Einsetzrichtung bestehen bleibt. Danach wird die Bewegung des schwimmenden Kopfes durch eine gleitende Berührung zwischen die Fasern und die Siliziumrillen gelenkt. Demzufolge trennen sich die Flächen 360 und 230 und der schwimmende Kopf wird in eine Richtung im wesentlichen parallel zur Einsetzrichtung vorgeschoben, bis die zusammenzufügenden Faserenden anstoßen und einen Berührungskontakt herstellen. Der Einsetzvorgang ist beendet, wenn ein solcher Stoßkontakt hergestellt ist. Danach drängt die Feder 165 die gegenüberliegenden Siliziumblöcke näher zusammen, so daß die zusammenzufügenden Fasern zwischen den gegenüberliegenden Siliziumrillen festgehalten bleiben. Die Blattfeder 120 drückt die Faserenden zusammen und hält dadurch den Stoßkontakt zwischen ihnen aufrecht.
• In diesem Zusammenhang sei angemerkt, daß die zusammenzufügenden Faserenden in eine Endausrichtung durch die Siliziumrillen geführt werden. Demzufolge sind Herstellungstoleranzen des Steckers, des schwimmenden Kopfes und der Buchse im allgemeinen nicht von kritischer Wichtigkeit, wobei lediglich vorausgesetzt ist, daß die jeweiligen Faserenden ohne weiteres von den entsprechenden Siliziumrillen während des Einsetzens gehalten werden. Da allerdings die anfängliche Führung von den Flügeln 350 und den Führungsschlitzen 220 bereitgestellt wird, müssen diese besonderen Teile nach einem geeigneten Genauigkeitsstandard geformt werden. Der geeignete Standard wendet die Seite-an- Seite d.h. die "Seiten" - Anordnungen und -Abmessungen der Flügel und Führungsschlitze an. Dieser Standard besteht darin, daß die Flügel und Führungsschlitze den schwimmenden Kopf präzise genug ausrichten müssen, um die länglichen Mittellinien der beiden Siliziumblöcke im wesentlichen in derselben vertikalen Ebene auszurichten (d.h. derart, daß der mathematische Verlauf der einen unmittelbar über dem mathematischen Verlauf der anderen liegt) , und zwar mit einem seitlichen Versatz, der kleiner ist als etwa ein entsprechender Faserdurchmesser und mit einem ausreichenden Abstand, damit der Versatz im wesentlichen auf Null verringert werden kann, wenn das Zusammenfügen der Fasern beendet ist.
• Die oben geschilderte Beschreibung dient pädagogischen Zwecken und erläutert lediglich eine von vielen möglichen Ausführungsformen der Erfindung. Beispielsweise umfaßt eine alternative und gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform die in Fig. 9 erläuterte alternative Steckerbaugruppe. Bei der dargestellten Steckerbaugruppe wird die Kraft, die für die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Kolbens sorgt, mittels einer Schraubenfeder 500 anstelle der Blattfeder 120 nach Fig. 1 übertragen. Jeder Rastarm 510 weist einen Abschnitt 520 in der Nähe des Steckerkörpers sowie einen Abschnitt 530 entfernt vom Steckerkörper auf, die durch ein Gelenk 540 getrennt sind. (Das Gelenk kann einstückig mit dem nahen und entfernten Abschnitt ausgebildet sein.) Die nahen Abschnitte dienen dazu, den Stecker in der Buchse, wie oben beschrieben, zu verrasten. Die entfernten Abschnitte biegen sich in Richtung des Steckerkörpers und kommen mit dem Ende des vom schwimmenden Kopf entfernten Kolbens in Eingriff. Ein Zusammendrücken der nahen Abschnitte der Rastarme gegen den Steckerkörper bewirkt, daß die Kolben berührenden Enden der Rastarme von der Buchse weg bewegt werden. Dies führt dazu, daß die Schraubenfeder zusammengedrückt und der Kolben und der schwimmende Kopf zurückgezogen werden. Im Gegensatz dazu entspannt sich die Schraubenfeder, wenn die nahen Abschnitte freigegeben werden.
• Die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform enthält auch einen alternativen schwimmenden Kopf 550, der ebenfalls in Fig. 9 dargestellt ist. Bei dem alternativen schwimmenden Kopf ist der Siliziumblock 370 nicht horizontal, sondern statt dessen um einen Winkel gekippt, der typischerweise im Bereich von 3º - 5º liegt und vorzugsweise etwa 3º beträgt, wobei die Führungskante tiefer als die hintere Kante mit Bezug auf die Flügelfläche 560 des schwimmenden Kopfes liegt. Der gegenüberliegende Siliziumblock in der Buchse ist in entsprechender Weise gekippt. Während des Einsetzens verläuft die Anfangsbewegung des alternativen schwimmenden Kopfes im wesentlichen horizontal statt diagonal. Dementsprechend verlaufen die Führungsschlitze und Flügel nicht rampenförmig (im Gegensatz zur vorher beschriebenen Ausführungsform), und die Anfangsbewegung des schwimmenden Kopfes wird durch im wesentlichen horizontale Flächen, wie z.B. die Fläche 560 geführt. Wenn jedes Faserende in der jeweiligen gegenüberliegenden Siliziumrille aufgenommen ist, ändert sich die Bewegung des schwimmenden Kopfes zu einer diagonalen Bewegung, bis die Faserenden sich berühren. Daher verläuft die Trajektone des schwimmenden Kopfes umgekehrt zu der, die in Verbindung mit der früher beschriebenen Ausführungsform erläutert worden ist.
• Bei der gegenwartig bevorzugten Ausführungsform ist die Feder 165 (s. Fig. 1) vorzugsweise mit der Fläche 310 des schwimmenden Kopfes (s. Fig. 4) anstatt mit dem Steckgehäuse verbunden.
Beispiel
• Ein Stecker, eine Buchse, ein schwimmender Kopf und ein Kolben, die im wesentlichen mit der ersten, oben beschriebenen Ausführungsform übereinstimmen, wurden aus einem Polykarbonat enthaltenden Kunststoff hergestellt. Die maximalen Außenabmessungen der Buchse waren: eine Höhe von 17 mm (0,67 Zoll), eine Länge von 25 mm (1,0 Zoll) und eine Breite von 25 mm (1,0 Zoll). Die kleinste Buchsen-Wanddicke betrug 1,3 mm (0,05 Zoll). Führungsrillen, wie beschrieben, waren in der Buchse mit einem Neigungswinkel von 5.0º ausgebildet. Die maximalen Außenabmessungen des Steckers betrugen: eine Höhe von 15 mm (0,6 Zoll), eine Länge (ausschließlich des Zungenabschnitts) von 25 mm (1 Zoll), eine Breite von 14 mm (0,54 Zoll) und eine Länge des Zungenabschnitts von 8,9 mm (0,35 Zoll). Die Wanddicke des Steckers betrug 1,3 mm (0,05 Zoll). Der schwimmende Kopf wurde aus einem festen Kunststoffblock hergestellt. Die maximalen Außenabmessungen des schwimmenden Kopfes betrugen in der Höhe 9,5 mm (0,375 Zoll), in der Länge 13 mm (0,5 Zoll) und in der Breite 8,9 mm (0,35 Zoll). Die Rastabschnitte waren 2,5 mm (0,1 Zoll) lang und 6,3 mm (0,25 Zoll) breit. Jede Rastrille war 1,1 mm (0,045 Zoll) lang und 0,63 mm (0,025 Zoll) tief. Die Schritthöhe zwischen den beiden unteren Flächen betrug 1,3 mm (0,05 Zoll). Die Flügel waren um 5,00 geneigt. Der Rastabschnitt des Kolbens war 9,5 mm (0,375 Zoll) hoch. Der Kolben umfaßte zwei Rastfinger in jeder Seite. Jeder Rastfinger sitzt in einer entsprechenden Rastrille mit einem gesamten Voderseite-zu-Rückseite-Abstand von 0,13 bis 0,25 mm (0,005 - 0,010 Zoll) und einem gesamten Seite-zu-Seite-Abstand von 0,25 mm (0,01 Zoll).
• Jeder Siliziumblock war 6,5 mm (0,255 Zoll) lang, 2,2 mm (0,085 Zoll) breit und 0,46 mm (0,018 Zoll) hoch. Entlang der Längsachse der Stimseite jedes Siliziumblocks verlief eine kristallographisch geätzte V-Rille. Der halbe Spitzenwinkel jeder solchen Rille betrug 360 und die Tiefe jeder dieser Rillen 0,076 mm (0,003 Zoll).
• In jeder V-Rille war eine optische Mehrmodenfaser mit einem Außendurchmesser von 125 µm befestigt. Die Fasern wurden durch Klemmen oder einkleben an der Verwendungsstelle befestigt. Bevor die optische Verbindung hergestellt wurde, wurde eine geringe Menge eines Index-Anpassungsgels auf die Steckerfaserspitze oder den Siliziumblock der Buchse aufgetragen.
• In zahlreichen Versuchen bei der Herstellung der optischen Verbindung wurden Einsetzverluste im Bereich von 0,05 - 0,5 dB nachgewiesen.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Verbindung zwischen gegenüberliegenden Enden einer ersten bzw. zweiten optischen Faser mit folgenden Merkmalen: ein längliches steckgehäuse (10) mit einer Längsachse und

eine Buchse (20) mit einer Kammer (30), die wenigstens einen Teil des steckgehäuses aufnehmen kann, wenn das Steckgehäuse entlang einer als Einsetzrichtung bezeichneten Richtung, die parallel zur Längsachse verläuft, eingesetzt ist,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Vorrichtung weitere Merkmale aufweist: ein erstes Siliciumelement (370) mit einer ersten im wesentlichen planaren Hauptoberfläche (390) und einer ersten Rille (380), die in der ersten Oberfläche derart ausgebildet ist, daß das erste Faserende in einem Abschnitt der ersten Rille gehalten werden kann, ein zweites Siliciumelement (190), das in der Buchse angeordnet ist und eine zweite, im wesentlichen planare Hauptoberfläche (195) und eine zweite Rille (200) aufweist, die in der zweiten Oberfläche derart ausgebildet ist, daß das zweite Faserende in einem Abschnitt der zweiten Rille gehalten werden kann, ein schwimmender Kopf (240), in dem das erste Siliciumelement angeordnet ist und der in dem Steckgehäuse längsverschiebbar und wenigstens teilweise in die Buchse derart einsetzbar ist, daß die erste und zweite Hauptoberfläche im wesentlichen parallel verlaufen, sich wenigstens teilweise überlappen und gegenüberliegen,

ein Kolben (300), der wenigstens teilweise in das Steckgehäuse einsetzbar und in diesem längsverschiebbar ist, wobei der Kolben und der schwimmende Kopf derart ausgebildet sind, daß sie mechanisch derart in Eingiff treten, daß durch eine Bewegung des Kolbens entlang der Einsetzrichtung der schwimmende Kopf in die Buchse eingesetzt wird, daß durch eine Bewegung des Kolbens in entgegengesetzter Einsetzrichtung der schwimmende Kopf aus der Buchse herausgezogen wird, und daß wenigstens während eines Teils des Einsetzschrittes der schwimmende Kopf sich mit Bezug auf den Kolben in eine Richtung bewegen kann, die im wesentlichen senkrecht zur Einsetzrichtung steht,

innere Führungsflächen (230), die einstückig mit der Buchse ausgebildet sind und die Bewegung des schwimmenden Kopfes während des Einsetzens derart leiten, daß während des Einsetzens sich der senkrechte Abstand zwischen der ersten und zweiten Hauptoberfläche anfänglich verringert, bis ein Abschnitt der ersten Faser in der zweiten Rille und ein Abschnitt der zweiten Faser in der ersten Rille aufgenommen ist, und daß anschließend die erste und zweite Faser in die zweite bzw. erste Rille derart kontaktherstellend gleiten, daß die Längsachsen der ersten und zweiten Faserendabschnitte im wesentlichen kollinear sind, und das erste Faserende sich dem zweiten Faserende entlang der Längsachse nähert,

eine erste federnde Einrichtung (120) zum Ausüben einer Kraft, die das erste Faserende zum zweiten Faserende hin gerade soweit vorschieben kann, bis die Faserenden einen Stoßkontakt bilden, und die den Stoßkontakt aufrechterhalten kann, während eine zweite federnde Einrichtung (165) den ersten und zweiten Siliciumblock zusammendrückt und auch dann noch zusammendrückt, nachdem die erste und zweite Rille die zweite bzw. erste Faser aufgenommen haben, und

wenigstens ein zusammendrückbares Verriegelungselement (70), das an einer Außenfläche des Steckgehäuses befestigt ist und in einen entsprechenden Schlitz (80) eingreifen kann, der sich in der Buchse derart erstreckt, daß, wenn das Verriegelungselement in Richtung des Steckgehäuses zusammengedrückt wird, das Steckgehäuse frei in die Buchse eingesetzt oder aus ihr herausgezogen werden kann, daß aber, wenn sich das Verriegelungselement nach dem Einsetzen entspannt, es ein Herausziehen des Steckgehäuses verhindert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste federnde Einrichtung eine Schraubenfeder ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement länglich ausgebildet ist und ein weiter entfernt liegendes und ein nächstliegendes Ende aufweist, wobei das nächstliegende Ende an dem Steckgehäuse befestigt ist, das Verriegelungselement außerdem ein Gelenk zwischen dem weiter entfernt liegenden und dem nächstliegenden Ende aufweist und das nächstliegende Ende mit dem Ende des Kolbens, das weiter von der Buchse entfernt ist, in Eingriff treten kann, derart, daß, wenn das Verriegelungselement in Richtung des Steckgehäuses zusammengedrückt wird, die Schraubenfeder zusammengedrückt und der Kolben aus der Buchse herausgezogen werden kann, und daß, wenn das Verriegelungselement entspannt ist, die Schraubenfeder sich ausdehnen und der Kolben in Richtung zur Buchse gedrückt werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste federnde Einrichtung eine Blattfeder ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Silicium-Hauptoberfläche im wesentlichen parallel zu einer Ebene liegen, die die Einsetzrichtung enthält.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Silicium-Hauptoberfläche im wesentlichen parallel zu einer Ebene verlaufen, die unter einem Winkel von 3º bis 5º zur Einsetzrichtung liegt.