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Kupplungselement zum Verbinden eines optischen Ubertragungs-
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elementes und eines aktiven oder passiven optoelektrischen Elementes
Für die Signal- bzw. Nachrichtenübertragung kommen unter anderem auch optische Übertragungselemente
in Betracht. Der große Vorteil optischer Übertragungselemente ist deren große Bandbreite,
die in der Größenordnung von Gigahertz liegt. Ein weiterer großer Vorteil liegt
in ihrer Unempfindlichkeit gegen elektrische oder magnetische Störfelder. Sie bieten
sich daher unter anderem hervorragend zur störungsfreien Datenübermittlung in Prozeßsteuerungen,
Meßwertverarbeitungsanlagen und allgemeinen elektronischen Steuerungen an. Allgemein
werden sie überall dort vorteilhaft einsetzbar sein, wo die Einrichtungen hohen
elektrischen bzw. magnetischen Störbeeinflussungen ausgesetzt sind und/oder eine
hohe Datensicherheit gefordert wird.
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Unabhängig von dem Einsatzzweck bestehen derartige Übertragungssysteme
mit optischen Übertragungselementen aus der Übertragungsstrecke, beispielsweise
der oder den lichtleitenden Fasern, sowie Signalwandlern am Streckenanfang und -ende.
Am Streckenanfang müssen die als elektrische Größen vorliegenden Signale bzw. Daten
in proportionale Lichtsignale umgewandelt werden, die dann in das optische Übertragungselement
eingespeist werden. Am Ende dieses Ubertragungselementes müssen diese optischen
Signale wiederum zurück in elektrische überführt werden (Elektrisches Nachrichtenwesen,
Bd.45, Nr. 3, 1970, Seite 283). Dabei ist angestrebt, die optoelektrischen Elemente
in die elektronischen Geräte zu integrieren und die optischen Übertragungsleitungen
ähnlich wie elektrische Übertragungsleitungen mittels Stecker mit jenen lösbar zu
verbinden. Dabei ist zu beachten, daß die optischen Ubertragungselemente
und
die optoelektrischen Elemente -wegen ihrer extrem kleinen Abmessungen zueinander
sehr genau justiert werden müssen.
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Es ist bereits ein Kupplungselement bekannt, das aus einer Hülse besteht,
in die auf einer Seite das sich in einer Halterung befindende optoelektrische Element
eingebracht werden kann und in die von der anderen Seite das mit einem Stecker versehene
optische Übertragungselement eingesteckt werden kann (DT-os 2 336 384).
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Die Hülse weist dabei Bereiche unterschiedlichen Innendurchmessers
auf, wodurch ein definiertes Zentrieren des optoelektrischen Elementes und des optischen
Ubertragungselementes möglich wird. Nachteilig bei diesen Kupplungselementen ist,
daß der Stekker entweder durch Quetschen unlösbar mit der Hülse verbunden wird oder
daß eine aufwendige und damit teuere Verbindungsart gewählt wurde, beispielsweise
durch ein Gewinde, mit dem sowohl Hülse als auch Stecker versehen sind. Als weitere
lösbare Verbindung sind Federn vorgesehen, die nach dem Einschieben des Steckers
in der Hülse einrasten. Ein Lösen des Steckers ist in diesem Falle nur mit Spezialwerkzeugen
möglich. Außerdem wird in diesem letzten Fall der Kontakt zwischen optischem Übertragungselement
und optoelektrischem Element nicht mehr-sicher gewährleistet, da zum Einrasten der
Federn der Stecker zunächst etwas weiter in die Hülse geschoben werden muß. Nach
dem Einrasten kann der Stecker dann wieder etwas in der Hülse zurückgleiten, wodurch
der Kontakt zwischen beiden Elementen unterbrochen wird.
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Die Erfindung geht aus von einem Kupplungselement zum Verbinden eines
aus einer oder mehreren Fasern und einer Schutzhülle bestehenden optischen Übertragungselementes
und eines aktiven oder passiven optoelektrischen Elementes, bestehend aus einem
das optische Übertragungselement abschließenden Stecker, der aus einem abgestuften
Rohr gebildet ist, das teilweise direkt auf der oder den Fasern und teilweise auf
der Schutzhülle aufliegt,
einer Halterung für das optoelektrische
Element, einem Buchsenteil mit mehreren Bereichen unterschiedlichen Innendurchmessers
sowie Befestigungsmitteln, die eine lösbare Verbindung zumindest zwischen Stecker
und Buchsenteil ermöglichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kupplungselement anzugeben, das
aus einfachen und damit kostengünstig herzustellenden Einzelteilen besteht und das
eine lösbare zentrische Verbindung zwischen optoelektrischem Element und optischem
Übertragungselement ermöglicht. Dabei soll das Einführen und das Wiederlösen des
Stekkers ohne zusätzliche Hilfsmittel leicht durchführbar sein und der direkte Kontakt
zwischen den zu verbindenden Elementen stets gewährleistet sein.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Stekker
teilweise von einer Spiralfeder umgeben ist, die im hinteren Steckerbereich festgeklemmt
ist, daß der Innendurchmesser des Buchsenteiles auf der dem Stecker zugewandten
Seite im ersten Bereich größer als der Außendurchmesser der Spiralfeder ist, daß
in diesen Bereich seitwärts ein schmaler Vorsprung eingreift, der bis dicht an den
Stecker heranreicht und daß als Befestigungsmittel eine Lasche vorgesehen ist, die
das Buchsenteil umschließt und die mittels eines Gewindestiftes die ausgerichtete
Halterung für das optoelektrische Element fixiert.
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Auf einer Seite wird also in das Buchsenteil das optoelektrische Element
mit seiner Halterung eingeführt und mit einem Gewindestift fixiert. Von der anderen
Seite kann der Stecker in das Buchsenteil hineingeschoben werden. Dabei ist ein
Bereich des Buchsenteiles im Innendurchmesser so gewählt, daß der Stecker zentriert
an däs optoelektrische Element herangeführt wird. Im hinteren Bereich des Buchsenteiles
kann sich die den Stecker wngebende Spiralfeder frei bewegen. Durch Drehen der Feder
um den
Stecker kann man eine oder mehrere Windungen der Feder hinter
den Vorsprung bringen. Feder und Vorsprung bilden zusammen so etwas wie eine Schraubverbindung.
Je nach dem, wieviele Windungen man hinter den Vorsprung dreht, kann man den Druck
varileren, mit dem der Stecker gegen das optoelektrische Element gedrückt wird.
Durch Drehen in entgegengesetzter Richtung läßt sich der Stecker leicht wieder aus
dem Buchsenteil entfernen.
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Da dieses Kupplungsteil auch. für Großserien geeignet sein soll, sollte
es aus einfachen Einzelteilen und damit billig herzustellen sein Für den Stecker
ist das dadurch erfüllt, daß zwei einfache Röhrchen auf das optische Übertragungselement
aufgequetscht werden, zwischen deren aufgebördelten Enden eine einfache Spiralfeder
eingeklemmt ist. Als Buchsenteil und als Halterung für das optoelektrische Element
können Kunststoffspritzteile verwendet werden. Die als Befestigungsmittel verwendete
Lasche kann aus gebogenem Blech bestehen. Es ist ebenfalls denkbar, daß das Buchsenteil
und die Lasche zusammen ein Kunststoffteil bilden. Es handelt sich also um Einzelteile,
die von der Form und vom Material her eine einfache Herstellung ermöglichen. Darüber
hinaus ist auch die Montage der Einzelteile zu dem kompletten Kupplungselement einfach
und schnell ahne aufwendige Spezialwerkzeuge durchführbar.
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Wegen der mechanischen Sicherheit des optischen Ubertragungselementes
verwendet man oft mehrere zu einem Bündel zusammengefaßte Fasern. Sollte eine Faser
brechen, so können die anderen Fasern die Signalübertragung ohne größere Verluste
weiterführen. Außerdem wird durch das Parallelschalten mehrerer Fasern die Dämpfung
herabgesetzt. Soll das optische Übertragungselement jedoch aus einer einzelnen Faser
bestehen, so empfiehlt es sich, daß am Stekkeranfang zusätzlich ein Kapillarröhrchen
auf der Faser durch Quetschen zentriert ist, auf dem eines der beiden anderen, den
Stecker bildenden Röhrchen aufliegt. Die einzelnen Fasern haben einen Durchmesser
von ca. 100 Sie sind dadurch sehr bruchempfindlich. Durch das Aufquetschen eines
kurzen Stückes Kapillarröhrchen auf die blanke Faser am Anfang des späteren Steckers
wird
die Fertigung des eigentlichen Steckers, also das Aufquetschen der beiden ineinander
geschobenen Röhrchen sicherer, ein für eine Serienfertigung wichtiger Aspekt.
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Um bei einem längeren Gebrauch die Glasfaser im Stecker vor Witterungseinflüssen
zu schützen, ist vorgesehen, daß der Hohlraum zwischen dem optischen Übertragungselement
und den Röhrchen mit einem aushärtbaren Kunstharz ausgefüllt ist. Damit wird verhindert,
daß in der Luft vorhandene Feuchtigkeit oder sogar aggressive Substanzen an die
eigentliche Faser herankommen und beispielsweise durch Ätzen des Fasermantels die
optischen Ubertragungseigenschaften der Faser verändern können. Ein Eindringen und
Ausbreiten derart storender Substanzen zwischen Mantel und Schutzhülle wird damit
ebenfalls verhindert.
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Eine weitere Vereinfachung des Kupplungselementes ergibt sich dadurch,
daß der in dem Innenraum des Buchsenteils reichende Vorsprung durch einen abgewinkelten
Lappen der Lasche gebildet ist.
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Dieser Lappen wird beim Aufsetzen der Lasche auf das Buchsenteil durch
eine seitliche Öffnung in den Innenraum des Buchsenteiles gesteckt. Eine vorteilhafte
Weiterbildung des Kupplungselementes ergibt sich daraus, daß die Lasche und damit
däs gesamte Kupplungselement mittels Schrauben oder Niede an eine Leiterplatte oder
dergleichen befestigbar ist. Ein aus Kunststoff bestehendes Buchsenteil kann an
seiner Unterseite Stifte aufweisen, die durch die Leiterplatte gesteckt werden und
durch Verformen das Buchsenteil und damit das Kupplungselement fixieren. Die Kupplungselemente
sollen integraler Bestandteil eines größeren Gerätes sein, in dem neben diesen Elementen
auch noch rein elektronische Bauelemente verwendet werden. Durch die Möglichkeit
des Anschraubens können diese Kupplungselement in unmittelbarer Nachbarschaft der
elektronischen Bauelemente befestigt werden. Zum Einführen des Steckers muß dann
selbstverständlich in der Gehäusewand des Gerätes an entsprechender Stelle eine
Öffnung vorgesehen sein.
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An einem Ausführungsbeispiel soll die Erfindung näher erläutert werden.
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Figur 1 zeigt im Schnitt ein in einem Gerät auf einer Leiterplatte
montiertes Kupplungselement in Seitenansicht.
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Die Figuren 2 und 3 zeigen das gleiche Kupplungselement in Aufsicht
und in Hinteransicht.
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Figur 4 zeigt einen einzelnen Stecker für ein optisches Übertragungselement,
das aus einem Faserbündel und einer Schutzhülle besteht.
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In der Figur 1 ist das Kupplungselement 1 in zusammengesetzter Form
dargestellt. Dieses Element besteht aus dem Stecker. 2, dem Buchsenteil 3, dem optoelektrischen
Element 4, der Halterung 5 für dieses optoelektrische Element 4 sowie einer Lasche
6 zum Befestigen der Halterung 5 an dem Buchsenteil 3. Gleichzeitig dient die Lasche
6 dazu, das gesamte Kupplungselement 1 an der Leiterplatte 7 in diesem speziellen
Fall durch Schrauben 61 zu befestigen. Vor dem Buchsenteil 3 befindet sich ein Teil
einer Gehäusewandung 8, durch die der Stecker 2 hindurchgesteckt ist.
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Der Stecker 2 gemäß Figur 1 ist für ein optisches Ubertragungselement
10 vorgesehen, das aus einer einzelnen lichtleitenden Faser 11 und einer Schutzhülle
12 besteht. Im vorderen Bereich des Steckers 2 liegt die lichtleitende Faser 11
frei. In diesem Bereich ist durch Quetschen ein Kapillarröhrchen 21 auf die lichtleitende
Faser 11 aufgebracht. Zwei weitere, ineinander geschobene Röhrchen 22, 23 werden
ebenfalls durch Quetschen am Steckeranfang kraftschlüssig mit dem Kapillarröhrchen
21 und im hinteren Bereich des Steckers 2 mit der Schutzhülle 12 verbunden. Der
Hohlraum 24 zwischen optischem Übertragungselement 10 und diesen Röhrchen 22, 23
ist mit einem aushärtbaren Kunstharz, das vor dem Zuquetschen dieser Röhrchen am
hinteren Steckerende dort eingefüllt wurde, ausgefüllt. Die beiden Röhrchen 22,
23 sind am Steckerende kragenförmig aufgebördelt und klemmen zwischen sich eine
über den Stecker 2 geschobene Spiralfeder 25 ein.
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Bei dem Buchsenteil 3 handelt es sich um ein gespritztes Kunststofftell,
das drei Bereiche unterschiedlichen Innendurchmessers aufweist. Der mittlere Bereich
dient der zentrischen Aufnähme des Steckers 2, der in der Figur linke Teil der Aufnahme
des optoelektrischen Elementes 4 und der in der Figur rechte Bereich ermöglicht
eine freie Beweglichkeit der den Stecker 2 umgebenden Spiralfeder 25. Nach dem Ausrichten
des optoktrischen Elementes 4 wird dessen Halterung 5 mittels einer iiadenschraube
62 zwischen der Metallasche 6 und dem Buchsenteil 7 arretiert.
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Die Halterung 5 des optoelektrischen Elementes 4 besteht ebenfalls
aus Kunststoff und weist Bohrungen 51 auf, durch die die elektrischen Kontaktdrähte
41 des optoelektrischen Elementes 4 herausgeführt werden können. Die Lasche 6 besitzt
einen abgewinkelten Lappen 63, der in dieser Seitenansicht von hinten kommend in
den Innenraum des Buchsenteiles 3 eingreift und zusammen mit der Spiralfeder 25
eine Art Schraubverbindung darstellt. Über das Steckerende und ein kurzes Stück
des optischen Ubertragungselementes 10 ist ein Schlauch 26 aufgeschrumpft, der ein
Brechen des optischen Übertragungselementes 10 in der Nähe des Steckers 2 verhindern
soll.
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Figur 2 zeigt das gleiche Kupplungselement 1 in Aufsicht. Zu sehen
ist wieder der Stecker 2 mit seiner Spiralfeder 25, das teilweise geschnittene Buchsenteil
3, die Halterung 5 für das optoelektrische Element und die Befestigungslasche 6.
Dargestellt sind ebenfalls die Leiterplatte 7, auf der das Kupplungselement 1 angeschraubt
ist und ein Ausschnitt der Gehäusewand 8, durch die der Stecker 2 hindurchragt.
Deutlich sichtbar in dieser Darstellung ist der umgeknickte Lappen 63 der Lasche
6, der in den Innenraum des Buchsenteiles 3 bis dicht an den Stecker 2 heranreicht
und hinter den durch Drehen die Spiralfeder 75 gebracht werden kann.
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In der Figur 3 ist das gesamte Kupplungselement 1 in Hinteransicht
dargestellt,
wodurch im wesentlichen die Befestigungslasche 6 mit der Madenschraube 62 zum Arretieren
der Halterung 5 für das optoelektrische Element sowie die Leiterplatte 7 zu sehen
sind. Die Lasche 6 umschließt mit zwei Winkeln 64 oben das Buchsenteil 3 und preßt
es beim Anschrauben der Lasche 6 an die Leiterplatte 7 auf dieselbe.
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Unterhalb der Leiterplatte 7 sind wiederum die elektrischen Kontaktdrähte
41 des elektrooptischen Elementes zu sehen. Zum Befestigen der Lasche 6 an der Leiterplatte
7 sind hierbei Schrauben 61 verwendet worden.- Ebenso gut können anstelle der Schrauben
61 aber auch Niete verwendet werden.
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In der Figur 4 ist ein Stecker 2 dargestellt, der für optische Übertragungselemente
10 verwendet werden kann, die aus einem Faserbündel 15 und einer dieses Bündel umgebenden
Schutzhülle 12 aufgebaut sind. Das Faserbündel 15 hat eine größere mechanische Stabilität,
so daß eines der den Stecker 2 bildenden Röhrchen 22 am Steckeranfang direkt auf
dieses Faserbündel 15 gequetscht werden kann. Ansonsten entspricht der Stecker 2
dem bereits in Figur 1 dargestellten und beschriebenen Stecker.
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6 Patentansprüche 4 Figuren