Optischer Schalter
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Diese Erfindung bezieht sich auf einen Schaitmechanismus zum Ausrichten alternativer
optischer Fasern in optischer Fluchtung.
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Die vorliegende Erfindung ist von der europäischen Patentanmeldung 87 907 044.9 abgeteilt
worden.
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Bei einer Art von bekanntem elektromagnetischem optischen Schalter haben erste und zweite
optische Fasern entsprechende erste und zweite Endabschnitte, die für eine relative seitliche
Bewegung angeordnet sind, um optische Endflächen in verschiedenen Schaltstellungen in eine
optische Fluchtung und aus dieser heraus zu bringen, wobei die Faserendabschnitte, z. B.
mittels eines Klebers, in Nuten fixiert sind, die in entsprechenden ferromagnetischen
Metallträgerblöcken vorgesehen sind, deren erstes Ende normalerweise stationär ist, wobei das
zweite Ende beweglich ist und die Schaltarmatur bildet.
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Gemäß einem ihrer Aspekte besteht die vorliegende Erfindung in einem optischen Schalter
zur Veränderung des Lichtpfades einer optischen Faser, mit einer ersten optischen Faser, die
zwischen ersten und zweiten Stellungen bewegbar ist, wodurch die erste optische Faser in
Ausrichtung mit entweder einer zweiten oder einer dritten optischen Faser gebracht wird, und
mit einem Ausrichtmittel zum Ausrichten der ersten und der zweiten und zum Ausrichten der
ersten und der dritten optischen Fasern in Ausrichtung mit Endflächen der Fasern in einer
gegenüberliegenden Beziehung, wobei der Schalter dadurch gekennzeichnet ist, daß das
Ausrichtmittel eine Einrichtung zum Bewegen der zweiten oder der dritten optischen Faser
längs einer axialen Richtung aus einer anliegenden Beziehung mit der ersten optischen Faser
während der Querbewegung der gegenüberliegenden Endflächen und der zweiten oder der
dritten optischen Faser in eine anliegende Beziehung, wenn entsprechende gegenüberliegende
Endflächen miteinander ausgerichtet sind, aufweist.
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Gemäß einem anderen ihrer Aspekte besteht die vorliegende Erfindung in einem optischen
Schalter zum Variieren des Lichtpfades einer optischen Faser, mit einer ersten optischen
Faser, die zwischen ersten und zweiten Stellungen bewegbar ist, was die erste optische Faser
in Ausrichtung mit entweder einer zweiten oder einer dritten optischen Faser bringt, und mit
Ausrichtmitteln zum Ausrichten der ersten und der zweiten und der ersten und der dritten
optischen Fasern in Ausrichtung mit Endflächen der Fasern in gegenüberliegender Beziehung,
wobei die Ausrichtmittel zwei Kanäle aufweisen, die sich im wesentlichen längs der Länge
der zweiten und dritten Fasern erstrecken und wobei die erste Faser zwischen den beiden
Kanälen in und außer Ausrichtung mit der zweiten und der dritten Faser bewegbar ist, wobei
der Schalter dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Vielzahl von ersten optischen Fasern
vorgesehen ist, die in einer Richtung übereinanderstehen, die quer zu ihrer Länge ist, und daß
eine gleiche Vielzahl von zweiten und dritten optischen Fasern vorgesehen ist, daß die
Bewegung der ersten optischen Fasern die Ausrichtung zwischen entsprechenden ersten
optischen Faserenden mit entweder den zweiten optischen Faserenden oder den dritten
optischen Faserenden verursacht, daß die Ausrichtmittel eine Einrichtung zum Bewegen der
zweiten oder der dritten optischen Fasern längs einer axialen Richtung aus einer anliegenden
Beziehung mit den ersten optischen Fasern während der Querbewegung der
gegenüberliegenden Endflächen und der zweiten oder dritten optischen Fasern in anliegende Beziehung, wenn
entsprechende gegenüberliegende Endflächen miteinander ausgerichtet sind, aufweisen.
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Die Mittel zum Bewegen der zweiten oder dritten optischen Fasern in einer axialen Richtung
können einen Bandabschnitt um ein Ende der zweiten oder dritten optischen Fasern herum
aufweisen und einen zurückgesetzten Abschnitt an einer Seitenkante des Schaltplattenglieds
aufweisen, wobei die Bandabschnitte der zweiten und der dritten optischen Fasern in einer
unter Federbelastung stehenden Bedingung gegen die Seitenkante der Schaltplatte anliegen,
wobei nur ein Bandabschnitt in Ausrichtung mit dem ausgenommenen Abschnitt bei jeder
Stellung der Schaltplatte ist. Eine Querbewegung der Schaltplatte bewegt die erste optische
Faser in optische Ausrichtung mit der zweiten oder der dritten optischen Faser und aus dieser
Ausrichtung heraus, und der ausgenommene Abschnitt bewegt die zweite oder die dritte
optische Faser aus einer anliegenden Beziehung mit der ersten Faser nockenartig heraus. Der
ausgenommene Abschnitt der Schaltplatte ist 50 profiliert, daß entweder die zweite oder die
dritte optische Faser aus einer anliegenden Beziehung mit der ersten optischen Faser heraus
bewegt wird, bevor die Querbewegung der beiden entgegengesetzten Endflächen der ersten
und zweiten oder der ersten und dritten optischen Fasern auftritt.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf
die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines zusammengebauten faseroptischen Schalters
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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Fig. 2A-2D zeigen schematisch die Schaltausbildungen zwischen optischen Fasern des
Schalters;
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Fig. 3 zeigt eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der zahlreichen Bauteile
des optischen Faserschalters;
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Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht, teilweise im Schnitt, eines Schalterendes unter
Darstellung einer mittleren optischen Faser in einer unteren Stellung;
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Fig. 5 ist eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, wobei die mittlere optische Faser zu einer
oberen Stellung überführt ist;
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Fig. 6 und Fig.7 sind bruchstücksweise Schnittansichten, die die Stellungen der optischen
Faserverbinder des Schalters bei Bewegung nach vorn und hinten während der in
den Fig. 4 und 5 dargestellten Schaltbewegung zeigen; und
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Fig. 8 ist eine bruchstücksweise perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform
des Schalters, bei dem mehrere optische Fasern in der Form eines optischen
Flachkabels als schaltende Medien verwendet werden.
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Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines optischen Faserschalters des ersten
Ausführungsbeispiels der Erfindung, der eine Vielzahl von geschalteten Verbindungsleitungen
umfaßt, wodurch optische Fasern 100a-100d miteinander verbunden werden. Mehr im
einzelnen sind die geschalteten Stellungen in Fig. 2A - 2D schematisch dargestellt, wodurch
die optischen Fasern 100a-100d über eine optische Zwischenfaser 92 miteinander verbunden
sind. Der optische Faserschalter umfaßt zwei optische Fasern an jedem Ende 100a und 100b
und zwei optische Fasern an dem gegenüberliegenden Ende 100c und 100d, was zu einer
Vielzahl von vier Schaltstellungen führt, wie in Fig. 2A-2D dargestellt ist; somit wird der
Schalter typischerweise als Zwei-mal-Zwei-Schalter bezeichnet.
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Der Schalter wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 3
weiter im Detail beschrieben. Der Schalter 2 verfügt über zwei identische oder
zwitterartige Schaltergehäusehälften 4 und 4', weshalb bei der Beschreibung der
Details der Gehäusehälften lediglich eine solche Hälfte beschrieben wird. Es ist zu
beachten, daß die andere Gehäusehälfte ein identisches Bauteil oder eine
identische Eigenschaft wie die beschriebene Gehäusehälfte umfaßt. Es ist auch zu
beachten, daß die zweite Schaltergehäusehälfte zur Bezeichnung des gleichen
Bauteus wie bei der ersten Schaltergehäusehälfte mit Bezugszahlen samt
Apostroph bezeichnet ist.
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Zunächst ist zu der Schaltergehäusehälfte 4' zu beachten, daß ein erstes Ende
eine Fläche 6' mit halbkreisförmigen Aufnahmemulden 8' für eine optische Faser
aufweist. In der Nähe der Enden der Mulden 8' und in jeder Mulde 8' angeordnet
sind U-förmige Aussparungen 10' vorgesehen. In Richtung auf das Zentrum der
Schaltergehäusehälfte 4' sind erhöhte Flächen 16' mit einer ausgesparten Fläche
18' zwischen den erhöhten Flächen 16' vorgesehen. Aussparungen 44' und 42'
erstrecken sich in die Fläche 18', und ihre Aufgabe wird weiter ins Detail gehend
nachfolgend beschrieben. Das zweite Ende der Schaltergehäusehälfte 4' weist
eine Schaltfläche 20', die durch Seitenwände 22' und 26' begrenzt ist, und eine
Insel 28' auf, die symmetrisch zentral zu den Seitenwänden und entlang der axialen
Mittellinie der Schaltergehäusehälfte angeordnet ist. Unter momentaner
Bezugnahme auf Fig. 4 ist zu beachten, daß die Insel 28 zwei Seitenwände 30 und eine
erste Stirnwand 32 und eine zweite Stirnwand 34 aufweist. Wieder zurückgehend
zeigt Fig. 3, daß die Insel 28' eine Aussparung 36' entlang der axialen Mittellinie
der Insel und zwei V-förmige Nuten 38' aufweist, die in Richtung auf das Zentrum
der Schaltergehäusehälfte 4', wie nachfolgend beschrieben wird,
zusammenlaufen. Die Insel 28' weist des weiteren eine Aussparung 40' auf, die in
Kombination
mit der Aussparung 42' symmetrisch hinsichtlich der zentralen
Ausspawng 44' angeordnet ist. Es ist auch zu beachten, daß die Seitenwände 22' zwei
Anschlagkerbungen 24' in Mordnung der Nähe jedes Außenrandes. Die
Schaltergehäusehälfte 4' weist des weiteren ein zweites Aufnahmeende mit einer Fläche
50' für eine optische Faser auf, die wiederum zwei Aufnahmemulden 52' für
optische Fasern aufweist. Jede Mulde 52' weist eine U-förmige Aussparung 54'auf.
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Eine Schaltplatte 60' weist eine erste Seitenwand 62' und entgegengesetzt
ausgerichtete Federfinger 64' auf, die Anschlagsattel 66' aufweisen. Die Schaltplatte 60'
weist des weiteren innere Seitenwände 68' und innere Stirnwände 70' und 72' auf.
Es ist zu beachten, daß die inneren Seitenwände 68' und die inneren Stirnwände
70' und 72' gemeinsam eine Aussparung begrenzen, die über der Insel 28'
aufzunehmen ist, die an der Fläche 20' der Schaltergehäusehälfte 4' angeordnet ist. Die
Schaltplatte 60' weist des weiteren eine Aussparung 74' längs der Seitenwand 62'
und zentral längs dieser angeordnet auf. Die Schaltplatte 60' weist auch zwei
Zapfen 76'auf, die von der oberen Fläche der Platte aus hochstehen.
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Fig. 3 zeigt, daß die Schaltereinheit 2 des
weiteren über optische Fasern 100a-d verfügt, die optische Faserverbinder 102a-d
aufweisen, wobei ein freies Ende 104a-d der Fasern von dem Ende der Verbinder
ausgehen kann. Die Verbinderkönnten von der in den US A - 4435038 und
4 669820 dargestellten Bauart sein. Obwohl ein Verbinder beschrieben wird,
könnte ein Bandabschnitt mnd um die Faser vorgesehen sein, wodurch die
Steifigkeit weiter erhöht wird, wie dies für die Schaltarbeit benötigt wird.
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Die optischen Fasern können außenseitig mit einer metallischen
Beschichtung im Wege des Plattierens versehen sein, um der optischen Faser eine
nachgiebige Eigenschaft zu verleihen. Aus diesem Grund wird die die plattierte
optische Faser enthaltende Einrichtung gelegentlich als optische Nadel
bezeichnet.
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Die Schaltereinheit 2 wird zusammengebaut, indem die Schaltplatten 60 und 60'
über den zugehörigen Inseln 28 und 28' und zwischen den Seitenwänden 22 und
26 angebracht werden. Die Schaltplatten 60 und 60' sind So profiliert, daß sich die
Federfinger, wenn sie sich zwischen den Seitenwänden 22 und 26 befinden, in
einem nachgiebig vorgespannten Zustand derart befinden, daß die Federfinger die
Seitenwand 62 der Schaltplatte gegen die Seitenwand 26 der
Schaltergehäusehälfte 4 drücken. Eine optische Zwischenfaser 92, die einen einstückig
ausgebildeten Einsatz 90 umfaßt, wird dann innerhalb der Öffnung 44 des Zentrum der
Platte 4 angeordnet, wobei die freien Enden der Nadel 92 zwischen
entsprechenden Zapfen 76'der Schaitplatte 60 eingeklemmt sind. Die Einsätze 86 und 88
werden ebenfalls zu dieser Zeit in Öffnungen 40 und 42 eingesetzt. Es ist zu
beachten, daß die Gehäusehälfte 4' Öffnungen 40', 42' und 44' aufweist, die über den
zugehörigen Einsätzen 88, 86 und 90 liegen, wodurch die Einsätze in einer
festgelegten Beziehung gehalten werden. Die Schaltergehäusehälfte 4' weist des
weiteren komplementäre Mulden 52' und 8' auf, die über den Mulden 8 bzw. 52
liegen. Jede Schaltergehäusehälfte besitzt Rastarme 110, 110' und zugehörige
Aussparungen 112, 112', die über Rastflächen 114, 114' verfügen, wodurch die
beiden Gehäusehälften miteinander verrastet werden.
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Wenn die beiden Gehäusehälften 4, 4' miteinander verrastet sind, werden danach
die optischen Faserverbinder 102a-d von den durch die übereinander liegenden
Mulden gebildeten Öffnungen aus eingeschoben, wobei die optischen Faserenden
104a-d innerhalb der V-förmigen Nuten 38 angeordnet sind. Die Verbinder werden
so innerhalb der Öffnungen angebracht, daß die optischen Faserenden zwischen
den Einsätzen 86, 88 und den zwischen V-förmigen Nuten 38, 38' angeordnet
sind. Wie zuvor angegeben verlaufen die V-förmigen Nuten 38 einwärts
konvergierend, und ist das Äußere der optischen Fasern mit einem metallischen Material
derart plattiert daß die optischen Faserenden 104a und 104b innerhalb der
V-förmigen Nuten 38 federbelastet sind.
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Wenn die beiden Gehäusehälften sandwichartig zusammengesetzt und die
Verbinder 102a-d eingesetzt sind, können U-förmige Festhaltefedern 106 innerhalb
von durch die Aussparung 10 und 54' am einen Ende und 10' und 54 am
gegenüberliegenden Ende gebildete Aufnahmeöffnungen angeordnet werden.
Gemäß Darstellung in Fig. 6 besitzt die Aussparung 10' eine rückseitige Fläche 12',
während die Ausspamng 54 eine rückseitige Fläche 56 besitzt. Somit ist die U-
förmige Feder 106 gegen ein Ende der optischen Faserverbinder 102a-102d und
die Stirnflächen 12' federvorgespannt. Es ist bei dem Ablauf des Zusammenbaus
zu beachten, daß die Verbinder und die zugehörigen optischen Fasern ohne
Demontage der Gehäusehälften entfernbar und wieder einsetzbar sind. Mit dem 50
zusammengebauten Schalter kann die Betriebsweise weiter ins einzelne gehend
beschrieben werden.
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In Fig. 4 ist die Schaltplatte 60 in einer unteren Stellung dargestellt, bei der die
Stirnwand 32 der Insel 28 der Stirnwand 72 der Schaltplatte benachbart ist,
während sich die innere Stirnwand 70 der Schaltplatte in einem Abstand von der
Stirnwand 34 der Insel 28 befindet. Es ist zu beachten, daß die Schaltplatte 60 in
der entgegengesetzten Richtung zu einer in Fig. 5 dargestellten Stellung bewegbar
ist, und zwar in dem Ausmaß des zwischen den Flächen 34 und 70 befindlichen
Raums. Es ist auch zu beachten, daß die Anschlagpaare 24 in geeigneter Weise
beabstandet sind, so daß die Anschlagkerben an den Federfingern 64 in
geeigneter Weise in den Anschlägen 24 angeordnet sind, wenn die Schaltplatte in die
obere oder die untere Stellung bewegt wird. Gemäß Darstellung in Fig. 4 ist die
optische Zwischenfaser 92 zwischen den beiden Zapfen 76 an der Schaltplatte
angeordnet, die die optische Faser 52 in einem nachgiebig federbelasteten
Zustand innerhalb der V-förmigen Nut 38 der Insel derart festhält, daß sich die
beiden Endflächen der optischen Fasen 104c und 92 in einem aneinander
anliegenden Zustand befinden. Gemäß der vorliegenden Erfindung
weist die Schaltplatte 60 die Aussparung 74 auf, die es möglich
macht, daß die optischen Faserverbinder 102a-d axial innerhalb ihrer zugehörigen
Mulde derart bewegbar sind, daß die Endfläche der optischen Fasern 104a-d in
Richtung auf die und von den Endflächen der optischen Faser 92 weg bewegbar
sind. Es ist für die optische Übermittlung von Signalen wichtig, daß die Endflächen
in einer aneinander anliegenden Beziehung stehen. Jedoch ist es für die
Haltbarkeit der Endflächen nachteilig, wenn die Endflächen der optischen Fasern in einer
aneinander anliegenden Beziehung stehen, wenn die aneinander anliegenden
Fasern aus ihrer zusammengefügten Beziehung herausgeschaltet werden, da die
Bewegung der beiden Fasern in Querrichtung die optischen Endflächen der
Fasern beschädigen kann. In vorteilhafter Weise weist die Aussparung 74 eine
gestufte Fläche auf, die gegen das Ende eines der zugehörigen Verbinder 102c
oder 102d kämmend anliegt, um den Verbinder aus der aneinander anliegenden
Beziehung mit der optischen Faser 92 heraus zu bewegen.
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Beispielsweise zeigt Fig. 4 den Verbinder 102c in einer solchen Weise vor dem
Verbinder 102d liegend, daß das einwärts gerichtete Ende des Verbinders 102c
innerhalb der Aussparung 74 der Schaltplatte 60 liegt. Dies gestattet es, daß die
Endfläche der optischen Faser 104d in einer aneinander anliegenden Beziehung
zu der Endfläche der optischen Zwischenfaser 92 steht. Wenn die Schaltplatte 60
nach oben zu der in Fig. 5 dargestellten Stellung bewegt wird, bewegt die
kämmende Fläche 76 jedoch den Verbinder 102c rückwärts, wobei die Endfläche der
optischen Faser 104c aus der aneinander anliegenden Beziehung zu der
Endfläche der optischen Faser 92 vor der Querbewegung der beiden Flächen quer
zueinander herausbewegt wird. Wenn die Schaltplatte 60 in die vollständig obere
Stellung gemäß Darstellung in Fig. 5 bewegt wird, kann sich anschließend der
optische Faserverbinder 102d einwärts in die Aussparung 74 bewegen, und kann
sich die Endfläche der optischen Faser 104d in eine aneinander anliegende
Beziehung zu der Endfläche der optischen Faser 92 bewegen. Die Figuren 6 und 7
zeigen, wie die U-förmige Festhaltefeder innerhalb der von den zugehörigen
Aussparungen 10 und 54 gebildeten Öffnungen derart angeordnet wird, daß die U-
förmigen Klipse eine konstante, einwärts gerichtete Kraft auf die Enden des
Verbinders aufrechterhalten. Somit ist Fig. 6 eine Erläuterung für die Stellung der
optischen Faserverbinder 102c in der in Fig. 4 dargestellten Stellung, während Fig. 7
eine Erläuterung des in Fig. 4 dargestellten optischen Faserverbinders 102d ist.
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In vorteilhafter Weise halten die Federfinger 64 die Platte 60 innerhalb der
Gehäusehälfte 4 derart fest, daß der Seitenrand 62 gegen die Seitenwand 26 anliegt. Auf
diese Weise nehmen die Anschläge 24 und die Federfinger 64 eine positive
Verrastungsstellung ein. Die Enden der Verbinder 102c, 102d stehen in der Nähe der
Aussparung 74 mit der Aussparung 74 nicht in Berührung. Auf diese Weise sind
die Endflächen der optischen Fasern 104c, 104d gegen die Endflächen der
optischen Faser der Zwischennadel federbelastet vorgespannt. Auf diese Weise sind
die beiden Nadelfügeflächen in Axialrichtung federbelastet, und ermöglicht dies
eine größere Toleranz bei der Systemgestaltung. Ein übermäßiges Ausziehen der
Endflächen der optischen Fasern 104a-d ist zulässig, da die optische
Zwischenfaser 92 an jedem Ende zwischen den Zapfen 76, 76' etwas frei bewegbar ist. Die
beiden Endflächen stehen jedoch stets in einer federbelasteten Beziehung
gegeneinander, da die plattierte optische Faserfeder die beiden Endflächen gemeinsam
belastet.
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Wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist, besitzen die beiden Gehäusehälften
Öffnungen als Zugang zu den Stirnwänden 78 und 78' der Schaltplatten 60, 60' in
einer solchen Weise, daß die Schaltplatten durch Mittel von außerhalb des von den
beiden Gehäusehälften 4 und 4' gebildeten Schaltergehäuses betätigt werden
können. Wenn eine einfache Schaltoperation auszuführen ist, wobei gleichzeitiges
und augenblickliches Schalten nicht erforderlich ist, können die Schaltplatten 60 in
einfacher Weise Ansätze aufweisen, die durch die Aussparungen zur manuellen
Schaltung durch die Hand einer Bedienungsperson vorstehen. Wenn jedoch
gleichzeitiges und augenblickliches Schalten erforderlich ist, wie beispielsweise
dann, wenn ein neues optisches Faserkabel innerhalb einer Übertragungsleitung
eingesetzt wird, wo das Längenstück der einzusetzenden neuen optischen Faser
wesentlich ist, können die Schalter 2 eine elektromechanische Schalteinrichtung
wie ein Solenoid aufweisen, das mittels einer funkgesteuerten Einrichtung aktiviert
werden kann. Auf diese Weise können die Schalter an einander gegenüberliegenden Enden
augenblicklich betätigt werden, wodurch Übertragungsverluste innerhalb der Faser
ausgeschlossen werden.
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Durch Verwendung einer optischen Nadel als Schaltmedium wird die Schaltmasse auf ein
Minimum reduziert, um eine Hochgeschwindigkeits-Schaltung mit geringem Schlag zu
gestatten. Ferner bietet durch Verwendung einer optischen Nadel die Nadel ihre eigene
Federkraft, wodurch die Nadel genau innerhalb ihrer Ausrichtnuten gehalten wird, ohne die
Notwendigkeit eines äußeren Druckgliedes.
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Das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 8 gezeigt, bei der eine
Reihe von Nadeln typischerweise als Faserflachkabel bezeichnet, als schaltendes Medium
anstelle einer einzelnen Nadel verwendet wird. Der Einfachheit halber zeigt Fig. 8 lediglich
einen abgeschnittenen Teilbereich des Schalters, obwohl zu beachten ist, daß die
Gehäusehälften 204, 204' identisch sind.
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Bei dieser Ausführungsform sind mehrere Zwischennadeln 292 vorgesehen, die mit den
optischen Fasern 204a-d in Berührung und außer Berührung geschaltet werden können. Die
Insel 228 weist eine Vielzahl von V-förmigen Nuten zur Aufnahme der zugehörigen Nadeln
auf, um die optischen Faserenden fluchtend auf die Enden der optischen Zwischenfasern 292
auszurichten. Die Gehäusehälfte 204 besitzt quadratische Kanäle 208 zur Aufnahme der Reihe
von optischen Fasern, die mittels eines Verbinders für Faserflachkabel oder einfach durch
eine Spleißleitste zu verbinden sind, in der die mehreren Kabel verschweißt oder klebend
innerhalb der Spleißleiste befestigt sind. In jeder anderen Hinsicht ist die zweite
Ausführungsform dieselbe wie die erste Ausführungsform, wobei die Gehäuse selbstverständlich zur
Aufnahme der Vielzahl der optischen Faser etwas modifiziert sind.