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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Lichtleitkabel-Steckverbinder zur Einkopplung
und Auskopplung von Laserstrahlung in eine Lichtleitfaser.
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Hintergrund der Erfindung
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Derartige
Steckverbinder an Lichtleitkabeln für Laserstrahlung werden
an den Enden flexibler Lichtleitkabel verwendet, an denen auf der
einen Seite eine Laserquelle oder auch der Ausgang einer Strahlweiche
und auf der anderen Seite z. B. eine Bearbeitungsoptik angeschlossen
wird.
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Solche
Steckverbinder sind in vielfältigen Ausführungsformen
bekannt. Zur Verwendung mit Laserstrahlung sehr hoher Leistung,
d. h. ab einigen hundert Watt und weit darüber bis zu mehreren
Kilowatt, sind bei der Gestaltung der Steckverbinder einige Schwierigkeiten
zu überwinden. So ist es im industriellen Umfeld wichtig,
dass die Steckverbinder einerseits robust gegenüber kleinen
Justage-Fehlern sind und andererseits unempfindlich gegenüber
Laserlicht sind, welches von der Bearbeitungsstelle in die Bearbeitungsoptik
zurückreflektiert wird und somit zurück in den
Steckverbinder abgebildet wird. Bei manchen Laserquellen, insbesondere
bei Hochleistungs-Diodenlasern, ist das Strahlungsfeld seitlich nicht
scharf begrenzt und passt deshalb nicht vollständig in
die Lichtleitfaser, d. h. die Lichtleitfaser wird überstrahlt.
In all diesen Fällen kommt es dazu, dass ein gewisser Anteil
des Laserlichts die eigentliche Koppelstelle zum Lichtleitkabel,
nämlich die Endfläche des Lichtleitfaserkerns,
verfehlt. Dieser Anteil an Laserlicht verbleibt dann entweder im
Mantel der Lichtleitfaser oder gänzlich außerhalb
der Lichtleitfaser. Diese Streustrahlung wird dann im Bereich des Steckverbinders
in Wärme umgesetzt und führt zur Erwärmung
oder sogar zur Überhitzung und damit zur Zerstörung
des Steckverbinders.
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Um
dieses Problem zu lösen, haben sich für Hochleistungs-Steckverbinder
einige typische Merkmale herausgebildet.
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Ein
wesentliches bekanntes Merkmal besteht darin, dass – im
Gegensatz zu Steckverbindern für geringe Leistungen, bei
denen die Lichtleitfaserspitze üblicherweise in einer Ferrule
gehalten wird – es einen Bereich von der Faserspitze bis
zur mechanischen Halterung der Lichtleitfaser gibt, in dem die Faser
im wesentlichen frei liegt, die Beschichtung (Coating) der Faser
entfernt ist und die Faser von einem rohrförmigen Bauteil
koaxial umgeben ist, welches einen Hohlraum um die Lichtleitfaser
bildet, in dem die Streustrahlung absorbiert und in Wärme
umgesetzt wird. Die
DE
43 05 313 C1 offenbart einen Steckverbinder dieser Art.
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Eine ähnliche
Lösung wird in der
DE 694 10 335 T2 vorgeschlagen. Dort gibt
es einen Bereich mit einer verbesserten (passiven) Kühlung,
wobei die Streustrahlung mittels zusätzlicher optischer
Elemente, die um die Faser angeordnet sind, nämlich mittels
eines Lichtleiters und eines Reflektors, in den Bereich der verbesserten
Kühlung geleitet wird.
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Zur
weiteren Steigerung der Wärmeabfuhr sind auch Lösungen
mit aktiver Kühlung bekannt. Dazu schlägt die
DE 10 2005 020 109
B2 vor ein Kühlmedium durch einen Teilbereich
eines äußeren Stecker-Bauteils zu führen.
Eine andere Lösung wird in der
DE 100 33 785 C2 beschrieben.
Dabei wird mittels eines prismatischen Bauteils das Streulicht unmittelbar
an der Faserspitze umgelenkt und von einer Blende absorbiert, wobei
dieser im Bereich der Faserspitze angeordnete Absorber auch direkt
gekühlt werden kann.
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Der
Nachteil der zuletzt erwähnten Lösung liegt darin,
dass diese Lösung nicht kombinierbar ist mit dem Einsatz
einer Endkappe an der Faserspitze. Durch die Verwendung einer solchen
Endkappe, die üblicherweise aus dem gleichen Material wie
der Faserkern besteht (d. h. Quarzglas) und mit der Faserspitze
verschweißt sein kann, wird die Leistungsdichte an der
Glas-Luft-Grenzfläche erheblich verringert, weil der Laserstrahl
sich in der Endkappe bereits als Freistrahl ausbreiten kann und
daher der Strahldurchmesser an der Endfläche der Endkappe
wesentlich größer ist als an der Faserspitze.
Der Einsatz einer Endkappe erhöht daher die Zerstörschwelle
besonders bei Verwendung mit hochbrillanten Strahlquellen wie beispielsweise
Faserlasern.
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Prinzipiell
sind solche Endkappen seit langem bekannt, wie zum Beispiel in der
DE 36 11 299 A1 offenbart.
Im Zusammenhang mit Laserstrahlung hoher Leistung eröffnet
eine solche Endkappe die interessante Möglichkeit, den
Hohlraum um die Faserspitze direkt zu kühlen und so die
erzeugte Wärme sehr effizient abzuführen; eine
derartige Ausgestaltung zeigt z. B. die
DE 697 32 632 T2 . Nachteilig
an einer solchen direkten Kühlung ist, dass der Hohlraum
an vielen Stellen abgedichtet werden muss und die Abdichtungen teilweise
der Streustrahlung ausgesetzt sind. Ein weiterer Nachteil dieser
Ausführung besteht darin, dass eine gleichmäßige
Umströmung aller Flächen nicht sichergestellt
werden kann.
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Weiterhin
sind aus dem Stand der Technik auch verschiedene Möglichkeiten
bekannt, die Streustrahlung durch den Einsatz zusätzlicher
Elemente zu streuen, d. h. auf einen größeren
Bereich zu verteilen, um die Absorption der Streustrahlung zu erleichtern;
so zum Beispiel in der
EP
0 151 909 B1 und der
US 2007/0292087 A1 . In manchen Fällen
wird lediglich ein Teilbereich des Mantels verändert, z.
B. aufgeraut, um speziell die im Mantel befindliche Streustrahlung
herauszuführen (vgl.
DE 43 05 313 C1 ,
US 7 400 794 B1 ).
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Schließlich
ist auch die Möglichkeit bekannt, die Streustrahlung aus
dem Steckverbinder wieder herauszuführen, indem das die
Faserspitze umgebende Bauteil als reflektierender Hohlspiegel ausgebildet
wird, wie in der
US
7 400 794 B1 gezeigt. Diese Lösung erhöht
zwar die Robustheit des Steckverbinders, dies aber zu Lasten der
Laserquelle, welche die zurückreflektierte Streustrahlung
dann in Verlustwärme umsetzen muss.
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Bei
allen bekannten Lösungen ist die Kühlung des Steckverbinders
mit den erwähnten Nachteilen verbunden. Bei der Lösung
dieser Aufgabe besteht nämlich ein Zielkonflikt: um das
die Lichtleitfaserspitze einhüllende Bauteil optimal zu
kühlen, sollte dieses aus einem möglichst gut
wärmeleitenden Material bestehen, wie z. B. Kupfer oder
Aluminium. Diese Materialien sind jedoch gegenüber den üblichen
Kühlmedien, meistens Wasser, nicht ausreichend korrosionsbeständig,
was zu einer geringeren Lebensdauer des Steckverbinders führt.
Wählt man hingegen ein korrosionsbeständiges Material,
z. B. Edelstahl, so wird durch die geringere Wärmeleitung dieses
Materials ein großer Wärmewiderstand erzeugt,
so dass der Innenraum des Bauteils sich erheblich erhitzen kann.
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Beschreibung der Erfindung
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine
Vorrichtung zu schaffen, die besonders unempfindlich gegenüber
Justagefehlern, Rückreflexionen und Überstrahlung
ist und somit die sichere Verwendung mit Laserquellen aller Leistungsklassen
erlaubt.
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Die
Erfindung stellt einen Lichtleitkabel-Steckverbinder zur Ein- und
Auskopplung von Laserstrahlung hoher Leistung, mit einer zentral
angeordneten Lichtleitfaser zur Verfügung, mit einer an die
Lichtleitfaserspitze angrenzenden transparenten Endkappe, sowie
mit einem rohrförmigen Bauteil, welches mindestens den
Bereich zwischen der Endkappe und der Halterung der Lichtleitfaser
koaxial umschließt und einen Hohlraum um die Lichtleitfaser bildet,
bei der in diesem Bereich die Beschichtung entfernt ist, wobei das
die Faser umgebende rohrförmige Bauteil, in dem die Streustrahlung
in Wärme umgesetzt wird, einen besonderen Aufbau zur optimierten
Kühlung aufweist. Das rohrförmige Bauteil besteht
aus drei koaxial ineinander angeordneten Rohren. Dabei kann das
innere Rohr aus einem gut wärmeleitenden Material bestehen,
das eine thermische Leitfähigkeit von mindestens 100 Wm–1K–1 besitzt,
und das mittlere sowie das äußere Rohr können aus
einem korrosionsbeständigen Material bestehen. Weiterhin
liegen das innere und das mittlere Rohr zur Wärmeübertragung
mit ihren einander zugewandten Flächen flächig
aufeinander auf und sind formschlüssig miteinander verbunden,
wobei das mittlere und das äußere Rohr einen Hohlraum
zwischen Außenseite des mittleren Rohrs und Innenseite
des äußeren Rohres umschließen, so dass
durch den Hohlraum ein Kühlmedium in einem geschlossenen
Kühlkreislauf strömen kann.
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Erfindungsgemäß kann
das mittlere und/oder das äußere Rohr Bohrungen
oder Kanäle nach außen aufweisen, durch die das
Kühlmedium zu- oder. abgeführt werden kann.
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Um
den Wärmeübergang zwischen dem inneren und dem
mittleren Rohr optimal zu gestalten und eine hohe mechanische Stabilität
sicherzustellen, können das innere Rohr und das mittlere
Rohr z. B. durch Aufschrumpfen oder durch Einpressen miteinander
verbunden sein. Zur Abdichtung des Hohlraums zwischen dem mittleren
und dem äußeren Rohr, durch den das Kühlmedium
fließt, ist am vorderen und am hinteren Ende zwischen dem
mittleren und dem äußeren Rohr jeweils eine Dichtung
vorgesehen, oder die beiden Rohre werden an diesen Stellen miteinander
verschweißt. Andere Formen der Abdichtung, z. B. durch
Verlöten oder Verkleben, sind ebenfalls möglich.
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Durch
diesen besonderen Aufbau wird eine effiziente und gleichmäßige
Kühlung erreicht, da das innere Rohr mit seiner hohen Wärmeleitfähigkeit
die aufgenommene Verlustleistung gut verteilt und gleichzeitig dem
mittleren Rohr eine hohe mechanische Stabilität verschafft,
so dass die Wandstärken des mittleren Rohrs, dessen Material
nach hoher Korrosionsbeständigkeit ausgewählt
ist, sehr gering gehalten werden können und somit dessen
weniger gute Wärmeleitfähigkeit keine nachteiligen
Auswirkungen hat.
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Es
ist vorgesehen, dass das mittlere Rohr auf der Außenseite
wenigstens eine Vertiefung aufweisen kann, welche zur Bildung eines
Hohlraums und/oder Kanalsystems zwischen der Außenseite des
mittleren und der Innenseite des äußeren Rohrs führt,
wobei Hohlraum und/oder Kanalsystem zur Durchleitung eines Kühlmediums
geeignet sind und gleichmäßig über den
Umfang der Rohre verteilt sein können.
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So
kann die äußere zylindrische Mantelfläche
des mittleren Rohrs derart strukturiert sein, dass der sich dann
ausbildende Hohlraum zwischen dem mittleren und dem darüber
geschobenen äußeren Rohr ein System von Kanälen
bildet, durch die das Kühlmedium fließt und so
eine gleichmäßige Kühlwirkung über
nahezu die gesamte, zumeist zylindrische, Fläche des Rohres
gegeben ist. Beispielsweise kann, ausgehend von der Lage der Ein-
und Auslassbohrungen, jeweils eine spiralförmige Nut in
die Mantelfläche des mittleren Rohrs eingebracht sein,
so dass sich zwei Kanäle in Form einer Doppel-Helix um das
Rohr winden. Am vorderen Ende sind die beiden Kanäle durch
eine ringförmig umlaufende Nut miteinander verbunden, so
dass das Kühlmedium durch den einen Kanal hin und durch
den anderen zurück fließen kann.
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Eine
andere Möglichkeit der Strukturierung besteht darin, dass
eine größere Anzahl von geraden Nuten entlang
der Längsachse des mittleren Rohrs dicht an dicht in die
Mantelfläche des mittleren Rohrs eingebracht sind. Am hinteren
Ende des Rohrs, passend zur Lage der Ein- und Auslass-Bohrungen,
ist zusätzlich jeweils eine fast halbkreisförmige
Nut in die Mantelfläche eingebracht, wodurch jeweils die Hälfte
der geraden Nuten miteinander verbunden ist. Am vorderen Ende befindet
sich wiederum eine vollständig umlaufende ringförmige
Nut. Auf diese Weise fließt das Kühlmedium parallel
durch die eine Hälfte der geraden Kanäle nach
vorne Richtung Endkappe und von dort zurück durch die andere
Hälfte der geraden Kanäle. Durch die parallel
geschalteten Kühlkanäle ergibt sich bei dieser
Variante als besonderer Vorteil ein geringerer Strömungswiderstand.
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Es
ist weiterhin vorgesehen, dass sich ein Hohlraum und/oder Kanalsystem
zwischen der Außenseite des mittleren Rohrs und der Innenseite
des äußeren Rohrs über nahezu die gesamte
Länge des rohrförmigen Bauteils verteilt sein
können. Dadurch soll die maximale zur Verfügung
stehende Fläche zur Kühlung ausgenutzt werden.
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Das
innere Rohr kann vorzugsweise aus Kupfer oder aus Aluminium oder
aus einem anderen Werkstoff mit einer sehr hohen Wärmeleitfähigkeit bestehen
und das mittlere und das äußere Rohr können
vorzugsweise aus einem korrosionsbeständigen Werkstoff
wie beispielsweise Edelstahl bestehen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung beträgt der
Reflexionsgrad der Innenfläche des inneren Rohrs mindestens
70% bezogen auf die Streustrahlung. Dadurch wird die Streustrahlung mehrfach
innerhalb des Hohlraums um die Lichtleitfaser reflektiert, bevor
sie schrittweise absorbiert wird, und somit wird eine lokale Überhitzung
vermieden, die sonst beim Auftreffen gerichteter Streustrahlung
auftreten könnte.
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Weiterhin
kann in dem Hohlraum innerhalb des die Lichtleitfaser umschließenden
rohrförmigen Bauteils entlang eines Teilbereichs zwischen
der Lichtleitfaserspitze und der Halterung der Lichtleitfaser mindestens
ein strahlungsresistentes Element koaxial um die Lichtleitfaser
angeordnet sein, welches geeignet ist, die Ausbreitungsrichtung
der auf das Element auftreffenden Streustrahlung zu verändern.
Dies kann z. B. eine Blende sein, die die Streustrahlung reflektiert
oder absorbiert. Das Element kann aber auch aus einem transparenten
optischen Material bestehen, dessen Oberfläche eine gewisse Rauheit
besitzt und so die Streustrahlung zusätzlich streut. Durch
diese Maßnahmen kann die Streustrahlung auf einen größeren
Bereich verteilt und letztlich nach der Umwandlung in Verlustwärme
besser abgeführt werden.
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Dieses
innerhalb des Hohlraums angeordnete Element zur Beeinflussung der
Streustrahlung muss in einer geeigneten Position gegen Verschieben
gesichert werden. Dazu ist in einer weiteren möglichen
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das um die Lichtleitfaser
angeordnete Element eine Nut aufweist. Das innere Rohr besitzt auf
der Höhe der zu fixierenden Position des Elements eine Bohrung
mit einer Senkung, wobei eine Kugel durch die Bohrung in die Nut
des Elements eingreifen kann. Dabei verhindert die Senkung der Bohrung,
dass die Kugel in den Hohlraum um die Faser hineinfallen kann. Weiterhin
besitzt das innere Rohr längs eine schmale Bohrung oder
einen Kanal, in dem ein verschiebbarer Dorn mit einer Verjüngung
liegt und letztlich damit in einer Stellung des Dorns die Kugel
in die Nut gedrückt wird und so die Position des Elements gegen
Verrutschen gesichert ist. Der Vorteil dieser Anordnung liegt darin,
dass die Mittel zur Fixierung des Elements und die Mittel zur Betätigung
der Fixierung nicht durch den Bereich der Kühlung hindurchragen,
wie dies beispielsweise bei einer Schraube zum Drehen der Schraube
notwendig wäre.
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Weiterhin
ist es vorgesehen, dass die Endkappe, die an die Lichtleitfaserspitze
angrenzt, vorzugsweise in derjenigen Ebene im inneren Rohr befestigt
ist, in der das virtuelle Bild der Lichtleitfaserspitze entsteht.
Dann nämlich wirken sich auch kleinste Verkippungen der
Endkappe, die durch thermisch bedingten Stress und die Bauteiltoleranzen entstehen
können, nicht auf die virtuelle Lage der Faserspitze aus.
Die Zentrierung des Steckverbinders bleibt also erhalten trotz möglicher
kleiner Verkippungen der Endkappe. Dazu muss die Endkappe im Abstand
L/n von der äußeren Endfläche der Endkappe entfernt
befestigt sein, wobei L die Länge der Endkappe und n die
Brechzahl der Endkappe ist. Die Befestigung selbst kann z. B. durch
Klebung, Klemmung oder einen Dichtring erfolgen.
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Zur
reproduzierbaren Verbindung des Steckverbinders mit einem Gegenstück,
z. B. einer Steckeraufnahme, benötigt man eine Passfläche,
wobei das Gegenstück dann eine zur Passfläche
inverse Fläche besitzt. Die Lichtleitfaserspitze sollte
zu dieser Passfläche möglichst genau zentriert
sein. Bei vielen bekannten Steckverbindern wird zu diesem Zweck
ein Teilbereich des rohrförmigen Bauteil bzw. des äußeren
Rohres als Passfläche ausgeführt, wobei dann zur
Zentrierung die Lichtleitfaserspitze innerhalb des rohrförmigen
Bauteils justiert werden muss. Im Gegensatz dazu ist es eine weitere
bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung, dass die Passfläche
auf einem getrennten Bauteil angeordnet ist, welches gegenüber
dem rohrförmigen Bauteil bzw. gegenüber dem äußeren
Rohr verschiebbar angeordnet ist und somit zur Zentrierung des Steckverbinders
verwendet werden kann. Auf diese Weise wird die komplizierte Justage
der Lichtleitfaserspitze innerhalb des rohrförmigen Bauteils
vermieden.
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Es
ist vorgesehen, dass als Lichtleitfaser eine konventionelle Stufenindexfaser
verwendet wird, die einen koaxialen Aufbau aus Kern, Mantel und
Beschichtung besitzt.
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In
einer weiteren möglichen Ausgestaltung kann auch eine Lichtleitfaser
verwendet werden, die einen Aufbau mit mehreren Index-Stufen aufweist,
d. h. eine solche Faser besitzt einen Aufbau aus Kern, mindestens
einem Mantelbereich und bei zwei oder mehr Mantelbereichen haben
diese unterschiedliche Brechzahlen sowie gegebenenfalls eine unterschiedliche
Beschichtung. Dies können beispielsweise so genannte aktive
Fasern sein, deren Kern zur Erzeugung von Laserstrahlung ausgelegt
ist und mindestens ein Mantelbereich zum Einkoppeln von Pumplicht
verwendet wird. Eine andere Einsatzmöglichkeit von Fasern
mit mehreren Mantelbereichen ist die günstigere Anpassung
an spezielle Strahlungsfelder, z. B. von Hochleistungs-Diodenlasern.
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In
manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn der Anteil
der Laserstrahlung, der in den Mantel der Lichtleitfaser eingekoppelt
ist, was durch ungenügende Zentrierung oder durch Überstrahlung
des Kerns auftreten kann, nicht durch das Lichtleitkabel hindurch
transportiert wird und am anderen Ende nicht wieder ausgekoppelt
und abgestrahlt wird, sondern im Bereich des Steckverbinders aus
dem Mantel herausgeleitet wird und wie die sonstige Streustrahlung
in Verlustwärme umgesetzt wird. Dazu ist in einer weiteren
Ausgestaltung vorgesehen, dass in der Nähe der Lichtleitfaserspitze
Mittel zum Auslenken von Streustrahlung aus dem Mantel der Lichtleitfaser angebracht
sind.
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Ein
solches Mittel ist beispielsweise ein Lichtleiterstück,
bestehend aus Kern und Mantel, wobei der Kerndurchmesser dem Kern
der Lichtleitfaser angepasst ist, jedoch der Mantel des Lichtleiterstücks
einen anderen Durchmesser als der Mantel der Lichtleitfaser besitzt.
Dadurch wird erreicht, dass die in den Mantel des Lichtleiterstücks
eingekoppelte Streustrahlung sich räumlich ausbreiten kann
und an der Verbindungsstelle zur Lichtleitfaser ein größerer Teil
dieser Streustrahlung den Mantel verlässt und nur noch
ein geringer Teil in den Mantel der Lichtleitfaser eindringt. Die
Leistungsdichte der Streustrahlung im Mantel der Lichtleitfaser
ist auf diese Weise deutlich herabgesetzt.
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Ein
weiteres mögliches Mittel zum Auslenken der Streustrahlung
aus dem Mantel stellt eine die Lichtleitfaser umschließende
Kapillare dar aus einem strahlungsresistentem transparentem Material
mit einer Brechzahl, die gleich oder größer ist
als die Brechzahl des Mantels der Lichtleitfaser. Diese Kapillare
kann beispielsweise aus Quarzglas, Saphir oder Zinksulfid gefertigt
sein.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird anhand der Figuren näher beschrieben; es
zeigt:
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1 Die
schematische Darstellung des Lichtleiter-Steckverbinders
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2 Position
für die Befestigung der Endkappe im rohrförmigen
Bauteil des Steckverbinders
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3 Eine
Ausführungsform zur Verringerung der Leistungsdichte des
Streulichts im Mantel
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4 Eine
Möglichkeit der Fixierung der Position zusätzlicher
Elemente im rohrförmigen Bauteil des Steckverbinders
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Ausführliche Beschreibung der
Figuren
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Erfindungsgemäß ist
danach – wie aus der 1 ersichtlich – vorgesehen,
dass der Lichtleitkabel-Steckverbinder eine Lichtleitfaser 10,
eine an die Lichtleitfaserspitze angrenzende transparente Endkappe 20,
sowie ein rohrförmiges Bauteil 30 umfasst, welches
mindestens den Bereich zwischen der Endkappe 20 und der
Halterung 50 der Lichtleitfaser koaxial umschließt
und einen Hohlraum 34 um die Lichtleitfaser 10 bildet,
bei der in diesem Bereich die Beschichtung 13 entfernt
ist, wobei das die Faser umgebende rohrförmige Bauteil 30,
in dem die Streustrahlung in Wärme umgesetzt wird, einen
besonderen Aufbau zur optimierten Kühlung aufweist. Das rohrförmige
Bauteil 30 besteht aus drei koaxial ineinander angeordneten
Rohren 31, 32, 33. Dabei besteht das
innere Rohr 31 aus einem gut wärmeleitenden Material
und das mittlere 32 sowie das äußere Rohr 33 aus
einem korrosionsbeständigen Material. Das innere 31 und
das mittlere Rohr 32 stehen mit ihren zylindrischen Flächen
in gutem thermischen Kontakt und sind formschlüssig miteinander
verbunden. Das mittlere 32 und das äußere
Rohr 33 umschließen einen Hohlraum 35,
so dass durch den Hohlraum 35 ein Kühlmedium in
einem geschlossenen Kühlkreislauf strömen kann.
Dabei besitzt das mittlere oder das äußere Rohr
zwei Bohrungen oder Kanäle 36, 37, durch
die das Kühlmedium ein- bzw. ausströmen kann.
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Wie
in der 2 in einem Detail-Ausschnitt gezeigt, ist die
Endkappe 20, die an die Lichtleitfaserspitze 22 angrenzt,
in der Ebene 23 im inneren Rohr 31 befestigt,
in der das virtuelle Bild der Lichtleitfaserspitze 22 entsteht.
Dann nämlich wirken sich auch kleinste Verkippungen der
Endkappe 20, die durch thermisch bedingten Stress und die
Bauteiltoleranzen entstehen können, nicht auf die virtuelle
Lage der Faserspitze aus. Die Zentrierung des Steckverbinders bleibt
also erhalten trotz möglicher kleiner Verkippungen der
Endkappe 20. Dazu muss die Endkappe 20 im Abstand
L/n von der äußeren Endfläche der Endkappe
entfernt befestigt sein, wobei L die Länge der Endkappe
und n die Brechzahl der Endkappe ist. Die Befestigung 24 selbst
kann z. B. durch Klebung, Klemmung oder einen Dichtring erfolgen.
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3 zeigt
eine mögliche Ausführung zum Auslenken der Streustrahlung 28 aus
dem Mantel 12 der Lichtleitfaser 10. Dazu ist
ein Lichtleiterstück 25 zwischen Endkappe 20 und
Lichtleitfaser 10 angeordnet, welches aus einem Kern 26 und
einem Mantel 27 besteht. Dabei ist der Durchmesser des
Kerns 26 des Lichtleiterstücks 25 gleich
dem Durchmesser des Kerns 11 der Lichtleitfaser 10,
während der Mantel 27 des Lichtleiterstücks 25 einen
anderen Durchmesser als der Mantels 12 der Lichtleitfaser 10 besitzt.
Die Länge des Lichtleiterstücks 25 entspricht mindestens
dem Fünffachen seines Manteldurchmessers.
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In 4 ist
schließlich dargestellt, wie die Position eines z. B. lichtstreuenden
Elements 40 im inneren Rohr 31 fixiert werden
kann, ohne dabei den umgebenden Bereich mit der Kühlung
durchstoßen zu müssen. Dazu weist das um die Lichtleitfaser 10 angeordnete
Element 40 eine Nut 41 auf. Das innere Rohr 31 besitzt
auf der Höhe der zu fixierenden Position des Elements 40 eine
Bohrung mit einer Senkung, wobei eine Kugel 42 durch die
Bohrung in die Nut 41 des Elements 40 eingreifen
kann. Weiterhin besitzt das innere Rohr 31 längs
eine schmale Bohrung oder einen Kanal, in dem ein verschiebbarer Dorn 43 mit
einer Verjüngung liegt. Damit kann in einer Stellung des
Dorns 43 die Kugel 42 in die Nut 41 gedrückt
werden und so die Position des Elements 40 gegen Verrutschen
gesichert werden.
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- 10
- Lichtleitfaser
- 11
- Kern
der Lichtleitfaser
- 12
- Mantel
(Cladding) der Lichtleitfaser
- 13
- Beschichtung
(Coating) der Lichtleitfaser
- 14
- Schutzschlauch
- 20
- Endkappe
(Glaszylinder, Quarzblock)
- 21
- ein-
oder ausgekoppelter Laserstrahl
- 22
- Lichtleitfaserspitze
(Endfläche)
- 23
- Ebene
des virtuellen Bildes der Lichtleitfaserspitze
- 24
- Fixierung
(Klebung, Dichtring, Klemmung)
- 25
- Lichtleiterstück
- 26
- Kern
des Lichtleiterstücks
- 27
- Mantel
des Lichtleiterstücks
- 28
- Streustrahlung
bzw. dejustierter Laserstrahl
- 29
- gestreutes
Laserlicht
- 30
- rohrförmiges
Bauteil
- 31
- inneres
Rohr
- 32
- mittleres
Rohr
- 33
- äusseres
Rohr
- 34
- Hohlraum
um Lichtleitfaser
- 35
- Hohlraum
für Kühlmedium
- 36
- Einlass
für Kühlmedium
- 37
- Auslass
für Kühlmedium
- 38
- Innenfläche
des inneren Rohrs
- 40
- Element
zur Änderung der Ausbreitungsrichtung der Streustrahlung
- 41
- Nut
- 42
- Kugel
- 43
- Dorn
- 50
- Bolzen
(Halterung der Lichtleitfaser)
- 60
- Passfläche
(Referenzfläche für die Steckverbindung)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4305313
C1 [0005, 0010]
- - DE 69410335 T2 [0006]
- - DE 102005020109 B2 [0007]
- - DE 10033785 C2 [0007]
- - DE 3611299 A1 [0009]
- - DE 69732632 T2 [0009]
- - EP 0151909 B1 [0010]
- - US 2007/0292087 A1 [0010]
- - US 7400794 B1 [0010, 0011]