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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Ausrichten von optischen Fasern und Vorrichtungen zur Verwendung bei den Verfahren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1 und auf ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 5.
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Bei den optischen Fasern kann es sich insbesondere um Dehnmessfasern handeln, die derart an oder in einem Bauteil angeordnet werden sollen, dass sie zum Erfassen von Torsionen des Bauteils geeignet sind.
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STAND DER TECHNIK
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Um optische Fasern gegenüber einem Bauteil auszurichten, ist es aus der
EP 0 806 686 B1 bekannt, eine Nut in eine Oberfläche des Bauteils einzubringen, die optische Faser in die Nut einzulegen und durch Verkleben in der Nut zu fixieren. Das Einbringen der Nut in die Oberfläche ist aufwändig und führt zudem zu einer Beschädigung der Oberfläche. Wenn die Oberfläche des Bauteils beispielsweise von einem Blech gebildet wird, kann das Einbringen einer solchen Nut unmöglich sein, weil dadurch das Blech stark geschwächt oder gar zerteilt würde.
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Grundsätzlich ist es auch möglich, eine optische Faser ohne Hilf auf einer Oberfläche eines Bauteils anzuordnen, beispielsweise längs einer auf die Oberfläche projizierten oder gezeichneten Linie, und dabei längs ihres Verlaufs fortschreitend durch Verkleben mit der Oberfläche an der Oberfläche zu fixieren.
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Um mit einer optischen Faser Torsionen eines Bauteils zu erfassen, wird die optische Faser üblicher Weise mäanderförmig auf einer bei den Torsionen des Bauteils tordierten Oberfläche angeordnet. Dazu ist die optische Faser zu verbiegen. Bei diesem Verbiegen sind elastische Kräfte zu überwinden, die danach als Rückstellkräfte wirken, welche die optische Faser wieder zu strecken versuchen. Dies hat zur Folge, dass das manuelle mäanderförmige Anordnen der optischen Faser auf der Oberfläche und Verkleben der optischen Faser mit der Oberfläche nur sehr langsam fortschreiten kann, weil immer wieder zunächst ein Aushärten des verwendeten Klebstoffs abgewartet werden muss. Wenn alternativ mit einem sehr schnell härtenden Klebstoff gearbeitet wird, ist nur sehr wenig Zeit für die gewünschte Anordnung der optischen Faser auf der Oberfläche gegeben.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Ausrichten einer optischen Faser gegenüber einer Oberfläche aufzuzeigen, die mit hoher Genauigkeit zügig ausführbar sind. Weiterhin sollen Ausrichtvorrichtungen aufgezeigt werden, die bei diesen Verfahren Verwendung finden können, um diese Verfahren auf einfache Weise durchzuführen.
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LÖSUNG
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Die Erfindung wird durch die Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 5 und durch die Vorrichtungen mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 13 und 14 gelöst. Die abhängigen Patentansprüche sind auf bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren und eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 14 gerichtet.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 zum Ausrichten einer optischen Faser gegenüber einer Oberfläche wird die optische Faser an Führungsflächen einer Ausrichtvorrichtung ausgerichtet. Die Ausrichtvorrichtung wird mit der optischen Faser auf der Oberfläche angeordnet. Die an den Führungsflächen der Ausrichtvorrichtung ausgerichtete optische Faser wird an der Oberfläche fixiert, und dann wird die Ausrichtvorrichtung von der an der Oberfläche fixierten optischen Faser entfernt.
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Bei diesem Verfahren wird die Oberfläche nicht beschädigt. Nur vorübergehend wird an der Oberfläche die Ausrichtvorrichtung angeordnet, an deren Führungsflächen zuvor die optische Faser ausgerichtet wurde. Die Ausrichtvorrichtung stützt damit alle elastischen Kräfte der ausgerichteten optischen Faser ab, bis diese nach dem Fixieren der optischen Faser an der Oberfläche abgestützt werden. Dann kann die Ausrichtvorrichtung entfernt werden.
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Es versteht sich, dass die Größe der Ausrichtvorrichtung an die Länge der auszurichtenden optischen Faser angepasst werden kann oder die Ausrichtvorrichtung zum abschnittsweisen Ausrichten der optischen Faser gegenüber der Oberfläche verwendet werden kann. Weiterhin versteht es sich, dass die Ausrichtvorrichtung, wenn sie auf der Oberfläche angeordnet wird, an Anschlägen an der Oberfläche selbst oder an externe Anschläge anschlagen kann, um die optische Faser vollständig definiert gegenüber der Oberfläche auszurichten. Die Ausrichtvorrichtung kann aber auch rein manuell ausgerichtet werden, beispielsweise an einer Längskante der Oberfläche oder an einer auf die Oberfläche projizierten oder gezeichneten Linie.
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Vorzugsweise wird die an den Führungsflächen der Ausrichtvorrichtung ausgerichtete optische Faser durch Öffnungen in der Ausrichtvorrichtung hindurch an der Oberfläche fixiert. Dieses Fixieren kann mit mechanischen Halteelementen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt es durch Verkleben der optischen Faser mit der Oberfläche. Dieses Verkleben wiederum kann mithilfe von Klebebandab- oder -ausschnitten oder von Klebstoff ohne Trägerband erfolgen. Bis die Verklebung stabil ist, wird die optische Faser durch die Ausrichtvorrichtung ausgerichtet und jegliche von der optischen Faser ausgehenden elastischen Kräfte werden an der Ausrichtvorrichtung abgestützt.
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Um die optische Faser in einfacher Weise an den Führungsflächen der Ausrichtvorrichtung auszurichten und auch um das Entfernen der Ausrichtvorrichtung von der an der Oberfläche fixierten optischen Faser zu erleichtern, kann die optische Faser zwischen mehreren Teilen der Ausrichtvorrichtung gespannt werden. Dabei kann das Spannen der optischen Faser unmittelbar angrenzend an eine Anlagefläche der Ausrichtvorrichtung erfolgen, die an der Oberfläche anliegt, wenn die Ausrichtvorrichtung auf der Oberfläche angeordnet wird. Dann befindet sich die gespannte optische Faser direkt an der Oberfläche, an der sie anschließend fixiert wird. Im einfachsten Fall weist die Ausrichtvorrichtung zwei sich längs einer Haupterstreckungsrichtung der optischen Faser erstreckende Teile auf, die auf der oder einer anderen Oberfläche unter Zwischenordnung und dann resultierender Ausrichtung der optischen Faser an ihren Führungsflächen seitlich aneinander gefügt werden.
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Zum Beispiel dann, wenn die optische Faser zur Verwendung als Dehnmessfaser gegenüber der Oberfläche ausgerichtet werden soll, kann die an den Führungsflächen der auf der Oberfläche angeordneten Ausrichtvorrichtung ausgerichtete optische Faser in Schleifen über die Oberfläche mäandern. Dieser mäanderförmige Verlauf wird dann durch das Fixieren der optischen Faser an der Oberfläche konserviert.
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Wenn die optische Faser im Inneren eines Verbundbauteils angeordnet werden soll, kann die optische Faser nach dem Entfernen der Ausrichtvorrichtung durch weitere Lagen des Verbundbauteils abgedeckt werden. Die Oberfläche wird dann zu einer inneren Oberfläche des Verbundbauteils. Grundsätzlich kann die optische Faser aber auch auf einer äußeren Oberfläche eines Bauteils ausgerichtet und fixiert werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ausrichten einer optischen Faser gegenüber einer Oberfläche nach Anspruch 5 wird eine Ausrichtvorrichtung mit einer Ausrichtführung und mit an Ausrichtflächen der Ausrichtführung ausgerichteten Ausrichtelementen auf der Oberfläche angeordnet. Die an den Ausrichtflächen der Ausrichtführung ausgerichteten Ausrichtelemente werden an der Oberfläche fixiert. Die Ausrichtführung wird von den an der Oberfläche fixierten Ausrichtelementen entfernt. Dann wird die optische Faser an Führungsflächen an den Ausrichtelementen ausgerichtet. Wenn die an den Führungsflächen der Ausrichtelemente ausgerichtete optische Faser anschließend an der Oberfläche fixiert wird, können die Ausrichtelemente von der an der Oberfläche fixierten optischen Faser entfernt werden. Es versteht sich, dass die Ausrichtelemente dann nur in einer wieder lösbaren Weise an der Oberfläche fixiert werden dürfen. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass die Ausrichtelemente an der Oberfläche verbleiben. Dann können sie dort dauerhaft fixiert werden. Unter Umständen kann in diesem Fall auf ein unmittelbares Fixieren der optischen Faser an der Oberfläche verzichtet werden. Dies gilt zum Beispiel dann, wenn die optische Faser beim Ausrichten an den Führungsflächen der Ausrichtelemente in Schleifen um die Ausrichtelemente herumgelegt wird und dabei von den Führungsflächen der Ausrichtelemente an der Oberfläche gehalten wird.
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Die auf der Oberfläche angeordneten Ausrichtelemente können konkret in Ausnehmungen in der Ausrichtführung an den quer zu der Oberfläche verlaufenden Ausrichtflächen ausgerichtet werden. Dann kann die Ausrichtführung von den an der Oberfläche fixierten Ausrichtelementen längs der Ausrichtflächen von der Oberfläche weg entfernt werden.
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Die auf der Oberfläche angeordneten Ausrichtelemente können durch Öffnungen in den Ausrichtelementen hindurch mit Klebstoff an der Oberfläche fixiert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Ausrichtelemente selbstklebend sein. Grundsätzlich ist auch ein Fixieren mit Befestigungselementen, d. h. auf mechanischem Wege möglich. Vorzugsweise erfolgt das Fixieren aber durch Verkleben der Ausrichtelemente mit der Oberfläche.
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Auch dann, wenn die Ausrichtelemente auf der Oberfläche verbleiben, kann die an einer Oberfläche einer Lage eines Verbundbauteils fixierte optische Faser mit einer weiteren Lage des Verbundbauteils abgedeckt werden. Dieses Abdecken kann dann das endgültige Fixieren der ausgerichteten optischen Faser an der Oberfläche bewirken.
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Eine erfindungsgemäße Ausrichtvorrichtung zur Verwendung bei einem Verfahren nach Anspruch 1 umfasst mehrere, Führungsflächen aufweisende Teile, die dazu ausgebildet sind, die optische Faser zwischen ihnen zu spannen, um sie an den Führungsflächen auszurichten. Weiterhin umfasst die Ausrichtvorrichtung eine Anlagefläche zum Anlegen der Ausrichtvorrichtung mit der gespannten optischen Faser an die Oberfläche und Öffnungen, durch die hindurch die gespannte optische Faser ohne Kontakt mit den Ausrichtflächen hindurchverläuft und die für ein derart selektives Fixieren der an den Führungsflächen ausgerichteten optischen Faser an der Oberfläche ausgebildet sind, dass die Ausrichtvorrichtung von der an der Oberfläche fixierten optischen Faser entfernbar ist, indem ihre Teile von der optischen Faser und voneinander getrennt werden. Die Öffnungen der Ausrichtvorrichtung unterbrechen die Führungsflächen und erstrecken sich dabei in die Bereiche aller angrenzenden Teile der Ausrichtvorrichtung. Die zwischen den Teilen der Ausrichtvorrichtung gespannte optische Faser verläuft frei durch die Öffnungen in der Ausrichtvorrichtung hindurch und liegt damit frei für ihr Fixieren an der Oberfläche, so dass dieses Fixieren selektiv nur für die optische Faser durchführbar ist und nicht auch die Ausrichtvorrichtung erfasst. So kann dann die Ausrichtvorrichtung von der an der Oberfläche fixierten optischen Faser entfernt werden, indem die Teile der Ausrichtvorrichtung von der optischen Faser und voneinander getrennt werden.
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Die erfindungsgemäße Ausrichtvorrichtung zur Verwendung bei dem Verfahren zum Ausrichten einer optischen Faser gegenüber einer Oberfläche nach Anspruch 5 sind ebenfalls mehrere Teile vorgesehen und zwar hier eine Ausrichtführung, die eine Anlagefläche und Ausnehmungen mit quer zu der Anlagefläche verlaufenden Ausrichtflächen aufweist, und Ausrichtelemente, die in den Ausnehmungen der Ausrichtführung an den Ausrichtflächen ausrichtbar sind und Führungsflächen für die optische Faser aufweisen. Die Anlagefläche der Ausrichtführung ist zum Anlegen der Ausrichtführung mit den an den Ausrichtflächen ausgerichteten Ausrichtelementen an die Oberfläche ausgebildet, wobei die Ausrichtelemente an der Oberfläche fixierbar sind, wobei die Ausrichtführung von den an der Oberfläche fixierten Ausrichtelementen entfernbar ist und wobei die optische Faser an den Führungsflächen der an der Oberfläche fixierten Ausrichtelemente, von denen die Ausrichtführung entfernt ist, ausrichtbar ist. Um an der Oberfläche fixierbar zu sein, können die Ausrichtelemente selbstklebend sein oder Öffnungen für das Anbringen von Klebstoff aufweisen.
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Diese Ausrichtvorrichtung lässt ein Ausrichten der optischen Faser an den Führungsflächen der Ausrichtelemente typischerweise erst dann zu, wenn die Ausrichtführung von den an der Oberfläche fixierten Ausrichtelementen entfernt ist. Grundsätzlich kann die optische Faser aber auch schon vor dem Anlegen der Ausrichtführung mit den an den Ausrichtflächen ausgerichteten Ausrichtelementen an die Oberfläche an den Führungsflächen der Ausrichtelemente ausgerichtet werden und dann mit der Ausrichtvorrichtung an die Oberfläche angelegt werden, wo sie mit Hilfe der Ausrichtelemente fixiert werden kann.
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In jedem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Ausrichtelemente von der an der Oberfläche fixierten optischen Faser entfernbar sind. Dies ist beispielsweise dann einfach realisierbar, wenn die Führungsflächen am Außenumfang und/oder an der Anlagefläche des jeweiligen Ausrichtelements an der Oberfläche ausgebildet sind.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen.
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Hinsichtlich des Offenbarungsgehalts - nicht des Schutzbereichs - der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents gilt Folgendes: Weitere Merkmale sind den Zeichnungen - insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung - zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen, was aber nicht für die unabhängigen Patentansprüche des erteilten Patents gilt.
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Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs „mindestens“ bedarf. Wenn also beispielsweise von einer optischen Faser die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau eine optische Faser, zwei optische Fasern oder mehr optische Fasern vorhanden sind. Die in den Patentansprüchen angeführten Merkmale können durch weitere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, die das jeweilige Verfahren oder die jeweilige Vorrichtung aufweist.
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Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen.
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Figurenliste
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.
- 1 illustriert eine erste erfindungsgemäße Ausrichtvorrichtung und das damit durchführbare erfindungsgemäße Verfahren.
- 2 ist ein Schnitt durch ein Detail der Ausrichtvorrichtung gemäß 1.
- 3 illustriert eine zweite erfindungsgemäße Ausrichtvorrichtung und erste Schritte eines damit durchführbaren zweiten erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 4 illustriert weitere Schritte des mit der Ausrichtvorrichtung gemäß 3 durchführbaren erfindungsgemäßen Verfahrens.
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FIGURENBESCHREIBUNG
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1 zeigt schematisch die Anordnung einer Ausrichtvorrichtung 1 auf einer Oberfläche 2 eines nicht näher spezifizierten Bauteils 3. Die Oberfläche 2 kann eine Außenoberfläche des Bauteils 3 sein aber beispielsweise auch die Oberfläche einer Lage eines Verbundbauteils, die noch mit weiteren Lagen des Verbundbauteils abgedeckt wird. Die Ausrichtvorrichtung 1 besteht hier aus zwei Teilen 4 und 5. Zwischen den Teilen 4 und 5 ist eine optische Faser 6 gespannt. 2 zeigt einen Schnitt durch ein Detail der Ausrichtvorrichtung 1 quer zum Verlauf der optischen Faser 6. Hieraus wird ersichtlich, dass die optische Faser 6 zwischen Führungsflächen 7 und 8 der Teile 4 und 5 gespannt ist und so an diesen Führungsflächen 7 und 8 ausgerichtet ist. Die Führungsflächen 7 und 8 liegen einer Anlagefläche 9 direkt benachbart, mit der die Ausrichtvorrichtung 1 an der Oberfläche 2 anliegt. Die zwischen den Teilen 4 und 5 gespannte optische Faser 4 und 6 liegt daher ebenfalls an der Oberfläche 2 an. Zwischen den Teilen 4 und 5 weist die Ausrichtvorrichtung 1 Öffnungen 10 auf, durch die die optische Faser 6 mit Abstand zu den Führungsflächen 7 und 8 hindurch verläuft. Die Öffnungen 10 erlauben ein Fixieren der optischen Faser 6 an der Oberfläche 2, beispielsweise durch Anbringen von Klebstoff. Wenn der Klebstoff ausgehärtet ist, können die Teile 4 und 5 der Ausrichtvorrichtung 1 voneinander und von der optischen Faser 6 entfernt werden, die dann ihren mit Hilfe der Ausrichtvorrichtung 1 vorgegebenen mäanderförmigen Verlauf über die Oberfläche 2 beibehält. Die optische Faser 6 kann dann durch Auftragen weiteren Klebstoffs oder der schon angesprochenen weiteren Lagen eines Verbundbauteils vollflächig auf der Oberfläche 2 fixiert werden. Die Anzahl der Öffnungen 10 in 1 ist nur exemplarisch. Es können mehr Öffnungen 10, auch im Bereich von geraden Abschnitten der Führungsflächen 7 und 8 vorgesehen sein. Die Ausrichtvorrichtung 1 kann die optische Faser 9 zudem über eine größere Länge in Bezug auf die Anzahl der von ihr geformten Schleifen gegenüber der Oberfläche 2 ausrichten.
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Die in 3 gezeigte Ausrichtvorrichtung 11 ist ebenfalls auf einer Oberfläche 12 eines Bauteils 13 angeordnet. Die Ausrichtvorrichtung 11 besteht aus einer Ausrichtführung 14 und daran ausgerichteten Ausrichtelementen 15. Die Ausrichtelemente 15 sind an Ausrichtflächen 17 der Ausrichtführung 14 ausgerichtet und weisen ihrerseits Führungsflächen 18 für eine erst in 4 dargestellte optische Faser 16 auf. Die Ausrichtflächen 17 verlaufen quer zu einer Anlagefläche 19 der Ausrichtführung 14, über die die Ausrichtführung 14 an der Oberfläche 12 anliegt. Konkret sind die Ausrichtflächen 17 die Innenoberflächen von hier kreisrunden Ausnehmungen 21 in Form von senkrecht zu der Anlagefläche 19 verlaufenden Rundlöchern. Die Ausrichtelemente 15 weisen hier jeweils eine Öffnung 20 auf, durch die hindurch sie, beispielsweise mit Hilfe von Klebstoff, an der Oberfläche 12 fixierbar ist. Nach dem Fixieren der Ausrichtelemente 15 an der Oberfläche 12 ist die Ausrichtführung 14 von der Oberfläche 12 weg entfernbar. Dann kann, wie in 4 gezeigt ist, die optische Faser 16 an an die Oberfläche 12 angrenzenden Führungsflächen 18 der Ausrichtelemente 15 ausgerichtet werden, so dass sie mäanderförmig über die Oberfläche 12 verläuft. Anschließend kann die optische Faser 16, beispielsweise durch Verkleben mit der Oberfläche 12, an der Oberfläche 12 fixiert werden. Danach können die Ausrichtelemente 15 wieder entfernt werden. Sie können aber auch an der Oberfläche 12 verbleiben und beispielsweise zusammen mit der optischen Faser 16 mit einer weiteren Lage eines Verbundbauteils abgedeckt werden. Die Ausrichtelemente 15 können sehr flach ausgebildet sein. Es besteht keine Notwendigkeit, dass sie höher über der Oberfläche 12 aufbauen als die optische Faser 16. Statt der Öffnungen 20 zum Anbringen von Klebstoff zwecks Verkleben der Ausrichtelemente 15 mit der Oberfläche 12 können die Ausrichtelemente 15 auch selbstklebend ausgebildet sein und dann keine Öffnung aufweisen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Ausrichtvorrichtung
- 2
- Oberfläche
- 3
- Bauteil
- 4
- Teil der Ausrichtvorrichtung 1
- 5
- Teil der Ausrichtvorrichtung 1
- 6
- optische Faser
- 7
- Führungsfläche
- 8
- Führungsfläche
- 9
- Anlagefläche
- 10
- Öffnung
- 11
- Ausrichtvorrichtung
- 12
- Oberfläche
- 13
- Bauteil
- 14
- Ausrichtführung
- 15
- Ausrichtelement
- 16
- optische Faser
- 17
- Ausrichtfläche
- 18
- Führungsfläche
- 19
- Anlagefläche
- 20
- Öffnung
- 21
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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