DE2850726A1

DE2850726A1 - Faseroptischer relaisschalter

Info

Publication number: DE2850726A1
Application number: DE19782850726
Authority: DE
Inventors: William Miller Dunn; Malcolm Hellyer Hodge
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1977-12-01
Filing date: 1978-11-23
Publication date: 1979-06-07
Also published as: GB2009439A; FR2410834A1; BR7807875A; CA1094851A; JPS5485738A; US4229068A; GB2009439B

Description

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 43OO ESSHiN 1 · AM «UHRSTEIN 1 · TEL.: (02O1) 4126 8J

TRW, INC.
10880 Wilshire Blvd., Los Angeles, Kalifornien 90024, V.St.A

Faseroptischer Relaisschalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen faseroptischen ReIais-

ersten schalter zum Umschalten optischer Signale von einer/zu einer

zweiten Faser.

In den letzten Jahren hat die Technologie optischer Fasern eine rasche Entwicklung erfahren. In vielen Anwendungsgebieten wurden optische Fasersysteme zunehmend eingesetzt, z.B. auf den Gebieten der Telefonie, Gemeinschaftsantennenanlagen für die Datenübertragung, industrielle Prozeßsteuerungen, Raumfahrt- und Seefahrt-Nachrichtensysteme.

In jüngster Zeit sind Fortschritte gemacht worden, die lösbare Verbindungen zwischen signalführenden Fasern ermöglichen, um eine Stoßverbindung von optischen Fasern rasch und einfach herzustellen. Bei diesen Systemen ist es notwendig, daß die Verbindung genau und zuverlässig hergestellt wird, um Kopplungsverluste zu minimalisieren und den Wirkungsgrad zu optimieren.

Bekanntlich gibt es verschiedene Ursachen für eine schlechte Kopplung zwischen den Faserenden. Bei Einzelfaserverbindungen

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Z/ko.

beziehen sich die Fehlerursachen auf die Orientierung, Anordnung und Geometrie der Enden der optischen Einzel— · fasern an deren Grenzfläche oder Verbindungspunkt.

Beispielsweise bei transversaler und seitlicher Fehlausrichtung der Enden der Fasern zueinander ergibt sich ein beträchtlicher Signalverlust an der Grenzfläche, der mit zunehmender seitlicher Versetzung anwächst.

Außerdem führt auch eine Beabstandung der Faserenden oder eine Verschiebung in Längsrichtung zu wesentlichen Signaleinbußen, die mit zunehmendem Abstand der stoßseitigen Enden anwachsen.

Die wesentlichste Fehlerquelle ist eine axiale oder winkelmäßige Fehlausrichtung, die beträchtlich zu den schlechten Wirkungsgraden beiträgt, wobei die Verluste mit dem Winkel zwischen den Endflächen der optischen Fasern zunehmen. Die durch Querverschiebung, Trennung und axiale Fehlausrichtung eingeführten Signalverluste sowie die Verluste aufgrund von Fresnel-Reflexion wirken kumulativ und tragen in erheblichem Umfang zu den Verlusten bei der Ankopplung optischer Fasern bei.

Gegenwärtig sind zwei Arten von optischen Kabeln im Einsatz, nämlich Bündelkabel mit Multifaserleitern, die alle das gleiche optische Signal führen, und Einzelfaserkabel, bei denen jede Einzelfaser (wenn mehrere Fasern im Kabel vorhanden sind) einen getrennten Signalkanal bildet.

Sowohl bei den Multifaserleitern als auch bei den Einzelfaserleitern besteht der Bedarf an einer Vorrichtung, welche das Umschalten zwischen entweder Einzelfasern oder Gruppen von kohärenten oder Bündelfasern in genauer und reproduzierbarer Weise bewirkt. Beim Umschalten der Signale von einer ersten auf eine zweite optische Bahn treten jedoch nicht

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nur die dem Verbinden der signalführenden Fasern anhaftenden Probleme auf, sondern dazu tritt das Problem, daß eine Faser mit wenigstens zwei optischen Fasern in Ausrichtung gebracht und aus dieser entfernt.werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen faseroptischen Relaisschalter zum Umschalten optischer Signale von einer ersten zu einer zweiten Faser zur Verfügung zu stellen, der die genaue optische Ausrichtung von wenigstens einer Einzel— faser mit einer ähnlichen optischen Faser und die Umschaltung in eine genaue Ausrichtung mit einer anderen ähnlichen Faser ermöglicht. Außerdem soll die Umschaltung optischer Signale von wenigstens zwei optischen Fasern auf wenigstens zwei andere optische Fasern möglich gemacht werden. Der er— findungsgemäße faseroptische Relaisschalter soll dabei billig und in einfacher Weise herzustellen sein und damit der Massenproduktion zugänglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich der erfindungsgemäße faseroptische Relaisschalter dadurch aus, daß ein eine erste optischer Faser aufnehmendes erstes Gehäuseteil und ein wenigstens zwei optische Fasern aufnehmendes zweites Gehäuseteil mit jeweils einer Kopplungsfläche versehen sind, daß die in dem ersten Gehäuseteil aufgenommene Faser mit dem Ende der ersten Faser ausgerichtet mit der Kopplungs— ■ fläche des ersten Gehäuseteils abgeschlossen ist, daß die wenigstens zwei, im zweiten Gehäuseteil aufgenommenen Fasern derart abgeschlossen sind, daß ihre Enden mit der Kopplungs— fläche des zweiten Gehäuseteils fluchten, und daß die Kopplungsflächen der beiden Gehäuseteile derart zueinander verschiebbar sind, daß das Ende der im ersten Gehäuseteil aufgenommenen Fasern in einer ersten Relativstellung der beiden Gehäuseteile mit dem Ende einer ersten der im zweiten Gehäuseteil aufgenommenen Fasern und in einer zweiten Relativstellung der beiden Gehäuseteile mit dem Ende einer

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zweiten der im zweiten Gehäuseteil aufgenommenen Fasern ausgerichtet und optisch gekoppelt ist, so daß die optischen Signale in einem ersten Signalweg durch die Relativbewegung der beiden Gehäuseteile zu einem zweiten Signalweg umschaltbar sind.

In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Gehäuseteile als zylindrische Bauteile ausgebildet und axial ausgerichtet sind und daß eine im ersten . Gehäuseteil aufgenommene Faser mit einer von zwei im zweiten Gehäuseteil aufgenommenen Faser wahlweise dadurch ausrichtbar ist, daß eines der Gehäuseteile gegenüber dem anderen gedreht wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Axialschnittansicht eines Ausführungsbeispiels des faseroptischen Relaisschalters;

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch ein abgewandeltes Kopplungsbauteil zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen faseroptischen Relaisschalter;

Fig. 5 eine vergrößerte Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in Fig. 4; und

Fig. 6 eine Stirnansicht auf eine abgewandelte Ausführungsform des Kopplungsbauteils zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen faseroptischen Relaisschalter.

In Fig. 1 ist mit 20 ein Ausführungsbeispxel des erfindungsgemäßen faseroptischen Relaisschalters bezeichnet.

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Der faseroptische Relaisschalter 20 weist zwei Kopplungs— bauteile 22 und 24 auf. Das Kopplungsbauteil 22 ist an einer Montageplatte 26 fest angebracht, und das Kopplungsbauteil 24 ist an einer Montageplatte 28 befestigt.

Das Kopplungsbauteil 22 hat im wesentlichen zylindrische Ausbildung und erstreckt sich durch eine Öffnung 30 in der Montageplatte 26. Das Kopplungsbauteil 22 weist ein zylindrisches Endstück 32 mit einem zylindrischen Flansch 34 auf. Das Endstück 32 ist vorzugsweise mit Hilfe in der Zeichnung nicht dargestellter Schrauben oder einem geeigneten Klebstoff an der Montageplatte 26 befestigt. Das Endstück 32 hat eine gestufte Zylinderbohrung, wobei die schmälste Stelle der Bohrung nahe des Außenendes ist. * Im weiteren Bohrungsabschnitt des Endstücks 32 ist ein Zylinderstück 36 befestigt. Im engeren Bohrungsabschnitt des Endstücks 32 ist ein Verbindungsbauteil 38 befestigt. Zu beachten ist, daß das Zylinderstück 36 eine Bohrung hat, in deren erweiterten Abschnitt das Verbindungsbauteil 32 vorzugsweise im Preßsitz eingepaßt ist. Das Endstück hat einen Ringflansch, der das Verbindungsbauteil 38 umgibt.

Das Verbindungsbauteil 38 weist mehrere parallele und axial verlaufende zylindrische Öffnungen 41 auf, welche zum außen gelegenen Ende des Verbindungsbauteils 38 hin erweitert sind. Das Verbindungsbauteil 38 dient zum Verbinden mehrerer in den Öffnungen 41 befindlicher optischen Fasern 42 mit Fasern, die in das Kopplungsbauteil 22 eingreifen.

Eine zylindrische Wand 44 ist innerhalb der Bohrung 40 angeordnet und dort im Preßsitz befestigt. Die Wand 44 weist mehrere, in gegenseitigem Abstand angeordnete Öffnungen 45 auf, die über den Umfang der Wand verteilt angeordnet sind und durch die sich optische Fasern bis zur Grenzfläche

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zwischen den Kopplungsbauteilen 22 und 24 erstrecken.

Im Zentrum der Wand 44 ist eine Axialöffnung ausgebildet, in der ein Ende eines länglichen .Stabes 46 im Preßsitz fest eingebaut ist.

Ein zylindrisches Fasergehäuse 48 ist in einem erweiterten Abschnitt der Bohrung 40 des zylindrischen Bauteils 36 festgemacht.

Das Fasergehäuse 48 besteht im Prinzip aus einem zylindrischen Rohr 49 und mehreren, zum Rohr 49 achsparallel angeordneten zylindrischen Stäben- 50, die über den Umfang des Rohrs 49 verteilt angeordnet sind. Bei dem beschriebenen Ausführung sbei spiel bestehen das Rohr 49 und die Stäbe 50 aus Glas. Die Stäbe 50 und das Rohr 49 sind so bemessen, daß jeder Stab 50 am Außenumfang des zylindrischen Rohrs 49 und der benachbarten Stäbe tangential anliegb. Acht Stäbe 50 sind vorgesehen und im Winkelabstand von 45 zueinander um das Rohr verteilt angeordnet.

Wie am besten in Fig. 2 zu sehen ist, sind das Rohr 49 und die Stäbe 50 so bemessen, daß in den Zwickelräumen zwischen jedem Stabpaar und dem Umfang des Rohrs eine von mehreren optischen Fasern 52 bis 66 A^ufⁿahme findet. Das heißt, die öffnung zwischen jedem Paar benachbarter Glasstäbe und dem Rohr 49 ist so bemessen,, daß eine optische Faser satt in sie hinein paßt. Jede der Fasern 52 bis 66 erstreckt sich durch das gesamte Fasergehäuse 48 und endet am Ende des Fasergehäuses 48 an der Kopplungsfläche 68, die die Grenzfläche zwischen den Kopplungsbauteilen 22 und 24 bildet. Das Fasergehäuse 48 weist auch einen zylindrischen Außenmantel 69 auf, der vorzugsweise aus Kunststoff,z.B. Epoxyharz besteht. Der Mantel 69 umschließt die Stäbe 50 und legt diese im Inneren fest.

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Zur Bildung des Fasergehäuses werden das Rohr 49 und die diese umgebenden Glasstäbe 50 in die zueinander achsparallele Sollage gebracht. Diese Anordnung wird sodann erhitzt und soweit ausgezogen, bis die dreiseitig begrenzten Zwickelräume zwischen benachbarten Stäben und dem Rohr dem Außendurchmesser einer optischen Faser genau angepaßt sind.

Aus Fig. 1 ist zu sehen, daß sich die Fasern 60 und 66 vom Verbindungsstück 38 durch die Öffnungen 45 im Bauteil 44 in die zwischen den Stäben 50 und dem Rohr 49 gebildeten Zwickelräume erstrecken. Wenn acht Fasern vorgesehen sind, so erstreckt sich jede der Fasern durch die Öffnung in den zugehörigen Zwickelraum und reicht dort bis zu der die Stirnfläche des Fasergehäuses 48 bildenden Grenzfläche 68.

Anstelle der im dargestellten Ausführungsbeispiel vorgesehenen acht Öffnungen im Fasergehäuse 48 könnte bei anderer Ausbildung des Fasergehäuses auch eine geringere Anzahl von optischen Fasern verwendet werden. Andererseits könnte der Durchmesser der Stäbe 50 aber auch kleiner gemacht werden, so daß eine größere Anzahl von Stäbe und Zwickelräumen in Verbindung mit dem Rohr 49 geschaffen werden kann; in ähnlicher Weise kann aber auch die Anzahl der Stäbe durch Wahl eines größeren Durchmessers verringert werden, wobei sich eine kleinere Zahl von zwickeiförmigen Öffnungen um das Rohr 49 ergibt.

Zu beachten ist, daß die entgegengesetzten Enden der Fasern 52 bis 66 in Öffnungen im Verbindungsstück 38 befestigt sind. Das Verbindungsstück 38 hat die gleiche Anzahl von Öffnungen zur Aufnahme der Fasern 52 bis 66 wie das Fasergehäuse 48. Es sind also bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel acht Öffnungen im Verbindungsstück 38 vorgesehen.

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Es ist zu erkennen, daß die Fasern 52 bis 66 an der Kopplungs- bzw. Grenzfläche 67 in den Öffnungen enden. Die Fasern 5 2 bis 66 sind vorzugsweise mit Hilfe eines geeigneten Kitts oder Klebstoffs in den Öffnungen befestigt. Die Öffnungen 41 sind im Bereich des äußeren Endes des Verbindungsstücks 3,8 erweitert, um das Einsetzen der optischen Fasern zu erleichtern. Die optischen Fasern 42 werden in die Öffnungen so eingeschoben, daß ihre Stirnflächen an der Grenzfläche 67 gegen die StirnfLachen der optischen Fasern 52 bis 66 stoßen.

Das Kopplungsbauteil 24 weist ein Endstück 70 ähnlich dem Endstück 32 auf. Zu letzterem gehört ein zylindrischer Flansch 7 2, der in geeigneter Weise an der Montageplatte 28 befestigt ist. Der hohle Abschnitt des Endstücks 70 durchgreift eine in der Montageplatte 28 ausgebildete öffnung 74. Das Endstück 70 weist ferner eine axial verlaufende Bohrung auf, deren engerer Teil ein Verbindungsteil 76 aufnimmt. Letzteres ist vorzugsweise im Preßsitz in der Bohrung befestigt.

Das Endstück 70 weist einen Ringflansch 78 auf, welcher das Verbindungsteil 76 umgibt. Im Verbindungsteil 76 sind mehrere axiale Öffnungen 79 mit konisch erweiterten!Endabschnitt ausgebildet, die das Einschieben optischer Fasern 80 erleichtern. Letztere enden an einer in der Mitte des Verbindungsteils 76 angeordneten Grenzfläche 81. Ein hohlzylindrisches Bauteil 82 ist im erweiterten Abschnitt der Bohrung des Endstücks 70 angeordnet. Die Bohrung des hohlzylindrischen Bauteils 82 weist einen erweiterten Abschnitt auf, in welchem das Verbindungsteil 76 aufgenommen ist.

Das zylindrische Bauteil 82 schließt eine scheibenförmige Wand 84 ein, welche in der Bohrung des zylindrischen Bau-

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teil 82 vorzugsweise im Preßsitz befestigt ist. Die Wand weist mehrere, mit Umfangsabstand angeordnete Öffnungen auf,durch die optische Fasern greifen, welche vom Endstück 70 zur Grenzfläche 68 zwischen den beiden Kopplungsteilen 22 und 24 verlaufen. Das Ende 88 der Stange 46 ist in einer Zentralöffnung in der Wand 84 beispielsweise mit Preßsitz befestigt. Das Kopplungsbauteil 24 weist außerdem ein Fasergehäuse 90 auf, welches in seinem Aufbau demjenigen des Fasergehäuses 48 entspricht.

Wie am besten in Fig. 3 zu sehen ist, weist das Fasergehäuse 90 ein zylindrisches Rohr 89, acht runde Stäbe 91 und einen ein zylindrisches Gehäuse oder einen Schutzschild für das Fasergehäuse 90 bildenden Mantel auf. Der Mantel des Gehäuses 90 ist gleich dem Mantel 69 des Gehäuses 48 ausgebildet. In den Zwickelräumen zwischen jedem Paar von Stäben 91 und dem Rohr 89 ist jeweils eine der optischen Fasern 93 bis 107 eingesetzt. Es ist jedoch nicht erforderlich, daß entsprechend dem beschriebenen Ausführungsbeispiel acht Fasern in acht öffnungen im Fasergehäuse angeordnet sind.

Das Fasergehäuse 90 und das Fasergehäuse 48 sind gemeinsam auf der Stange 46 gelagert, die mit dem Rohr 89 des Fasergehäuses 90 und dem Rohr 49 des Fasergehäuses 48 teleskopartig vereinigt ist. Um das Fasergehäuse 90 liegt eine zylindrische Muffe 94 mit einem radialen Ansatz 96. Zwischen dem Endstück 70 und dem Fasergehäuse 90 ist eine Schraubenfeder 92 angeordnet. Die Schraubenfeder 92 ist mit einem Ende um das zylindrische Bauteil 82 gelegt und erstreckt sich bis zur Ringmuffe 94, welche das Fasergehäuse 90 umschließt und mit diesem fest verbunden ist.

Die Feder 92 drängt das Ende des Fasergehäuses 90 gegen das Ende des Fasergehäuses 48 an der Grenzfläche 68 zwischen

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aen Stirnflächen der beiden Fasergehäuse·

Zu beachten ist, daß das Kopplungsbauteil 22 mit der Platte 26 fest verbunden ist. Genauer gesagt, das Gehäuseteil 48 ist mit dem zylindrischen Bauteil 36 fest verbunden, welch letzteres im Endstück 32 fest ist, das wiederum an der Platte 26 befestigt ist. Das Kopplungsbauteil 24 weist dagegen ein drehbares Fasergehäuse 90 auf, welches auf der Stange 46 drehbar gelagert ist. Das Gehäuse 90 ist daher gegenüber dem Endstück 70 drehbar und wird von der Stange 46, die satt in die Rohre49 und 89 eingefügt ist, in axialer Ausrichtung mit dem Fasergehäuse 48 gehalten. Die genaue Passung der Stange 46 im Rohr 89 erlaubt jedoch eine Drehung des Gehäuses 90 um die die Drehachse bildende Stange 46.

Wie oben gesagt, ist das Fasergehäuse 90 dem Fasergehäuse 48 ähnlich ausgebildet. Die aus Rohr und Stäben bestehende Anordnung wird im warmen Zustand ausgezogen, um eine Schmelz— verbindung zwischen den Stäben und dem Rohr'herzustellen, wodurch Zwickelräume jeweils zwischen den acht benachbarten Stäben und dem Rohr gebildet werden, die jeweils genau dem Außendurchmesser einer der optischen Fasern 93 bis 107 angepaßt sind, so daß letztere in die Zwickelräume des Faser- · gehäuses 90 einsetzbar sind.

Nach dem Ausziehen der Stab/Rohr-Anordnung, welche den Zentralbereich der Gehäuseteile 48 und 90 bildet, wird die Anordnung angerissen bzw. angeritzt und auf geeignete Längen gebrochen, um sie für den Relaisschalter 20 brauchbar zu machen. Die beiden zur Verwendung in einem Relaisschalter vorgesehenen Fasergehäuse werden so ausgesucht, daß sie eine Teilungsfläche bzw. Spaltfläche gemeinsam haben, wodurch die stirnseitige Passung zur Bildung einer Grenzfläche zwischen den beiden Fasergehäusen optimiert wird. Die gewünschte Anzahl von Fasern werden in die

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Zwickelräume von dem der Grenzfläche zwischen den beiden Fasergehäusen entgegengesetzten Ende der Anordnung eingeführt.

Die Fasern v/erden soweit eingeführt, bis sie mit der Kopplungs- bzw. Grenzfläche des Fasergehäuses, fluchten. Die Fasern v/erden sodann im Gehäuse mit Hilfe eines Klebstoffs, z.Bo Epoxyharz, der zum Aushärten gebracht wird, verbunden, und danach wird jede der Stab/Rohr/Faser-Anordnungen mit einem aus einem gießfähigen Material bestehenden zylindrischen Mantel versehene Der Mantel, die Faserenden, das Rohr und die Stäbe werden poliert, bis die Endflächen der Fasern, des Rohrs, der Stäbe und des Mantels rechtwinklig zur Längsachse des Rohrs und frei von Kratzern in derselben Ebene liegen_o Die Endflächen der Gehäuse werden auf diese Weise an der Grenzfläche 68 satt aufeinander— gleitend ausgebildet. D^foeide Gehäuse auf einer Stange 46 gelagert sind, weiche genau in die Rohre 49 bzw. 89 eingepaßt ist, ist eine genaue radiale Ausrichtung zwischen den Bauteilen gewährleistet.

Wenn acht optische Fasern im Fasergehäuse 48 und acht Fasern auch im Fasergehäuse 90 eingesetzt sind, werden die Bauteile 48 und 90 so zueinander ausgerichtet, daß in einer ersten Stellung die Faser 93 mit der Faser 52, die Faser 95 mit der Faser 54, die Faser-97 mit der Faser 56, die Faser 99 mit der Faser 58, die Faser 101 mit der Faser 60, die Faser 103 mit der Faser 62, die Faser 105 mit der Faser 64 und die Faser 107 mit der Faser 66 axial ausgerichtet sind.

Im Bereich der Grenzfläche 68 ist zwischen den Endflächen der Gehäuse 48 und 90 vorzugsweise ein Fett mit angepaßtem Brechungsindex vorgesehen. Dieses Fett verbessert nicht nur die Gleitfähigkeit des einen Bauteils gegenüber dem anderen, sondern wirkt auch im Sinne einer Verbesserung

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der Übertragung eines optischen Signals von einer Faser zu der mit dieser ausgerichteten anderen Faser. Wie nachfolgend klar wird, ist eine Hebelanordnung zur Drehung des Gehäuses 90 um einen vorgegebenen Winkel vorgesehen, so daß die Faserenden im Gehäuse 90 in bezug auf die Faserenden im Gehäuse 48 umgeschaltet werden können.

Um das optische Signal von einer Faser auf eine andere umzuschalten, wird ein Drehmoment an den Ansatz 96 der Muffe 94 angelegt, wodurch das Gehäuse 90 um seine Achse gedreht wird. Bei Drehen des Gehäuses um 45° im Gegenuhrzeigersinn (Fig. 3) wird die optische Faser 93 in eine Stellung gebracht, bei der sie axial mit der optischen Faser 66 ausgerichtet ist. In ähnlicher Weise kommt dann die optische Faser 95 mit der optischen Faser 52 in axiale Ausrichtung usw.

Es ist leicht einzusehen, daß das Fasergehäuse 90 auch in andere Winkelstellungen gedreht werden kann.' Beispielsweise kann das Gehäuse um 90°, 135 oder 180 entsprechend dem Aufbau des zugehörigen Stellglieds gedreht werden. Mit anderen Worten, wenn eine optische Faser im Gehäuse 90 aus der Ursprungsstellung in die übernächste Stellung gedreht werden soll, so wird das Gehäuse 90 um 90 gedreht. Um eine Faser um drei Positionen weiterzudrehen, muß das Gehäuse 90 um 135° gedreht werden; es wird um 180° gedreht bei einem Weiterschalten um vier Stellungen.

Zu beachten ist jedoch, daß das Bewegen des Gehäuses um 45° in Gegenuhrzeigerrichtung bevorzugt ist, da dabei nicht nur das Umschalten der Signale von einem Signalweg zum anderen, entweder einzeln oder mehreren bis zu vier, möglich ist, sondern auch eine geringere Flexibilität der Fasern 93 bis 107 erforderlich ist. Beispielsweise wird

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beim Umschalten eines Einzelsignals zwischen zwei Wegen eine Einzelfaser entweder im-Gehäuse 90 oder im Gehäuse 48 und zwei Fasern im jetveils anderen Gehäuse vorgesehene Durch Anordnung einer Einzelfaser im Gehäuse 90 in der Stellung, in der eine Faser 93 in Fig. 3 gezeigt ist, und eines Faserpaars im Gehäuse 48 in der in Fig. 2 für die Fasern 52 und 66 dargestellten Lage, kann ein auf der Faser

92 anstehendes Signal von der optischen Faser 52 zur optischen Faser 66 durch Drehen des Gehäuses 90 um 45 umgeschaltet werden. In ähnlicher Weise kann eine Einzelfaser in der in Fig. 2 für die optische Faser 52 dargestellten Lage und ein Paar von Fasern in der für die Fasern

93 und 95 in Fig_o 3 dargestellten Lage vorgesehen sein, wobei ein auf der Faser 52 anstehendes Signal von der optischen Faser 93 zur optischen Faser 95 durch Drehen des Gehäuses 90 um 45° umgeschaltet werden kann.

Um mehrere Stränge umzuschalten, werden in einem der beiden Gehäuse jede zweite Position mit einer optischen Faser und in dem anderen Gehäuse alle Zwickelräume mit optischen Fasern besetzte Wenn daher an den optischen Fasern im Gehäuse 48 Signale anstehen, so wird jeder zweite Zwickelraum beispielsweise entsprechend den Positionen der optischen Fasern 52, 56, 60 und 64 mit optischen Fasern besetzt. Eine optische Faser befindet sich dagegen in jedem Zwickelraum des Gehäuses 90 an den Stellungen der optischen Fasern 93 bis 107. In. einer Stellung wird das Signal von der optischen Faser 52 zur optischen Faser· 93, das Signal auf der optischen Faser 56 zur Faser 97, das Signal auf der optischen Faser 60 zur optischen Faser 101 und das Signal auf der optischen Faser 64 zur optischen Faser übertragen. Wenn das Gehäuse um 45° gemäß Darstellung in Fig. 3 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird das Signal auf der optischen Faser 52 zur optischen Faser 95, das Signal auf der optischen Faser 56 zur optischen Faser 99,

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das Signal auf der optischen Faser 60 zur optischen Faser 103 und das Signal auf der optischen Faser 64 zur optischen Faser 107 übertragen.

Ein ähnlicher Effekt kann erreicht werden, wenn von den <*

optischen Fasern 80 kommende Signale zu verschiedenen Wegen in den optischen Fasern innerhalb des Gehäuses 48 umgeschaltet werden sollen. Dies geschieht dadurch, daß die Fasern jeweils alternierende Zwickelöffnungen im,Ge- · häuse 90 besetzen, während jede Zwickelöffnung des Gehäuses 48 mit Fasern besetzt ist.

Sin Rotationsantrieb für das Gehäuse 90 ist in Fig_o 3 ge~ zeigt. Die Muffe 94 hat einen Ansatz 96, der über einen Schwenkzapfen 98 mit einer Verbindungsstange 102 schwenkbar verbunden isto Ein Solenoid 100, des um eine Achse drehbar ist_s weist einen Ansatz 104 auf, der mit der Verbindung sstange 102 über einen Zapfen 106 schwenkbar verbunden ist*

Zapfen 98 und 106 sind an ihren Enden vorzugsweise mit vergrößerten Köpfen versehen, so daß sich die Zapfen nicht aus den Öffnungen in den Ansätzen 104 und 96 und der Stange 102 lösen können.

His Solenoid 100 ist um eine Achse 110 drehbar. Wenn sich cas Solenoid 110 dreht, so bewirkt es die Drehung der mit dem Gehäuse 90 verbundenen Muffe 94. An der Muffe 94 ist ein zweiter Ansatz 112 angebracht, der sich bis zu einem Kalter 113 erstreckt. Letzterer ist U-förmig ausgebildet und weist zwei seitlich vorspringende Schenkel 114 und auf. Der Stegteil des U-förmigen Halters 113 hat einen Ausschnitt, der rechtwinklig zur Ebene des Stegteils gebogen ist und einen Flansch 118 bildet, der in einer Radialebene zur Längsachse des Gehäuses 90 liegto

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Das Solenoid 100 ist über einen Zapfen 110 mit einer festen Kalterungsplatte 120 verbunden, die mit einem Plansch 122 versehen ist. Das Solenoid 100 dreht sich um die Achse des Zapfens 110, urd dabei wird das Gehäuse 90 mit der Platte 94 und dem Ansatz 112 gedreht.

Mit dem Flansch bzw. Schenkel 114 des Halters 113 ist eine aus einer Mutter 128 und einer Schraube mit Kopf 130 und Gewindeabschnitt 132 bestehende Anordnung verbunden." -Die Schraube ist in den Flansch bzw. Schenkel 114 eingeschraubt und wird von der Mutter 128 in Stellung gehalten. Durch Drehen des Kopfs 130 wird der Gewindeabschnitt der Schraube entsprechend den Erfordernissen für die Ausrichtung der Fasern im Gehäuse 90 mit demjenigen im Gehäuse 69 verstellt.

Das Solenoid 100 ist vorzugsweise ein elektrisches Solenoid_? kann jedoch auch pneumatisch oder hydraulisch betätigt sein.

es

Wenn das Solenoid 100 betätigt wird, ruft/eine Bewegung des Gehäuses 90 hervor. Wenn das Solenoid 100 in Richtung des Pfeils 138 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird das Gehäuse 90 in Richtung des Pfeils 136 mitgedreht. Wenn der Ansatz 112 gegen den Flansch 118 des Halters 113 stößt, wird die Drehbewegung des Gehäuses 90 in Uhrzeigerrichtung angehalten. Eine Drehung des Solenoids 100 in der entgegengesetzten Richtung führt zu einer entsprechend gegenläufigen Drehung des Gehäuses 90, die durch Anschlag des Ansatzes 112 an dem Schraubabschnitt 132 der Schraube gestoppt wird.

Wie oben gesagt, dient der Halter 113 mit dem Flansch 118 und der Schraube 132 bei geeigneter Einstellung der Schraube zur Begrenzung der Drehbewegung des Gehäuses 90 auf genau 45 . Durch geeignete Einstellung des Gewxndeabschnitts 132 der Schraube können die Fasern im Gehäuse 90 genau auf die Fasern im Gehäuse 69 ausgerichtet werden. Ein Spiel im

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Übertragungsmechanismus zwischen dem Solenoid 100 und dem Gehäuse 90 wird ebenfalls durch die direkte Anschlagsbegrenzung der Drehung der Muffe. 94 über den Ansatz 112 im Halter 113 unwirksam gemacht.-

Zu beachten ist, daß die Fasern 93 bis 107 im Kopplungsbauteil 24 flexibel und länger sind als der Abstand zwischen dem Verbindungsstück 76 und dem Gehäuse 90, so daß eine Drehbewegung des Gehäuses 90 gegenüber dem Endbauteil ungehindert durchgeführt werden kann.

Die Fasern 93 bis 107 sind in den Öffnungen 79 des Verbindungsstücks 76 und die Fasern 52 bis 66 in den Öffnungen 41 des Verbindungsstücks 38 durch eine Klebeverbindung o.dgl. befestigte Die Fasern 42 und 80 sind in entsprechender Weise in den Öffnungen festgelegt und stoßen an den Grenzflächen 67 und 81 mit den Anschlußfasern fest zusammen, um die optische Leitfähigkeit zu verbessern.

Zu beachten ist ferner, daß der Relaisschalter 20 auch an allen Zwickelöffnungen der Gehäuse 48 und 90 mit Fasern besetzt werden kann. Die Anzahl der beim Umschalten beteiligten Fasern kann dann durch die Zahl der in das Verbindungsstück 38 eingesetzten Fasern 42 und die in das Verbindungsstück 76 eingesetzten Fasern 80 bestimmt werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird klar, daß die besondere Ausbildung des beschriebenen faseroptischen Relaisschalters das Umschalten entweder eines einzigen Kanals oder mehrerer Kanäle im Zuge einer einzigen Schaltbewegung gestattet.

Die Ausrichtung wird dadurch erleichtert, daß aufeinanderfolgende Abschnitte derselben GIasstab/Rohr-Anordnung zur Bildung der für den Relaisschalter benötigten beiden Gehäuse-

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teile verwendet werden, wodurch die ausgezeichnete radiale Ausrichtung der Fasern aufeinander gewährleistet ist.

Die Ausrichtung der Fasern wird ferner dadurch erleichtert, daß die Glasrohr- und Stabanordnung die optischen Fasern in den Zwickelräumen in Ausrichtung hält.

Da die Rohre und die Stabe aus Glas hergestellt sind, können die Fasern bei der Ausbildung der Grenzfläche jedes der Gehäuseteile genau poliert werden.

Da die Stab ./Rohr—Anordnung aus Glas besteht, können bei den Produktionsmengen billige Technologien eingesetzt werden. Auf diese Weise wird die Massenproduktion' der Anordnung ermöglicht. Glas bildet darüberhinaus ein chemisch inertes und gegen Abrieb widerstandsfähiges Material, das nicht in dem Maße Abmessungsschwankungen unterworfen ist wie andere Materialien, z.B_o Kunststoff. Aufgrund der Härte und mangelnden Flexibilität des verwendeten Materials wird ebenfalls die axiale Ausrichtung erleichtert.

Da außerdem die Drehung genau gesteuert werden kann, begünstigt die Konstruktion der Kopplungsbauteile die genaue Ausrichtung bei der Relativdrehung der Gehäuseteile. Die genau begrenzte Bewegung gewährleistet darüberhinaus eine eindeutige Wiederholbarkeit. Die Glaskomponenten erleichtern außerdem die gegenseitige Gleitfähigkeit.

Durch kompliziertere Kopplungsbewegungen, die ein Drehen des Gehäuses über zwei oder mehr spezielle Lagen, z.B. 45° und 90°, ermöglichen, kann das Signal auf einer einzelnen optischen Faser auf zwei oder mehr verschiedene Kanäle umgeschaltet werden. Bei einem Mehrfaser-Relaisschalter können zusätzliche Stabpaare an der Peripherie

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eier zuvor angeordneten Stäbe vorgesehen werden, um zusatz— liehe Zwickelkanäle für v/eitere optischen Fasern in jedem der Gehäuse 90 und 48 zu schaffen.

Das Schmiermittel mit angepaßtem Index, das an der Grenzflächen vorgesehen wird, trägt nicht nur zur besseren Übertragung der Signale auf den optischen Fasern zu den mit diesen ausgerichteten Fasern bei, sondern verbessert auch die Drehfähigkeit der Gehäuseteile 48 und 90 zueinander und verhindert darüberhinaus einen Abrieb an den benachbarten Kopplungsflächen.

Ein abgewandeltes Kopplungsbauteil 150, das anstelle des Kopplungsbauteils 22 des optischen Relaisschalters verwendet werden kann, ist in Fig. 4 gezeigt. Das Kopplungsbauteil weist einen Mantel 152 für eine Ringscheibe 154, ein Faser— kabelende 156 für mehrere Fasern 158 und eineftohr/Stab-Anordnung auf. Die Rohr/Stab—Anordnung besteht aus einem Glasrohr 157 und mehreren Stäben 160, die ähnlich dem Rohr 49 und den Stäben 50 des Gehäusesteils 48 ausgebildet sind. Das Kabel 156 weist, wie am besten in Fig. 5 zu erkennen ist, eine Umhüllung auf, welche mit Epoxy um das Ende des Kabels gefüllt ist, dort wo die optischen Fasern 158 das Ende der Kabelumhüllung durchgreifen. Die optischen Fasern 158 werden in die Zwickelkanäle zwischen den Stäben 160 und dem Rohr · 157 eingesetzt, und danach wird die Gesamtanordnung in ein Gießmaterial zur Bildung eines zylindrischen Anordnungs— mantels eingesetzt. Das Kabel 156 wird auf diese Weise im Mantel 152 entsprechend Fig. 5 befestigt.

Sine abgewandelte Rohr-Stab-Anordnung zur Verwendung in Verbindung ratt den Halteteilen 48 und 90 in Fig. 3 ist in Fig. 6 dargestellt. Die Anordnung weist ein Rohr 172 und mehrere Stäbe 174 auf. Zusätzlich ist eine Außenhülse 178 aus Glas vorgesehen, welche-einen-Zwickelkanal zwischen

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don Stäben 174 und der Innenfläche der Glashülse 178
bildet. Optische Fasern 176 werden danach in die Zwickelkanäle zwischen Stabpaaren und der Innenseite der Hülse
178 eingesetzt» Die Anordnung wird ebenfalls durch Erhitzen der Stäbe 174, des Rohr 17 2 und der Hülse 178 und Ausziehen derselben hergestellt, wodurch die Gesamtanordnung zu einer integralen Einheit zusammengeschmolzen wird. Ein Gießmaterial wird sodann um die Außenhülse 178 gelegt, um
einen Mantel 180 zu bilden, und danach werden die optischen Fasern in die Zwickelkanäle entsprechend Fig. 6 eingesetzt.

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Claims

PATENTANWÄLTE ZENZ & HELBER · D 4300 ESSEN 1 · ΛΜ RUHRST^IN' "> ■ TEL: (i)2 01) 4126 Seite -Jf- T 86

Ansnrüc'he

' ^s Faseroptischer Relaisschalter zum Umschalten optischer

xgnale von einer ersten zu einer zweiten Faser, ·. da du rc h gekennzeichnet, daß ein .-eine erste optische Paser (52 ... 66) aufnehmendes erstes Gehäuseteil (48) und ein wenigstens zwei optische Fasern (93 ... 107) aufnehmendes zweites Gehäuseteil (90) vorgesehen und jeweils mit einer Kopplungsfläche (68) versehen sind, daß die in dem ersten Gehäuseteil (48) aufgenommene Faser (52 ... 66) ausgerichtet mit der Kopplungsfläche des ersten Gehäuseteils (48) endet, daß die wenigstens zwei, im zweiten Gehäuseteil (90) aufgenommenen Fasern (93 ... 107) ausfluchtet mit der Kopplungsfläche des aweiten Gehäuseteils (90) enden und daß die Kopplungsflächen der beiden Gehäuseteile derart zueinander verschiebbar sind, daß das Ende der im ersten Gehäuseteil (48) aufgenommenen Faser (52 ... 66) in-einer ersten Relativstellung der beiden Gehäuseteile mit den Enden einer ersten der im zweiten Gehäuseteil (90) aufgenommenen Fasern (93 ... 107) und in einer zweiten Relativstellung der beiden Gehäuseteile mit dem Ende einer zweiten der im zweiten Gehäuseteil aufgenommenen Fasern ausgerichtet und optisch gekoppelt ist, so daß die optischen Signale in einem ersten Signalweg durch die Relativbewegung der beiden Gehäuseteile (48, 90) zu einem zweiten Signalweg umschaltbar sindo

2. Fbseroptischer·Relaisschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile als zylindrische

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Gehäuse (48, 90) ausgebildet sind, die axial zueinander ausgerichtet sind, wobei ihre Kopplungsflächen die Grenzfläche (68) zwischen den stirnseitigen Enden der zylindrischen Gehäuse bilden.

3o Faseroptischer Relaisschalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gehäuseteile (48, 9G) jeweils ein zentrales Rohr (49, 89) und mehrere achspsrallel verlaufende und am Umfang des Rohrs befestigte Stäbe (50, 91) enthalten und daß zwischen dem. Rohr und jedem benachbarten Stabpaar am Außenumfang des Rohrs Zwickelkanäle gebildet sind.

4. Faseroptischer Relaisschalter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Rohre (49, 89) einer Stange (46) teleskopartig unter satter Passung aufgeschoben ist, wobei die Gehäuseteile (48, 90) um die Stange (46) drehbar gelagert sind.

5· Faseroptischer Relaisschalter nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwickelkanäle der ersten und zweiten Gehäuseteile (48, 90) radial um die Stange (46) angeordnet sind,- daß jeder zweite Zwickelkanal des ersten Gehäuseteils (48) mit einer optischen Faser (52, 56, 60, 64) besetzt ist und daß in dem zweiten Gehäuseteil alle Zwickelkanäle mit optischen Fasern (93 . ._o 107) besetzt sind, so daß eine Drehung der beiden Bauteile (48, 90) relativ zueinander eine Mehrfachsigna!umschaltung von ersten zu zweiten Signalwegen bewirkt.

6. Faseroptischer Relaisschalter nach einem der Ansprüche 1 bis

5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stellglied (94 ... 106) mit dem zweiten Gehäuseteil (90) verbunden und derart ausgebildet ist, daß durch Betätigen des Stellgliedes das

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zweite Gehäuseteil um einen vorgegebenen Winkel relativ zum ersten Gehäuseteil (48) drehbar ist, wobei der vorgegebene Winkel so gewählt ist, daß die Zwickelkanäle im zweiten Gehäuseteil (90) mit den Zwickelkanälen im ersten Gehäuseteil (48) vor und nach der Drehung in gegenseitiger Fluchtstellung stehen.

7. Faseroptischer Relaisschalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung ces Stellhubs des Stellgliedes (94 ... 106)eine einstellbare Anschlagvorrichtung (112 ... 132) mit dem zweiten Gehäuseteil (90) in Wir-kv er bindung stehto

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