Feinste Fasern

So dünn wie ein menschliches Haar und teilweise noch um ein Vielfaches dünner sind optische Glasfasern – Meister des nahezu verlustfreien Lichttransports. Viele Tausend einzelne Glasfasern können präzise angeordnet sogar Bildinformationen übertragen. Technologie und Expertise von SCHOTT sorgen für neue Highlights: Lichtleiter für Single-Use-Endoskope und extrem dünne Fasern für hochwertige Bildleiter.

So dünn wie ein menschliches Haar und teilweise noch um ein Vielfaches dünner sind optische Glasfasern – Meister des nahezu verlustfreien Lichttransports. Viele Tausend einzelne Glasfasern können präzise angeordnet sogar Bildinformationen übertragen. Technologie und Expertise von SCHOTT sorgen für neue Highlights: Lichtleiter für Single-Use-Endoskope und extrem dünne Fasern für hochwertige Bildleiter.

Wäre eine Fensterscheibe einige Zentimeter dick, hätte alles einen deutlichen Farbstich und man könnte kaum noch durchschauen“, erläutert Faseroptikexperte Lothar Willmes, Leiter der Produkt- und Technologieentwicklung Faseroptik von SCHOTT Lighting and Imaging. Denn einfaches Kalk-Natron-Glas hat eine relativ hohe Absorption. Das heißt, wie gut das Licht durch das Glas kommt, hängt von der optischen Qualität des Glases ab. In glasfaseroptischen Komponenten hingegen kann weißes Licht ohne größere Verluste zehn bis 15 Meter transportiert werden, ohne dass die Lichtqualität leidet. Das ist für viele Anwendungen entscheidend, etwa bei Lichtleitern in einem Endoskop, die vom Arzt zur Gewebeuntersuchung eingesetzt werden. Für eine möglichst präzise Diagnose kommt es sehr darauf an, dass die Farbe des Gewebes möglichst unverfälscht wiedergegeben wird.

Hier kommen PURAVIS® Glasfasern für Lichtleiter ins Spiel. Die weltweit bewährten Fasern von SCHOTT verfügen über einen ausgeklügelten Aufbau. Sie bestehen aus einem wenige Mikrometer dicken technischen Mantelglas sowie einem optischen Kernglas mit deutlich anderem Brechungsindex. An deren Grenzfläche wird das Licht total reflektiert und so verlustarm weitergeleitet. Die Gläser in den Glasfasern von SCHOTT sind Hightech-Eigenentwicklungen, sodass Mantel und Kern fein aufeinander abgestimmt werden können. So können für den Kunden wichtige optische Eigenschaften wie Lichteintritts- und Austrittswinkel realisiert werden.

Die meisten der Glasfasern des Unternehmens beginnen im zweiten Stock der Vielfaserziehanlage als einige Zentimeter dicker und einen Meter langer Stab. SCHOTT hat dafür einen eigenen Vielfaserziehprozess entwickelt, der weltweit einmalig ist. Viele Stäbe gleichzeitig werden in einem eigenen patentierten, präzise geregelten Ofen auf die Ziehtemperatur erhitzt. Das Glas wird dann nach unten zu feinen Glasfasern abgezogen, die dann ein filigranes Glasfaserbündel bilden. Die Fallstrecke über zwei Stockwerke reicht, um die nur 30, 50 oder 70 Mikrometer „dünnen“ Fäden erkalten und fest werden zu lassen, bevor sie sofort aufgewickelt werden.

Willmes steht im Erdgeschoss neben dem durch zwei Patente geschützten Präzisionsaufwickler, wo das filigrane Faserbündel auf Spulen gewickelt wird. Er hat die Glasfaserherstellung des Unternehmens in den letzten 35 Jahren begleitet und entscheidend mitgeprägt. Vor allem die selbst entwickelte und patentierte präzise Wickeltechnik macht es möglich, mit hoher Geschwindigkeit pro Minute mehrere Hundert Meter Glasfasern ohne Faserbruch auf Spulen zu wickeln. So entstehen auf den Spulen dünne Faserbündel, die im weiteren Prozess wirtschaftlich zu dickeren Bündeln umgespult werden. SCHOTT kann so seine Kunden nach individuellen Wünschen mit Einzelfasern, Faserbündeln oder extrudierten Bündeln, die von einer elastischen Kunststoffhülle umgeben sind, beliefern. Besonders die streng regulierte Medizintechnikbranche, aber auch der Umweltschutz stellen hohe Anforderungen an das Glas. So muss es unter anderem frei von giftigem Blei sein. „Normalerweise machen diese Elemente die Glas- und Glasfaserherstellung einfacher, da man mit ihrer Hilfe die optischen Eigenschaften einstellen und in der Läuterung auch noch die letzten Störungen aus dem Glas gut entfernen kann. Aber dank sehr guter Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben wir den Prozess auch ohne diese ungewünschten Materialien hinbekommen“, erklärt Willmes. SCHOTT hat eine ganz eigene Läutertechnik entwickelt und patentieren lassen. Insgesamt schützen mehr als 30 Patente die Herstellung der PURAVIS® Fasern.

Werden Glasfasern nach 35 Jahren nicht irgendwann langweilig? „Keinesfalls“, findet Willmes, „immer wieder wenden sich Kunden mit speziellen neuen Anforderungen und Vorschlägen an uns. So kommen gerade die ersten Einweg-Endoskope auf den Markt. Auch in diesem Bereich bieten wir hochwertige Fasern aus unserem Repertoire an.“ Durch die enge abteilungsübergreifende Vernetzung kann der Technologiekonzern maßgeschneiderte Lösungen anbieten – bis hin zur industriellen Massenfertigung.

Technologisch anspruchsvoll

SCHOTT gehört zu den führenden Herstellern von Bildleitern, also starren und flexiblen Glasfasern, die ein Bild von der zu untersuchenden Stelle direkt zum Auge des Betrachters leiten. Um die Auflösung zu optimieren, hat das Unternehmen die Dicke der Fasern von vorher 6,7 auf nur noch 4,7 Mikrometer verringert. Nun passen in die nur 0,5 bis 1,2 Millimeter dicken Bündel bis zu 18.000 Einzelfasern. Die Forderungen, dass trotz eines flexiblen Mittelstücks die Anordnung der einzelnen Fasern an den Eintritts- und Austrittspunkten exakt identisch sein muss und höchstens zwei Fasern defekt sein dürfen, macht die Herstellung zu einer technologischen Meisterleistung.

Transportieren Licht oder Bilder: hochwertige optische Glasfasern von SCHOTT.

1. März 2021

Kontakt

Dr. Haike Frank
Lighting and Imaging
SCHOTT AG

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