DE102005028659B3

DE102005028659B3 - Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserbändchens mit mehreren optischen Einzelfasern

Info

Publication number: DE102005028659B3
Application number: DE102005028659A
Authority: DE
Inventors: Martin Franke; Tobias Happel; Mathias Miedreich; Helmut Nowsch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2005-06-15
Filing date: 2005-06-15
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2025-06-16
Also published as: EP1891475A1; WO2006134026A1; US20110095443A1; CA2612066A1; JP2008544305A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Faserbändchens (12) aus Einzelfasern (11), wobei die Einzelfasern (11) beispielsweise mittels eines Lasers (13) abschnittsweise einer Oberflächenbehandlung unterzogen werden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Einzelfasern (11) zumindest zwischen dem Prozessschritt der Behandlung und dem Prozessschritt der Fixierung in dem Faserbändchen (12) torsionsfrei geführt werden, damit eine Verwindung ausgeschlossen werden kann. Damit kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass die Winkellage der oberflächenbehandelten Abschnitte in dem Faserbändchen (12) vorhersagbar ist und damit das optische Verhalten des Faserbändchens in Abhängigkeit der Biegung einen Rückschluss auf den Biegezustand des Faserbändchens zulässt. Das erzeugte Faserbändchen kann beispielsweise als Sensorband Verwendung finden, welches in dem Stoßfänger eines Kraftfahrzeugs zur Erkennung eines Aufpralls von Fußgängern Anwendung finden kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserbändchens mit mehreren parallel verlaufenden optischen Einzelfasern, bei dem die Oberfläche der Einzelfasern abschittsweise derart behandelt wird, dass die Biegungsabhängigkeit der optischen Dämpfung in den behandelten Abschnitten zunimmt.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise der US 5,321,257 A zu entnehmen. Danach kann die Biegungsabhängigkeit der optischen Dämpfung von Einzelfasern dadurch erhöht werden, dass mittels eines Heißprägewerkzeuges eine abschnittsweise Strukturierung der Oberfläche der Einzelfasern vorgenommen wird. Durch die Oberflächenstrukturierung erhöht sich natürlich die Dämpfung der Einzelfasern unabhängig von der Biegung insgesamt. Da diese Oberflächenstrukturierung jedoch nur an einer Stelle des Umfanges des Lichtleiters vorgenommen wird, wird der Grad der Dämpfung in dem Abschnitt gleichzeitig von der Biegung der optischen Einzelfaser abhängig. Befindet sich der strukturierte Bereich nämlich auf der konkaven Seite der gebogenen Einzelfaser, so verringert sich die optische Dämpfung. Im Konvexen Bereich der Biegung erhöht sich jedoch die Dämpfung. Die Ermittlung der Dämpfung der Einzelfaser lässt damit einen Rückschluss auf den Biegezustand zu.

Mehrere Einzelfasern lassen sich weiterhin zu einem Faserbändchen zusammenfassen wobei gemäß der US 5,321,257 die optischen Einzelfasern derart zusammengeschlossen werden, dass sich jeweils ein Winkelversatz der oberflächenstrukturierten Bereiche bezüglich des Umfanges der optischen Einzelfasern ergibt. Damit lässt sich mit dem so erhaltenen Faserbändchen auch eine dreidimensionale Verformung des Faserbändchens im Raum ermitteln.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Faserbändchens mit mehreren abschnittsweise behandelten optischen Einzelfasern anzugeben, mit dem sich eine vergleichsweise hohe Reproduzierbarkeit des geforderten optischen Verhaltens des Faserbändchens erreichen lässt.

Diese Aufgabe wird mit dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Faserbändchen kontinuierlich hergestellt wird, wobei die Einzelfasern zumindest zwischen dem Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung und einem anschließenden Verfahrensschritt der Zusammenführung zwecks Erzeugung des Faserbändchens torsionsfrei geführt werden. Durch die torsionsfreie Führung ist gewährleistet, dass eine Verdrehung des behandelten Abschnittes auf dem Weg dieses Abschnittes von dem Oberflächenbehandlungsschritt zu dem anschließenden Verfahrensschritt der Zusammenführung der Einzelfasern in seiner Winkellage nicht verändert wird. Daher ist es möglich, die Einzelfasern mit vorhersagbarer Winkellage der oberflächenbehandelten Abschnitte zueinander zusammenzuführen, wodurch auch die Biegungsabhängigkeit des optischen Verhaltens des Faserbändchens genau vorhersagbar ist. Hierdurch lassen sich vorteilhaft die erzeugten Faserbändchen beispielsweise als Sensorbänder mit genau vorhersagbaren optischen Eigenschaften verwenden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Umlenkung der Einzelfasern bei der torsionsfreien Führung durch Verbiegen der Einzelfasern erfolgt. Bei der Notwendigkeit einer Umlenkung der Einzelfasern auf grund der verfahrenstechnischen Anforderungen wird vorteilhaft dennoch eine torsionsfreie Führung ermöglicht, da die Einleitung einer Biegebeanspruchung in die optischen Einzelfasern keine Torsionsspannungen in der Einzelfaser erzeugt und somit die torsionsfreie Führung der Einzelfasern gewährleistet ist. Wird aufgrund der räumlichen Anforderungen des Verfahrens eine Führung der optischen Einzelfasern derart gefordert, dass eine Führung der jeweiligen Einzelfasern in einer Ebene nicht möglich ist, so kann die Führung durch ein Verbiegen der Einzelfasern nacheinander in zwei unterschiedlichen Ebenen erreicht werden.

Eine besondere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verbiegung der Einzelfasern durch Umlenkrollen erfolgt, über die die Einzelfasern geführt werden. Der Einsatz von Umlenkrollen hat den Vorteil, dass sich hierdurch eine Verbiegung der Einzelfasern mit konstantem Biegeradius besonders einfach durchführen lässt. Der Durchmesser der Umlenkrolle gewährleistet gleichzeitig, dass ein bestimmter Biegeradius der Einzelfasern nicht unterschritten werden kann, so dass gleichzeitig ein Schutz vor übermäßiger Verbiegung gewährleistet ist.

Eine zusätzliche Sicherheit gegen ein Tordieren der Einzelfasern wird vorteilhaft dadurch erreicht, dass mindestens eine Umlenkrolle am Umfang derart profiliert ist, dass die Auflagefläche der auf der Umlenkrolle geführten Einzelfasern vergrößert wird. Dies bedeutet, dass das Profil am Umfang der Umlenkrolle an den Querschnitt der zu führenden Einzelfasern angepasst wird, d. h. sozusagen die Negativform des Querschnitts abbildet. Das Profil am Umfang der Umlenkrollen kann zusätzlich beispielsweise durch Gummieren eine Oberflächenbeschaffenheit erhalten, welche ein Verrutschen der Einzelfasern zusätzlich erschwert.

Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn die Drehachsen der Umlenkrollen parallel zueinander ausgerichtet sind. Hierbei ist eine Führung der optischen Einzelfasern im Wesentlichen in einer Ebene möglich, wodurch die Gefahr eines Tordierens der Einzelfasern weiter verringert wird.

Die Effektivität des Herstellungsprozesses lässt sich vorteilhaft weiter erhöhen, wenn die Einzelfasern von Vorratsrollen abgewickelt werden und anschließend dem Herstellungsprozess zugeführt werden. Hierdurch kann der Prozess vorteilhaft über einen langen Zeitraum kontinuierlich durchgeführt werden. Die Vorratsrolle ermöglicht weiterhin eine weitgehend torsionsfreie Lagerung der Einzelfasern vor deren Verarbeitung, so dass diese dem Herstellungsprozess eigenspannungsfrei zugeführt werden können.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch die Drehachsen der Vorratsrollen parallel zu den Drehachsen der Umlenkrollen liegen. Hierdurch lassen sich weitere Quellen für eine eventuelle Torsionsbelastung der Einzelfasern eliminieren.

Eine weitere Steigerung der Effizienz des Fertigungsverfahrens lässt sich vorteilhaft dadurch erreichen, dass das Faserbändchen auf eine Kabeltrommel aufgewickelt wird. Hierdurch lässt sich ein reel-to-reel-Prozess verwirklichen.

Um ein stabiles Faserbändchen als Endprodukt zu erhalten, in dem die Einzelfasern auch im Gebrauch des Faserbändchens vor Torsionen geschützt sind, ist es vorteilhaft, wenn die Erzeugung des Faserbändchens nach der Zusammenführung der Einzelfasern durch Umspritzen der Einzelfasern mit einem Hüllmate rial erfolgt. Das Hüllmaterial stellt vorteilhaft neben einem Schutz vor Verdrehung der Faserbändchen zueinander auch einen Schutz gegen Beschädigung der Oberfläche der Einzelfasern dar. Hierdurch wird während des Betriebs des Faserbändchens eine zuverlässige Funktion sichergestellt, da eine Verletzung der Oberfläche der Einzelfasern eine Verfälschung der Dämpfungseigenschaften zur Folge hätte.

Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die Einzelfasern während des Umspritzens und eines anschließenden Aushärtens des Hüllmaterials torsionsfrei geführt werden. Solange das Hüllmaterial nämlich noch nicht ausgehärtet ist, besteht immer noch die Gefahr einer Torsion der Einzelfasern, was zu einer Qualitätsverminderung des erzeugten Bandes führen würde. Eine Torsion der Einzelfasern während des Aushärtungsprozesses kann durch eine torsionsfreie Führung aufgrund der bereits erläuterten Umstände wirksam verhindert werden. Das Aushärten des Hüllmaterials soll im weiteren Sinne als jegliches Verfestigen des Hüllmaterials nach dem Umspritzen verstanden werden. Ein Aushärten kann beispielsweise bei Auswahl eines geeigneten Kunststoffes durch UV-Lichtbestrahlung erfolgen. Bei Verwendung von Thermoplasten als Umhüllmaterial wird als Aushärtungsprozess die Abkühlung und damit Erstarrung des Hüllmaterials verstanden.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. In den Figuren sind gleiche oder sich entsprechende Elemente mit jeweils den gleichen Bezugszeichen versehen und werden nur insoweit mehrfach erläutert, wie sich Abweichungen zwischen den einzelnen Figuren ergeben. Es zeigen

1 schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und

2 den Schnitt II-II gemäß 1.

Bei einer Herstellungsanlage gemäß 1 werden vier Einzelfasern 11 zu einem Faserbändchen 12 (welches beispielsweise als Fußgängersensor in dem Stoßfänger eines Kfz zum Einsatz kommen kann) zusammengeführt, nachdem diese mittels Lasern 13 abschnittsweise einer Oberflächenbehandlung unterworfen wurden. Zu diesem Zweck werden die Einzelfasern 11 von Vorratsrollen 14 abgerollt und laufen jeweils über Umlenkrollen 15a auf einer Sammelrolle 16 mit verhältnismäßig großem Umfang zusammen, auf der sie entsprechend ihrer Lage im zu erzeugenden Faserbändchen 12 parallel geführt werden. Die Führung auf den Umlenkrollen 15a ermöglicht gleichzeitig die Oberflächenbehandlung mittels der Laser 13, da die Umlenkrollen 15a eine Unterlage bilden auf der die Einzelfasern 11 hochgenau am Laser 13 vorbeigeführt werden können.
Von der Sammelrolle 16 werden die vier Einzelfasern gemeinschaftlich abgerollt und über weitere Umlenkrollen 15b parallel verlaufend einer Extrudiereinrichtung 17 zugeführt, in der sie mit einem Hüllmaterial umgespritzt werden. Anschließend wird das so entstandene Faserbändchen 12 einer Aushärtungsstrecke 18 zugeführt, die eine Linearführung 19 für das auszuhärtende Faserbändchen 12 und eine Lichtquelle 20 für die zur Aushärtung notwendige elektromagnetische Strahlung (UV-Licht) aufweist. Über einen Bandpuffer 21 wird das ausgehärtete und damit fertig gestellte Faserbändchen weiteren Umlenkrollen 15c zugeführt und über diese auf eine Kabeltrommel 22 aufgerollt. Mit Hilfe der Kabeltrommel kann das Faserbändchen einer Weiterverarbeitung zugeführt werden. Beispielsweise kann das Faserbändchen in geeignete Abschnitte abgelängt und als Sensorband mit einer Leuchtdioden und Fotodioden aufweisenden Auswertungseinheit verbunden werden (nicht dargestellt).
Gemäß 2 ist ein Schnitt durch die Sammelrolle 16 und eine der Umlenkrollen 15a dargestellt, wobei diese Rollen am Umfang derart profiliert sind, dass der Einzelfaser 11 über einen weiten Teil seines Umfanges an den Profilen 23 anliegt. Die Profile können in nicht dargestellter Weise mit einer Gummischicht versehen werden, um ein Verrutschen der Bänder zusätzlich zu erschweren.
Die Drehachsen 24a der Führungsrollen 15a und der Sammelrolle 16 sowie die Drehachsen 24b der Vorratsrollen 14 liegen alle parallel zueinander, d. h. senkrecht zur dargestellten Zeichenebene gemäß 1. Hierdurch wird die verwindungsfreie Führung der Einzelfasern 11 zusätzlich unterstützt. Auch die, Drehachsen 24c der weiteren Rollen 15c, 21 und 22 liegen senkrecht zur Zeichenebene, so dass auch das Aufwickeln des erzeugten Faserbändchens 12 weitgehend torsionsfrei erfolgen kann.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines optischen Faserbändchens (12) mit mehreren parallel verlaufenden optischen Einzelfasern (11), bei dem die Oberfläche der Einzelfasern (11) abschnittsweise derart behandelt wird, dass die Biegeabhängigkeit der optischen Dämpfung in den behandelten Abschnitten zunimmt, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserbändchen (12) kontinuierlich hergestellt wird, wobei die Einzelfasern (11) zumindest zwischen dem Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung und einem anschließenden Verfahrensschritt der Zusammenführung zwecks Erzeugung des Faserbändchens (12) torsionsfrei geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umlenkung der Einzelfasern (11) bei der torsionsfreien Führung durch Verbiegen der Einzelfasern (11) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbiegung der Einzelfasern (11) durch Umlenkrollen (15a, 15b, 16) erfolgt, über die die Einzelfasern (11) geführt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil (15a, 16) der Umlenkrollen (15a, 15b, 16) am Umfang derart profiliert ist,dass die Auflagefläche der betreffenden Umlenkrollen für die geführten Einzelfasern. (11) vergrößert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (24a) der Umlenkrollen (15a, 15b, 16) parallel zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der vorangeherden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfasern (11) von Varratsrollen (14) abgewickelt werden und dem Prozess zugeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachsen (24b) der Vorratsrollen (14) parallel zu den Drehachsen (24a) der Umlenkrollen (15a, 15b) liegen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserbändchen (12) auf eine Kabeltrommel (22) aufgewickelt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung des Faserbändchens (12) nach der Zusammenführung der Einzelfasern (11) durch Umspritzen der Einzelfasern (11) mit einem Hüllmaterial erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfasern (12) während des Umspritzens und eines anschließenden Aushärtens des Hüllmaterials torsionsfrei geführt werden.