DE102010039153A1

DE102010039153A1 - Verfahren zum Verbinden eines in ein Faserverbundbauteil eingebetteten Lichtleiters mit einem externen Lichtleiter

Info

Publication number: DE102010039153A1
Application number: DE102010039153A
Authority: DE
Inventors: Nicholas E. Brownjohn; Stefan Osternack
Original assignee: Airbus Operations GmbH
Current assignee: Airbus Operations GmbH
Priority date: 2010-08-10
Filing date: 2010-08-10
Publication date: 2012-02-16
Anticipated expiration: 2030-08-11
Also published as: JP6002668B2; WO2012020007A1; CA2805763A1; RU2595323C2; US20130301997A1; CN103201659A; EP2603824B1; JP2013535705A; CN103201659B; RU2013104641A; EP2603824A1; US9033594B2; DE102010039153B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Verbinden eines in ein Faserverbundbauteil (1), insbesondere eines Luft- und Raumfahrzeuges, eingebetteten Lichtleiters (2) mit einem externen Lichtleiter (11), mit folgenden Verfahrensschritten: Ermitteln eines Verlaufes des eingebetteten Lichtleiters (2) in dem Faserverbundbauteil (1); Bestimmen einer Knotenposition (P), an welcher der eingebettete Lichtleiter (2) mit dem externen Lichtleiter (11) zu koppeln ist; zumindest abschnittsweises Freilegen des eingebetteten Lichtleiters (2) an der Knotenposition (P) mittels eines Entfernens des Faserverbundbauteiles (1) zumindest teilweise um den eingebetteten Lichtleiter (2) herum; Durchtrennen des freigelegten, eingebetteten Lichtleiters (2); zueinander Ausrichten eines Endabschnittes (15) des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters (2) und eines Endabschnittes (16) des externen Lichtleiters (11); und Spleißen der zueinander ausgerichteten Endabschnitte (15, 16) der Lichtleiter (2, 11).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden eines in ein Faserverbundbauteil, insbesondere eines Luft- und Raumfahrzeuges, eingebetteten Lichtleiters mit einem externen Lichtleiter.
Obwohl auf beliebige Faserverbundbauteile anwendbar wird die vorliegende Erfindung in Bezug auf ein Faserverbundbauteil eines Luft- und Raumfahrzeuges erläutert.
Aufgrund der großen erforderlichen Anzahl an Verkabelungen und entsprechenden Kabelhaltern sind Kabelbäume von Luft- und Raumfahrzeugen äußerst komplex aufgebaut und schwer. Weiterhin ist eine spätere Erweiterung des Kabelbaums oder ein modularer Aufbau desselben schwer zu verwirklichen. Der Designprozess zur Auslegung eines derartigen Kabelbaumes ist langwierig, komplex und sehr fehleranfällig. Kundenspezifische Anpassungen und Erfordernisse sind nur mit großem konstruktiven Aufwand zu verwirklichen. Der Anmelderin sind Lösungsansätze betriebsbekannt, wobei die üblicherweise aus Kupfer gebildeten Verkabelungen eins zu eins durch Lichtleiteranordnungen ersetzt werden. Hierbei ergibt sich jedoch nur ein geringer Gewichtsvorteil und das mögliche Potential von Lichtleitern wird bei weitem nicht ausgenützt.
In Luft- und Raumfahrzeugen werden in Faserverbundbauteile eingebettete Lichtleiter zur Schadensüberwachung eingesetzt. Die WO 2007/063145 A1 beschreibt eine Faserverbundstruktur mit einer zumindest abschnittsweise in die Faserverbundstruktur eingebetteten optischen Faser, welche zur Schadensüberwachung der Faserverbundstruktur eingesetzt wird. Derartige eingebettete Lichtleiter sind jedoch auch zur Übertragung von Daten geeignet. Problematisch bei eingebetteten Lichtleitern ist jedoch die Anbindung derselben an externe, nicht in das Faserverbundbauteil eingebettete Lichtleiter, beispielsweise zur Anbindung des eingebetteten Lichtleiters an eine Lichtleitersteckverbindung.
Demgemäß beschreibt die US 7 039 276 B2 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ankoppeln eines ersten optischen Übertragungsmittels, wie beispielsweise einer optischen Faser, welche in ein Faserverbundbauteil eines Luft- und Raumfahrzeuges eingebettet ist, an ein zweites optisches Übertragungsmittel, wie ein optische Faser, welche außerhalb des Faserverbundbauteils angeordnet ist. Das Verfahren umfasst: Ermittlung der Position des ersten optischen Elementes, welches in dem Verbundbauteil eingebettet ist, beispielsweise mittels einer Röntgendurchleuchtung; Ausbilden eines Durchbruchs mittels Laserbearbeitung oder Bohren in das Verbundbauteil hin zum ersten optischen Übertragungsmittel; und Herstellen einer optischen Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten optischen Übertragungsmittel an dem Schnittpunkt des Durchbruchs und des ersten optischen Übertragungsmittels. Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch, dass ein kontrolliertes Durchtrennen des eingebetteten optischen Übertragungsmittels aufgrund der gleichzeitigen Durchtrennung des Faserverbundbauteils und des ersten optischen Übertragungsmittels schwer möglich ist. Hierdurch ist eine Nachbearbeitung des eingebetteten Lichtleiters nach dem Durchtrennen erforderlich, um eine zufriedenstellende optische Verbindung mit dem externen Lichtleiter zu erhalten. Dies bedeutet einen enormen Produktionsaufwand und erhöht die Ausschussrate. In industriellem Maßstab ist das Verfahren daher nicht einsetzbar.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren zum Verbinden eines in ein Faserverbundbauteil eingebetteten Lichtleiters mit einem externen Lichtleiter zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Demgemäß ist ein Verfahren zum Verbinden eines in ein Faserverbundbauteil, insbesondere eines Luft- und Raumfahrzeuges, eingebetteten Lichtleiters mit einem externen Lichtleiter vorgesehen, mit folgenden Verfahrensschritten: Ermitteln eines Verlaufes des eingebetteten Lichtleiters in dem Faserverbundbauteil; Bestimmen einer Knotenposition, an welcher der eingebettete Lichtleiter mit dem externen Lichtleiter zu koppeln ist; zumindest abschnittsweises Freilegen des eingebetteten Lichtleiters an der Knotenposition mittels eines Entfernens des Faserverbundbauteiles zumindest teilweise um den eingebetteten Lichtleiter herum; Durchtrennen des freigelegten, eingebetteten Lichtleiters; zueinander Ausrichten eines Endabschnittes des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters und eines Endabschnittes des externen Lichtleiters; und Spleißen der zueinander ausgerichteten Endabschnitte der Lichtleiter.
Somit ist es mit dem vorliegenden Verfahren möglich zunächst den eingebetteten Lichtleiter kontrolliert freizulegen und in einem darauffolgenden Schritt diesen sauber zu durchtrennen. Hierdurch ist es möglich, eine reproduzierbare und gleichbleibende Qualität der Trennstelle des eingebetteten Lichtleiters zu gewährleisten, wodurch eine zuverlässige Verbindung mit dem externen Lichtleiter herstellbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Verlauf des eingebetteten Lichtleiters in dem Faserverbundbauteil zerstörungsfrei, insbesondere mittels eines optischen Verfahrens, eines digitalen Shearografie-Verfahrens, eines Ultraschallverfahrens, eines Röntgenverfahrens, eines Interferometrieverfahrens oder dergleichen, ermittelt. Hierdurch ist ein schnelles, automatisierbares und zuverlässiges Ermitteln der Position des eingebetteten Lichtleiters in dem Faserverbundbauteil möglich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest abschnittsweise Freilegen des eingebetteten Lichtleiters mittels eines Verfahrens durchgeführt, welches lediglich das Faserverbundbauteil abträgt und keine abtragende Wirkung auf den eingebetteten Lichtleiter aufweist, wodurch eine Beschädigung des eingebetteten Lichtleiters bei dem Freilegen unterbunden wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zumindest abschnittsweise Freilegen des eingebetteten Lichtleiters mittels Laserstrahlung, insbesondere mittels infraroter Laserstrahlung, durchgeführt. Dies ermöglicht ein schnelles und reproduzierbares Freilegen des eingebetteten Lichtleiters, wodurch die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gesteigert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Durchtrennen des freigelegten eingebetteten Lichtleiters senkrecht zu einer Mittelachse des eingebetteten Lichtleiters durchgeführt, wodurch eine zuverlässige und haltbare Spleißverbindung mit dem externen Lichtleiter ermöglicht wird. Dies erhöht die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Durchtrennen des freigelegten, eingebetteten Lichtleiters mittels Laserstrahlung, insbesondere mittels ultravioletter Laserstrahlung, durchgeführt. Hierdurch ist eine schnelle Durchtrennung des eingebetteten Lichtleiters ohne ein berührendes Werkzeug möglich, wodurch die Prozesszeit des Verfahrens vorteilhaft reduziert wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das zueinander Ausrichten des Endabschnittes des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters und des Endabschnittes des externen Lichtleiters derart, dass die Mittelachsen der Endabschnitte kollinear zueinander angeordnet sind und dass sich die Stirnflächen der Endabschnitte in berührendem Kontakt miteinander befinden, wodurch eine optimale Ausrichtung der Endabschnitte zueinander gewährleistet ist.
Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei dem zueinander Ausrichten des Endabschnittes des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters und des Endabschnittes des externen Lichtleiters in einen der Lichtleiter ein Lichtstrahl eingespeist, welcher an einer von den Stirnflächen der Endabschnitte gebildeten Schnittstelle der Lichtleiter zumindest teilweise reflektiert wird, wobei bei einer optimalen Ausrichtung der Endabschnitte der Lichtleiter zueinander eine minimale Reflektion des Lichtstrahles an der Schnittstelle auftritt. Hierdurch ist eine schnelle und zuverlässige Überprüfung der Ausrichtung der Endabschnitte der Lichtleiter gewährleistet, wodurch die Produktionszuverlässigkeit erhöht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das zueinander Ausrichten der Endabschnitte der Lichtleiter mittels eines Ausrichtwerkzeuges, insbesondere mittels eines Substrates mit einer V-Nut, welche zumindest einen der Endabschnitte der Lichtleiter zumindest abschnittsweise aufnimmt, durchgeführt. Dies ermöglicht eine besonders exakte Ausrichtung der Endabschnitte zueinander, wodurch die Qualität der zu erstellenden Verbindung erhöht wird.
Gemäß einer vorzugsweisen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Spleißen der zueinander ausgerichteten Endabschnitte der Lichtleiter mittels Schmelzspleißen durchgeführt. Hierdurch wird eine qualitativ hochwertige und mechanisch belastbare Verbindung zwischen den Lichtleitern geschaffen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der eingebettete Lichtleiter und/oder der externe Lichtleiter als optische Faser und/oder als Anordnung einer Vielzahl optischer Fasern ausgebildet. Dies ermöglicht vorteilhaft eine flexible Verlegung des Lichtleiters, wodurch der Einsatzbereich des Verfahrens erweitert wird.
Gemäß einer noch weiteren bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der eingebettete Lichtleiter in eine Laminatschicht des Faserverbundbauteils eingewebt. Dies ermöglicht eine besonders einfache Verarbeitung des Lichtleiters und vereinfacht die Herstellbarkeit des Faserverbundbauteils.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 eine Teilschnittansicht eines Faserverbundbauteils;
2 eine Aufsicht eines Fasergewebes mit einem Lichtleiter;
3 eine Darstellung eines Verfahrens zum Verbinden eines in ein Faserverbundbauteil eingebetteten Lichtleiters mit einem externen Lichtleiter;
4 eine Seitenansicht eines auf einem Faserverbundbauteil montierten optischen Verbinders;
5 eine Teilschnittansicht eines Faserverbundbauteils mit einem zumindest abschnittsweise freigelegten eingebetteten Lichtleiter;
6 eine weitere Teilschnittansicht eines Faserverbundbauteils mit einem zumindest abschnittsweise freigelegten eingebetteten Lichtleiter;
7 eine noch weitere Teilschnittansicht eines Faserverbundbauteils mit einem zumindest abschnittsweise freigelegten eingebetteten Lichtleiter;
8 eine Seitenansicht zweier zueinander ausgerichteter Lichtleiter; und
9 eine Teilschnittansicht eines Ausrichtwerkzeuges zum zueinander Ausrichten zweier Lichtleiter.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden mit gleichzeitigem Bezug auf die 1 bis 9 erläutert.
Die 1 illustriert ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Faserverbundbauteiles 1, welches beispielsweise als Strukturelement 1 eines Luft- und Raumfahrzeuges ausgebildet ist. Das Strukturelement 1 ist beispielsweise als Stringer 1, Spant 1, Querträger 1 oder dergleichen des Luft- und Raumfahrzeuges ausgebildet. Das Faserverbundbauteil 1 ist vorzugsweise mit einem kohlefaserverstärktem Kunststoffmaterial („carbon fibre reinforced plastic”, CFRP) gebildet. Alternativ oder zusätzlich kann das Faserverbundbauteil 1 mit Glasfasern, Aramidfasern und/oder Borfasern oder einer Kombination dieser Materialien gebildet sein. Das Faserverbundbauteil 1 weist vorzugsweise eine Vielzahl an Laminatlagen oder Laminatschichten auf, von denen lediglich Laminatlagen 5–8 mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Anzahl der Laminatlagen 5–8 ist beliebig. Eine Laminatlage 5–8 ist beispielsweise jeweils als mit einem Matrixmaterial imprägniertes Fasergewebe, Fasergelege, Fasergestrick, Fasergewirk oder dergleichen ausgebildet. Die Laminatlagen 5–8 berühren einander vorzugsweise flächig.
Das Faserverbundbauteil 1 weist vorzugsweise einen in 1 geschnitten dargestellten, eingebetteten Lichtleiter 2 auf. Der eingebettete Lichtleiter 2 weist beispielsweise eine kreisrunde Querschnittsform auf. Der eingebettete Lichtleiter 2 kann beispielsweise als eingebettete optische Faser 2 oder als eine, in 2 illustrierte, Anordnung 10 einer Vielzahl an optischen Fasern 2 ausgebildet sein. Der eingebettete Lichtleiter 2 ist bevorzugt während eines Herstellungsprozesses des Faserverbundbauteils 1 in dieses eingebracht. Vorzugsweise verläuft der eingebettete Lichtleiter 2 über eine gesamte Längen-, Quer-, oder Dickenausdehnung des Faserverbundbauteils. Beispielsweise weist das Faserverbundbauteil 1 eine Vielzahl an Lichtleitern 2 auf, welche insbesondere in verschiedenen Ebenen und Richtungen durch das Faserverbundbauteil 1 laufen. Der eingebettete Lichtleiter 2 kann beispielsweise an eine Oberfläche 3 des Faserverbundbauteils 1 angebunden sein und lediglich von einer fixierenden Deckschicht 4 oder Matrixschicht 4 des Faserverbundbauteils 1 abgedeckt sein (1, erster Lichtleiter 2 von links). Weiterhin kann der Lichtleiter 2 zumindest abschnittsweise in die Oberfläche 3 bzw. in eine Laminatschicht 5 des Faserverbundbauteils 1 eingebettet sein und von der Matrixschicht 4 abgedeckt sein (1, zweiter Lichtleiter 2 von links). Ferner kann der eingebettete Lichtleiter 2 zwischen den oberflächennahen Laminatschichten 5, 6 in das Faserverbundbauteil 1 eingebettet sein (1, dritter Lichtleiter 2 von links). Der eingebettete Lichtleiter 2 kann beispielsweise zwischen tiefen Laminatschichten 7, 8 des Faserverbundbauteils 1 eingebettet sein. Der eingebettete Lichtleiter 2 kann beispielsweise in der jeweiligen Laminatlage 5–8 angeordnet sein, insbesondere kann der eingebettete Lichtleiter 2 als integraler Bestandteil der jeweiligen Laminatlage 5–8 ausgebildet sein. Außerhalb des Faserverbundbauteils 1 ist ein externer Lichtleiter 11, insbesondere eine externe optische Faser 11 oder eine Anordnung einer Vielzahl an externen optischen Fasern 11, angeordnet.
Die 2 illustriert eine Aufsicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Fasergewebes 9, insbesondere eines Kohlefasergewebes 9. Das Fasergewebe 9 weist vorzugsweise den eingebetteten Lichtleiter 2 auf. Der eingebettete Lichtleiter 2 ist beispielsweise als eingebettete optische Faser 2 oder gemäß der 2 als Anordnung 10 oder Array 10 einer Vielzahl an eingebetteten optischen Fasern 2 in das Fasergewebe 9 eingewebt. Insbesondere ist der eingebettete Lichtleiter 2 integral mit dem Fasergewebe 9 ausgebildet und wird in dieses vorzugsweise bei dessen Fertigung bereits eingebracht.
Die 3 stellt beispielhafte Verfahrensschritte einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Verbinden des in das Faserverbundbauteil 1 eingebetteten Lichtleiters 2 mit dem externen Lichtleiter 11 dar. In einem initialen Verfahrensschritt S1 werden zunächst das Faserverbundbauteil 1 mit dem eingebetteten Lichtleiter 2 und der externe Lichtleiter 11 bereitgestellt. Dies umfasst beispielsweise einen manuellen, automatisierten und/oder teilautomatisierten Herstellungsprozess des Faserverbundbauteils 1 und des Einbettungsvorganges des eingebetteten Lichtleiters 2 in das Faserverbundbauteil 1. Der Verfahrenschritt 1 kann auch einen Herstellungsvorgang zum Herstellen des Fasergewebes 9 mit dem eingewebten Lichtleiter 2 umfassen.
In einem Verfahrensschritt S2 wird ein Verlauf des eingebetteten Lichtleiters 2 in dem Faserverbundbauteil 1 ermittelt. Je nach der Lage, insbesondere der Tiefe, des eingebetteten Lichtleiters 2 in dem Faserverbundbauteil 1 gemäß der 1 wird zum Ermitteln des Verlaufes des eingebetteten Lichtleiters 2 in dem Faserverbundbauteil 1 beispielsweise ein optisches Verfahren, ein digitales Shearografie-Verfahren, ein Ultraschall-Verfahren, ein Röntgen-Verfahren, ein Interferometrie-Verfahren oder dergleichen angewandt. Wesentlich dabei ist, dass der Verlauf des eingebetteten Lichtleiters 2 in dem Faserverbundbauteil 1 zerstörungsfrei ermittelt wird.
In einem Verfahrensschritt S3 wird nach dem Bestimmen des Verlaufes des eingebetteten Lichtleiters 2 in dem Faserverbundbauteil 1 eine Knotenposition P gemäß der 4 bestimmt, an welcher der eingebettete Lichtleiter 2 mit dem externen Lichtleiter 11 zu koppeln ist. Der externe Lichtleiter 11 ist beispielsweise Komponente eines auf der Oberfläche 3 des Faserverbundbauteils 1 montierten optischen Verbinders 12. Der optische Verbinder 12 weist beispielsweise eine mit dem Faserverbundbauteil 1 gekoppelte, insbesondere mit der Oberfläche 3 verklebte, Buchse 23 und einen mit der Buchse lösbar gekoppelten Stecker 24 auf. Die Lage der Knotenposition P ist beispielsweise davon abhängig wo Informationen in den eingebetteten Lichtleiter 2 einzuspeisen oder von diesem zu entnehmen sind.
Nach dem Bestimmen der Knotenposition P erfolgt in einem Verfahrensschritt S4 ein vorzugsweise zumindest abschnittsweises Freilegen des eingebetteten Lichtleiters 2 an der Knotenposition P mittels einem Entfernen des Faserverbundbauteils 1 zumindest teilweise um den eingebetteten Lichtleiter 2 herum.
Hierzu ist beispielsweise ausgehend von der Oberfläche 3 eine sich in das Faserverbundbauteil 1 in Richtung des eingebetteten Lichtleiters 2 erstreckende Ausnehmung 25 ausgebildet. Die 5 bzw. 6 illustrieren in einer Seitenansicht bzw. in einer Schnittansicht des eingebetteten Lichtleiters 2 den zumindest abschnittsweise freigelegten, eingebetteten Lichtleiter 2. Hierbei ist das Faserverbundbauteil 1 teilweise um den eingebetteten Lichtleiter 2 herum entfernt, das heißt, der eingebettete Lichtleiter 2 liegt beispielsweise zumindest abschnittsweise mit einem Umfang 26, insbesondere einer Umfangsfläche 26, des eingebetteten Lichtleiters 2 an dem Faserverbundbauteil 1, insbesondere der Ausnehmung 25, an. Vorzugsweise ist der eingebettete Lichtleiter 2 gemäß 7 um seinen vollständigen Umfang 26 herum von dem Faserverbundbauteil 1 befreit, wobei die Ausnehmung 25 sich tiefer in das Faserverbundbauteil 1 erstreckt als der eingebettete Lichtleiter 2 tief in dem Faserverbundbauteil 1 positioniert ist. Das zumindest abschnittsweise Freilegen des eingebetteten Lichtleiters 2 erfolgt bevorzugt mittels eines Verfahrens, welches lediglich selektiv das Faserverbundbauteil 1 abträgt und keine abtragende Wirkung auf den eingebetteten Lichtleiter 2 aufweist. Als Verfahren zum Freilegen des eingebetteten Lichtleiters 2 in dem Faserverbundbauteil 1 ist beispielsweise ein Ätz- oder ein Laserverfahren einsetzbar, welches selektiv das Faserverbundbauteil 1 abträgt. Beispielsweise kann das zumindest abschnittsweise Freilegen des eingebetteten Lichtleiters 2 mittels einer Kohlendioxidlasereinrichtung durchgeführt werden, welche insbesondere infrarote Laserstrahlung emittiert. Die Laserstrahlung wird von dem Material des Faserverbundbauteils 1 absorbiert und führt zu einer kontrollierten Ablation des Faserverbundbauteil 1 in einem begrenzten Bereich, beispielsweise in dem Bereich des Knotenpunktes P, aufgrund von Wärmeeinbringung. Die beispielsweise infrarote Laserstrahlung durchdringt den eingebetteten Lichtleiter 2 und trägt von diesem kein Material ab. Somit kann der eingebettete Lichtleiter 2 ohne jegliche Beschädigungen freigelegt werden.
In einem Verfahrensschritt S5 wird ein Durchtrennen, ein sogenanntes „cleaving” des freigelegten, eingebetteten Lichtleiters 2 durchgeführt. Der eingebettete Lichtleiter 2 wird dabei bevorzugt derart durchtrennt, dass die Trennung des eingebetteten Lichtleiters 2 senkrecht zu einer Mittelachse 13 des eingebetteten Lichtleiters 2 erfolgt. Das Durchtrennen des freigelegten, eingebetteten Lichtleiters 2 wird beispielsweise mittels Laserstrahlung durchgeführt. Vorzugsweise wird der eingebetteten Lichtleiter 2 mittels ultravioletter Laserstrahlung, beispielsweise mittels Laserstrahlung einer Helium-Cadmium-Lasereinrichtung, durchtrennt. Eine Wellenlänge der Laserstrahlung weist dabei einen derartigen Wellenlängenbereich auf, dass die Laserstrahlung von dem eingebetteten Lichtleiter 2 unter Wärmeerzeugung in dem eingebetteten Lichtleiter 2 absorbiert wird. Hierdurch entsteht an dem freigelegten eingebetteten Lichtleiter 2 eine Durchtrennung 27. Eine Länge l des durchtrennten, freigelegten, eingebetteten Lichtleiters 2 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Endabschnitt 15 des eingebetteten Lichtleiters 2 beispielsweise in Richtung der Oberfläche 3 des Faserverbundbauteils 1 knickfrei aufgebogen und aus dem Faserverbundbauteil 1 herausgeführt werden kann. Vorzugsweise ist die Länge l derart bemessen, dass der Endabschnitt 15 zumindest abschnittsweise über die Oberfläche 3 aus dem Faserverbundbauteil 1 hinausführbar ist. Insbesondere entspricht der Verlauf und die Form des freigelegten, durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters 2 nach dem Herausführen aus dem Faserverbundbauteil 1 in etwa einem sogenannten harmonischen S-Verlauf. Das heißt, der Verlauf des eingebetteten Lichtleiters 2 entspricht nach dem Herausführen aus dem Faserverbundbauteil 1 vorzugsweise dem Verlauf einer Gaußschen Fehlerfunktion. Der herausgeführte eingebettete Lichtleiter 2 ist in 7 gestrichelt dargestellt. Eine Stirnfläche 14 des Endabschnittes 15 des eingebetteten Lichtleiters 2 kann anschließend weiter bearbeitet, beispielsweise poliert oder chemisch behandelt werden. Vorzugsweise ist die Oberflächenqualität der Stirnfläche 14 nach dem Durchtrennen derart ausgebildet, dass keine weitere Nachbearbeitung erforderlich ist. Eine Ausdehnung der Ausnehmung 25 in dem Faserverbundbauteil 1 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Endabschnitt 15 des eingebetteten Lichtleiters 2 zum Verbinden mit dem externen Lichtleiter 11 komfortabel über die Oberfläche 3 herausgeführt oder gebogen werden kann.
In einem Verfahrensschritt S6 erfolgt ein zueinander Ausrichten des Endabschnittes 15 des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters 2 und eines Endabschnittes 16 des externen Lichtleiters 11. Der Verfahrensschritt S6 kann ein zumindest abschnittsweises Aufbiegen und Herausführen des Endabschnittes 15 aus dem Faserverbundbauteil 1 umfassen. Die Endabschnitte 15, 16 werden dabei vorzugsweise derart zueinander ausgerichtet, dass die Mittelachse 13 des Endabschnittes 15 des eingebetteten Lichtleiters 2 und eine Mittelachse 17 des Endabschnittes 16 des externen Lichtleiters kollinear zueinander angeordnet sind und dass die Stirnfläche 14 des Endabschnittes 15 des eingebetteten Lichtleiters 2 vorzugsweise in berührendem Kontakt mit einer Stirnfläche 18 des Endabschnittes 16 des externen Lichtleiters 11 steht. Beim zueinander Ausrichten des Endabschnittes 15 des durchtrennten eingebetteten Lichtleiters 2 und des Endabschnittes 16 des externen Lichtleiters 11 wird beispielsweise in einen der beiden Lichtleiter 2, 11 ein Lichtstrahl 28 eingespeist. Der Lichtstrahl 28 wird an einer von den Stirnflächen 14, 18 der Endabschnitte 15, 16 gebildeten Schnittstelle 19, gemäß der 8, zumindest teilweise reflektiert. Bei einer optimalen Ausrichtung der Endabschnitte 15, 16 der Lichtleiter 2, 11 tritt eine minimale Reflektion des Lichtstrahls 28 an der Schnittstelle 19 auf. Somit ist eine Überprüfung der optimalen Ausrichtung der Endabschnitte 15, 16 zueinander möglich. Das zueinander Ausrichten der Endabschnitte 15, 16 der Lichtleiter 2, 11 erfolgt insbesondere mittels eines in 9 illustrierten beispielhaften Ausrichtwerkzeuges 20, welches beispielsweise als Substrat 21 mit einer V-Nut 22 ausgebildet ist. Die V-Nut 22 des Ausrichtwerkzeuges ist zum zumindest abschnittsweise Aufnehmen der Endabschnitte 15, 16 der Lichtleiter 2, 11 ausgebildet. Somit ist ein optimales Ausrichten der Endabschnitte 15, 16 der Lichtleiter 2, 11 zueinander gewährleistet.
In einem Verfahrensschritt S7 werden die zueinander ausgerichteten Endabschnitte 15, 16 der Lichtleiter 2, 11 miteinander verspleißt. Vorzugsweise werden die zueinander ausgerichteten Endabschnitte 15, 16 der Lichtleiter 2, 11 mittels einem Schmelzspleiß-Verfahren miteinander verbunden. Hierbei werden die Endabschnitte 15, 16 zusammengeschmolzen.
In einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens kann der eingebettete Lichtleiter 2 vor dem zumindest abschnittsweisen Freilegen bereits durchtrennt werden. Hierzu ist der eingebettete Lichtleiter 2 vorzugsweise in das Fasergewebe 9 eingewebt. Beim Freilegen des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters 2 wird dieser aufgrund einer Wechselwirkung mit Fasern des Fasergewebes 9, welche den eingebetteten Lichtleiter 2 umgeben und mit diesem verwobenen sind, in einem gewissen Winkel aus dem Faserverbundbauteil 1 herausragen. Hierdurch ist ein einfaches Ausrichten und Spleißen der Lichtleiter 2, 11 ermöglicht.
Mit dem zuvor erläuterten Verfahren ist es möglich, einen externen Lichtleiter 11 an beliebigen Knotenpositionen mit einem in dem Faserverbundbauteil 1 eingebetteten Lichtleiter 2 zu koppeln. Dadurch, dass beispielsweise in dem Faserverbundbauteil 1 eine Vielzahl an eingebetteten Lichtleitern 2 vorgesehen ist, ist komfortabel bei geringem Gewicht ein integriertes, jederzeit erweiterbares und individuell an die Erfordernisse anpassbares Lichtleiternetzwerk zu verwirklichen.
Bezugszeichenliste

1: Faserverbundbauteil
2: Lichtleiter
3: Oberfläche
4: Matrixschicht
5: Laminatschicht
6: Laminatschicht
7: Laminatschicht
8: Laminatschicht
9: Fasergewebe
10: Anordnung
11: externer Lichtleiter
12: optischer Verbinder
13: Mittelachse
14: Stirnfläche
15: Endabschnitt
16: Endabschnitt
17: Mittelachse
18: Stirnfläche
19: Schnittstelle
20: Ausrichtwerkzeug
21: Substrat
22: V-Nut
23: Buchse
24: Stecker
25: Ausnehmung
26: Umfang
27: Durchtrennung
28: Lichtstrahl
l: Länge
P: Knotenposition

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2007/063145 A1 [0004]
US 7039276 B2 [0005]

Claims

Verfahren zum Verbinden eines in ein Faserverbundbauteil (1), insbesondere eines Luft- und Raumfahrzeuges, eingebetteten Lichtleiters (2) mit einem externen Lichtleiter (11), mit folgenden Verfahrensschritten: Ermitteln eines Verlaufes des eingebetteten Lichtleiters (2) in dem Faserverbundbauteil (1); Bestimmen einer Knotenposition (P), an welcher der eingebettete Lichtleiter (2) mit dem externen Lichtleiter (11) zu koppeln ist; zumindest abschnittsweises Freilegen des eingebetteten Lichtleiters (2) an der Knotenposition (P) mittels eines Entfernens des Faserverbundbauteiles (1) zumindest teilweise um den eingebetteten Lichtleiter (2) herum; Durchtrennen des freigelegten, eingebetteten Lichtleiters (2); zueinander Ausrichten eines Endabschnittes (15) des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters (2) und eines Endabschnittes (16) des externen Lichtleiters (11); und Spleißen der zueinander ausgerichteten Endabschnitte (15, 16) der Lichtleiter (2, 11).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des eingebetteten Lichtleiters (2) in dem Faserverbundbauteil (1) zerstörungsfrei, insbesondere mittels eines optischen Verfahrens, eines digitalen Shearografie-Verfahrens, eines Ultraschallverfahrens, eines Röntgenverfahrens, eines Interferometrieverfahrens oder dergleichen, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest abschnittsweise Freilegen des eingebetteten Lichtleiters (2) mittels eines Verfahrens durchgeführt wird, welches lediglich das Faserverbundbauteil (1) abträgt und keine abtragende Wirkung auf den eingebetteten Lichtleiter (2) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest abschnittsweise Freilegen des eingebetteten Lichtleiters (2) mittels Laserstrahlung, insbesondere mittels infraroter Laserstrahlung, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtrennen des freigelegten eingebetteten Lichtleiters (2) senkrecht zu einer Mittelachse (13) des eingebetteten Lichtleiters (2) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchtrennen des freigelegten, eingebetteten Lichtleiters (2) mittels Laserstrahlung, insbesondere mittels ultravioletter Laserstrahlung, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zueinander Ausrichten des Endabschnittes (15) des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters (2) und des Endabschnittes (16) des externen Lichtleiters (11) derart erfolgt, dass die Mittelachsen (13, 17) der Endabschnitte (15, 16) kollinear zueinander angeordnet sind und dass sich die Stirnflächen (14, 18) der Endabschnitte (15, 16) in berührendem Kontakt miteinander befinden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem zueinander Ausrichten des Endabschnittes (15) des durchtrennten, eingebetteten Lichtleiters (2) und des Endabschnittes (16) des externen Lichtleiters (11) in einen der Lichtleiter (2, 11) ein Lichtstrahl eingespeist wird, welcher an einer von den Stirnflächen (14, 18) der Endabschnitte (15, 16) gebildeten Schnittstelle (19) der Lichtleiter (2, 11) zumindest teilweise reflektiert wird, wobei bei einer optimalen Ausrichtung der Endabschnitte (15, 16) der Lichtleiter (2, 11) zueinander eine minimale Reflektion des Lichtstrahles an der Schnittstelle (19) auftritt.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zueinander Ausrichten der Endabschnitte (15, 16) der Lichtleiter (2, 11) mittels eines Ausrichtwerkzeuges (20), insbesondere mittels eines Substrates (21) mit einer V-Nut (22), welche zumindest einen der Endabschnitte (15, 16) der Lichtleiter (2, 11) zumindest abschnittsweise aufnimmt, durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spleißen der zueinander ausgerichteten Endabschnitte (15, 16) der Lichtleiter (2, 11) mittels Schmelzspleißen durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingebettete Lichtleiter (2) und/oder der externe Lichtleiter (11) als optische Faser (2, 11) und/oder als Anordnung (10) einer Vielzahl optischer Fasern (2, 11) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eingebettete Lichtleiter (2) in eine Laminatschicht (9) des Faserverbundbauteils (1) eingewebt wird.