DE19539588A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bündels von Lichtwellenleiterfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bündeln von Lichtwellenleiterfasern, wobei die einzelnen Fasern entweder vollständig aus Kunststoff bestehen (polymere optische Fasern) oder mit Kunststoffmaterialien beschichtet sind (kunststoffbeschichtete Glasfasern). Insbesondere zielt die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Bündels von polymeren optischen Fasern, bei dem eine Mehrzahl von polymeren oder mit einem Polymer beschichteten optischen Fasern zu einem Bündel gleichsinnig geordneter optischer Fasern zunächst lösbar und dann dauerhaft fixiert wird, wobei die lösbare Fixierung die Festlegung der relativen Anordnung der einzelnen optischen Fasern zueinander im dauerhaft fixierten Bündel umfaßt.

Polymere optische Fasern werden zunehmend in der Beleuchtung eingesetzt. Ein typisches faseroptisches Beleuchtungssystem besteht aus einer Halogenlampe oder einer Entladungslampe und einem Faserbündel. Für einen Farbwechsel wird im allgemeinen noch eine rotierende Farbfilterscheibe zwischen Lichtquelle und Bündel angeordnet. Hierdurch ist es möglich, durch Rotation der Filterscheibe die Lichtfarbe zu wechseln. Zum Zwecke der Lichtverteilung werden vorzugsweise Faserbündel eingesetzt, die auf der Lichteinkoppelseite vollständig gefaßt werden, während auf der Auskoppelseite das Faserbündel in Einzelbündel mit gleichen oder verschiedenen Durchmessern aufgeteilt wird.

Der nähere Stand der Technik wird durch folgende Druckschriften repräsentiert:

EP 0 595 246 A1 = D1,
GB 2 277 605 A = D2,
US-PS-5,073,314 = D3 und
DD 2 39 563 Al = D4.

Eine spezielle Bündelungstechnik von polymeren optischen Fasern wird in der D1 beschrieben. Es werden faseroptische Bündel und ein Verfahren zu deren Herstellung offenbart, bei welchem

• (a) eine Vielzahl polymerer optischer Fasern, die entlang ihrer Längsachse eine aus einem speziellen Faserziehverfahren resultierende mechanische Spannung aufweisen, in einer Hülse aus einem relativ harten und steifen Material angeordnet werden, wobei die Hülse eine Erweichungstemperatur besitzt, die zumindest 10°C über der Erweichungstemperatur der optischen Fasern aus Kunststoff liegt; und
• (b) das entstehende faseroptische Bündel einer Temperaturbehandlung unterzogen wird, wobei die mechanische Spannung der Fasern abgebaut wird, so daß die optischen Fasern mit der Hülse und gegenseitig in Wechselwirkung treten und es zur Bildung von faseroptischen Bündeln kommt, in welchen der von den Fasern ausgefüllte Querschnittsanteil innerhalb der Hülse größer ist als vor der Temperaturbehandlung.

Bei der in der D1 beschriebenen Bündelungstechnik von polymeren optischen Fasern wird also ausgenutzt, daß Kunststofflichtwellenleiter bei Erwärmung oberhalb des Glaspunktes in der Länge schrumpfen und im Durchmesser zunehmen. Eine Erwärmung von in einen Kunststoffhohlzylinder (Buchse, Hülse) eingefädelten Lichtwellenleitern führt dazu, daß die Lichtwellenleiter verschmelzen und den Kunststoffhohlzylinder (Hülse, Buchse oder dergleichen) ohne Zwischenräume ausfüllen. Durch diese dichteste Packung der Lichtwellenleiter wird eine maximale Lichteinkopplung erreicht. Zur Erwärmung des Kunststoffhohlzylinders und der darin angeordneten gleichsinnig ausgerichteten polymeren optischen Fasern wird gemäß der D1 bevorzugt eine Heißluftpistole eingesetzt. Alternativ wird eine elektrische Widerstandsheizung oder eine Erwärmung mittels IR-Strahlungsquelle vorgeschlagen.

Bei der Herstellung von Faserbündeln mit größeren Durchmessern und einer Vielzahl von Fasern treten bei den gemäß der D1 hergestellten Faserbündeln immer wieder Faserverbände auf, in denen die näher an der Peripherie gelegenen Fasern einen von den in der Nähe des Zentrums des Bündels befindlichen Fasern abweichenden Durchmesser aufweisen.

Eine homogene Temperaturverteilung im Verschmelzungsbereich ist praktisch kaum zu realisieren. Da die Wärme von außen zugeführt wird, werden äußere Fasern immer thermisch stärker belastet als die Inneren. Die äußeren Fasern haben aufgrund des schnelleren Überganges in den thermoplastischen Zustand immer einen kleineren Durchmesser. Dies führt aufgrund der geringeren eingekoppelten Lichtleistung zu einer inhomogenen Lichtverteilung am Ausgang. Um mit dieser Technik eine gleichmäßige Erwärmung zu erzielen, müßte das Bündelende sehr langsam an die maximale Temperatur herangeführt werden. Dies führt zu Verschmelzzeiten von mindestens 0,5 bis 1h, was für eine industrielle Fertigungsweise wenig zweckmäßig scheint.

Das allgemeine thermische Verschmelzen von optischen Glasfasern mittels eines Ofens sowie das Verkleben von Lichtwellenleitern ist Gegenstand der D2. Die typischerweise eingesetzten Epoxydharzsysteme haben eine Temperaturbeständigkeit von maximal 150-200°C. Es ist bekannt, daß die eingesetzten transparenten Kleber bereits unterhalb dieses Temperaturbereiches dazu neigen, sich zu verfärben. Ein dunkler Kleber absorbiert bei Bestrahlung sämtliche Strahlungsenergie, besonders die Infrarotstrahlung. Die Folge ist eine schnell zunehmende Erwärmung des Klebers und damit auch der Fasern auf Temperaturen weit oberhalb der maximalen Gebrauchstemperatur. Ein thermischer Abbauprozeß des Lichtwellenleiters setzt bei diesen weit erhöhten Temperaturen unverzüglich ein. Im Extremfall kann sogar eine Verbrennung der Kunststofflichtwellenleiter einsetzen. Die üblicherweise eingesetzten Klebstoffe enthalten Lösungsmittel, die die Faser angreifen. Dies führt zur Beeinträchtigung der optischen Fasereigenschaften. Wasserlösliche Klebstoffe würden die Faser nicht angreifen. Der Nachteil dieser Kleber liegt aber in der unzureichenden Haftung an den Kunststofflichtleitern, wodurch keine Fixierung der zu bündelnden Fasern an der Einkoppelstelle erreicht wird.

Gemäß der D3 ist ebenfalls das Verschmelzen von wenigen Kunststoff-Kernfasern mittels eines hochfrequenten elektrischen Wechselfeldes bekannt. Kunststoff-Kernfasern sind dabei Kunststoffasern ohne Reflexionsschicht. Das Ziel der D3 besteht in der Herstellung eines Sternkopplers, d. h. eines optischen Bauteils, welches die Lichtleitung in einer Eingangsfaser auf mehrere Ausgangsfasern verteilt. Bei der in der D3 dargestellten Methode werden wenige Kernfasern zu einem homogenen Block verschmolzen. Durch zusätzlich aufgebrachten Druck entsteht ein homogener Block, in dem die Einzelfasern im Gegensatz zur Bündelungstechnologie nicht mehr zu erkennen sind.

Alternativ ist der Literatur (D4) auch ein Verfahren zur Herstellung von Köpfen an Hohlfaserbündeln entnehmbar, bei dem Köpfe an Hohlfaserbündeln angebracht werden, die in Hohlfaserdialysatoren verwendet werden. Dazu werden die zu einem Bündel zusammengelegten Hohlfasern unmittelbar vor ihren Enden mit einem Haftmittel fixiert, danach mit ihren beiden Stirnseiten etwa 1 mm in ein flüssiges Siegelmaterial getaucht, anschließend zunächst mit dem Ende und danach mit dem anderen Ende senkrecht in eine Form gestellt, von deren Unterseite solange eine Gießharzmischung zugeführt wird, bis der Spiegel der Gießharzmischung die Höhe des vorgeschriebenen Bündelkopfes erreicht hat. Im Anschluß daran wird an die Form ein 3 elektrisches Wechselfeld zwischen 1 MHz und 100 MHz über einen Zeitraum von 10 bis 600 Sekunden bei einer Feldstärke von 2 × 10⁶ V/m bis 1 × 10⁵ V/m gelegt. Dadurch wird gemäß der D4 das Eindringen der Gießharzmischung in das Innere der Hohlfasern vermieden.

Allen oben aufgeführten Verfahren, die sich auf die Bündelung polymerer optischer Fasern beziehen, ist gemeinsam, daß sie Produkte ergeben, die auf die eine oder andere bereits angesprochene Weise nachteilig sind. So sind entweder aufgrund unterschiedlicher Durchmesser der einzelnen Fasern inhomogene Lichtverteilungen zu befürchten, es kann eine nicht tolerierbare Erwärmung der Faseroptiken auftreten oder die Fasern verschmelzen vollständig, so daß die Einzelfasern nicht mehr erkennbar sind. Schließlich haben Verfahren, die zu sonst brauchbaren Ergebnissen führen den Nachteil, daß sie häufig zeitaufwendig oder technisch schwer realisierbar sind.

Angesichts des hierin angegebenen und diskutierten Standes der Technik war es mithin Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs erwähnten Gattung anzugeben, das serientauglich ist, fasererhaltend zu thermisch relativ beständigen Faserbündeln führt und gleichzeitig mit relativ einfachen Mitteln kostengünstig zu realisieren ist. Dabei soll die durch die Erfindung geschaffene Bündelungstechnik gerade die Herstellung relativ großer ünd qualitativ hochwertiger Bündeldurchmesser schnell und reproduzierbar zulassen. Außerdem sollen die hergestellten Bündel stabil sein und insbesondere auftretenden Zugkräften von bis zu 70 N widerstehen können, ohne daß es zur Auflösung des Bündels kommt.

Gelöst werden diese sowie weitere nicht näher angegebene Aufgaben durch ein Verfahren der eingangs erwähnten Art mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Anspruches 1. Vorteilhafte Modifikationen des Verfahrens der Erfindung werden in den von Anspruch 1 abhängigen Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Dadurch, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art das lösbar fixierte Bündel zur dauerhaften Fixierung der einzelnen optischen Fasern wenigstens in einem Abschnitt seiner Länge mit einer sich nach der Anwendung verfestigenden Schmelze eines Kunststoffs umspritzt wird, gelingt es besonders vorteilhaft ein Verfahren bereitzustellen, welches die bekannten Verfahren sowohl hinsichtlich der Einfachheit, der Automatisierbarkeit, der benötigten Verschmelzungszeit als auch der Qualität der resultierenden Verfahrensprodukte in nicht ohne weiteres vorhersehbarer Weise verbessert.

Gemäß der Erfindung werden vorzugsweise in gewünschter Weise angeordnete zu einem anwendungstauglichen Bündel zu verbindende optischen Kunststoffasern oder mit Kunststoff beschichtete optische Fasern aus einem anderen Material, bevorzugt beschichtete Glasfasern, unter bestimmten Bedingungen mit einem heißen, fließfähigen Kunststoffmaterial durch Umspritzung in Kontakt gebracht. Durch geeignete Maßnahmen wird der Kontakt zwischen Kunststoffmaterial und zu bündelnden optischen Fasern solange aufrecht erhalten, bis das Kunststoffmaterial in vorbestimmbarer äußerer Form erstarrt, so daß eine Kombination aus Faserbündel und Kunststoffmaterial bei den üblichen Einsatzbedingungen des fertigen Bündels stabil und starr ist.

Das Umspritzen ist bereits von anderen technisch angewendeten Verfahren bekannt, ein Umspritzen eines lösbar fixierten Bündels optischer Fasern wurde jedoch aufgrund der Empfindlichkeit der Fasern von der Fachwelt bislang nicht in Betracht gezogen.

So beschäftigen sich unter anderen folgende Druckschriften mit dem allgemeinen Stand der Technik zum Umspritzen mit Kunststoffmassen:

DE 36 20 572 A1 = D5,
DE 34 18 224 A1 = D6 und
EP-A-0 539 542, DE 41 14 156 A1 = D7.

Die D5 zeigt das Bündeln von Siliziumdioxid- oder auch Keramikfasern mittels eines Schrumpfschlauches. Hierbei wird dieser mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Ein direktes Umspritzen der Fasern wird aufgrund der geringen mechanischen Festigkeit ausgeschlossen.

Gegenstand der D6 ist die Verwendung der Spritzgußtechnik zur Herstellung einer Antistatikbürste. Hierbei werden Faserbündel, bestehend aus Polypropylen-, Nylon- oder Polycarbonatfasern, mit einem elektrisch leitenden Kunststoff umspritzt. Die Oberflächengüte der einzelnen Fasern muß bei dieser Fertigung nicht beachtet werden, da hierdurch keine Funktionsbeeinträchtigung resultiert. Im Gegensatz zu optischen Fasern ist eine Prozeßführung zu finden, die es erlaubt Fasern ohne Beschädigung zu bündeln.

Ebenfalls beschrieben wird das Anspritzen eines Kunststoffsteckers an eine teilweise abisolierte Ader (D7). Hierbei wird teilweise direkt auf eine Kunststoffaser oder auf eine Faser, die mit einem wärmeisolierenden Schutzmantel versehen wurde, aufgespritzt.

Das Umspritzen eines Faserbündels mit heißem geschmolzenen Kunststoff zur Herstellung einer dauerhaften und stabilen faseroptischen Einheit, wie es durch die Erfindung zur Verfügung gestellt wird, ist aufgrund der oben angestellten Überlegungen durch D5-D7 jedoch nicht nahegelegt.

Insbesondere wurde im Rahmen der Erfindung gefunden, daß bei genau festgelegter Prozeßführung Faserbündel resultieren, welche alle oben angeführten Anforderungen an kommerziell verwendbare Faserbündel erfüllen.

Die Umspritzung wird erfindungsgemäß vorteilhaft so geführt, daß die Schmelze im wesentlichen nicht zwischen die im Inneren des Bündels angeordneten optischen Fasern eindringt und nur die im lösbar fixierten Bündel radial außenliegenden optischen Fasern mit dem Kunststoff, der zur Umspritzung dient, in Kontakt kommt. Teilweise kann es jedoch auch dazu kommen, daß die heiße Kunststoffschmelze in die Zwickel zwischen den Fasern des Bündels eindringt. Dies kann für bestimmte Anwendungen bevorzugt sein. Die Eindringtiefe kann durch geeignete Maßnahmen beeinflußt werden. Im Extremfall ist auch eine weitgehende Auffüllung der Zwischenräume zwischen den Fasern mit Kunststoffmaterial denkbar.

In der Erfindung wird eine Mehrzahl von polymeren oder mit einem Polymer beschichteten optischen Fasern vor der eigentlichen dauerhaften Fixierung durch Umspritzen mit einem Kunststoffmaterial zunächst lösbar zu einem Bündel gleichsinniger optischer Fasern angeordnet.

Hierbei umfaßt der Terminus "lösbare Fixierung" im Sinne der Erfindung zum einen die relative Ausrichtung der einzelnen optischen Fasern zueinander, d. h. die gleichsinnige Orientierung der Fasern, so wie sie nach der Bündelung im dauerhaft fixierten Bündel sein soll. Zum anderen gehört zur "lösbaren Fixierung" neben der losen Ausrichtung der Fasern des Bündels auch eine Fixierung, d. h. die Erzeugung einer dichtesten Packung der lose geordneten Fasern zumindest in einem Teil eines Längsabschnitts des dauerhaft zu fixierenden Bündels.

Die einzelnen optischen Fasern lassen sich grundsätzlich auf jede dem Fachmann geläufige Art und Weise ausrichten. Insbesondere sind alle Methoden geeignet, welche die Erzeugung eines losen Bündels von Fasern gestatten. So ist es beispielsweise möglich, die Lichtwellenleiterfasern manuell oder auch maschinell durch eine muffen- oder buchsenförmigen Führung hindurchzuführen und dabei auf gewünschte Weise auszurichten.

Zweckmäßig werden für das erfindungsgemäße Verfahren in der Regel 2 bis 10⁵, vorzugsweise 4 bis 1000, Lichtwellenleiterfasern aus einem Polymermaterial oder mit einem Kunststoffmaterial beschichtete optische Fasern zunächst durch eine Führung gefädelt, die eine genaue Plazierung der Fasern im Bündel sicherstellt. Eine bestens geeignete Verfahrensweise mit entsprechender Führung ist z. B. in der US-PS 3,819,442 beschrieben.

Die Fixierung des losen Bündels von ausgerichteten Fasern wird in vorteilhafter Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch erreicht, daß die optischen Fasern während der Umspritzung mit Kunststoffmaterial wenigstens in einem zu umspritzenden Abschnitt des geordneten Bündels zusammengepreßt werden.

Das Zusammenpressen des ausgerichteten Bündels während des Umspritzen kann mit allen Mitteln erfolgen, die geeignet sind, einen regulierbaren Druck auf wenigstens einen Abschnitt des geordneten Bündels auszuüben. Der Druck ist dabei so zu regulieren, daß die einzelnen gegeneinader gepreßten Fasern nicht geschädigt werden. Geeignet sind beispielsweise im weitesten Sinne alle mechanischen Klemmmittel aber auch Luftdruck etc.

Beispielsweise kann das Zusammenpressen des Bündels dadurch erfolgen, daß ein nach Durchlaufen eines oben angesprochenen Führungselementes gebildetes loses Faserbündel durch ein Klemmwerkzeug geführt wird, welches einen mechanischen Druck auf das lose Bündel ausüben kann. Ein solches Klemmwerkzeug besteht z. B. aus drei Backen, die das Bündel aufnehmen und bei Kontakt regelbar zusammenpressen.

Besonders günstig ist es für die vorliegende Erfindung, wenn das dauerhaft zu fixierende Bündel im wesentlichen gleichmäßig durch radial wirkende Klemmittel zusammengepreßt wird. Bei der radial gleichmäßigen Druckbeaufschlagung wird insbesondere vorteilig die hohe Querdruckfestigkeit der Fasern ausgenutzt.

Hierzu ist es unter anderem bevorzugt, wenn als Klemmittel ein das dauerhaft zu fixierende Bündel im gewünschten Abschnitt umfassender geschlossener aufblasbarer Schlauch aus einem geeigneten Kunststoffmaterial verwendet wird, wobei der Schlauch vor dem Umspritzen des Bündels aufgeblasen wird und so zur lösbaren Fixierung während des Umspritzens die einzelnen optischen Fasern des Bündels beschädigungsfrei zusammendrückt.

Zweckmäßig ist der kreisförmige aufblasbare Schlauch aus Silikonkautschuk gefertigt und zumindest teilweise in die Backen eines Klemmwerkzeugs eingelassen. Der Schlauch wird so um das Faserbündel gelegt, daß er die Fasern unter leichtem Druck umschließt. Durch Aufblasen des Silikonschlauches werden die Fasern ohne Beschädigung fest zusammengedrückt, so daß ein Hohlraum zwischen Faserbündel und Schlauchinnenseite entsteht, welcher beim Umspritzen vom Kunststoffmaterial ausgefüllt werden kann.

Eine alternative Ausführungsform eines radial wirkenden Klemmittels besteht in einem Spannwerkzeug, bestehend aus drei Backen mit innenliegendem Stahlband. als Klemmittel Diese ist besonders zweckmäßig an beliebige Durchmesser des zusamenzupressenden Bündels optischer Fasern anpaßbar.

Ein großer Vorteil derartiger Klemm- oder Spannwerkzeuge ist ihre Eigenschaft, sich gleichmäßig kreisförmig zu verengen und dabei sowohl kleine als auch große Durchmesser zu realisieren. Außerdem wird bei derartigen Klemm- oder Spannvorrichtungen verhindert, daß Fasern zwischen die Klemm- oder Spannbacken geraten und dabei beschädigt werden.

Eine weitere Möglichkeit das Faserbündel zu fixieren und zu klemmen besteht darin, daß das lösbar zu fixierende Faserbündel durch einen elastischen Ring aus einem Kunststoffmaterial geführt wird, wobei der Ring so beschaffen ist, daß sich sein Innendurchmesser bei axialer Beanspruchung verjüngt, wodurch er das Faserbündel zusammenpressen kann.

Dieser elastische Ring ist z. B. aus Silikonkautschuk gefertigt, wobei er so in ein zum Umspritzen verwendetes Werkzeug eingesetzt ist, daß sein äußerer Durchmesser bündig in einer Bohrung anliegt. Beim axialen Zusammenpressen des Ringes kann das elastische Material nur nach innen ausweichen, d. h. der Innendurchmesser wird kleiner und preßt das Faserbündel zusammen. Dabei drückt sich das elastische Material noch teilweise zwischen die äußeren Einzelfasern und dichtet die Zwickel ab.

Das Umspritzen des lösbar fixierten Bündels mit heißer geschmolzener Kunststoffmasse kann auf jede dem Fachmann geläufige Weise durchgeführt werden. So kann dieser Vorgang beispielweise durch Umgießen des Faserbündels ausgeführt werden.

Bei weitem bevorzugt ist es jedoch, insbesondere unter dem Gesichtpunkt einer automatisierten Massenproduktion, das erfindungsgemäße Umspritzen nach Art eines herkömmlichen oder modifizierten Spritzgießverfahren durchzuführen.

Im Rahmen der Erfindung wird dabei unter Spritzgießen das Umformen einer Formmasse derart verstanden, daß die in einem Massezylinder für mehr als einen Spritzgießvorgang enthaltene Masse unter Wärmeeinwirkung plastisch erweicht und unter Druck durch eine Düse in den Hohlraum eines vorher geschlossenen Werkzeugs einfließt (im Gegensatz zum Spritzpressen).

Die Spritzgießform besteht z. B. aus einem kreisförmigen Hohlraum sowie einer kreisförmigen Durchgangsöffnung, in der das Faserbündel liegt und in oben beschriebener Form fixiert und durch Silikongummis oder auch Weichmetall abgedichtet wird. Durch diese Abdichtung wird erreicht, daß ein derartiges Faserbündel umspritzt werden kann. Insbesondere versteht sich an dieser Stelle, daß die Klemmittel teilweise oder vollständig Bestandteil des Werkzeugs, insbesondere der Spritzgießform sind. Dies bedeutet nichts anderes, als das die Klemmittel in den Hohlraum des Werkzeugs integriert sind.

In bevorzugter Ausführungsform dienen die Klemmittel gleichzeitig zur Abdichtung des Werkzeughohlraums um das Faserbündel herum, damit beim Einspritzen die Kunststoffschmelze nicht durch die zwischen Faser und Klemmittel vorhandenen Zwickel austreten kann. Nach Öffnen der Spritzgußform sowie der Klemmittel oder -vorrichtungen wird das umspritzte Bündel über eine Abzugseinrichtung aus der Spritzgußform gezogen und auf Länge mittels einer speziellen Kreissäge zugeschnitten.

Die äußere Form des Spritzgußkörpers wird in der Regel vom Bestimmungszweck des Faserbündels ausgehend durch die Form des Hohlraumes des Spritzgießwerkzeuges bestimmt. So kann die Form zur Ankopplung an eine Lichtquelle ausgestaltet sein. Möglich ist auch eine äußere Gestaltung des Bündelendes als Halterung z. B. in einer Displayfrontplatte. Die äußere Form des Spritzgußkörpers kann dabei als Bajonettverschluß oder als Schnappverschluß geformt sein oder auch ein Gewinde aufweisen, so daß eine problemlose Ankoppelung z. B. an die spätere Lichtquelle oder in einer Einbauwand möglich ist.

Beim Einspritzen der Schmelze in die Form ist es besonders vorteilhaft, wenn verhindert wird, daß die Fasern weggedrückt werden können. Es wird deshalb vorzugsweise über einen ringförmigen Filmanguß oder über mehrere gleichmäßig am Umfang verteilte Punktangüsse eingespritzt.

Die Schmelztemperaturen richten sich nach den verwendeten Kunststoffen und liegen zwischen 150°C bis 400°C. Vorzugsweise sollten die Materialien gewählt werden, deren Verarbeitungstemperaturen im Bereich von 180°C bis 250°C liegen.

Der Werkzeuginnendruck sollte im Bereich zwischen 400 bis 700 bar, vorzugsweise zwischen 500 bis 600 bar liegen.

Zur Verbesserung des Spritzvorganges kann auch das Spritzgußwerkzeug temperiert werden.

Damit das Spritzgußteil aus der Spritzgußform herausfällt, können zusätzlich in der 5pritzgußform Auswerfer vorgesehen werden.

Bei erhöhten Temperaturen in der Spritzgußform kann es vorkommen, daß nicht umspritzte Faserabschnitte teilweise an der Spritzgußform haften. Durch eine teilweise Auskleidung der Spritzgußform mit Teflon oder äquivalenten Materialien kann dies verhindert werden.

Zum Umspritzen können im Rahmen der Erfindung eine Vielzahl thermoplastischer Polymere sowie auf diesen Polymeren basierende thermoplastisch verarbeitbare Formmassen eingesetzt werden. Zu einsetzbaren Polymeren gehören beispielsweise HDPE (Polyethylen hoher Dichte), LDPE (Polyethylen niederer Dichte), PP (Polypropylen), PS (Polystyrol), PVC (Polyvinylchlorid), ABS (Acrylnitril- Butadien-Styrol-Terpolymer), PA (Polyamide, z. B. PA 66 = Nylon 6,6), POM (Polyoxymethylen), PSU (Polysulfon), PES (Polyethersulfon) und ähnliche Polymere, sowie Polymerblends, beispielsweise ein Blend aus PS mit PPO (Polystyrol mit Polyparaphenyloxid). Thermoplastische Formmassen können zur gezielten Modifizierung der Eigenschaften der thermoplastischen Kunststoffe bestimmte Zusätze aufweisen.

Dazu zählen beispielsweise die Verstärkung durch Füllstoffe. Dabei werden inaktive Füllstoffe und aktive Füllstoffe unterschieden, wobei aktive Füllstoffe bestimmte mechanische Eigenschaften verbessern.

Füllstoffe sind meist anorganischer Natur, beispielsweise werden Gesteinsmehl, Kreide, Kaolin, Talkum, Glimmer, Schwerspat, Kieselgur, Aerosil, Asbest, Glasfasern, Mineralfasern, Glashohlkugeln, Metalle, Metalloxide oder Einkristalle aus Metalloxiden, sogenannten Whisker, verwendet. Die meisten Füllstoffe sind nur für spezielle Zwecke anwendbar, beispielsweise aufgrund ihrer Eigenfarbe. Andere Füllstoffe, wie Glasfasern, Kohlefasern oder Mineralfasern verstärken Thermoplaste ausgezeichnet.

Besonders für das erfindungsgemäße Verfahren geeignete Kunststoffe sind alle spritzfähigen verstärkten und unverstärkten, nicht eingefärbte Kunststoffe, wie z. B. Hostaform (POM), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyurethan (PUR), Polyamid (PA), Polycarbonat oder ähnliche thermoplastische Kunststoffe.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle mit polymeren Materialien beschichtete Lichtwellenleiter sowie Polymer-Lichtwellenleiter mit optischem Mantel geeignet. Geeignete Lichtwellenleiter haben z. B. einen Durchmesser von 0,1 bis 4 mm, vorzugsweise 0,5 bis 1,5 mm und einen Kern von beispielsweise Polymethylmethacrylat, Polycarbonat, Polystyrol oder einem anderen transparenten Polymer. Möglich sind auch mit Polymeren beschichtete Glasfasern wie PCS-Fasern (Plastic Clad Silica) oder HCS- Fasern (Hard Clad Silica) usw.

Auch der Wassergehalt der zu umspritzenden Fasern kann einen Einfluß auf die erzielbare Qualität des fertigen Bündels haben. So werden in einer besonders günstigen Verfahrensabwandlung polymere optische Fasern miteinander verbunden, deren Wassergehalt bezogen auf das Eigengewicht der Faser zwischen 0,1 und 1 Gew.-% beträgt. So liegt der Wassergehalt der Kunststoffasern günstigenfalls unterhalb von 0,5 Gew.-% bezogen auf das Eigengewicht der Fasern. Zur Erreichung dieses Wassergehalts kann man die Fasern z. B. im Vakuum bei Temperaturen zwischen 30 und 60°C vortrocknen. Diese Vorbehandlung dient unter anderem dazu, möglicherweise noch vorhandenes Restmonomer sowie Spuren von Feuchtigkeit, die sich insbesondere bei längerer Lagerung in den Fasern ansammeln kann, zu beseitigen und somit einer eventuellen Blasenbildung beim Verschmelzungsvorgang vorzubeugen. Bei frisch gesponnenen Fasern mit niedrigem Restmonomergehalt kann eine derartige Vortrocknung unterbleiben.

So ist es im Rahmen der Erfindung ganz besonders vorteilhaft, wenn frisch gesponnene oder im Vakuum vorgetrocknete Fasern eingesetzt werden , deren Wassergehalt weniger als 0,5 Gew.-% ist, bezogen auf das Eigengewicht der Fasern.

Durch Ausübung der Erfindung gelingt es ferner überaus gleichmäßige Faserbündel herzustellen. Unter gleichmäßig wird im Rahmen der Erfindung verstanden, daß bei Beaufschlagung der nach der Umspritzung polierten Bündeloberfläche (gefaßtes Ende) mit einer homogenen Intensitätsverteilung, der Intensitätsunterschied nach ca. 1 m Bündellänge zwischen den einzelnen Fasern nicht mehr als 12% beträgt. Die einzelnen Auszugskräfte der verschweißten Fasern dürfen dabei nicht mehr als 10% voneinander abweichen.

Das nachfolgende Beispiel dient zur Erläuterung des Gegenstands der Erfindung.

Beispiel 1

Es wurden 53 Fasern Infolite FK51 (Kern: PMMA, Durchmesser: Imm) auf eine Länge von 4 m zugeschnitten. Dieses Faserbündel mit einem Durchmesser von ca. 9 mm wurde von Hand in zwei Klemmvorrichtungen gespannt. Die beiden Vorrichtungen wurden dann in ein geteiltes Spritzgießwerkzeug so eingesetzt, daß das Faserbündel frei, zentrisch und unverdrillt in einem runden Formhohlraum mit einem Durchmesser von 19 mm und einer Länge von 22 mm positioniert war. Zum Einspritzen der Kunststoffschmelze war ein Filmanguß vorgesehen, der sich kreisförmig an einem Ende des zylindrischen Formhohlraumes befand. Für den Spritzvorgang wurde eine handelsübliche Spritzgußmaschine für Thermoplaste eingesetzt. Je nach Größe des Spritzgußteiles muß eine geeignete leistungsfähige Spritzgußmaschine ausgewählt werden. Für die Spritzgußversuche der Erfindung wurde eine Spritzgußmaschine mit der Bezeichnung Monomat 200 verwendet. Bei einer Temperatur von 230°C und einem spezifischen Spritzdruck (Werkzeuginnendruck) von 550 bar wurde über einen ringförmigen Filmanguß Hostaform® in die geschlossene Spritzgußform eingespritzt. Die Fasern wurden gleichmäßig von allen Seiten angespritzt. Hierdurch wurde eine homogene Bündelung erreicht. Als Thermoplast wurde Hostaform® C9021 natur eingesetzt. Der Spritzgußvorgang dauerte ca. 60s. Nach Öffnen der Spritzgußform wurde von Hand das Bündel aus der Spritzgußform genommen. An einem Ende wurden die überstehenden Fasern an der Buchse mittels einer Kreissäge abgeschnitten und mit Hilfe von Polierpapier (Körnung: 3 µm) poliert. Die mit der Buchse verschweißten Fasern hatten Auszugskräfte von 75N.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Patentansprüchen.

Claims (12)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bündels von Lichtwellenleiterfasern, bei dem eine Mehrzahl von polymeren oder mit einem Polymer beschichteten optischen Fasern zu einem Bündel gleichsinnig geordneter optischer Fasern zunächst lösbar und dann dauerhaft fixiert wird, wobei die lösbare Fixierung die Festlegung der relativen Anordnung der einzelnen optischen Fasern zueinander im dauerhaft fixierten Bündel umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß das lösbar fixierte Bündel zur dauerhaften Fixierung der einzelnen optischen Fasern wenigstens in einem Abschnitt seiner Länge mit einer sich nach der Anwendung verfestigenden Schmelze eines Kunststoffs umspritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umspritzung so geführt wird, daß die Schmelze im wesentlichen nicht zwischen die im Inneren des Bündels angeordneten optischen Fasern eindringt und nur die im lösbar fixierten Bündel radial außenliegenden optischen Fasern mit dem Kunststoff, der zur Umspritzung dient, in Kontakt kommt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Fasern zur lösbaren Fixierung während der Umspritzung wenigstens im zu umspritzenden Abschnitt zusammengepreßt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Fasern durch im wesentlichen gleichmäßig radial wirkende Klemmittel zusammengepreßt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Klemmittel ein das dauerhaft zu fixierende Bündel im gewünschten Abschnitt umfassender geschlossener aufblasbarer Schlauch aus einem geeigneten Kunststoffmaterial verwendet wird, wobei der Schlauch vor dem Umspritzen des Bündels aufgeblasen wird und so zur lösbaren Fixierung während des Umspritzens die einzelnen optischen Fasern des Bündels beschädigungsfrei zusammendrückt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Klemmittel ein an beliebige Durchmesser des zusamenzupressenden Bündels optischer Fasern anpaßbares aus drei Backen bestehendes Spannwerkzeug mit innenliegendem Stahlband verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das lösbar zu fixierende Faserbündel durch einen elastischen Ring aus einem Kunststoffmaterial geführt wird, wobei der Ring so beschaffen ist, daß sich sein Innendurchmesser bei axialer Beanspruchung verjüngt, wodurch er das Faserbündel zusammenpressen kann.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zu fixierende Faserbündel in einem Spritzgießverfahren umspritzt wird, wobei die Klemmittel gleichzeitig zur Abdichtung eines Werkzeughohlraums um das Faserbündel herum dienen, damit beim Einspritzen die Kunststoffschmelze nicht durch die zwischen Fasern und Klemmittel vorhandenen Zwickel austreten kann.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß polymere optische Fasern miteinander verbunden werden, deren Wassergehalt bezogen auf das Eigengewicht der Faser zwischen 0,1 und 1 Gew.-% beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß frisch gesponnene oder im Vakuum vorgetrocknete Fasern eingesetzt werden , deren Wassergehalt weniger als 0,5 Gew.-% ist, bezogen auf das Eigengewicht der Fasern.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß umspritzte Kunststoffaserbündel resultieren, die einer Zugbelastung von 70 N widerstehen.

12. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß umspritzte Kunststoffaserbündel resultieren, bei denen der Intensitätsunterschied bei Beaufschlagung der polierten Bündeloberfläche mit einer homogenen Intensitätsverteilung nach 1 m Bündellänge zwischen den einzelnen Fasern nicht mehr als 12% beträgt und die einzelnen Auszugskräfte der verschweißten Fasern nicht mehr als 10% voneinander abweichen.