DE19833616A1 - Bearbeitungsverfahren für die Stirnfläche eines Kunststoff-Lichtwellenleiters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren für die durch eine vorhergehende Abtrennung freigelegte Stirnfläche eines Kunststoff-Lichtwellenleiters. Erfindungsgemäß wird hierbei ein hochfrequent schwingender oder vibrierender Stempel mit geringer Anpreßkraft an die Stirnfläche des Kunststoff-Lichtwellenleiters angedrückt. Bevorzugt kommt dabei als Stempel die Sonotrode eines Ultraschallgerätes zum Einsatz. Binnen kürzester Bearbeitungszeiten ist damit eine hohe Oberflächenqualität der Lichtwellenleiter-Stirnfläche erzielbar, so daß die Dämpfungsverluste im bzw. am Lichtwellenleiter minimal sind. Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Bearbeitungsverfahrens ist gekennzeichnet durch eine Einspann-Vorrichtung für den Lichtwellenleiter sowie durch einen in hochfrequente Schwingungen oder Vibrationen versetzbaren Stempel (bzw. Sonotrode), wobei der Stempel und/oder die Einspann-Vorrichtung bevorzugt strömungsmittelbetätigt und im Hinblick auf die gewünschte Anpreßkraft gesteuert gegeneinander verfahrbar ist/sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Bearbeitungsverfahren für die durch eine vorherge­ hende Abtrennung freigelegte Stirnfläche eines Kunststoff-Lichtwellenleiters. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Bear­ beitungsverfahrens. Zum technischen Umfeld wird lediglich beispielshalber auf die EP 0 010 782 B1 sowie auf die DE 41 03 482 A1 verwiesen.

Lichtwellenleiter müssen - ebenso wie andere elektrische Leitungen - vor dem Einbau in diversen Anwendungsgebieten auf eine gewünschte Länge geschnitten und abisoliert werden, wonach die freien Enden des abge­ längten Lichtwellenleiters mit einem geeigneten Stecker versehen werden können. Dabei werden an die Oberflächenqualität der durch den Schnitt oder die Ablängung, d. h. allgemein durch die Abtrennung entstehenden Stirnflä­ che hohe Anforderungen gestellt, denn schließlich sollen die im Lichtwellen­ leiter geführten Lichtsignale möglichst störungsfrei und verlustfrei aus dieser Stirnfläche austreten können, d. h. die Dämpfungsverluste des Lichtwellen­ leiters sollen auch an seinen freien Enden möglichst gering sein.

Bei Lichtwellenleitern, die aus Glas bestehen, kann diese geforderte Ober­ flächenqualität oftmals bereits durch ein geeignet durchgeführtes Brechen des Lichtwellenleiters erzeugt werden. Diese Technologie ist jedoch bei Kunststoff-Lichtwellenleitern nicht anwendbar. Vielmehr werden im bekann­ ten Stand der Technik Kunststoff-Lichtwellenleiter bevorzugt mit gegenein­ ander wirkenden V-Messern geschnitten, wonach die dadurch freigelegte Stirnfläche weiterbehandelt wird. Eine bekannte Bearbeitungstechnik ist da­ bei das sog. Hot-Plate-Verfahren, nach welchem ein höher temperiertes tel­ lerförmiges und dabei rotierendes Werkzeug mit seiner Oberfläche auf die Stirnfläche des Lichtwellenleiters aufgedrückt wird, wodurch diese geringfü­ gig angeschmolzen und dabei geglättet bzw. poliert wird.

Dieses bekannte Bearbeitungsverfahren ist jedoch relativ zeitaufwendig. Ein demgegenüber vorteilhafteres Bearbeitungsverfahren aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß ein hochfre­ quent schwingender oder vibrierender Stempel mit geringer Anpreßkraft an die Stirnfläche des Kunststoff-Lichtwellenleiters angedrückt wird. Bevorzugt kommt dabei als Stempel die Sonotrode eines Ultraschallgerätes zum Ein­ satz.

Weiterhin angegeben wird im folgenden eine Vorrichtung zur Durchführung dieses neuen Bearbeitungsverfahrens, welche gekennzeichnet ist durch eine Einspann-Vorrichtung für den Lichtwellenleiter sowie durch einen in hochfre­ quente Schwingungen oder Vibrationen versetzbaren Stempel, wobei der Stempel und/oder die Einspann-Vorrichtung bevorzugt strömungsmittelbetä­ tigt und im Hinblick auf die gewünschte Anpreßkraft gesteuert gegeneinan­ der verfahrbar ist/sind. Eine derartige Bearbeitungs-Vorrichtung kann dabei als Modul in gängige Kabelverarbeitungsautomaten, die einzelne Kabel bzw. hier Lichtwellenleiter ablängen und abschließend mit Steckern versehen, integriert sein.

Zurückkommend auf den Grundgedanken der vorliegenden Erfindung wird somit ein Bearbeitungsverfahren vorgeschlagen, nach welchem die Stirnflä­ che eines Lichtwellenleiters mittels eines relativ hochfrequent schwingenden oder vibrierenden Stempels geglättet bzw. poliert wird, wobei überraschend gute Ergebnisse erzielt wurden, wenn eine Schwingungsfrequenz oder Vi­ brationsfrequenz in der Größenordnung von 10 bis 50 kHz (d. h. 10000 bis 50000 Hertz, bevorzugt 40 kHz) gewählt wurde. Als Stempel fungierte dabei eine dem Fachmann bekannte Sonotrode eines mit der entsprechenden Frequenz arbeitendes Ultraschallgerätes. Derartige Ultraschallgeräte werden im bekannten Stand der Technik auch als sog. Vibrationsschweißmaschinen bezeichnet und eingesetzt. Dabei kann die Stirnseite der im wesentlichen handelsüblichen Sonotrode zur Erzielung noch besserer Ergebnisse selbst extrem glatt gestaltet sein, bspw. durch Läppen, so daß Oberflächenrauhig­ keiten von unter 1 µm vorliegen.

Erfindungsgemäß wird beim Bearbeitungsverfahren der die genannten Vi­ brationen ausführende Stempel bzw. in einer bevorzugten Ausführungsform die Ultraschall-Sonotrode insbesondere mit seiner bzw. ihrer Stirnfläche mit der zu behandelnden Stirnfläche des Lichtwellenleiters in Anlage gebracht, und zwar unter einer geringfügigen Druckeinwirkung. Dies bedeutet, daß in einer bevorzugten Ausführungsform die Sonotrode bzw. allgemein der be­ sagte Stempel mit einer geringen Anpreßkraft gegen die zu bearbeitende Stirnfläche des Lichtwellenleiters gedrückt wird. Dabei wurden überraschend gute Ergebnisse erzielt, wenn die Anpreßkraft in der Größenordnung von 0,2 bis 10 N (Newton) gewählt wurde.

Detailliert kann dabei der Bearbeitungsablauf wie folgt sein:
Zunächst wird der Stempel mit seiner bevorzugt planen Oberfläche bzw. Stirnfläche im wesentlichen flächenbündig mit der zu behandelnden Stirnflä­ che des Lichtwellenleiters zur Anlage gebracht. Anschließend wird der Stempel in die genannten hochfrequenten Schwingungen oder Vibrationen versetzt und dabei im Hinblick auf die gewünschte Anpreßkraft bevorzugt gesteuert geringfügig weiter in Richtung zur Stirnfläche des Lichtwellenleiters bewegt, und zwar im wesentlichen senkrecht zur selben. Mit den oben ge­ nannten Bereichswerten für die Frequenz sowie für die Anpreßkraft wurde der Stempel (bzw. die Sonotrode) dabei um eine Wegstrecke in der Größen­ ordnung von 0,1 mm bis 0,5 mm verfahren, wobei die Leistung des die So­ notrode in Vibrationen versetzenden Ultraschallgerätes in der Größenord­ nung von 600 Watt lag. Dieser gesamte Prozeß dauerte dabei lediglich 0,18 Sekunden, wonach eine hervorragende Oberflächenqualität der Lichtwel­ lenleiter-Stirnfläche erzielt wurde.

In einer alternativen Ausführungsform kann selbstverständlich auch der ge­ eignet eingespannte Lichtwellenleiter zur Erzeugung der gewünschten An­ preßkraft über eine bzw. die genannte Wegstrecke zum vibrierenden Stem­ pel, der seinerseits ebenfalls bewegbar sein kann, hinbewegt werden. In ei­ ner bevorzugten Vorrichtung zur Durchführung dieses Bearbeitungsverfah­ rens kann dabei diese insbesondere gesteuerte Verfahrbewegung des Stempels und/oder einer Einspannvorrichtung für den Lichtwellenleiter strö­ mungsmittelbetätigt sein, bspw. in Form eines durch einen Pneumatikzylin­ der betätigten Horizontal- (oder auch Vertikal-) -Schlittens. Dabei kann eine derartige Vorrichtung als eine Bearbeitungsstation in einen ansonsten übli­ chen Kabelverarbeitungsautomaten, der die gewünschte Ablängung des Lichtwellenleiters vornimmt und diesen dann endseitig mit einem Stecker versieht, integriert sein.

Bevor der Lichtwellenleiter nach der Bearbeitung seiner Stirnfläche durch den vibrierenden Stempel weiterbehandelt wird, d. h. nach Ablauf der bereits genannten bspw. 0,18 Sekunden, sollte im gesamten Bearbeitungsprozess noch eine Abkühlzeit vorgesehen werden, die bspw. in der Größenordnung von 0,2 Sekunden liegen kann, so daß die gesamte Bearbeitungsdauer des erfindungsgemäßen Bearbeitungsverfahrens in der Größenordnung von 0,5 Sekunden liegt. Demgegenüber liegt die erforderliche Bearbeitungszeit im bekannten Hot-Plate-Verfahren nach dem Stand der Technik in der Größen­ ordnung von 3,5 bis 6 Sekunden.

Selbstverständlich sind eine Vielzahl von Abwandlungen von der obigen Be­ schreibung möglich, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen. So können bspw. bei einer geeigneten Formgebung der mit der zu bearbeiten­ den Lichtwellenleiter-Stirnfläche in Kontakt kommenden Stempel-Stirnfläche auch andere als plane Oberflächenformen der zu bearbeitenden Stirnfläche erzeugt werden, so bspw. eine Linsenform oder eine Trichterform. Stets sollte jedoch die mit der Lichtwellenleiter-Stirnfläche in Kontakt kommende und dabei vibrierend sowie leicht pressend auf diese einwirkende Fläche des Stempels (bzw. der Sonotrode eines Ultraschallgerätes) eine relativ hohe Glattheit, d. h. nur minimale Oberflächen-Rauhigkeit aufweisen. Dann werden im Hinblick auf den Dämpfungsverlust des Lichtwellenleiters in kürzester Be­ arbeitungszeit optimale Ergebnisse erzielt; wobei das gesamte Bearbei­ tungsverfahren äußerst prozeßsicher ist und darüber hinaus vorteilhafterwei­ se die Standzeit der zum Einsatz kommenden Werkzeuge (nämlich bspw. einer Sonotrode und eines Ultraschallgerätes) als extrem hoch eingestuft werden kann.

Claims (4)

1. Bearbeitungsverfahren für die durch eine vorhergehende Abtrennung freigelegte Stirnfläche eines Kunststoff-Lichtwellenleiters dadurch gekennzeichnet, daß ein hochfrequent schwingender oder vibrierender Stempel mit geringer Anpreßkraft an die Stirnfläche des Kunststoff-Lichtwellenleiters angedrückt wird.

2. Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Stempel die Sonotrode eines Ultra­ schallgerätes zum Einsatz kommt.

3. Bearbeitungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungsfrequenz oder Vibrati­ onsfrequenz in der Größenordnung von 10 bis 50 kHz und die An­ preßkraft in der Größenordnung von 1 bis 10 N liegt.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Bearbeitungsverfahrens nach ei­ nem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einspann-Vorrichtung für den Lichtwel­ lenleiter sowie durch einen in hochfrequente Schwingungen oder Vi­ brationen versetzbaren Stempel, wobei der Stempel und/oder die Ein­ spann-Vorrichtung bevorzugt strömungsmittelbetätigt und im Hinblick auf die gewünschte Anpreßkraft gesteuert gegeneinander verfahrbar ist/sind.