DE19858474A1 - Verfahren zum Herstellen von Stirnflächen an Lichtwellenleitern aus optischen Fasern aus Kunststoff (POF) und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Zunächst wird die zu bearbeitende Stirnfläche (15) des Lichtwellenleiters (14) mittels Heißluft bzw. Laserbestrahlung auf Verformungstemperatur erhitzt. Anschließend wird ein Stirnflächenstempel (22) zugeführt und gegen die Stirnfläche (15) gedrückt, wobei der Stirnflächenstempel (22) beim Andrücken an die Stirnfläche (15) des Lichtwellenleiters (14) gleichzeitig von diesem Wärme aufnimmt und so die Stirnfläche (15) des Lichtwellenleiters (14) abkühlt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Stirnflächen an Lichtwellenleitern aus optischen Fasern aus Kunststoff (POF) für Steckverbinder, wobei die Enden der op­ tischen Fasern mittels Wärmezufuhr erhitzt und jeweils zu ei­ ner gleichförmigen Oberfläche geformt werden. Ferner betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zur Durchführung des er­ findungsgemäßen Verfahrens.

Lichtwellenleiter werden heute vorzugsweise aus Kunststoffa­ sern hergestellt, welche gegenüber Lichtwellenleiter aus Glasfasern einige Vorteile aufweisen. Ein wesentlicher Vor­ teil ist durch die geringeren Fertigungs- und Verarbeitungs­ kosten der aus Kunststoff gefertigten Fasern -Plastik-Optik- Fasern (POF)- für Lichtwellenleiter begründet.

Insbesondere die Verarbeitung von Lichtwellenleitern erfor­ dert eine einfache und problemlose Handhabbarkeit, was mit POF-Lichtwellenleitern besonders gut gewährleistet ist. So kann beispielsweise die Herstellung der Stirnflächen der Fa­ sern beziehungsweise der Lichtwellenleiter zur Ankopplung we­ gen der bei POF-Lichtwellenleitern geringeren erforderlichen Temperaturen schneller und einfacher erfolgen als bei her­ kömmlichen Lichtwellenleitern aus Glasfasern.

Bei optischen Steckverbindungen, insbesondere bei mehrpoligen mit Summenverriegelung, ist es üblich, die optischen Endflä­ chen aller Fasern vorzugsweise in einer Ebene anzuordnen. Hierfür werden zum Beispiel zuvor die Einzelfasern mit indi­ viduellen Endhülsen versehen, welche danach in einen gemein­ samen Halter aufgenommen werden.

Durch Fixierung dieses Halters in der konstruktiv vorgegebe­ nen Position wird dann die Summenverriegelung zugleich aller optischen Steckstellen bewirkt. Die Vorkonfektionierung der Einzelfasern mit Endhülsen erlaubt eine rationelle Fertigung sowie beliebige Freiheitsgrade in der Lichtwellenleiter-Ver­ bindungskonfiguration.

Unter Einbeziehung der notwendigen Endflächenbearbeitung der Faser zwecks Erzielung hoher optischer Transparenz sind die bisher bekannten Aufführungen für eine rationelle Konfektio­ nierung in Massenstückzahlen nicht sehr geeignet.

Für eine einwandfreie Ankoppelung von elektrooptischen Sen­ dern (LED, Laserdiode) und/oder elektrooptischen Empfängern (Photodioden, Phototransistoren) an lichtleitende Fasern oder bei der Verbindung von getrennten Fasern miteinander ist es erforderlich, daß die Endflächen der lichtleitenden Fasern zu den korrespondierenden Sende- oder Empfangsflächen stets sehr genau in Position gebracht und gehalten werden. Dabei müssen die optischen Achsen der Fasern präzise miteinander fluchten und die Endflächen der Fasern möglichst dicht aneinander an­ schließen, das heißt, die radiale und axiale Positionierung der Lichtwellenleiter-Enden muß sehr genau erfolgen.

Ein bewährtes Verfahren zur Bearbeitung der Endflächen, das heißt der anzukoppelnden Stirnflächen der Lichtwellenleiter ist das sogenannte Hotplating, bei welchem die Faserenden mittels einer erhitzten Folie oder Platte rechtwinklig zur Faserlängsachse geformt werden. Die Oberfläche der Hotplate- Folie oder Platte soll ein Anbacken der bei der Berührung mit der erhitzten Hotplatefläche angeschmolzenen Fasern an der Hotplatefläche verhindern.

Dennoch erweist sich in der Praxis, daß bei jedem Hotplating- Vorgang Partikel der optischen Kunststoffasern und z. B. Kunststoffinserts sich an der Folie oder Platte absetzen und hierdurch deren längerfristigen Gebrauch verhindern, da der­ artige Partikel beim nächsten Hotplating-Vorgang sich wieder­ um an der neuen zu schaffenden Kopplungsfläche der Fasern ab­ setzen können, bzw. zur Oberflächenverschlechterung der Fa­ sern durch Vertiefungen in der Ader (angebrannte Partikel an der Hotplate-Fläche).

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Er­ findung, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaf­ fen, welches zuverlässig arbeitet und auf möglichst einfache und handbabungssichere Weise die Herstellung von Kopplungs­ flächen an optischen Kunststoff-Faserleitern ermöglicht. Fer­ ner soll auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah­ rens angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Weitere vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen näher erläutert und beschrieben. Dem­ entsprechend ist vorgesehen, daß die zu bearbeitende Stirn­ fläche des Lichtwellenleiters zunächst mittels Heißluft bzw. Laser auf Verformungstemperatur erhitzt wird, daß anschlie­ ßend ein Stirnflächenstempel zugeführt und gegen die Stirn­ fläche gedrückt wird und daß der Stirnflächenstempel beim An­ drücken an die Stirnfläche des Lichtwellenleiters gleichzei­ tig Wärme aufnimmt und so die Stirnfläche des Lichtwellenlei­ ters abkühlt.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Handhabung besteht einer­ seits in der geringeren thermischen Beanspruchung der Fasern, da sie sich auf die Faserenden beschränkt, und zum anderen darin, daß die Faserenden unmittelbar nach der mit dem Stirn­ flächenstempel erfolgten Formgebung in diesem geometrischen Zustand quasi eingefroren werden, da der Stirnflächenstempel, der vorzugsweise koaxial an die Faserenden herangeführt wird, beim Stirnflächen-Kontakt die den Fasern zugeführte Wärme aufnimmt. Diese beschleunigte Wärmeabfuhr, die bei der bis­ lang lediglich mittels Konvektion und Wärmestrahlung statt­ findenden Temperaturabsenkung nicht möglich war, führt zu ei­ ner verbesserten geometrischen Präzision, was der Übertra­ gungsgüte zugute kommt.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorge­ sehen, daß die Heißluft bzw. der Laser mittels genau dosier­ tem und gerichtetem Heißluftstrahl bzw. Laserstrahl zugeführt wird. Dies trägt ebenfalls dazu bei, die thermische Belastung des an sich hitzeempfindlichen Kunststoffmaterials der Fasern zu reduzieren.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, daß die Stirnfläche des Lichtwellenleiters durch den Stirnflächenstempel sphärisch, zum Beispiel kuppig, geformt wird, um so eine größere Ankopp­ lungsfläche bei gleichem Faserquerschnitt zu erreichen.

Gemäß einer weiteren Verbesserung der Erfindung wird der Stirnflächenstempel nach jedem Andrückvorgang gereinigt und gekühlt. Hierdurch ist einerseits eine hohe Oberflächengüte der so erzeugten Stirnflächen der Fasern gewährleistet und andererseits kann hierdurch eine hohe Frequenz der Ar­ beitstakte erzielt werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung sind nunmehr die Wärmequelle und das Formgebungswerkzeug funktionsmäßig wie auch räumlich getrennt, indem die Heizvorrichtung von einem separaten Heiß­ luftgebläse bzw. Laser gebildet ist, dessen Heißluftstrom bzw. Laserstrahl hinsichtlich Lufttemperatur und Volumenstrom bzw. Laserparameter einstellbar ist, während zur Vergleichmä­ ßigung der Stirnfläche eine von einem Stirnflächenstempel ge­ bildete Einrichtung vorgesehen ist, die in Bezug auf die Längsachse des Lichtwellenleiters axial verschieblich zwi­ schen dem Lichtwellenleiter und einer Reinigungsstation ange­ ordnet ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Reinigungsstation für den Stirnflächenstempel eine Kühlein­ richtung zugeordnet, welche den Stirnflächenstempel aktiv kühlt. Hierdurch ist gewährleistet, daß bei jedem Arbeitstakt des Stirnflächenstempels dieser in optimal gekühltem Zustand auf die jeweilige Stirnfläche der zu bearbeitenden Faserenden auftrifft.

Entsprechend einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungs­ gemäßen Stirnflächenstempels ist dessen Querschnitt an den Querschnitt des Lichtwellenleiters (Insert) angepaßt.

Bei dieser Gestaltung bietet sich ein weiterer Vorteil, da es hierdurch möglich ist, insbesondere wenn der Lichtwellenlei­ ter in einer sogenannten Ferrule - das ist ein hülsenförmi­ ges, die Faserenden umgebendes Einsatzstück - eines Steckver­ binders geführt ist, die Faserenden auch in das Einsatzstück einzutauchen und dort die Faserenden zu bearbeiten.

In Verbesserung dieser Gestaltung kann vorgesehen sein, daß die Stempelfläche des Stirnflächenstempels an einem Vorsprung angeformt ist, der es erlaubt, daß die Stempelfläche des Stempels in das Einsatzstück einführbar ist.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Stempelfläche des Stirnflächenstempels kon­ kav beziehungsweise statt dessen konvex geformt ist.

Diese und weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesse­ rungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei­ spieles sollen die Erfindung, vorteilhafte Ausgestaltungen sowie besondere Vorteile der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden.

In der einzigen Figur ist eine Draufsicht auf eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung 10 zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung in schematisierter Darstellung wiedergege­ ben.

Die Vorrichtung 10 besteht im wesentlichen aus drei Haupt­ gruppen, nämlich einer Haltevorrichtung 12 für einen Licht­ wellenleiter 14, einer Heizvorrichtung 20 und einem Stirnflä­ chenstempel 22.

Die Haltevorrichtung ist von einer Aufnahme bzw. zwei Spann­ backen 13 gebildet, die vorzugsweise parallel zueinander ver­ stellbar angeordnet sind und dazu dienen, den Lichtwellenlei­ ter 14 beziehungsweise einen hieran befestigten, mit einem Einsatzstück 16 versehenenen Steckverbinder 18 aufzunehmen und zu fixieren.

Die Verstellung der Spannbacken 13 kann sowohl mittels hier nicht näher gezeigtem hydraulischen Antrieb als auch mittels elektrisch betätigtem beziehungsweise mittels handbetriebenem Spindelantrieb vorgesehen sein. Hierbei wird, wie in der ein­ zigen Figur beispielhaft gezeigt, das zu bearbeitende Bau­ teil, hier der Steckverbinder 18 mit dem den Lichtwellenlei­ ter 14 aufnehmenden Einsatzstück 16, von den Spannbacken er­ faßt und so gehalten, daß das zu bearbeitende Ende 15 des Lichtwellenleiters 14 gut zugänglich ist.

Die Heizvorrichtung 20 ist erfindungsgemäß von einem Heizge­ bläse mit einer einstellbaren Heißluftdüse bzw. Laser 24 ge­ bildet. Um ein ungehindertes Aus- und Einbauen des Lichtwel­ lenleiters (Insert) oder Steckverbinders 14 zu ermöglichen, ist die Heizvorrichtung 20 ortsveränderlich verstellbar ange­ ordnet. So ist gewährleistet, daß die Heißluftdüse 24 in Be­ zug auf die zu bearbeitende Stirnfläche des Lichtwellenlei­ ters 14 justiert werden kann. Die Verstellmöglichkeit kann, wie in der gezeigten Anordnung vorgesehen, quer zur Längsach­ se des Lichtwellenleiters 14 angeordnet sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, daß der Verstellweg für die Heizvor­ richtung schräg zur Längsachse des Lichtwellenleiters 14 ver­ läuft.

Die dritte Hauptgruppe schließlich, welche den Stirnflächen­ stempel 22 umfaßt, besteht aus dem eigentlichen Stempel 22 und einer hiermit verbundenen Kolbenstange 23, die zu einer Verstellvorrichtung 28 gehört, welche vorzugsweise als hy­ draulisch bzw. pneumatisch betätigte Kolben-Zylinder- Anordnung ausgebildet ist.

An Stelle der hydraulisch bzw. pneumatisch betätigten Kolben- Zylinder-Anordnung kann auch ein elektrisch betätigter Spin­ delantrieb vorgesehen sein, mittels welchem der Stirnflächen­ stempel 22 auf die zu bearbeitende Stirnfläche zu- und wieder wegbewegt wird. Nicht näher dargestellt sind zum einen eine Reinigungsvorrichtung, welche die Stirnfläche des Stirnflä­ chenstempels 22 reinigt sowie eine bedarfsweise benutzte Küh­ leinrichtung für den Stempel 22, mittels welcher die beim Verpressen der Stirnfläche 15 des Lichtwellenleiters 14 von diesem aufgenommene Wärme weitergeleitet wird.

Alle vorgenannten Hauptgruppen sind mitsamt ihrer Komponenten vorzugsweise auf einer Montageplatte 30 angeordnet. Hierdurch ist eine eindeutige und feste geometrische Zuordnung der ein­ zelnen Baugruppen gewährleistet, so daß bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die betreffenden Komponenten miteinander in Eingriff beziehungsweise in Wirkfunktion tre­ ten.

Die Wirkungsweise der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Vorrichtung ist folgendermaßen. Zunächst befinden sich alle Komponenten in ihrer Ruhe- oder Ausgangsstellung.

Bei Inbetriebnahme wird der zu bearbeitende Lichtwellenleiter 14 beziehungsweise der den Lichtwellenleiter 14 aufnehmende Steckverbinder 18 in die Haltevorrichtung 12 eingesetzt und darin mit den Spannbacken 13 so fixiert, daß die zu bearbei­ tende Stirnfläche 15 des Lichtwellenleiters 14 gut zugänglich und nicht bewegbar ist.

Nun wird als nächstes der aus der Heizdüse bzw. aus dem Laser 24 austretende Heißluftstrom bzw. Lichtstrahl praktisch nur dem Adernüberstand oder der Stirnfläche 15 des Lichtwellen­ leiters 14 beaufschlagt.

Innerhalb sehr kurzer Zeit ist der Erweichungspunkt des für den Lichtwellenleiter 14 verwendeten Kunststoffmaterials er­ reicht. Nun wird die Heizvorrichtung 20 abgeschaltet und der Stirnflächenstempel 22 auf die Stirnfläche 15 des Lichtwel­ lenleiters 14 zubewegt, bis er daran anliegt und die Stirn­ fläche 15 in der vorgesehen Weise formt.

Aufgrund des Umstandes, daß der Stirnflächenstempel 22 eine vergleichsweise niedrige Temperatur aufweist, wird bei der Beaufschlagung der Stirnfläche 15 des Lichtwellenleiters 14 mit dem Stirnflächenstempel 22, die vom Heizgebläse bzw. La­ ser 20 auf den Lichtwellenleiter 14 übertragene Wärme an den Stempel 22 abgegeben und die hiermit geformte oder geprägte Stirnfläche quasi eingefroren.

Anschließend wird der die Stirnflächenstempel 22 in seine Ausgangsstellung zurückbewegt und gereinigt sowie dort in der Kühlvorrichtung gekühlt.

Claims (9)

1. Verfahren zum Herstellen von Stirnflächen an Lichtwellen­ leitern (14) aus optischen Fasern aus Kunststoff (Plastik- Optik-Fasern POF) für Steckverbinder (18), deren Enden mittels Wärmezufuhr erhitzt und jeweils zu einer gleichförmigen Ober­ fläche geformt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bearbeitende Stirnfläche (15) des Lichtwellenleiters (14) zunächst mittels Heißluft oder Laserbestrahlung auf Verformungstemperatur er­ hitzt wird, daß anschließend ein Stirnflächenstempel (22) zu­ geführt und gegen die Stirnfläche (15) gedrückt wird und daß der Stirnflächenstempel (22) beim Andrücken an die Stirnflä­ che (15) des Lichtwellenleiters (14) gleichzeitig von diesem Wärme aufnimmt und so die Stirnfläche (15) des Lichtwellen­ leiters (14) abkühlt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heißluft bzw. der Laser mittels genau dosiertem und gerichtetem Heißluftstrahl bzw. Lichtstrahl zugeführt wird.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche (15) des Lichtwellenleiters (14) durch den Stirnflächenstempel (22) sphärisch, zum Beispiel kuppig, geformt wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stirnflächenstempel (22) nach jedem Andrückvorgang gereinigt und gekühlt wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche mit einer Heizvorrichtung (20) und einer Einrichtung (22) zur Vergleichmäßigung der Stirnfläche (15), dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtung von einem Heißluftgebläse oder Laser (20) gebildet ist, des­ sen Heißluftstrom bzw. Lichtstrahl hinsichtlich Lufttempera­ tur und Volumenstrom einstellbar ist, und daß die Einrichtung zur Vergleichmäßigung der Stirnfläche von einem Stirnflächen­ stempel (22) gebildet ist, der in Bezug auf die Längsachse des Lichtwellenleiters (14) axial verschieblich zwischen dem Lichtwellenleiter (14) und einer Reinigungsstation angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsstation für den Stirnflächenstempel (22) eine Kühleinrichtung zuge­ ordnet ist, welche den Stirnflächenstempel (22) kühlt.

7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß des Stirnflächenstem­ pels (22) an den Querschnitt des Lichtwellenleiters oder Steckverbinders (Insert) (14) angepaßt ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelfläche des Stirnflächenstempels (22) konkav geformt ist.

9. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Stempelfläche des Stirnflächenstempels (22) konvex geformt ist.