DE19923416C2

DE19923416C2 - Ferrule für einen Lichtwellenleiter, Verfahren zum Herstellen einer solchen Ferrule und Verfahren zum Befestigen einer Ferrule an einem Lichtwellenleiter

Info

Publication number: DE19923416C2
Application number: DE1999123416
Authority: DE
Inventors: Juergen Bauer
Original assignee: Tyco Electronics Logistics AG
Current assignee: TE Connectivity Solutions GmbH
Priority date: 1999-05-21
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2002-01-17
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: DE19923416A1; WO2000072069A1

Abstract

Eine erfindungsgemäße Ferrule (4) für einen Lichtwellenleiter (1), die an einem Schutzmantel (2) des Lichtwellenleiters (1) mittels Vercrimpen befestigt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß die Ferrule (4) zumindest teilweise aus einem Metallpulver hergestellt wird und mittels eines Metallpulververspritzgußverfahrens hergestellt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ferrule für einen Lichtwellenleiter, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Ferrule und ein Verfahren zum Befestigen einer Ferrule an ei nem Lichtwellenleiter.

Bei der Kopplung von elektrooptischen Sendern, wie zum Bei spiel LEDs und Laserdioden und elektrooptischen Empfängern, wie zum Beispiel Photodioden und Phototransistoren mittels einer lichtleitenden Faser, oder bei der optischen Verbindung von zwei getrennten Lichtwellenleitern (z. B. aus Kunststoff) miteinander, ergibt sich das Problem, daß die Stirnflächen der lichtleitenden Fasern zu den korrespondierenden Sende- oder Empfangsflächen sehr genau in Position gebracht und ge halten werden müssen. Dabei müssen die optischen Achsen prä zise zur Deckung gebracht werden und sehr nahe aneinander an schließen, d. h. sie müssen sowohl in radialer als auch in axialer Richtung exakt positioniert werden.

Um eine einwandfreie Ankopplung eines Lichtwellenleiters zu einem Sender oder zu einem Empfänger oder eine einwandfreie Kopplung Faser/Faser zu gewährleisten, wird bei den bekannten optischen Steckverbindungen das Ende des Lichtwellenleiters mit einem Röhrchen, einer sogenannten Ferrule (auch Insert genannt) konfektioniert.

Die Befestigung der Ferrule auf bzw. an dem Lichtwellenleiter muß zugfest erfolgen, ohne dabei den Lichtwellenleiter zu be schädigen oder gar seine optischen Eigenschaften zu beein flussen.

Bekannte Befestigungen an einem Lichtwellenleiter stellen zu diesem eine Verbindung her, indem beispielsweise eine Crimp verbindung an den Lichtwellenleiter angebracht wird. Hierbei besteht jedoch die Gefahr, daß der Lichtwellenleiter beschä digt wird oder die optischen Eigenschaften negativ beeinflußt werden. Bei solchen bekannten Ferrulen, die mittels einer spanenden Fertigung aus Metall hergestellt werden, sind, wie es aus der DE 44 10 444 bekannt ist, feine Rippen an der in nenliegenden Oberfläche, d. h. der Kontaktfläche zum Lichtwel lenleiter, der Ferrule ausgebildet, und zwar zumeist in Form eines sehr feinen Innengewindes mit einem sehr kleinen Durch messer.

Die Herstellung einer solchen Ferrule ist zudem schwierig und sehr teuer.

Aus der US-A 5 131 063 ist eine Ferrule mit einem Gehäuse, einem in dem Gehäuse ausgebildeten Hohlraum und einem am vorderen Ende des Gehäuses ausgebildeten, den Kern des Lichtwellenleiters aufnehmenden Kanal bekannt. Vor dem Einführen des Lichtwellenleiters wird in den Hohlraum des Gehäuses ein ebenfalls mit einem Kanal ausgestatteter Stopfen eingebracht. Nach dem Einführen des Lichtwellenleiters wird der Stopfen weiter in den vorne konisch ausgebildeten Kanal gedrückt, so daß der sich um den den Hohlraum durchsetzenden Lichtwellenleiter schließt und den Lichtwellenleiter hält.

Aus der DE 197 16 638 C1 ist ein Verfahren zum Befestigen einer Ferrule an einem Lichtwellenleiter bekannt, bei dem der Lichtwellenleiter in einem Hohlraum der Ferrule angeordnet wird und diese auf dem Mantel des Lichtwellenleiters aufgecrimpt wird. Dabei besteht die Ferrule aus metallischem Werkstoff.

Aus der DE 44 10 444 C2 ist eine Ferrule mit einem Stecksegment, in das das vordere, vom Mantel befreite Ende des Kerns des Lichtwellenleiters eingeschoben wird, und mit einem Klemmsegment, das auf den ummantelten Teil des Lichtwellenleiters gecrimpt wird, bekannt, wobei als Material für die Ferrule alternativ entweder in Spritzgießtechnik aufgebrachter Kunststoff oder zur Vercrimpung geeignetes Messing vorgesehen ist.

Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ferrule für einen Lichtwellenleiter, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Ferrule und ein Verfahren zum Befe stigen einer solchen Ferrule an einem Lichtwellenleiter zu schaffen, wobei eine einfache und kostengünstige Herstellung der Ferrule, eine sichere Befestigung der Ferrule an dem Lichtwellenleiter, auch bei einer Verwendung in einem Kraft fahrzeug, für hohe Ausziehkräfte, gegeben ist. Zudem sollte eine optische Dämpfung möglichst nicht auftreten und die Fer tigung mittels des Verfahrens kurze Taktzeiten erlauben und geringe Kosten verursachen.

Diese Aufgabe wird durch eine Ferrule für einen Lichtwellen leiter gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst bzw. durch ein Ver fahren gemäß Patentanspruch 9 oder Patentanspruch 14 gelöst.

Demnach zeichnet sich eine erfindungsgemäße Ferrule für einen Lichtwellenleiter dadurch aus, daß die Ferrule einstückig und aus einem Metallpulver oder einem Metallpulver enthaltenden Gemisch hergestellt wird.

Darüber hinaus umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren zum Be festigen der Ferrule an einem Lichtwellenleiter die folgenden Schritte:

- Anordnen des Lichtwellenleiters in einem Hohlraum der Ferrule; und
- Vercrimpen der Ferrule auf einem Schutzmantel des Lichtwel lenleiters.

Schließlich weist das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstel len der Ferrule die folgenden Schritte auf:

- Bereitstellen einer Mischung aus einem Metallpulver und aus einem Binder aus Kunststoff;
- Einspritzen der Mischung in eine Form in einer Spritzgußma schine;
- Entformen des so erhaltenen Rohlings;
- Entfernen eines Teils des Kunststoffes aus dem Rohling; und
- Sintern des Rohlings.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Ferrule und der oben genann ten Verfahren sind jeweils in den Unteransprüchen angeführt.

Die wesentlichen Vorteile nach der vorliegenden Erfindung sind wie folgt:

- Die durch Metallpulverspritzguß hergestellte Ferrule er setzt zwei bisher verwendete Einzelteile, nämlich die Ferrule (Drehteil) und eine Rastfeder (Stanz-Biegeteil);
- Dadurch ergibt sich eine wirtschaftlichere Fertigung und Montage der erfindungsgemäßen Ferrule;
- Die erfindungsgemäße Ferrule ist hoch korrosionsbeständig, da keine unterschiedlichen Metalle (für die Ferrule und die Rastfeder) eingesetzt sind;
- Hochfeste Verbindung zwischen Ferrule und Lichtwellenleiter nach dem Vercrimpen, insbesondere auch infolge der Duktilität des Werkstoffes und der rauhen Innenoberfläche der Ferrule;
- Die Ferrule kann kostengünstig in Spritzgußtechnik gefer tigt werden (ohne Innengewinde o. ä.);
- Wirtschaftliche Kabelkonfektionierung und Fertigung der Ferrule durch Vercrimpen;
- Hoher Automatisierungsgrad bei der Fertigung möglich;
- Geringere Kerbwirkung an der erfindungsgemäßen Ferrule als bei der bekannten Ferrule mit Innengewinde; und
- Keine Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des Lichtwellenleiters.

Eine erfindungsgemäße Ferrule für einen Lichtwellenleiter, das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen der Ferrule und das Verfahren zum Befestigen der Ferrule an einem Lichtwel lenleiter sind in den Zeichnungen dargestellt.

Diese zeigen in:

Fig. 1 eine Querschnittansicht eines Lichtwellenleiters mit einer aufgecrimpten Ferrule im Längsschnitt;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Ferrule nach der Fig. 1;

Fig. 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Ferrule;

Fig. 4 eine Querschnittansicht der Ferrule nach der Fig. 3;

Fig. 5 eine Stirnansicht der Ferrule nach der Fig. 3;

Fig. 6 eine schematische Darstellung des Crimpvorgangs;

Fig. 7 eine weitere schematische Ansicht der Ferrule nach dem Crimpvorgang; und

Fig. 8 eine schematische Darstellung eines Kerns, wie er für die Herstellung der erfindungsgemäßen Ferrule einge setzt wird.

In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Ferrule 4 an einem Lichtwellenleiter 1 angeordnet, der aus einem Kunststoffmate rial gefertigt ist.

Die Ferrule 4 ist aus einem Metallpulver, vorzugsweise in Verbindung mit einem Binder auf Kunststoffbasis, gefertigt.

Der Lichtwellenleiter 1 weist in der dargestellten Ausfüh rungsform einen lichtleitenden Kern sowie einen Schutzmantel 2 auf, der den Kern vor Beschädigungen schützt.

Die Ferrule 4 weist in der dargestellten Ausführungsform zu mindest einen Bund 7 auf. Zudem sind einstückig an der Ferru le 4 zwei Rastfedern 6 ausgebildet. Diese Rastfedern 6 dienen beim Stecken der Ferrule 4 als Steckersicherung, die ein Her ausrutschen bzw. Lösen der Steckverbindung verhindern.

Darüber hinaus ist in der Fig. 1 zu erkennen, wie mit einem Crimpwerkzeug 3 die Ferrule 4 in einem Bereich, der links von den Rastfedern 6 liegt (in der Fig. 1), am Lichtwellenleiter 1 vercrimpt wird. Die Vercrimpung findet dabei zwischen dem Schutzmantel 2 des Lichtwellenleiters 1 und der innenliegen den Oberfläche der Ferrule 4 statt. In der Fig. 1 ist leicht ersichtlich, daß der Schutzmantel 2 im Bereich der Vercrim pung gegenüber dem Rest des Schutzmantels 2 zusammengedrückt ist.

In der Fig. 2 ist in einer perspektivischen Darstellung die Ferrule 4 dargestellt. Die Ferrule 4 wird mittels eines Spritzgußverfahrens gefertigt.

Die Fertigung der erfindungsgemäßen Ferrule 4 erfolgt, indem als Ausgangsstoff eine Mischung aus zumindest einem Metallpulver und aus Kunststoff(en) verwendet wird. Diese Mischung wird in einer Spritzgußmaschine in eine Form gespritzt.

Dabei entsteht ein sogenanntes Grünteil, welches durch Ent bindern zum sogenannten Braunteil wird. Beim Entbindern wird aus dem Grünteil unter Einsatz von Wärme und/oder unter Ein wirkung besonderer Medien ein großer Teil des Kunststoffes aus dem Grünteil entfernt, vorzugsweise ausgewaschen.

Das Braunteil wird anschließend in einem Sinterofen gesintert und vorzugsweise bei einer sehr hohen Temperatur und unter eine speziellen Gasatmosphäre (z. B. Wasserstoff) dichtgesin tert.

Vor dem Sintern kann noch die Außengeometrie, d. h. es können die Abmessungen kalibriert werden, und es können gegebenen falls nicht mehr benötigte Gußstege etc. abgetrennt werden. Insbesondere die nach dem Spritzgußverfahren noch empfindli chen Rastfedern können zur Abstützung solche Gußstege aufwei sen.

Zusammengefaßt läßt sich dieses Metallpulverspritzgußverfah ren (kurz MIM = Metal Injection Molding) wie folgt darstel len:

- Pulver und Binder mischen < Feedstock
- Spritzguß ausführen < Grünteil
- Entbindern < Braunteil
- Sintern < Sinterteil

Wie es in den Fig. 3 bis 5 zu erkennen ist, weist die Ferrule 4 einen Hohlraum 8 auf, der zur Aufnahme des Licht wellenleiters 1 dient. Dieser zylindrische Hohlraum 8 ist in der Fig. 4 idealisiert dargestellt.

Tatsächlich wird zur Verbesserung der Crimpverbindung zwi schen Ferrule 4 und Schutzmantel 2, die Ferrule 4 in einem Bereich, in dem die Vercrimpung erfolgt, mit einer möglichst rauhen Oberfläche ausgebildet und zudem vorzugsweise konisch ausgebildet, wie es in den Fig. 6 und 7 schematisch darge stellt ist.

Zur Ausbildung dieser Merkmale, nämlich rauhe Innenoberfläche in dem Hohlraum 8 in einem Oberflächenbereich 9, sowie koni sche Oberfläche in diesem Oberflächenbereich 9, wird ein ent sprechender Kern 5 eingesetzt. Der Kern 5 ist in dem koni schen Bereich mit einer rauhen Oberfläche versehen.

Die Vercrimpung erfolgt dann mit einem keilförmig geschliffe nen Crimpwerkzeug 3 (siehe Fig. 6), welches im Oberflächen bereich 9 die Ferrule 4 so verformt, daß die vorher konischen Bereiche der Ferrule 4 nach dem Vercrimpen nahezu parallel zu der (optischen) Achse des Lichtwellenleiters 1 verlaufen. Dieser Crimpabschnitt 10 verfügt an der Innenseite der Ferru le 4 vorzugsweise über eine rauhe Oberfläche, um den Reib schluß zu erhöhen.

In einer weiteren Ausführungsform (nicht dargestellt) kann die Ferrule im Crimpbereich sowohl innen als auch außen ko nisch ausgebildet sein, so daß sich in diesem Bereich eine konstante Wandstärke ergibt. Dann kann das Vercrimpen auch mit einem geraden Crimpwerkzeug erfolgen.

Der Lichtwellenleiter 1 und die Ferrule 4 werden also mittels dieser Vercrimpung dauerhaft und unlösbar miteinander verbun den. Die Vercrimpung erfolgt dabei zwischen dem Innenumfang der Ferrule 4 und dem Außenumfang des Schutzmantels 2.

Beim Vercrimpen der Ferrule 4 mit dem Schutzmantel 2 (für den Kern des LWL) des Lichtwellenleiters 1 wird nur der Kunst stoff an dem Schutzmantel 2 verformt und es wird keine nen nenswerte Beeinträchtigung an dem Lichtwellenleiter 1 be wirkt. Da die lichtleitende Faser nicht mechanisch verformt wird, ist keine Erhöhung der optischen Dämpfung damit verbunden. Die Auszugskraft der Ferrule relativ zum Lichtwellenlei ter 1 wird hauptsächlich durch die Güte des Reibschlusses be stimmt.

Die Innenfläche der Ferrule 4 im Hohlraum 8 im Bereich der Vercrimpung ist nicht glatt ausgeführt.

In der Fig. 1 ist das fertig bearbeitete Endstück des Licht wellenleiters 1 mit Ferrule 4 dargestellt. Die Stirnfläche des Lichtwellenleiters 1 ist auf die Länge der Ferrule 4 ge kürzt und endbearbeitet.

Die Stirnfläche kann abgeschnitten, geschliffen oder mit ei nem Laser geglättet sein.

Kurz zusammengefaßt, ist die erfindungsgemäße Ferrule 4 als metallische Ferrule für einen Lichtwellenleiter 1 aus Kunst stoff ausgeführt, die mittels eines Metallpulverspritzgußver fahrens hergestellt wird. Der Oberflächenbereich 9 der Ferru le 4, der den Kontakt zum Lichtwellenleiter 1 bzw. dessen Schutzmantel 2 herstellt, ist gezielt rauh belassen, um die Eigenschaften der Crimpverbindung zu verbessern, insbesondere den Reibschluß zu erhöhen.

Ein aufgerauhter Kern 5 wird für diesen Bereich beim Spritz gußverfahren eingesetzt, wobei der Kern 5 zudem eine konische Form aufweist, um einerseits das Entformen zu erleichtern und um andererseits beim Vercrimpen diese konischen Bereiche in nahezu parallele Bereiche verformen zu können.

Das vorzugsweise eingesetzte Metallpulver-Bindersystem läßt zum einen eine gewisse Duktilität sowie zum anderen eine ge wisse Elastizität der Ferrule 4 zu. Die Duktilität kommt beim Crimpen zum Tragen, da dort die Verformung möglichst ohne Rückstellung erfolgen sollte, während die Elastizität bei den Rastfedern wichtig ist.

Unter anderem aus Kostengründen, kann jedoch auch hier der Crimpbereich mittels des MIM-Verfahrens (Metal Injection Mol ding) hergestellt werden, während der restliche Bereich der Ferrule und die Rastfedern durch Anspritzen mit einem Kunst stoff ausgebildet werden können. Diese Vorgehensweise hätte den Vorteil, daß die erforderliche Duktilität für den Crimp bereich über das MIM-Verfahren erzielt werden könnte, während die geforderte Elastizität für die Rastfedern einfacher über den eingesetzten Kunststoff erreichbar ist.

Eine erfindungsgemäße Ferrule für einen Lichtwellenleiter, die an einem Schutzmantel des Lichtwellenleiters mittels Ver crimpen befestigt wird, zeichnet sich dadurch aus, daß die Ferrule zumindest teilweise aus einem Metallpulver besteht und mittels eines Metallpulverspritzgußverfahrens hergestellt ist.

Bezüglich weiterer Merkmale und Vorteile der vorliegenden Er findung wird ausdrücklich auf die zugehörigen Zeichnungen und Patentansprüche verwiesen.

Claims

1. Ferrule (4) für einen Lichtwellenleiter (1), wobei die Ferrule (4) an einem Schutzmantel (2) des Lichtwellenleiters (1) mittels Vercrimpen befestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule (4) einstückig ist und aus einem Metallpulver oder einem Metallpulver enthaltenden Gemisch hergestellt ist.

2. Ferrule (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule (4) im wesentlichen eine hohlzylindrische Form aufweist, wobei der Lichtwellenleiter (1) durch den Hohlraum (8) verläuft.

3. Ferrule (4) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule (4) im Berührungsbereich mit dem Schutzmantel (2) des Lichtwellenleiters (1) eine nicht glatte Oberfläche aufweist.

4. Ferrule (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule (4) mittels Metallpulverspritzguß hergestellt ist.

5. Ferrule (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule (4) aus einem Gemisch aus Metallpulver und Binder hergestellt ist.

6. Ferrule (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule (4) zumindest eine einstückig mit der Ferrule (4) ausgebildete Rastfeder (6) aufweist.

7. Ferrule (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferrule (4) an der Innenoberfläche einen Oberflächenbe reich (9) aufweist, der eine hohe Oberflächenrauhigkeit hat.

8. Ferrule (4) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (8) zumindest bereichsweise konisch ausgebildet ist.

9. Verfahren zum Befestigen einer Ferrule (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 an einem Lichtwellenleiter (1), gekennzeichnet durch die Schritte:

- Anordnen des Lichtwellenleiters (1) in einem Hohlraum (8) der Ferrule (4);
- Vercrimpen der Ferrule (4) auf dem Schutzmantel (2) des Lichtwellenleiters (1) mittels eines Crimpwerkzeugs (3).

10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Verwenden eines keilförmigen Crimpwerkzeugs (3).

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch den Schritt: Vercrimpen der Ferrule (4) mit dem Schutzmantel (2) des Lichtwellenleiters (1) in einem Bereich, an dem ein Hohlraum (8) der Ferrule (4) konisch ausgebildet ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt:
Vercrimpen der Ferrule (4) mit dem Schutzmantel (2) mittels eines geradförmigen Crimpwerkzeuges.

13. Verfahren nach Anspruch 9 oder 12, gekennzeichnet durch den Schritt:
Vercrimpen der Ferrule (4) mit dem Schutzmantel (2) des Lichtwellenleiters (1) in einem Bereich, an dem ein Hohlraum (8) der Ferrule (4) und die Außenoberfläche konisch ausgebildet sind, wobei die Wandstärke der Ferrule (4) in diesem ko nischen Bereich konstant ist.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch den Schritt:
Vercrimpen der Ferrule (4) in einem Bereich, an dem der Hohl raum (8) der Ferrule (4) einen rauhen Oberflächenbereich (9) aufweist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt:
Vercrimpen der Ferrule (4), so daß der Oberflächenbereich (9) nach dem Vercrimpen im wesentlichen parallel zu der Achse des Lichtwellenleiters (1) verläuft.

16. Verfahren zum Herstellen einer Ferrule (4), gekennzeichnet durch die Schritte:

- Bereitstellen einer Mischung aus einem Metallpulver und aus einem Binder aus Kunststoff;
- Einspritzen der Mischung in eine Form in einer Spritzgußma schine;
- Entformen des so erhaltenen Rohlings;
- Entfernen von zumindest einem Teil des Kunststoffes aus dem Rohling; und
- Sintern des Rohlings.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Schritt:
Dichtsintern des Rohlings bei hoher Temperatur und in einer Wasserstoffatmosphäre.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, gekennzeichnet durch den Schritt:
Vor dem Sintern, Kalibrieren der Außenabmessungen des Roh lings.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, gekennzeichnet durch den Schritt:
Abtrennen von Gußstegen nach dem Entformen des Rohlings.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 19, gekennzeichnet durch den Schritt:
Einsetzen eines Kerns in die Form der Spritzgußmaschine.

21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch den Schritt:
Zumindest abschnittsweises Ausbilden einer rauhen Oberfläche an dem Kern und/oder von zumindest einem konischen Oberflä chenbereich an dem Kern.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, gekennzeichnet durch den Schritt:
Verwenden einer Metallpulver-Binder-Mischung, die zum einen eine ausreichende Duktilität und zum anderen eine ausreichen de Elastizität des Rohlings ermöglicht.