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Vorrichtung zum Verbinden von Lichtleitfasern
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D rfind1mg bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbinden (Schweißen)
von in Halterungen gefaßten Lichtleitfasern, die mit Hilfe eines Lichtbogens oder
von Funken stumpf miteinander verbanden werden.
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Optische Leiter, sogenannte Lichtleitfasern, die meistens aus einem
Kern aus optisch leitendem Material und einem diesen Kern umgebenden Mantel aus
ebenfalls optisch leitendem Material, jedoch mit geringerem Brechungsindex als der
des Kernes bestehen, finden in immer stärkerem Maße Eingang in die Technik der Mach
richtenübertragung. Beim praktischen Einsatz von solchen Lichtleitfasern besteht
im Labor, bei der Fertigung und bei der Strekkenmontage sehr häufig die Aufgabe,
die einzelnen Lichtleitfasern dämpfungsarm miteinander zu verbinden. Dabei darf
die mechanische Festigkeit der Verbindungsstelle nicht wesentlich kleiner sein als
die der Faser selbst, und die Fügestelle darf Im burch.ruesser nicht dicker sein
als die Faser. Diese Forderungen werden -am besten durch Verschweißen erreicht.
Das Problem liegt im Aufbau einer geeigneten Schweißvorrichtung.
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Aus Veröffentlichungen ist zu entnehmen, daß Lichtleitfasern bis her
hauptsächlich mit Hilfe von Verbindungsteilen lösbar miteinander verbunden wurden.
Vereinzelt wurde auch schon über Verschweißen von Fasern berichtet (DT-OS -23 45
273, Seite 2; "Applied Optics", Vol. 15, No. 3, 1976, Seite 793 bis 795). Jedoch
erfordern die bekannten Vorrichtungen dieser A-v einen genauen Justiervorgang,
um
die zuvor erwähnten Bedingungen durch genaues Fluchten beider Enden der miteinander
zu verbindenden Lichtleitfasern zu gewährleisten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbinden
(Schweißen) von Lichtleitfasern zu schaffen, bei der die Notwendigkeit der genauen
Justierung jedes einzelnen Paares nicht mehr erforderlich ist. Diese Aufgabe wird
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zwei Faserhalterungen für zwei Lichtleitfasern
über eine gemeinsame Führung miteinander verbunden sind und jede der beiden Faserhalterungen
zwei Lichtleitfasern aufnehmendeS parallel verlaufende Rinnen aufweist, von denen
je eine Rinne (Hauptrinne) die exakte Verlängerung der Rinne der anderen Halterung
ist, während jeweils die zweite Rinne auf der einen bzw. anderen Seite der Hauptrinne
verläuft.
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Auf diese Weise wird erreicht, daß sich die miteinander zu ver'oíndenden
Enden der beiden Lichtleitfasern in der exakt fluchtenden Hauptrinne befinden, so
daß die Notwendigkeit einer bei jedem Verbindungsvorgang durchzuführenden Justierung
entfällt. Beide Faserenden brauchen bloß auf Stoß einander genähert zu werden.
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Voraussetzung einer guten Verbindung sind ebene und zur Faserrichtung
senkrechte Bruchstellen. Für die einfache Erzeugung von Bruchstellen mit solchen
Eigenschaften ist eine sehr vorteilhafte dynamische Vorrichtung bereits vorgeschlagen
worden.
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Vor der Erwärmung der Faserenden werden diese vorzugsweise mit einer
bestimmten Kraft zusammengedrückt. Günstig ist, wenn die Kraft während des Schweißvorganges
kleiner wird. Dies wird mit einfachen Mitteln dadurch erreicht, daß eine der Faserhalterungen
mit dem Anker eines Elektromagneten verbunden ist, bei dem sich die Kraft mit zunehmendem
Weg verringert.
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Die Erwärmung der Fügestelle erfolgt vorzugsweise mit einem pul sierenden
Plasma- oder Lichtbogen. Dabei ist die Temperatur der Schweißstelle wegen der Wärmeabgabe
der Fügestelle über das Impulsverhältnis zu beeinflussen. Die Erwärmung der Lichtleitfasern
kann aber auch durch Laser- oder IR-Strahlung erfolgen. Die Schweißstelle muß schnell
abgekühlt werden, uln die Ausbildung eines span
nungsreichen, brüchigen
Glasgefüges zu verhindern. Die schnelle Kühlung der Fasern kann durch Kühlung der
Faserhalterungen o. dgl.
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erfolgen.
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Um die Lichtleitfasern in den Faserhalterungen auf einfache Weise
exakt festzulegen, werden die für diese Zwecke üblichen Rinnen der Faserhalterungen
vorzugsweise mit Saugvorrichtungen versehen.
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Dabei kann die Anlage mit Vorteil so ausgebildet werden, daß als Saugvorrichtungen
parallel zu den Rinnen geführte Kanäle in der Tiefe der Faserhalterungen angeordnet
sind, die mit den Rinnen über Bohrungen verbunden sind. Diese Saughalterungen bieten
gleichzeitig den Vorteil, daß zur Herausnahme der verschweißten Fasern lediglich
auf die Saugleitungen ein geringer Überdruck gegeben zu werden braucht.
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Um das Einlegen der Lichtleitfascrn in die parallelen Rinnen jeder
Faserhalterung zu erleichtern, wird man zwischen den beiden parallel laufenden Rinnen
mit Vorteil überhöhte Stege anordnen.
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Die Erfindung wird anhand der In der Zeichnwlffl dargestellten, schematisch
gehaltenen Ausführungsbeispiele im einzelnen erläutert.
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In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 und Fig. 2 je eine Draufsicht auf zwei
über eine Führung miteinander verbundenen Faserhalterungen in verschiedenen Zuständen,
Fig. 3 eine Seitenansicht der beiden zusammenarbeitenden Faserhalterungen 21 und
22, Fig. 4 bis 6 je einen senkrechten Querscnm.itt durch eine Faserhalterung und
Fig. 7 ein Schema einer Gezariitvorrichtung zum Verbinden von Licht-eitfaern.
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In den Figuren 1 und 2 ist Jeweils die Draufsicht auf zwei Faserhalterungen
21 und 22 dargestellt, die über eine gemeinsame Führung 23 derart miteinander verbunden
sind, daß die Lage in die Faserhalterungen eingelegter Lichtleitfasern 11, 12 Gegeneinander
nur bezüglich der Länge verändert werden kann. An der Oberseite 27 (Fig. 4) der
Fzserhalterungen sind jeweils zwei Rinnen 24, 25 bzw. 25, 26 vorgesehen, von denen
die eine Rinne (Hauptrinne 25)
exakt die Verlängerung der entsprechenden
Rinne 25 der anderen Faserhalterung ist. Dies kann beispielsweise dadurch bewirkt
werden, daß beide Rinnen bei dicht aneinandergefiigten. Faserhalterungen durch einen
gemeinsamen Atzvorgang erzeugt werden. Die zweiten Rinnen 24 bzw. 26 verlaufen jeweils
auf der einen bzw. anderen Seite der Hauptrinne 25.
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In diese Faserhalterungen werden zwei Lichtleitfasern 11 und 12 so
eingelegt, daß sie einen etwa S-förmigen Verlauf aufweisen, d. h. daß sich die Lichtleitfaser
11 in der Faserhalterung 21 in der Hauptrinne 25 befindet, während die gleiche Faser
11 in der Faserhalterung 22 in der Rinne 25 oberhalb der Hauptrinne 25 verläuft.
in entsprechendem Sinne ist die Lichtleitfaser 12 eingefügt.
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Werden die Lichtleitfasern an den mit den Pfeilen 18 und 19 angedeuteten
Stellen gebrochen, z. B. mit einer Schvingvorrichtung, so befinden sich die miteinander
zu verbindenden Enden 13 und 14 der Lichtleitfasern 11 bzw. 12 in der exakten Verbindungsposition,
ohne daß es einer besonderen Justierung bedarf. Die beiden Faserhalterungen müssen
gegebenenfalls lediglich ein wenig aufeinander zu bewegt werden. Die abgebrochenen
Enden 15 und 16 liegen in den Parallelrinnen 24 bzw. 26 und können verworfen werden.
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Um die Enden 13 und 14 der Lichtleitfasern 11 und 12 beim Schweißvorgang
in ausreichendem Maße zusammenzudrücken, ist eine ( der Faserhalterungen über eine
Blattfeder 33 mit dem Anker 32 eines Elektromagneten 31 verbunden. Bei geeigneter
Betätigung des Elektromagneten wird das Faserende 13 mit einer dem System angepaßten
Kraft zusammengedrückt, wobei die durch den Anker auf die Lichtleitfaser übertragene
Kraft mit-zunehmendem Weg kleiner wird.
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Die senkrechten Querschnitte (Fi.g. 4 bis 6) durch die Faserhalterungen
21 bzw. 22 zeigen die Vorrichtungen zum Fixieren der Lichtleitfasern 11 und 12 in
den Faserhalterungen. Um das Einlegen der Lichtleitfasern in die gegeneinander ersetzten
Rinnen 24 und 25 bzw. 25 und 26 zu erleichtern, sind zwischen den beiden Rinnen
jeder Faserhalterung überhöhte Stege 29 vorgesehen. Die Lichtleitfasern 11 bzw.
12 werden durchUnterdruck in den Rinnen 24 bis 26 gehalten. Für die Erzeugung des
Unterdruckes sind in der Tiefe der Faserhalterungen Kanäle 27 angeordnet, die über
Bohrungen 28
mit den Rinnen 24 bis 26 in Verbindung stehen.
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Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung der gesamten Verbindungsvorrichtung.
Die eigentliche Verbindungsvorrichtung 40 befindet sich auf dem Ausleger 42 eines
Wagens 41. Auf dem Wagen sind die zum Schweißen erforderlIchen Nebenaggregate, wie
z. B. Plimpe, Elektronik, Gasbehälter usw. untergebracht. Der Ausleger 42 ermöglicht
die Bewegung der Schweißvorrichtung 40 in mehrere 9tic} tungen, so daß er jeder
Faserrichtung innerhalb des Faserzuges einer Fertigungsmaschine angepaßt werden
kann. Die Schweißvorrichtung 40 besteht dabei im wesentlichen aus den zuvor beschriebenen
beiden Faserhalterungen 21 und 22, die über die gemeinsame Führung 23 miteinander
verbunden sind. Zusätzlich ist eine Fasertrennvorrichtung (nicht dargestellt) und
ein Beobachtungsmikroskop 43 vorgesehen.
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7 Figuren 5 Ansprüche
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