DE2715443A1 - Schweissvorrichtung zur stirnseitigen verbindung von buendeln optischer fasern - Google Patents

Description

FO 10 34O D

- 4 - 7. Apr« 1977

SCHWEISSVORRICKTUNG ZUR STIHNSEITIGEN VERBINDUNG VON BÜNDELN OPTISCHER FASERN

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißvorrichtung zur stirnseitigen Verbindung von Bündeln optischer Fasern, mit je einer Vielfachhalteklemme für jedes Bündel und einer Richtlehre, in der die von ihrer Umhüllung befreiten Faserenden beider Bündel einander stirnseitig gegenüberliegen.

Die Erfindung läßt sich auf optische Fasern der unterschiedlichsten Eigenschaften und für die verschiedensten Betriebsarten, Monomode und Multimode, anwenden.

Optische Fasern mit Indexsprung können beispielsweise aus einer Glasseele und einer Glashülle bestehen, deren äußerer Durchmesser um 100 Mikron mißt. Der Brechungsindex der Seele ist größer als der der Hülle, so daß Lichtstrahlen an der Grenzfläche zwischen Seele und Hülle total reflektiert werden. Zur Reparatur einer zerbrochenen Faser muß die Längskontinuität der zwei Seelen und der zwei Hüllen wiederhergestellt werden. Hierzu müssen zuerst die beiden Enden geebnet und auf die Fiberachse ausgerichtet werden. Dann legt man die beiden Fasern axial ausgerichtet gegeneinander und verschweißt die Verbindungsstelle.

Gemäß einer bekannten Technik benutzt man hierzu einen Metalldraht, z.B. aus Platin oder einer Nickel-Chrom-Legierung.

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Dieser Draht dient als Heizzone und wird um die zu verschweißende Stelle herumgelegt. Diese Technik läßt sich jedoch nicht auf das Verschweißen von Siliziumfasern anwenden, da deren Erweichungstemperatur zu hoch für derartige Heizmethoden ist.

Bekannte Geräte zum Ausrichten zweier optischer

Fasern halten in Klemmen die beiden Faserenden fest. Zur Sichtkontrolle wird der Stirnbereich in Vergrößerung auf einen Bildschirm projiziert oder in einem Vergrößerungsrohr betrachtet. Nachteilig ist bei diesem Verfahren, daß jede einzelne Faser eines Bündels unabhängig eingestellt werden muß.

Dieser Nachteil soll durch die Erfindung überwunden werden, indem die Fasern bündelweise in Stellung gebracht, verschweißt und aus der Vorrichtung wieder entfernt werden.

Dieses Ziel wird bei einer Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß eine Mikroplasmaflamme senkrecht zu den Fasern und auf die Schweißstellen einzeln nacheinander ausrichtbar ist, daß die Richtlehre zahlreiche zueinander parallele Richtnuten aufweist, die einen V-Querschnitt mit gewölbten Seitenflächen und erweitertem Nutengrund besitzen, wobei die Richtlehre im Bereich der Schweißstellen eine in eine Kammer mündende, quer zur Faserrichtung liegende Öffnung aufweist, und daß die Vielfachhalteklemmen quer und längs zur Fasernrichtung fein einstellbar sind.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird nunmehr anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele mit Hilfe von acht Zeichnungen näher erläutert.

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Fig. 1 zeigt schematisch im Querschnitt eine Mikroplasmaflamme und zwei Faserenden.

Fig. 2 zeigt schematisch zwei zueinander ausgerichtete Faserbündel während des VerSchweißens.

Fig. 3 zeigt vergrößert im Schnitt eine Nut der Richtlehre mit einer Faser.

Fig. 4 zeigt die Richtlehre zwischen zwei Vielfachklemmen von der Seite.

Fig. 5 bis Fig. 7 zeigen eine Vielfachklemme in ihren drei Betriebsstellungen.

Fig. 8 zeigt das Endresultat einer Bündelverbindung.

Der Plasmabrenner gemäß Fig. 1 besitzt eine negative Zentralelektrode 5, die in eine Spitze ausläuft. Diese Spitze ragt in ein erstes Rohr 6 hinein, ohne dieses zu berühren. Dieses Rohr ist aus elektrolytischem Kupfer und bildet die positive Elektrode. Ein zweites Rohr 7 ist konzentrisch um das erste Rohr herum angeordnet. Die Ionisierung des Plasmas wird durch einen Lichtbogen erreicht, der zwischen den beiden Elektroden durch eine Gleichspannungsquelle 8 erzeugt wird. Im inneren Rohr 6 strömt ein sehr reines Inertgas wie z.B. Argon. Der Lichtbogen wird zwischen der Zentralelektrode 5 und dem Inneren des Rohrs 6 gezündet. Durch den Argonstrom wird er nach außen geblasen und erzeugt das Plasma. Im zweiten Rohr 7 strömt ein zweites Gas, das aus mit Wasserstoff angereichertem Argon besteht und den Lichtbogen bündelt. Der ionisierte Wasserstoff rekombiniert bei der Temperatur des Lichtbogens auf dem Schweißgut und liefert Wärme.(zudem schützt der Wasserstoff als reduzierendes Gas die Schweißzone gegen Oxydation). Durch das zweite Gas im Rohr 7 kann man die

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Schweißbedingungen steuern.

Eine Verschiebung der zu verschweißenden Fasern unter dem Druck des Gasflusses läßt sich vermeiden, indem man dem inneren Rohr 6 einen lichten Durchmesser in der Größenordnung eines Millimeters gibt, und indem man genau diesen Gasdurchsatz kontrolliert. Dieser soll zwischen einigen Kubikzentimeter/h und einigen zehntausend Kubikzentimeter/h liegen. Die sichtbare Länge der Plasmaquelle liegt bei einigen Millimetern.

Die Fasern 1 und 2 sind durch später zu beschreibende Mittel zueinander ausgerichtet und werden miteinander durch einen leichten und kontrollierten Druck in Kontakt gebracht. Die zu verschweißende Kontaktfläche trägt das Bezugszeichen

Die Öffnung des Brenners 4 liegt dann weit entfernt von den Kontaktflächen 3.

Zuerst wird außerhalb des Faserbereichs die Plasmaflamme eingestellt. Dann verschiebt man die Öffnung 9 des Brenners, so daß das Plasma in den Kontaktbereich 3 der beiden Fasern gelangt, und zwar in einem Abstand von einigen Bruchteilen von Millimetern von den Kontaktflächen. Der Schweißvorgang dauert nicht lange, höchstens zehn Sekunden. Die durch die Erhitzung weich gewordene Faser hat nicht genug Zeit, sich aufgrund der Schwerkraft zu verformen. Es empfiehlt sich, eine Flammenbildung im Kontaktbereich zu vermeiden, indem man den Gasdruck des Plasmas so gering wie möglich hält.

Die Schweißstelle aufgrund der Mikroplasmaverschweißung erzeugt einen zusätzlichen Lichtverlust von etwa 0,2 dB oder weniger. Durch diese Verschweißtechnik kann der Außendurchmesser der Faser weitgehend erhalten werden und es ergeben sich

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die mechanischen Vorteile einer Schmelzschweißung (ohne Schweißmittel).

Fig. 2 zeigt die Anwendung dieses Schweißverfahrens au^ein ganzes Bündel von parallel zueinander in einer Ebene angeordneten Fasern 15. Der Plasmabrenner 11 ist mit seiner Achse XX¹ 12 senkrecht zu den Fasern angeordnet und wird gemäß einer Achse YY¹ 13 langsam in einer die beiden Achsen XX¹ und YY¹ einschließenden Ebene, in der auch die Kontaktstellen 14 der Fasern liegen, verschoben. Die Lichtfasern sind von ihrer Hülle 16 im Schweißbereich befreit. Die Zündung und Einstellung des Lichtbogens erfolgt ehe die Flamme in den Bereich der Fasern gelangt. Dann wird die Flamme mit konstanter Geschwindigkeit über die Kontaktstellen geführt, wobei ggfs. der Brenner über jeder Faser kurz angehalten wird.

Fig. 3 zeigt im Schnitt eine Richtnut 23; der Nutengrund 21 ist erweitert, wodurch die Herstellung und Reinigung der Nut erleichtert sind. Die Seitenflächen 22 der Nut sind gewölbt und erleichtern das Einsetzen der Faser 15, da die Öffnung der Nut im Vergleich zu einer rein V-förmigen Nut weiter ist.

Fig. 4 zeigt die Vielfachklemmen und die Richtlehre , in der die einzelnen Fasern des Bündels eingespannt werden. Die Richtlehre 31 weist auf ihrer Oberseite in einer horizontalen Ebene eine Vielzahl von Richtnuten 23 der in Fig. 3 dargestellten Art auf. In der Mitte sind die Nuten durch eine Quer verlaufende Öffnung 33 unterbrochen, die nach dem Einfräsen dar Richtnuten eingeschnitten wird. Die Öffnung ist so weit, daβ die Spitze der Plasmaflamme durch sie hindurch in eine

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Kammer 34 großer Abmessungen gelangt. Zwei Vielfachklemmen 35 und 36 halten die beiden Faserbündel beidseitig der Richtlehre fest, und zwar in einer leichten Neigung, so daß die Baserenden 15 ganz in die Richtnuten 23 hineingedrückt werden; die Vielfachklemmen 35 und 36 halten bereits die Faserenden ungefähr entsprechend ihrer jeweiligen Richtnut fest, wobei die einzelnen Fasern voneinander einen Abstand einhalten, der zwischen 2 und 5 mal dem Durchmesser der Plastikhülle der Faser entspricht. Verschiebemittel 37 ermöglichen die Verschiebung der Lichtfasern entlang ihrer Achse, wobei die Begrenzung des stirnseitigen Drucks durch die Reibungskräfte der Halterung in der Vielfachklemme erreicht wird. Die mit ihrer Umhüllung versehenen Fasern 38 werden jenseits der Klemmen von einem U-förmigen Träger 39, der in Fig. 8 im einzelnen gezeigt ist, gehalten.

Fig. 5 zeigt eine Vorderansicht einer Vielfachklemme in ihrer offenen Stellung. Sie besteht im wesentlichen aus feststehenden Trägerplättchen 41 mit je einer Rinne 42, aus je einer federnden Lamelle 43 pro Faser und einem gemeinsamen Lamellenhalter 44, der über einen Steuerknopf 45 und eine Feder 46 verschiebbar ist. Durch Einstellung der Feder 46 kann der Druck der Lamellen auf die Fasern frei gewählt werden.

Wenn die Klemme geöffnet ist, wie in Fig. 5 dargestellt, dann sind die Lamellen am weitesten von der Rinne entfernt und lassen einen freien Zugang für die Glasfaser einschließlich ihrer Hülle zur Rinne. Diese weite Öffnung der Klemme braucht man für das Entfernen des Bündels aus der Klemme nach dem Verschweißen.

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Fig. 6 zeigt dieselbe Klemme in einer mittleren Stellung, die durch Einrasten des Steuerknopfes 45 definiert ist. In dieser Stellung ist der Druck der Feder 46 ebenso wie der Druck der federnden Lamellen 53 nach rechts gering, so daß die Fasern mit ihrer Plastikhülle in die Vielfachklemme einführbar sind. Die drei Einführungsphasen der Faser sind in dieser Figur von rechts nach links gezeigt, wobei die Faser 56 noch außerhalb der Klemme ist, die Faser 57 gerade unter leichter Verbiegung der Lamelle in die Rinne gelangt und die Faser 58 sich in dieser endgültig befindet.

Abhängig vom Druck der Lamelle 43 auf die Faser in der Rinne ist die Reibungskraft der Faser in axialer Richtung mehr oder weniger groß. Wie oben erwähnt, wird durch Einstellung dieser Anpreßkraft der stirnseitige Druck der beiden Fasern an der Schweißstelle eingestellt.

Fig. 7 zeigt schließlich die Klemme in Blockierstellung. Der Steuerknopf 45 ist hierzu in einer zweiten Position eingerastet, in der die Feder 46 eine große Kraft auf die Lamellen ausübt. Durch diese Kraft wird eine Verschiebung der Plastikhüllen der Fasern in der Klemme vollkommen verhindert. Der Druck der Lamellen 43 in der Stellung 61 auf die umhüllte Faser in der Position 62 ist so groß, daß die Fasern in ihrer Rinne nicht mehr axial verschoben werden können.

Nochmals zurückkommend auf Fig. 4 ist eine Platte zu erwähnen, die zu Beginn in der senkrechten Ebene angebracht wird, in der sich der Brenner später bewegen soll. Dann wird zuerst eines der Bündel in die Klemme 35 eingeführt, wobei

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die Längsstellung der Faser noch ohne Bedeutung ist. Die Faserenden liegen bereits in den Richtnuten 23 und die Vielfachklemme befindet sich in der Stellung gemäß Fig. 6. Nun wird die Klemme in Achsenrichtung parallel zu den Fasern des Bündels verschoben. Bei dieser Verschiebung gelangen die Faserenden nacheinander in Kontakt mit der Platte 32 und verschieben sich dann axial einzeln,bis alle Fasern gegen die Platte 32 drücken. Nun wird die Klemme in die Stellung gemäß Fig. 7 gebracht und die Platte 32 wird entfernt.

Das zweite Bündel wird dann auf ähnliche Weise in Stellung gebracht, wobei jedoch die Platte 32 nicht mehr benötigt wird, da die Faserenden des zweiten Bündels gegen die Enden des ersten Bündels stoßen.

Fig. 8 zeigt schließlich den U-förmigen Träger 39 aus Fig. 4. Durch diesen Träger werden die beiden Bündel jenseits der beiden Vielfachklenrmen festgehalten. Mit diesem Träger werden die beiden Bündel nach dem Verschweißen gemeinsam aus der Vorrichtung entfernt. Diepeiden Bündel werden je in zwei verschraubten Klemmbacken 71 im umhüllten Bereich 16 der Fasern festgehalten.

Man kann diesen Träger ergänzen durch zwei seitliche Platten (nicht dargestellt), so daß sich eine Gießwanne ergibt, in die man zum Schutz ein Harz geringer Härte einfüllen kann. Diese ganze Verbindungsanordnung wird dann in eine dichte Armatur eingesetzt.

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Claims (1)

1. Fo 10 340 D
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   LES CABLES DE LYON S.A. 170, avenue Jean Jaures 69353 LYON CEDEX 2, Frankreich

   PATEOTANSPRUCHE

   1 - Schweißvorrichtung zur stirnseitigen Verbindung von Bündeln optischer Fasern, mit je einer Vielfachhalteklemme für jedes Bündel und einer Richtlehre, in der die von ihrer Umhüllung befreiten Faserenden beider Bündel einander stirnseitig gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mikroplasmaflamme (12) senkrecht zu den Fasern und auf die Schweißstellen einzeln nacheinander ausrichtbar ist, daß die Richtlehre (31) zahlreiche zueinander parallele Richtnuten (23) aufweist, die einen V-Querschnitt mit gewölbten Seitenflächen und erweitertem Nutengrund (21) besitzen, wobei die Richtlehrs im Bereich der Schweißstellen eine in eine Kammer (34) mündende, quer zur Faserrichtung liegende Öffnung (33) aufweist, und daß die Vielfachhaiteklemmen (35, 36) ängs zur Faserrichtung fein einstellbar sind.

   2 - Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroplasmaflamme (L2) um eine zentrale Elektrode (5) herum ein erstes Rohr (6),

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   durch das sehr reines Argon eingeblasen wird, und darum ein weiteres Rohr (7) besitzt, durch das mit Wasserstoff angereichertes Argon eingespeist wird, wobei eine elektrische
   Gleichspannungsquelle (8) zwischen der zentralen Elektrode (5) und dem ersten Rohr angelegt wird.

   3 - Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtbogen, in dem das Plasma erzeugt wird, zwischen einer zur eigentlichen Plasmaquelle gehörenden axialen Elektrode und einer oder mehreren äußeren Elektroden erzeugt wird.

   4 - Schweißvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß 'in den beiden Rohren Gasmengen zwischen einigen Kubikzentimeter/h und einigen zehntausend Kubikzentimeter/h eingeblasen werden.

   5 - Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur kontinuierlichen Verschiebung der Plasmaflamme vorgesehen sind.

   6 - Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur diskontinuierlichen Verschiebung der Plasmaflamme vorgesehen sind, wobei die Flamme in Ausrichtung zu jeder einzelnen Schweißstelle
   kurz angehalten wird.

   7 - Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielfachklemmen (35,36) je für jede Faser ein Trägerblättchen (41) mit einer Rinne (42)

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   zur Aufnahme einer mit Umhüllung versehenen Fas sr sowie je eine federnde Lamelle besitzt, die gegen die Rinne anlegbar ist, wobei alle Lamellen einer Klemme auf einem gemeinsamen Lamellenhalter (44) sitzen, der von einem Steuerknopf (45) über eine Feder (46) verschoben werden kann.

   8 - Schweißvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die federnden Lamellen, der Lamellenhalter und der Steuerknopf drei Stellungen einzunehmen vermögen, nämlich eine offene Stellung, in der die Lamellen vom Trägerblättchen am weitesten entfernt sind (Fig.5), eine halbgeschlossene Stellung, in der die las jrn durch die Lamellen in die Rinnen (42) hineingeleitet werden und eine Sperrsteilung.

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