DE2747306C2

DE2747306C2 - Verfahren zum Trennen von Glasfasern

Info

Publication number: DE2747306C2
Application number: DE2747306A
Authority: DE
Inventors: Wilhelmus Jacobus Johannes Eindhoven Van Hoppe
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1976-11-01
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1986-08-07
Also published as: GB1568128A; US4146374A; JPS5357050A; DE2747306A1; NL7612081A; FR2369221B1; NL178245B; NL178245C; FR2369221A1; JPS595881B2

Description

a) die Faser mittels eines Erhitzungselementes örtlich erhitzt, um das Erhitzungselement über einen vorbestimmten Winkel gebogen und in Höhe der Durchbiegung auf die Faser ein Abdruck des Erhitzungselements gebildet wird,

b) die Faser in der gebogenen Lage durch Abkühlung fixiert und

c) auf beiden Seiten der Durchbiegung eine leichte Zugkraft ausgeübt und die Faser in Höhe des Abdruckes gebrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Erhitzungselement ein Widerstandsdraht mit einem Durchmesser, der höchstens dem der Faser entspricht, verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Widerstandsdraht und der Faser ein zweiter Widerstandsdraht mit einem Durchmesser, der höchstens 1/10 des Durchmessers der Faser entspricht, angeordnet wird.

Gleichung bekannt, die das Verhältnis der Form und der Abmessung der Spiegelzone zur Spannungsverteilung über den Querschnitt einer Faser vor dem Anfang des Bruches darstellt Für alle Punkte />der Spiegelzonc gilt:

10

15

20

25

30

35 ist die Kraftkomponente senkrecht zur Bruchfläche der örtlichen Spannung am Punkt P vor dem Anfang des Bruches;

ist der Abstand des Ursprungs des Bruches bis /um Punkt P-, C ist eine Materialkonstante.

Zum Erhalten einer Bruchfläche, die ausschließlich eine Spiegelzone aufweist, muß für jeden Punkt P auf der Bruchfläche die nachfolgende Bedingung erfüllt werden:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen von Glasfasern für die optische Übertragung, wobei eine zu trennende Faser derart verformt wird, daß in der Faser eine über den Querschnitt abnehmende Zugspannung erzeugt, das Trennen der Faser durch eine Kerbe an der Stelle der größten Zugspannung eingeleitet und die Faser in Höhe der Kerbe gebrochen wird.

An Fasern zum Gebrauch in optischen Übertragungssystemen werden besondere Anforderungen gestellt. So müssen die Enden der Fasern eine möglichst glatte Oberfläche aufweisen, damit Übertragungsverluste, die an Verbindungsstellen von Laser-Faser und Faser-Faser auftreten, möglichst klein gehalten werden.

Ein Glasstab neigt im allgemeinen dazu, derart zu brechen, daß die Bruchstelle drei Zonen aufweist: Eine Spiegelzone optischer Oberflächenqualität, eine rauhe Zone und eine Nebelzone, die einen Übergang zwischen der Spiegelzone und der rauhen Zone bildet. Diese Erscheinung, die auch beim Brechen von Glasfasern auftritt, ist in dem Artikel von Johnson und Holloway »On the Shape and Size of »he Fracture Zones on Glass Fracture Surfaces«, erschienen in der britischen Zeitschrift »Philosophical Magazine«, Nr. 14, Oktober 1966, Seiten 731 bis 743, eingehend beschrieben worden.

Für die meisten Anwendungen in optischen Übertragungssystemen muß die ganze Bruchfläche der Faser durch eine Spiegelzone gebildet werden, wobei in vielen Fällen außerdem an die senkrechte Lage der Bruchfläehe gegenüber der Faserachse hohe Anforderungen gestellt werden.

Aus der bereits genannten Veröffentlichung ist eine Ein anderer einschränkender Faktor ist, daß der Wert von Zp für einen beliebigen Punkt Pnicht bis Null sinken oder sogar negativ werden darf, weil sonst der Bruch sich in einer Richtung fortsetzt, die nicht senkrecht zur Faserachse verläuft; dabei kann an einem der Faserenden eine sogenannte Lippe entstehen.

Ein Verfahren der eingangs erwähnten Art ist aus dem Artikel von Gloge u. a.: »Optical Fibre End Preparation for Low-Loss Splices«, erschienen in der US-Zeitschrift »The Bell System Technical Journal« 52, Nr. 9, November 1973, Seiten 1579-1588 bekannt; bei diesem bekannten Verfahren wird dadurch, daß die Faser über eine konvexe Oberfläche gebogen wird, eine bestimmte über den Querschnitt der Faser abnehmende Spannungsverteilung erzeugt, damit ein niedriger Wen von Zp r^m erhalten wird; der Bruch wird dabei durch Kratzen des gebogenen Teils der Faser eingeleitet.

Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, daU die Faser mit Hilfe eines Diamant- oder Saphirmessers mechanisch eingeschnitten wird, wodurch Reste des ausgekratzten Fibermaterials die Bruchfläche verunreinigen können. Außerdem ist zum Durchführen dieses bekannten Verfahrens ein Präzisionswerkzeug erforderlich, wodurch die Arbeit im Freien erschwert, wenn nicht praktisch unmöglich gemacht wird.

Aus »Glastechnische Berichte« 15 (1937), Seite 209 war ein Verfahren zum Zerschneiden von Glasrohren durch thermisches Absprengen bekannt, wobei das zu zertrennende Glasrohr zunächst mit einem Glasmesser an der Trennstelle geritzt und dann z. B. durch Erhitzen mit einem Widerstandsdraht abgesprengt wird. Ein mechanisches Anritzen hat, wie bereits oben erwähnt, Nachteile, wenn es um das Trennen von optischen Wellenleitern geht.

Aus »Chemische Fabrik« 13 (1940), Seite 243 war es bekannt, Glasrohre oder Flaschen mittels eines Widerstandsdrahtes zu zerschneiden, wobei über Messinggewichte eine Zugkraft auf den glühenden, um das zu zerschneidende Werkstück herumgeführten WidcrsUindsdraht ausgeübt wird. Präzisionstrennflächen an optischen Wellenleitern können auf diese Weise nich! erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Trennen von Glasfasern für optische Übertragung zu schaffen, das keine besondere Geschicklichkeit erfordert und mit sehr einfachen Werkzeugen durchgeführt werden kann und sich insbcsonde-

rc zum Arbeiten im Freien eignet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß a) die Faser mittels eines Erhitzungselements örtlich erhitzt, um das Erhitzungselemeni über einen vorbestimmten Winkel gebogen und in Höhe c^;er Durchbiegung auf der Faser ein Abdruck des Erhitzungselementcs gebildet wird, b) die Faser in der gebogenen Lage durch Abkühlung fixiert und c) auf beiden Seiten der Durchbiegung eine leichte Zugdraft ausgeübt und die Faser in Höhe des Abdruckes gebrochen wird.

Durch d'fse Maßnahmen wird die Faser bleibend vorgeformt und in eine zum Erzeugen der gewünschten Spannungsverteilung und zum Brechen geeignete Form gebracht; gleichzeitig wird durch den Abdruck des Erhitzungselementes auf der Faser der zum Einleiten des Bruches erforderlicher Kratzer gebildet; da dabei jedoch kein Fasermaterial entfernt wird, wird eine Verunreinigung der Bruchfläche vermieden. Eine derart vorgeformte Faser kann von Hand oder mit einem einfachen Werkzeug gebrochen werden. Das Eihitzungselement soll jedenfalls eine scharfe Schneidkante haben, damit eine genaue Lagenbestimmung der Bruchfläche erhalten wird; eine genaue Lage der Bruchfläche ist beim Brechen eines Faserbündels zum Kuppeln des Bündels mit einer optischen Anordnung oder mit einem anderen Bündel von Bedeutung.

Nach der Erfindung können Fasern vorbearbeitet und zum Brechen vorbereitet werden, wonach das Brechen der Fasern später an der geeigneten Stelle, beispielsweise im Freien, und zum geeigneten Zeitpunkt auf einfache Weise von Hand oder mit einem Werkzeug erfolgen kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Erhitzungselement ein Widerstandsdraht verwendet mit einem Durchmesscr, der höchstens dem der Faser entspricht.

Ein Widerstandsdraht läßt sich auf einfache Weise herstellen und ersetzen und braucht zum Erhitzen nur wenig Strom, was zum Arbeiten im Freien von Bedeutung ist.

Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgemäßen Verfahrens wird zwischen dem ersten Widerstandsdraht und der Faser ein zweiter Widerstandsdraht mit einem Durchmesser, der höchstens 1/10 des Durchmessers der Faser entspricht, angeordnet. Durch den zweiten dünneren Widerstandsdraht, der im wesentlichen als Schneidenkante wirksam ist, wird auf der Faser ein Abdruck sehr beschränkter Abmessungen gebildet, während der erste dickere Widersiandsdraht im wesentlichen zum Erhitzen dient, wobei die beiden Widerstandsdrähte zusammen als Erhitzungselement wirksam sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt:

F i g. 1 eine schematische Darstellung der Vorbearbeitung einer Faser in einer ersten Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2 eine Darstellung der vorbearbeiteten Faser,

F i g. 3 ein Faserende nach Bruch der Faser.

Eine zu brechende Faser 1 wird auf einen horizontalen Tisch 3 gelegt und darauf festgeklemmt, beispielsweise mittels eines Blocks 5. Die Faser 1 stützt sich dabei auf einen Widerstandsdraht 7, dessen Enden nötigenfalls auf zwei Stützen 9 befestigt sind, so daß der Draht gestrafft ist und den Umfang der Faser 1 berührt. Der Widerstandsdraht 7 ist an die Pole einer Stromquelle 11 angeschlossen. Unter dem Widerstandsdraht 7 ist ein zweiter dickerer WldcrMandsJraht 8 gespannt, auf den der Widerstandsdraht 7 sich über seine ganze Länge stützt. Durch 13 ist ein Unterstützungsblock bezeichnet, der einen Teil des Tisches 3 bilden kann. Der Unterstützungsblock 13 ist mit einer schrägen Unterstützungsfläche 15 versehen. Der Tisch 3, die Stützen 9 und dei Unterstützungsblock 13 sind gegeneinander fixiert. Durch 17 ist ein Schalter bezeichnet.

Verformung der Faser 1 geschieht wie folgt; Dadurch, daß der Schalter 17 geschlossen wird, wird die festgeklemmte Faser 1 durch die Widerstandsdrähte 7 und 8 an der Stelle des Berührungspunktes erhitzt und örtlich erweicht. Die Faser biegt sich um den als Schneidkante wirksamen Widerstandsdraht 7, bis der über dem Unterstützungsblock 13 befindliche Faserteil auf der Unterstützungsfläche 15 zu ruhen kommt. In Höhe des Widerstandsdrahtes 7 wird eine Biegestelle gebildet, wobei der Widerstandsdraht 7 gleichzeitig einen Abdruck d auf der Faser bildet und die Faser auf diese Weise ohne Entfernung von Fasermaterial gekerbt wird.

Nach öffnen des Schalters 17 wird die auf diese Weise verformte Faser abgekühlt und in gebogenem Zustand fixiert. F i g. 2 zeigt die über einen Winkel α gebogene Faser, wobei durch /5"der Biegewinkel bezeichnet ist und durch dder Abdruck auf der Faser.

Die Faser ist derart vorgeformt und gebogen, daß dadurch, daß auf einfache Weise eine leichte Zugkraft ausgeübt wird, die gewünschte abnehmende Spannungsverteilung in der Faser erzeugt wird und die Faser an der Stelle der Biegung d derart bricht, daß die Bruchflächen über die ganze Fläche eine Spiegelzone aufweisen.

Fig. 3 zeigt ein Faserende mit einem Teil des Abdrucks d und mit einer Bruchfläche 19, die einen Winkel δ mit der Ebene Y-Y senkrecht zur Mittellinie X-X der Faser 1 bildet.

Praktische Versuche wurden mit Fasern aus Kalkglas durchgeführt, deren Außendurchmesser 100 μπι und deren Kerndurchmesser 50 μηι betrug; angewandt wurde ein einziger Widerstandsdraht mit einem Durchmesser von 50 μηΐ; die Fasern wurden über einen Winkel λ von 2° gebogen, so daß der Winkel der Biegung 178° betrug; der Winkel iJder Bruchflächen betrug 1°.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Paterila nsprüche:

1. Verfahren zum Trennen von Glasfasern für die optische Übertragung, wobei eine zu trennende Faser derart verformt wird, daß in der Faser eine über den Querschnitt abnehmende Zugspannung erzeugt, das Trennen der Faser durch eine Kerbe an der Stelle der größten Zugspannung eingeleitet und die Faser in Höhe der Kerbe gebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, daß