Ku rz faf.cung
Es wird ein Werkzeug beschrieben, welches zur Präparation der Enden optischer Wellenleiterfasern vor weiteren Fertigungsschritten, wie z.B. einer Spleißung, dient. Das Werkzeug ist
für eine einhändige Betätigung ausgebildet, es besitzt zwei manuell betätigte Griffe, erste und zweite die Faser stützende
Flächen und eine dritte die Faser stützende Fläche zwischen der ersten und zweiten Fläche* Die optische Wellenleiterfaser wird
auf den ersten und zweiten Flächen durch zwei Klemmen gesichert, die durch das Zusammendrücken der Griffe betätigt werden. Wenn
die Wellenleiterfaser auf den Flächen gesichert ist, bewirkt ein weiteres Zusammendrücken der Griffe eine trennende Drehbewegung
zweier Backenglieder, um die Faser zu spannen. Ein Schneideblatt, welches über der dritten Fläche aufgehängt ist,
wird durch die manuelle Betätigung eines Daumendrückers gelöst, dieser Daumendrücker ist am Werkzeug entsprechend der natürlichen
Stellung des Daumens des Benutzers beim Zusammendrücken der Griffe angeordnet. Eine Drehung des Daumendrückers läßt die Schneide
fallen, entweder aufgrund der Schwerkraft oder durch eine Triebfeder, damit wird ein umlaufender Mikrosprung auf einem Teil der
optischen Wellenleiterfaser erzeugt, der auf der dritten die Faser stützenden Fläche liegt. Die ausgeübte Zugspannung und
die kurvenförmige Stützung der Wellenleiterfaser wirken zusammen, so daß sich der Mikrosprung diametral durch die Faser ausbreitet,
damit erhält man ein geeignetes Faserende.
Diese Erfindung bezieht sich auf Werkzeuge und insbesondere auf ein handgehaltenes Werkzeug zur Präparation der Enden optischer
Wellenleiterfasern.
Ein größeres Hindernis bei der Entwicklung der optischen Kommunikation
ist die Ausführung von Spleißungs- und Kopplungsverfahren mit geringen Verlusten. Diese Technik erfordert geeignet präparierte
Faserenden, dies bedeutet, daß die Enden flach und glatt und senkrecht zur Faserachse ausgerichtet sein müssen, wenn hohe
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Kopplungsgrade erhalten werden sollen. Ein wirkungsvolles Verfahren
zur Präparation der Faserenden war das Kerb- und -Bruch-Verfahren (SAB) dieses wurde ursprünglich für die Benutzung im
Labor entwickelt. Bei diesem Verfahren wird die Faser über einer gekrümmten Fläche gespannt und mittels einer harten, scharfen
Kante leicht eingekerbt, dazu kann beispielswäse ein Diamant dienen, so daß ein Mikrosprung erzeugt wird, der sich diametral
durch die Faser ausbreitet und einen sauberen Bruch erzeugt. Da die gekrümmte Fläche in der gespannten Faser einen Spannungsgradienten erzeugt, wird mit dieser Fläche bei solchen Fasern
eine geeigneter Bruch erzeugt, die einen Durchmesser besitzen, der größer als ein kritischer Durchmesser ist, dieser liegt für
geschmolzenes Quarz bei 110 /um. Jedoch ist es nicht notwendig, eine gekrümmte Fläche vorzusehen, wenn die Wellenleiterfaser
einen Durchmesser besitzt, welcher kleiner als dieser kritische Wert ist.
Es leuchtet ein, daß die Präparation der Faserenden auch außerhalb
von Laborbedingungen auftreten wird, und deshalb ist es erwünscht, ein Werkzeug aufzuzeigen, welches gut tragbar ist
und einfach betätigt werden kann. Vorzugsweise sollte das Werkzeug ähnlich einem dem Betriebspersonal gewohnten Werkzeug ausgebildet
sein.
Ein Werkzeug, welches zur Durchführung der Kerb- und -bruch-Technik
im Außendienst entwickelt wurde, ist in dem folgenden Aufsatz dargestellt: "Splicing of Optical Fiber Cable on Site",
H.Murata et al., Procedures of the Fiber Communication Conference,
London, Sept. 1975, S. 93. Mittels des Werkzeuges wird die Faser mit einem vorgegebenen Radius gebogen und unter Spannung gehalten,
während sie eingekerbt und gebrochen wird. Das Werkzeug besitzt eine gekrümmte, die Faser stützende Fläche, zwei Klemmen, die
die Faser auf der Fläche sichern, eine Vorrichtung zur Ausübung einer Zugspannung auf die Faser und eine keilförmige Diamantschneide,
die die Faser einkerbt. Die Klemmen und die Schneide werden durch eine Vielzahl von manuell einstellbaren stangenförmigen
Gliedern betätigt, die zu einem A-förmigen Mechanismus
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verkoppelt sind, dessen Beine zwei manuell betätigte Hebelarme
sind und dessen laterales Element ein zentral aufgehängtes Gestängeglied
ist. Wenn die Hebelarme zusammengedrückt werden, werden die Stangen durch das Paltgestänge herabgezogen, dabei
wird die Faser auf der gekrümmten Fläche festgeklemmt, und die Schneide wird für die Einkerbung herabgesenkt. Die Konstruktion
des Werkzeuges ist kompliziert. Die Betätigungsstangen müssen manuell eingestellt werden, um einerseits eine geeignete Klemmkraft
und andererseits eine richtige Eindringtiefe für verschiedene Faserdurchmesser zu erreichen. Die hohen Kosten dieses
Werkzeugs entsprechen seiner komplizierten Konstruktion.
Ein zweites Werkzeug zur Faserpräparation für die Verwendung unter kontrollierten Bedingungen ist in der folgenden Druckschrift
beschrieben: P. Hensel, "Simplified Optical Fibre Breaking Machine", Electronic Letters, Vol. 11, No. 24, Nov. 1975, S. 581.
Hier wird eine Faser mit einem Ende an einer Halterung befestigt, mit ihrem anderen Ende wird die Faser auf dem Umfang einer drehbaren,
segmentierten Trommel befestigt, dann wird die Faser durch Drehung der Trommel gespannt. Eine Schneideklinge, die gegen
einen Stoßdämpfer arbeitet, kerbt die gespannte Faser ein und bricht sie. Wie in dem Aufsatz festgestellt wird, dient das
Werkzeug zur Benutzung unter kontrollierten Bedingungen. Das Werkzeug ist größer als ein handgehaltenes Werkzeug und relativ
unhandlich.
Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, für die Präparation der Faserenden ein handgehaltenes Werkzeug aufzuzeigen, dessen
Konstruktion relativ einfach ist.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, zur Präparation von Faserenden ein Werkzeug aufzuzeigen, welches in der Betätigung
anderen bekannten Werkzeugen ähnelt, die vom Betriebspersonal benutzt werden, beispielsweise in elektrischen Draht-Weitverkehr
ssystemen.
Dementsprechend wird für die Präparation von Faserenden ein Werk-
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zeug aufgezeigt, welches zwei Backenglieder besitzt, die für eine trennende Drehbewegung um eine Drehachse miteinander gekoppelt
sind, außerdem besitzt das Werkzeug eine Vorrichtung zur Vorspannung der Backenglieder in einer vergleichsweise
wenig getrennten Position, erste und zweite die Faser stützende Flächen, die jeweils auf einem anderen Backenglied liegen und
eine optische Faser im wesentlichen kreisförmig um die Drehachse herum stützen, eine dritte die Faser stützende Fläche
zwischen der ersten und zweiten Fläche, wobei diese dritte Fläche mit den anderen beiden Flächen ungefähr ausgerichtet
ist, zwei voneinander einen Abstand aufweisende Griffelemente,
die für eine Bewegung durch eine zusammendü ckende menschliche
Hand ausgebildet sind, eine Faserklemmvorrichtung, die durch die Bewegung der Griffelemente betätigt wird und eine den Wellenleiter
sichernde Kraft gegen die erste und zweite die Faser stützende Fläche ausübt und, bei weiterer Bewegung der Griffelemente,
eine die Backenglieder trennende Kraft ausübt, wobei auf den Wellenleiter eine Zugspannung ausgeübt wird. Ein abwärts
bewegbares Schneideblatt, welches aus einer Halterungsposition über der dritten die Faser stützenden Fläche manuell gelöst
werden kann, ist dafür vorgesehen, den Wellenleiterteil auf der dritten Fläche zu berühren und damit einen Mikrosprung im Wellenleiterumfang
zu erzeugen, wobei die Zugspannung, die auf den Wellenleiter ausgeübt wird, der mit dem umlaufenden Träger verkoppelt
ist, eine diametrale Ausbreitung des Sprungs durch den Wellenleiter bewirkt, so daß ein geeignet präpariertes Faserende
erzeugt wird.
Es kann als Vorteil angesehen werden, daß bei dem vorliegenden Werkzeug keine Einkerbung notwendig ist. Die Schneide geht einfach
auf die Faser herunter, und die damit erzeugten Mikrosprünge bewirken einen vollständigen Bruch. Damit werden die
Konstruktion des Werkzeuges als auch seine Handhabung stark vereinfacht, die Arbeitsweise besteht darin, daß eine optische
Wellenleiterfaser eingesetzt werden muß, dann werden die Griffelemente zusammengedrückt und wiederum losgelassen.
Weitere Aufgaben der Erfindung und weitere Einzelheiten ihrer
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Konstruktion werden aus der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels ersichtlich, diese Beschreibung erfolgt anhand der Figuren.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Werkzeug zur Präparation der
Faserenden.
Figur 2 zeigt das Werkzeug der Figur 1 in seiner Stellung für die
Faserklemmung.
Figur 3 zeigt das Werkzeug der Figur 2 in seiner Stellung zur Faserspannung, wobei die Schneide auf die Wellenleiterfaser herabgeht.
Figur 4 ist eine Seitenansicht des Werkzeuges nach Figur 1, teilweise entlang der Linie 4-4 aufgeschnitten.
Figur 5 ist eine Rückansicht des Werkzeuges nach Figur 1 vor der
Absenkung des Schneideblattes auf die Wellenleiterfaser. Figur 6 ist eine Rückansicht des Werkzeuges nach Figur 1 nach der
Absenkung des Schneideblattes auf die Wellenleiterfaser.
Zur größeren Klarheit tragen entsprechende Elemente in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen.
In den Figuren 1, 4 und 5 wird die Vorderansicht, die Seitenansicht und die Rückansicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges zur
Präparation von Faserenden gezeigt. In Figur 1 ist das gesamte Werkzeug mit 10 bezeichnet. Es besitzt zwei Backenglieder 12,
14, diese sind miteinander für eine trennende Drehbewegung um eine Drehachse verkoppelt, die senkrecht zur Ebene der Zeichnung
steht und bei 16 angeordnet ist. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Backe 12 an einer Gegenplatte 11 befestigt, während
das Backenglied 14 für eine Drehbewegung gegenüber der Backe 12
beispielsweise mittels eines Bolzens befestigt ist.
Die Backenglieder 12, 14 werden in einer vergleichsweise wenig voneinander getrennten Position vorgespannt, beispielsweise durch
eine zwischen den Backengliedern angekoppelte Zugfeder 18. Der Ausdruck "vergleichsweise wenig getrennt" wird benutzt, um anzuzeigen, daß sich die Backenglieder in ihrer ungetrennten Stellung
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nicht notwendig berühren müssen, sie brauchen voneinander nur
einen geringeren Abstand aufzuweisen als bei der nachfolgenden trennenden Drehbewegung der Backe 14.
Den Backengliedern 12, 14 ist jeweils eine der die Faser stützenden
Flächen 20, 22 zugeordnet, diese Fläche nehmen eine optische Wellenleiterfaser auf und stützen sie im wesentlichen kreisförmig
um die Drehachse 16 herum ab. Eine dritte die Faser stützende Fläche, die um die Achse 16 herumlaufend angeordnet ist, liegt
zwischen der ersten und zweiten Fläche 20 bzw. 22 und ist an ihren Enden mit diesen Flächen tangential ausgerichtet. Die die
Faser stützende Fläche 24 ist vorzugsweise an dem feststehenden Backenglied 12 befestigt. Die Flächen 20, 22 und 24 sind maschinell
geglättet und weitestgehend frei von Scharten, die die Faser nachteilig
beschädigen könnten. Die Fläche 24 hat einen geringen Reibungskoeffizienten. Die Fläche 24 kann aus einem geeigneten
Metall bestehen, welches eine Sprühbeschichtung mit Teflon aufweist, um den geringen Reibungskoeffizienten zu erreichen.
Das Werkzeug 10 wird mit zwei Griffelementen 34, 36 gehalten, die
voneinander einen Abstand aufweisen und für eine Drehbewegung um die Drehachse 16 ausgebildet sind, diese Drehbewegung wird aufgrund
der Kraft erzeugt, die eine zusammendrückende riand des Benutzers
ausübt. Wie in den beiden Figuren 1 und 4 gezeigt ist, sind die Griffelemente 34, 36 jeweils mit einem von zwei Faserklemmgliedern
26, 28 über zwei Verbindungsglieder verbunden. Das Griffelement 36 zieht dementsprechend am Verbindungsglied 40,
welches mit seinem anderen Ende über einen Stift 42 mit dem Faserklemmglied 28 verbunden ist. Das Klemmglied 28 ist für eine begrenzte
Bewegung in einer Führung 41 angeordnet, so daß die ZusammendrUckbewegung des Armes 36 in eine Bewegung durch das
Faserklemmglied 28 in Richtung auf die die Faser stützende Fläche 22 übersetzt wird. Das Griffelement 34 ist in ähnlicher Weise an
das Faserklemmglied 26 gekoppelt, welches für eine Bewegung in einer ähnlichen Führung angeordnet ist. Dementsprechend ist es
als Vorteil anzusehen, daß ein Zusammendrücken der Griffelemente 34, 36 durch eine sich schließende menschliche Hand, wie
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in Figur 2 gezeigt ist, bewirkt, daß eine optische Wellenleiterfaser 25 sicher auf den die Faser stützenden Flächen gehalten
wird. Die Teflonbeschichtung auf der die Faser stutzenden Fläche dient auch als nachgiebige Polsterung, wenn die Faser gebogen
wird.
Wie in Figur 3 zur größeren Klarheit in übertriebener Weise dargestellt ist, bewirkt ein weiteres Zusammendrücken der Griffelemente 34, 36 eine trennende Drehbewegung der Backenglieder 12,
14, damit wird eine Zugspannung auf den Wellenleiter 25 ausgeübt. Die Trennung der Backenglieder wird durch ein im Uhrzeigersinn ausgelichtetes Drehmoment auf die Backe 14 um die Achse 16
bewirkt, dieses Drehmoment wiederum wird durch die seitlich gegen die Führung 41 gerichtete Kraft des Stiftes 42 erzeugt. Analytisch
gesehen wird die zusätzliche Druckkraft gegenüber der Achse 16 zerlegt, und zwar in eine im wesentlichen radiale Komponente, die
die Kraft zur Fasersicherung ausübt, und in eine umlaufende Komponente, die das Drehmoment im Uhrzeigersinn ausübt.
Das Gegendrehmoment, welches durch die gespannte Feder 18 erzeugt
wird, die anfangs die Backenglieder in ihrer vergleichsweise wenig getrennten Beziehung hält, wird durch die umlaufende Komponente
überwunden, wenn die Klemmvorrichtung 28 den Wellenleiter 25 sichert und eine zusätzliche manuelle Druckkraft auf den Griff
36 ausgeübt wird.
Die Faserklemmglieder 26, 28 besitzen jeweils eine Faserkontaktfläche 30, 32, die vorzugsweise aus Gummi geformt ist. Die Klemmkraft und die Nettospannung, die auf die Faser ausgeübt werden,
hängen in einer komplexen Weise von den Reibungskoeffizienten der Faser, des Gummis und der die Fasern stützenden Flächen ab. Werden
die Griffelemente 34, 36 stärker zusammengedrückt, so wächst die
auf die Faser ausgeübte Spannung zwischen den zwei Greifbereichen. Da die Faser ni^ht elastisch ist, werden die Reibungskoeffizienten
so ausgewählt, daß ein gewisser Schlupfbereich ermöglicht wird,
dementsprechend wird die ausgeübte Spannung begrenzt. Es wurde herausgefunden, daß ein mit Kohlenstoff gefülltes Butylgummi einen
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geeigneten Reibungskoeffizienten hat.
Wenn die Wellenleiterfaser 25 gespannt worden ist, wird ein abwärts
bewegbares Schneideblatt 46 manuell aus einer Halterungsstellung über der Faserstützfläche 24, Figur 2, gelöst und fährt
in eine die Faser berührende Stellung, Figur 3. Die Schneide berührt
den Umfang der optischen Wellenleiterfaser 25 und erzeugt darin einen Mikrosprung. Die Zugspannung im Wellenleiter 25, die
mit dessen umlaufender Krümmung verkoppelt ist, bewirkt eine diametrale Ausbreitung des Sprunges durch den Wellenleiter und
erzeugt geeignet präparierte Faserenden. Die Schneide 46 ist vorzugsweise ein Diamant, der zu einer scharfen 60°-Kante gehont
und in einem gesinterten Metallblock geformt wurde. Für die Schneide können auch andere Materialien verwendet werden, beispielsweise
Saphir und Wolframcarbid. Wie weiter unten genauer beschrieben wird, ist die Schneide 46 in einem Gleitstück angeordnet,
welches eine Bewegung entlang einer Achse senkrecht zur der Ebene erlaubt, die am Berührungspunkt der Diamantkante auf
der Faser tangential zur Faser verläuft. Wie ebenfalls weiter unten beschrieben wird, wird die Schneide 46 vorzugsweise in
ihrer festgehaltenen Stellung durch einen Auslösedaumendrücker 48 gehalten, der am Werkzeug angeordnet ist,und zwar entsprechend
der natürlichen Stellung des Daumens des Benutzers beim Zusammendrücken der Griffe. Eine Drehung des Daumendrückers 48 aus seiner
Position in Figur 2 in seine Position in Figur 3 gibt die Schneide frei, so daß sie unter dem Einfluß der Schwerkraft herabfällt.
Vorzugsweise wird jedoch die Geschwindigkeit der Schneide auf eine eingestellte konstante Geschwindigkeit verlangsamt, beispielsweise
durch einen Lufttopf, so daß die Schneide gerade bis auf die optische Wellenleiterfaser herabgeht.
Die Art und Weise, in der die Schneide 46 gesteuert wird, geht aus den Figuren 4 und 6 noch besser hervor. Figur 4 zeigt eine
Seitenansicht des Werkzeuges teilweise geschnitten entlang der Linie 4-4 in Figur 1. Wie in dieser Figur 4 gezeigt ist, wird
die Schneide 46 von einem Halterungsglied 47 gehalten, welches wiederum für eine vertikale Gleitbewegung in einem vertikalen
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Schlitz angeordnet ist, der in der Gegenplatte 11 ausgebildet ist,
Der Rückteil 47A des Halterungsgliedes 47 ist an eine Stange 54 eines Stoßdämpfers 56 gekoppelt. Der Daumendrücker 48 ist mittels
eines Stiftes 50, Figur 1, mit einem Exzenter 60, der in den
Figuren 5 und 6 gezeigt ist, auf der Rückseite des Werkzeuges verbunden.
Die Figuren 5 und 6 zeigen die RUckseite des Werkzeuges, wenn die
Schneide 46 und das Schneidenhalterungsglied 47 in der festgehaltenen Position sind, bzw. in der Position mit Faserberührung·
Wie aus einem Vergleich dieser beiden Figuren hervorgeht, bewirkt die Drehung gegen den Uhrzeigersinn des Daumendrückers 48
in Figur 1 eine entsprechende Drehung des Exzenters 60 in den Figuren 5 und 6 im Uhrzeigersinn. Ein Ende 60A des Exzenters 60
berührt ein auswärts gerichtetes Kontaktglied 74, welches dem Verbindungsglied 62 zugeordnet ist. Das Verbindungsglied 62 besitzt
an seinem anderen Ende eine kreisförmige Hülse 62A, durch die die Stoßdämpferstange 54 hindurchgeht. Die obere Fläche auf
der Hülse 62 hält das Schneidenhalterungsglied 47 in dessen gehalterter Stellung. Es ist deutlich erkennbar, daß eine Drehung
des Exzenters 60 im Uhrzeigersinn bewirkt, daß seine Ecke 60A das Kontaktglied 74 des Verbindungsgliedes 62 herabdrückt. Damit
kann das Schneidenhalterungsglied 47, das jetzt nicht mehr festgehalten wird, herabfallen, wie in Figur 6 gezeigt ist, die Fallgeschwindigkeit
wird dabei durch den Stoßdämpfer 56 begrenzt. Die Geschwindigkeit kann durch Einstellung des Stoßdämpfers mittels
eines von Hand betätigten drehbaren Zackenrades 58 in bekannter Weise gesteuert werden.
Es sollte darauf hingewiesen werden, daß die Schneide alternativ aus ihrer gehaltenen Stellung heraus mittels einer Feder bewegt
werden kann, und nicht durch die Schwerkraft, so daß das Werkzeug während der Präparation der Faser in jedem Winkel gehalten
werden kann, ohne daß der Stoß der Schneide auf die Faser beeinflußt wird.
Bei der bevorzugten Ausführungeform besitzt der Exzenter 60 zu-
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sätzlich einen hakenförmigen Fortsatz 64, welcher in einen auswärts
gerichteten Stift 66 auf der Hülse 62A eingreift, wenn die Schneide in ihrer die Faser berührenden Stellung ist. Dadurch,
daß der Stift 66 in den Exzenter 60 eingreift, ist eine gesperrte Stellung gegeben, die beim Transport des Werkzeuges und bei seiner
Aufbewahrung benutzt werden kann, um die Schneide zu schützen.
Ein Anschlag kann dafür vorgesehen sein, zu verhindern, daß die Schneide die Faserstützfläche 24 berührt und einkerbt.
Wenn der Daumendrücker in seine Anfangsstellung zurückgestellt
wird, wird die Exzenterfläche 6OA vom Kontaktglied 74 durch die
Drehung des Exzenters 60 gegen den Uhrzeigersinn abgehoben. Ein elastisches Glied, beispielsweise eine Blattfeder 68, ist so
an das Schneidenhalterungsglied 47 angekoppelt, daß sie eine aufwärtsgerichtete Kraft ausübt, so daß die Schneide in ihre gehalterte
Anfangsstellung zurückkehrt.
Obwohl sich herausgestellt hat, daß bei der größten Zahl der Wellenleiterfasern eine Einkerbung durch die Schneide des vorliegenden
Werkzeuges unnötig ist, kann es Fälle geben, in denen der Benutzer eine solche Möglichkeit als hilfreich erachtet. Die
vorliegende Erfindung kann einfach abgewandelt werden, um falls notwendig eine Einkerbung zu ermöglichen. Dementsprechend kann
ein kleiner Zwischenraum, etwa 0,013 cm, zwischen dem Rückteil 47A des Schneidenhalterungsgliedes und der Gegenplatte 11 vorgesehen
sein, so daß sich das Halterungsglied seitlich etwas durch den Schlitz in der Gegenplatte hindurch bewegen kann. Ein elastisches
Glied, beispielsweise eine kleine schwache Blattfeder, kann in dem neu gebildeten Zwischenraum vorgesehen sein, um eine seitliche
Bewegung der Schneide zu verhindern, so lange die RUckteile 47A des Schneidenhalterungsgliedes nicht vorgedrückt werden.
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