DE3249899C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer beschichteten optischen Ader nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Im allgemeinen besteht eine optische Ader aus einer stoßgeschützten Faser und einer Schutzumhüllung aus einem Kunststoff wie z. B. Nylon. Die stoßgeschützte optische Faser wird hergestellt, indem eine Verstärkungsschicht aus z. B. einem Kunststoffharz auf der Oberfläche einer Glasfaser ausgebildet wird.

Bei der Herstellung langer optischer Adern muß Sorge dafür getragen werden, sicherzustellen, daß die stoßgeschützte optische Faser während der Herstellung nicht bricht. Die Glasfasern bestehen aus einem Glasmaterial, welches aufgrund von in ihm ausgebildeten kleinen Fehlern oder Rissen bricht. Mithin ist es bei der Herstellung von langen optischen Adern wünschenswert, zu verhindern, daß sich solche kleinen Fehler oder Risse in dem Glas über eine längere Strecke bzw. ausgedehnte Länge entwickeln. Um diese Schwierigkeit zu beheben, wurden nach einem Verfahren, wie es zum Beispiel aus der Druckschrift "Deuxieme Colloque Europeen sur les Transmissions par Fibres optiques", Paris 27-30 Sept. 1976, Seiten 261-266, bekannt ist zunächst optische Fasern mit einer vorbestimmten Länge statt einer langen, beschichteten optischen Faser hergestellt. Anschließend werden die Fasern miteinander verbunden und in den verbundenen Bereichen durch Vergießen verstärkt, um eine lange optische Faser zu schaffen.

In Fig. 8(a) ist ein übliches Verfahren zum Verbinden optischer Adern dargestellt. Die Schutzhülle 4 der optischen Ader und die Beschichtung 3 der optischen Faser werden an ihren Enden entfernt, um die Glasfaser 2 freizulegen. Diese optische Ader 2 wird dann mittels Wärmeeinwirkung mit einer anderen optischen Ader 2′ verbunden, welche in der gleichen Weise wie vorhergehend freigelegt worden ist. Die Verbindung wird an einer mit X und auch mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneten Stelle vorgenommen. Anschließend wird der verbundene Bereich 5 durch Umgießen bzw. Umformen mit einem Material 6, wie z. B. einem Nylonharz, geschützt, welches das gleiche wie die Schutzhülle 4 oder chemisch mit dieser verträglich ist und welches mit der Schutzhülle 4 verbunden werden kann. Diese Verstärkung wird durch Spritzgießen von z. B. einem Nylonharz durchgeführt. Deshalb weist, wie es in Fig. 8 gezeigt ist, der verbundene Abschnitt bezüglich der anderen Teile einen verschiedenen Außendurchmesser und einen unterschiedlichen inneren Aufbau auf. Dies führt zu Schwierigkeiten, da, wenn der Kern gebogen wird, dieser nicht gleichförmig gebogen wird. Genauer gesagt konzentriert sich das Biegen auf beide Enden des Verbindungsabschnitts, wodurch eine örtliche Spannung erzeugt wird, welche ein Brechen der optischen Faser bewirken kann.

Bei einem anderen bekannten Verfahren werden ebenfalls optische Adern miteinander verbunden. Diese weisen jeweils eine Glasfaser 2 auf, die mit einer ersten Beschichtung 3 (z. B. Silocon) überdeckt ist. Die Beschichtung 3 stellt einen Schutz, eine Verstärkung usf. der nackten Glasfaser 2 dar, wodurch eine stoßgeschützte optische Faser 12 gebildet wird. Ferner ist die stoßgeschützte optische Faser 12 mit einer zweiten Beschichtung (z. B. Nylon) überdeckt. Wenn die nackten Glasfasern 2 und 2′ freigelegt sind und miteinander verbunden werden und anschließend der Verbindungsbereich gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren umformt wird, weist der umformte, wiederhergestellte Abschnitt 6 eine einschichtige Struktur auf. Schwierigkeiten ergeben sich, wenn die so erhaltene lange optische Ader gebogen wird, da nämlich die Biegespannung konzentriert ist, wo eine Änderung des Elastizitätsmoduls aufgrund der unterschiedlichen Struktur vorliegt. Wenn ferner der Verbindungsbereich einer Oberflächenbehandlung unter Verwendung von beispielsweise Fluorwasserstoffsäure ausgesetzt wird, um dessen Festigkeit zu erhöhen, dringt die Fluorwasserstoffsäure in den Bereich zwischen der Schutzhülle 4 und der Verstärkungshülle 3 ein. Wenn dieses eintritt, ist es erforderlich, die Fluorwasserstoffsäure zu entfernen, und wenn die Fluorwasserstoffsäure nicht ausreichend entfernt wird und im Inneren zurückbleibt, bewirkt dies eine Verringerung der Festigkeit der optischen Ader. Deshalb sind lange optische Adern, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden sind, von geringerer Qualität bezüglich ihrer Zuverlässigkeit über eine lange Zeitdauer.

Verbindungsabschnitte von optischen Adern sind bisher auf zwei grundsätzliche Weisen in Abhängigkeit davon verstärkt worden, ob die optische Ader zur Herstellung eines Kabels verwendet wird oder nicht. Wenn eine lange optische Ader für ein Kabel verwendet wird, ist es von Bedeutung, daß der beschichtete Abschnitt eine Biegesteifigkeit aufweist, welche gleich derjenigen der Endabschnitte der miteinander verbundenen optischen Aderabschnitte ist und daß an den Enden des Verbindungsbereiches keine örtliche Biegung auftritt.

Bei einem herkömmlichen Verstärkungsverfahren wird ein wärmeschrumpfender Schlauch verwandt, wie es in Fig. 8(b) gezeigt ist. Eine Nylonhilfe einer optischen Ader 1 und eine Siliconbeschichtung der zugehörigen stoßgeschützten, optischen Faser 12 werden entfernt, um die Glasfaser 2 freizulegen. Die Glasfaser 2 wird dann mit einer anderen Glasfaser an einer mit dem Bezugszeichen 5 bezeichneten Stelle verbunden. Die beschichtete optische Faser 1 wird mit einem Stahlkern 20 überdeckt, der dann mit einem wärmeschrumpfenden Schlauch 21 unter Verwendung von einem Athylenvinylacetat-Klebemittel 22 überdeckt wird. Bei dieser Ausbildung weist der Stahlkern eine beträchtlich unterschiedliche Steifigkeit gegenüber der beschichteten optischen Faser auf und der Verbindungsbereich zeigt eine vollkommen unterschiedliche Struktur verglichen mit den anderen optischen Aderabschnitten. Somit weist dieses herkömmliche Verfahren einen Nachteil dahingehend auf, daß es unmöglich ist, ein Kabel mit derart hergestellten optischen Adern auszubilden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Ader zu schaffen, deren Faser (Lichtwellenleiter) gegen vergleichsweise große mechanische Beanspruchung infolge Kabelbiegung, insbesondere gegen Bruch, gesichert sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, daß der Verbindungsabschnitt zweier miteinander verbundener, optischer Adern eine Struktur und Festigkeit aufweist, welcher derjenigen der ursprünglichen optischen Ader entspricht, so daß, wenn die optische Ader auch in dem Verbindungsbereich gebogen wird, dort im wesentlichen die gleichen mechanischen Spannungsverhältnisse vorliegen wie in den übrigen Aderabschnitten. Infolgedessen treten keine spannungsmäßigen Unstetigkeiten auf, die zu einem Brechen der optischen Glasfasern führen können.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Schnittdarstellung von zwei stoßgeschützten optischen Fasern, die zur Verbindung gemäß der Erfindung vorbereitet worden sind,

Fig. 2 bis 5 Schnittdarstellungen von Schritten, die bei der zweiten Ausführungsform nach der Erfindung durchgeführt werden,

Fig. 6 eine Schnittdarstellung einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Verbindung,

Fig. 7 eine Schnittansicht mit genauer Bemaßung der an eiem Ende der Hülle befreiten Ader,

Fig. 8(a) eine Schnittdarstellung einer herkömmlichen, optischen Faserverbindung,

Fig. 8(b) eine Schnittdarstellung einer anderen, herkömmlichen, optischen Faserverbindung.

In der gesamten Beschreibung bedeutet eine "freie Glasfaser" oder eine "nackte Glasfaser" eine Glasfaser ohne irgendeine Beschichtung.

Bei einer typischen Art einer erfindungsgemäßen optischen Ader umfaßt diese eine optische Glasübertragungsleitung, welche hauptsächlich aus Siliziumoxyd oder Quarzglas besteht, eine erste Beschichtung, welche aus einem Silikonharz hergestellt ist, mit dem die Glasleitung beschichtet wird und welches auf dieser ausgehärtet wird, und eine als Aderhülle dienende zweite Beschichtung, die über der ersten Beschichtung ausgebildet wird und aus Nylon besteht.

Für die mit Hilfe der Form aufgebrachte Schicht kann irgendein Material verwendet werden, das in dem Verbindungsabschnitt im wesentlichen die gleichen Biegeeigenschaften wie der übrige Bereich aufweist. Wenn Silikon für die ursprünglich aufgebrachte erste Schicht verwandt wurde, kann für die auf dem Verbindungsabschnitt aufzubringende erste Schicht ein Epoxyharz oder ein Polyesterharz verwendet werden. Als Material für als Aderhülle dienende zweite Schicht kann Nylon, Polyester, Polykarbonat oder Polyazetal verwandt werden.

Im folgenden werden gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Mit 1 ist eine stoßgeschützte optische Ader bezeichnet, die eine optische Faser 2 aufweist. Die optischen Fasern 2 und 2′ sind im allgemeinen schmelzverbunden und mit einem Formmaterial 6 (in Übereinstimmung mit den herkömmlichen Verfahren) oder einem Material 7 (gemäß der Erfindung) überzogen.

Die als Aderhülle dienende, zweite Schicht ist mit dem Bezugszeichen 16 (Fig. 6) bezeichnet.

Die Erfindung soll nun näher unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert werden.

Die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfaßt die folgenden Schritte: (a) Abstreifen einer Beschichtung von einem Ende einer stoßgeschützten Ader, um ein nackte Glasfaser freizulegen, (b) Verbinden durch Schmelzen der derart freigelegten, freien Glasfaser mit einer anderen freien Glasfaser, welche in der gleichen Weise wie vorangehend freigelegt worden ist, (c) Formen eines Kunststoffes, welcher sich zusammen mit der Beschichtung der stoßgeschützten optischen Ader zu einem Körper vereinigen bzw. kombinieren kann, um die nackten Glasfasern im Verbindungsbereich herum derart, daß der Durchmesser der sich ergebenden beschichteten Faser gleich demjenigen der stoßgeschützten optischen Faser ist, und (d) Ausbilden einer zusätzlichen als Aderhülle dienenden Beschichtung auf der so erhaltenen, stoßgeschützten optischen Faser um eine optische Ader großer Länge herzustellen.

Die Ausführungsformen nach der Erfindung werden im einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Die Fig. 1 bis 6 zeigen die Schritte in einer vergrößerten Darstellung bei der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zunächst wird, wie es Fig. 1 zeigt, eine erste Beschichtung 3 einer stoßgeschützten optischen Faser 12 von der stoßgeschützten optischen Faser 12 an ihrem einen Ende abgestreift, um eine nackte Glasfaser 2 freizulegen. Die derart freigelegte, nackte Glasfaser 2 wird mit einer anderen nackten Glasfaser, welche in der gleichen Weise wie vorangehend angegeben, freigelegt worden ist, mittels eines Schmelzenverbindungsverfahrens schmelzverbunden. In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 5 eine Schmelzverbindungsstelle bezeichnet, wo die nackten Glasfasern 2′ und 2 miteinander schmelzverbunden sind. Diese Stelle wird auch der Einfachheit halber durch X bezeichnet.

Gemäß Fig. 2 wird der Verbindungsabschnitt dann geätzt, indem er in eine Säuremischlösung 13 eingetaucht wird, die beispielsweise Fluorwasserstoffsäure und Schwefelsäure enthält, um dadurch die Festigkeit des Verbindungsabschnitts zu erhöhen.

Gemäß Fig. 3 wird der Verbindungsabschnitt dann in ein Siliziumwasserstoff-Verbindungsmittel oder eine organisches Silikon und Indium enthaltende Lösung 14 eingetaucht, um dadurch eine dünne Schicht auf der Oberfläche des Verbindungsabschnitts zum Zwecke eines Schutzes und einer Verstärkung auszubilden. Statt der vorgenannten dünnen Schicht wird häufig auch eine dünne Schicht verwandt, die gebildet wird, wenn der Verbindungsabschnitt in kochendes Wasser während einer vorbestimmten Zeitdauer eingetaucht wird.

Gemäß Fig. 4 wird der Verbindungsabschnitt mit einem Harz umformt, so daß sich das Harz um die nackte Glasfaser 2 herum mit der Beschichtung 3 der stoßgeschützten optischen Faser 12 zu einem Körper verbindet. Als Ergebnis hiervon liegt eine stoßgeschützte Faser mit einem durch Formen wiedergegebenen Abschnitt 7 vor, welche den gleichen Durchmesser wie die stoßgeschützte optische Faser 12 aufweist. Die Ausbildung des durch Formen wiederhergestellten Abschnittes 7 der stoßgeschützten Faser wird durchgeführt, indem der Verbindungsabschnitt in eine Form eingebracht und ein Kunststoff in die Form eingespritzt wird, so daß der Kunststoff um die nackte Glasfaser 2 herum vorliegt. Der bei der Ausbildung des reproduzierten Abschnittes 7 verwandte Kunststoff kann der gleiche wie die Beschichtung 3 der beschichteten, optischen Faser 12 sein oder ein Material, wie zum Beispiel Silikonharz, wobei dieses Material mit der Beschichtung 3 chemisch verträglich ist und mit ihr verbunden werden kann. Auf diese Weise sind die Beschichtung 3 der stoßgeschützten, optischen Faser 12 und der durch Formen reproduzierte Abschnitt 7 der stoßgeschützten Faser zu einem Körper bzw. Einheit verbunden.

Das Material "gleicher Art", welches für die erste Beschichtung verwandt wird, kann ein Material sein, welches von dem Material der Beschichtung 3 unterschiedlich ist. Jedoch sollte das Material an dem Verbindungsbereich Biegeeigenschaften liefern, welche im wesentlichen die gleichen wie bei dem übrigen Teil sind. Wenn ein Silikonkunststoff für den Verbindungsbereich verwandt wird, so sind die relevanten Kunststoffe Epoxykunststoff und Polyesterkunststoff.

Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, wird der durch Formen reproduzierte Abschnitt 7 der stoßgeschützten Faser in eine Flüssigkeit 15 eingetaucht.

Die Flüssigkeit 15 kann ein organisches Silikon oder metallisches Indium sein, welches verwandt wird, um eine dünne Schicht aufzubringen. Die Schicht hilft, einen Schutz und eine Verstärkung zu schaffen.

Das vorgenannte Vorgehen kann einmal oder wiederholte Male durchgeführt werden, um eine stoßgeschützte optische Faser 12 einer beliebigen Länge zu erhalten. Die stoßgeschützte optische Faser 4 wird dann, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, fortlaufend mit einer zweiten Schicht 16 beispielsweise durch Extrudieren beschichtet, um dadurch eine optische Ader 1 großer Länge herzustellen.

Bei dem vorhergehend beschriebenen Verfahren ist das Verfahren zum Beschichten mit einer dicken Schicht nicht auf das Eintauchverfahren beschränkt, welches weiter oben beschrieben wurde. Zusätzlich kann ein Vakuumverdampfung-Niederschlagsverfahren usw. verwandt werden.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein besonderes Beispiel beschrieben.

Beispiel

Ein optisches, mit Silikon beschichtetes Faserelement, welches einen Durchmesser von 0,4 mm aufweist, wurde hergestellt. Das Silikon wurde mit Azeton imprägnierter Gaze entfernt. Anschließend wurde die Faser mit einer Faserschneideeinrichtung abgeschnitten, damit eine axiale Länge eines nackten Faserabschnittes von 15 mm erhalten wird, wie es in Fig. 7 gezeigt ist. Solche Faserelemente wurden miteinander durch Schmelzen verbunden und anschließend wurden sie in eine 10prozentige Fluorwasserstoffsäure während ungefähr 5 Minuten eingetaucht, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Der Verbindungsabschnitt ist im allgemeinen ausreichend fest, um ungefähr 500 g zu halten. Jedoch wird die Festigkeit durch das Eintauchen auf 1500 g als Mittelwert erhöht und sie kann bis auf 3 kg als maximaler Wert erhöht werden. Diese Werte wurden für Fasern mit einem Durchmesser von 125 µm erhalten. Es wird angenommen, daß der Grund für die zunehmende Festigkeit darin liegt, daß winzig kleine Brüche durch die Fluorwasserstoffsäure entfernt werden, welche auf der Oberfläche der optischen Faser vorliegen. Eine unterteilte Form wurde verwandt, um an den nackten Faserabschnitten eine Silikonbeschichtung so zu schaffen, daß der gleiche Durchmesser wie derjenige der ursprünglichen Faserelemente erhalten wird. In diesem Fall wird die Formungsgenauigkeit durch den Durchmesser des Hohlraums der Metallform bestimmt. Die Größe des Faserelementes kannn innerhalb eines Bereiches von 0,4 mm + oder - 0,03 mm geformt werden (der Durchmesser des Faserelementes beträgt 0,4 mm). Die sich ergebende axiale Länge der Form betrug ungefähr 30 mm. Anschließend wurden diese Schritte wiederholt in axialer Richtung der Fasern durchgeführt, um ein verlängertes, optisches Faserelement herzustellen. Es wurde dann eine Extrudierung durchgeführt, um Nylon auf das so erhaltene Faserelement zu extrudieren. Als Ergebnis wurde eine Faserkernleitung mit einem Durchmesser von 0,9 mm erhalten. Die mittlere Festigkeit des Verbindungsabschnitts betrug ungefähr 1,8 kg und der minimale Krümmungsradius beim Brechen betrug 5 mm oder weniger. Infolgedessen hat sich herausgestellt, daß diese Ader für Kabelbünde brauchbar ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Ader (1), bei dem zunächst die Beschichtung (3, 3′) von den Endteilen zweier optischer Fasern (12, 12′) entfernt wird, um ein erstes und ein zweites von der Beschichtung freies Faserende zu bilden, bei dem sodann das erste und das zweite von der Beschichtung befreite Faserende miteinander in Verbindung gebracht und miteinander verschmolzen werden, und bei dem um den von der Beschichtung befreiten Teil der beiden Faserenden mit Hilfe einer Form eine Schicht (7) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Hilfe der Form aufgebrachte Schicht (7) und die ursprüngliche Beschichtung der Fasern (3, 3′) miteinander chemisch verträglich sind, und im wesentlichen diesselben. Biegeeigenschaften aufweisen, daß die mit Hilfe der Form aufgebrachte Schicht (7) einen Durchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Durchmesser der beiden beschichteten, optischen Fasern (12, 12′) ist, und daß nach dem Ausbilden der mit Hilfe der Form aufgebrachten Schicht (7) eine als Aderhülle dienende, zusammenhängende zweite Schicht (16) auf die optischen Fasern (12, 12′) und die mit Hilfe der Form hergestellte Schicht (7) aufgebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenzeichnet, daß die verbundenen Glasfaserenden mit Säure behandelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die verbundenen Glasfasern unmittelbar vor dem Aufbringen der mit Hilfe der Form aufgebrachten Schicht mit einer dünnen Schicht aus einem Material beschichtet werden, das aus der Siliciumwasserstoff-Verbindungen, organische Silikone und metallisches Indium umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verbundenen Glasfasern auf dem Verbindungsabschnitt mit einem Harz beschichtet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz aus einem vernetzenden, wärmehärtbaren Harz besteht.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Silikonharz oder ein Epoxyharz ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Aderhülle dienende zweite Schicht durch Extrudieren aufgebracht wird.