DE4033932A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kunststoff-sternkopplers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines kunststoff-sternkopplers

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Kunststoff-Sternkopplers.
Optische Sternkoppler dienen zur Verteilung von in einem Eingangs-Lichtwellenleiter zugeführten optischen Signalen auf mehreren Ausgangs-Lichtwellenleiter und stellen eine einfache und bewährte Form der Signalverzweigung in opti­ schen Kommunikationssystemen dar. Für einen Glasfaser- Sternkoppler ist aus US-A-41 79 185 bekannt, den Koppelbe­ reich direkt aus Abschnitten der Lichtwellenleiter zu bil­ den und die für den Koppelbereich vorgesehenen Abschnitte durch Erhitzen miteinander zu verschmelzen.
Ein Sternkoppler mit Kunststoff-Lichtwellenleitern ist in der DE 38 34 336 A1 beschrieben. Bei diesem bekannten Kunststoff-Sternkoppler sind die Lichtwellenleiter, die außerhalb des Koppelbereichs vorzugsweise eine runde Quer­ schnittsfläche aufweisen, im Koppelbereich so verformt, z. B. mit quadratischer Querschnittsfläche, daß sie an­ schließend unter flächiger Berührung zu einem zwischen­ raumfreien kompakten Mischerstab zusammengesetzt werden können.
Ein Kunststoff-Sternkoppler nach einem anderen Aufbauprin­ zip, bei welchem ein homogener Kunststoff-Mischerstab vor­ gesehen ist, welcher in Richtung der angeschlossenen Lichtwellenleiter in getrennte Anschlußzweige übergeht, ist z. B. aus Applied Optics, Vol. 21, No. 11 (Juni 1982), S. 1940-1942 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaf­ tes Verfahren zur Herstellung eines derartigen Kunststoff- Sternkopplers der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ge­ nannten Art sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Patentanspruch 1 be­ schrieben. Eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Ver­ fahrens ist im Patentanspruch 5 beschrieben. Die Unteran­ sprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiter­ bildungen der Erfindung.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch einfa­ che Ausführbarkeit mit leicht handhabbaren Mitteln aus, erfordert also weder weitergehende Materialkenntnisse noch aufwendige Geräte und ist daher besonders geeignet für Lichtwellenleiter-Anwendungen im Automobilbereich und der­ gleichen.
Die Erfindung ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Ab­ bildungen noch eingehend erläutert. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Schnittansicht parallel zu den Lichtwellen­ leiterachsen durch eine Preßvorrichtung mit ein­ gelegten Lichtwellenleitern,
Fig. 2 eine Schnittansicht senkrecht zu den Lichtwellen­ leiterachsen vor dem Preßvorgang,
Fig. 3 eine Schnittansicht wie in Fig. 2, aber nach dem Preßvorgang,
Fig. 4 eine Schnittansicht durch einen gepreßten Ab­ schnitt mit anderer Anordnung der Lichtwellen­ leiter,
Fig. 5 eine Anordnung mit Schrumpfschlauch-Verbindung der Lichtwellenleiter mit einem Mischerstab.
Die in Fig. 1 bis 3 skizzierte Preßvorrichtung enthält einen Grundkörper G mit einer Aufnahme A, die nutförmig, vorzugsweise mit rechteckigem Querschnitt ausgeführt ist und in die die Lichtwellenleiter L in achsparalleler An­ ordnung eingelegt werden. Die Enden der Lichtwellenleiter sind einseitig gleich ausgerichtet und im in Fig. 1 skiz­ zierten Beispielsfall nach rechts weisend.
Ein paßgenau in der Aufnahme führbarer Stempel St ist senkrecht zu der Achsrichtung der Lichtwellenleiter L in der Aufnahme verschiebbar. Bei Verschieben des Stempels in der Aufnahme in Pfeilrichtung (Fig. 1 und 2) werden die eingelegten Lichtwellenleiter verformt und zu einem kom­ pakten Kunststoffteil P zusammengepreßt. Die Verformbar­ keit der Kunststoff-Lichtwellenleiter wird durch Wärmeein­ wirkung erleichtert. Die Querschnittsform des kompakten Kunststoffteils P ist durch die Querschnittsformen von Aufnahme A und Stempel St vorgegeben. Die Querschnittsflä­ che des Kunststoffteils P ist quantitativ vorzugsweise gleich der Summe der Querschnittsflächen der eingelegten Wellenleiter L. Vorzugsweise ist die Verschiebung des Stempels St in der Aufnahme A durch einen Anschlag T be­ grenzt, so daß der vorstehend genannte quantitative Flä­ chenerhalt gewährleistet ist. Zur Anpassung an verschie­ dene Anzahlen, Durchmesser etc., der zu verbindenden Licht­ wellenleiter ist der Anschlag in unterschiedlichen Posi­ tionen einstellbar. Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch der Stempel und/oder die Aufnahme auswechselbar sein. Durch die Querschnittsformen von Stempel und Aufnahme wird der Querschnitt des späteren kompakten Kunststoffteils vorgegeben, so daß einerseits weitgehend beliebige, insbe­ sondere runde Querschnitte der Lichtwellenleiter L erlaubt sind und andererseits aus optischen, mechanischen, materi­ altechnischen und ähnlichen Gründen optimale Querschnitte des kompakten Kunststoffteils P gewählt werden können. Das Werkzeug wird konstruktiv besonders einfach für rechteckige Querschnittsformen. Unter diesen zeigt ein quadrati­ scher Querschnitt des kompakten Kunststoffteils P in Ver­ bindung mit einem querschnittsgleichen Mischerstab M die besten optischen Koppeleigenschaften, so daß bevorzugt ein annähernd quadratischer Querschnitt angestrebt wird. In Fig. 3 ist eine hochsymmetrische Anordnung von fünf zu ei­ nem Kunststoffteil P zusammengepreßten Lichtwellenleitern skizziert. Fig. 4 zeigt eine weitere annähernd quadrati­ sche Anordnung für fünf zusammengefügte Lichtwellenleiter.
Die bei dem Preßvorgang erzeugte Querschnittsform soll auf Dauer erhalten bleiben. In der Regel sind hierfür erhöhte Temperaturen beim Preßvorgang erforderlich. Vorzugsweise wird der Preßvorgang im thermoelastischen Bereich bei ei­ ner Temperatur vorgenommen, bei welcher das Kunststoffma­ terial der Lichtwellenleiter zwar noch elastisch ist, eine bei der erhöhten Temperatur unter Druck erfolgte elasti­ sche Änderung bei niedrigen Temperaturen aber beibehält, die Verformung also "einfriert". Die erforderliche Tempe­ ratur ist abhängig vom jeweils vorliegenden Kunststoffma­ terial. Gängige Materialien für Kunststoff-Lichtwellenlei­ ter sind beispielsweise Plexiglas, Polycarbonate, Polysty­ ten. Bei der Materialwahl für die Lichtwellenleiter ist zu beachten, daß die Temperatur, bei welcher die eingefrorene Verformung wieder elastisch aufgehoben wird, ausreichend hoch über den in folgenden Verfahrensschritten oder beim Betrieb auftretenden Temperaturen liegt.
Zum Erreichen der erhöhten Temperatur ist vorteilhafter­ weise mit dem Grundkörper G und/oder dem Stempel St ein vorzugsweise elektrisch betriebenes Heizelement H verbun­ den. Das Erreichen und evtl. Halten der gewünschten Tempe­ ratur kann mittels bekannter Temperaturfühler und Regel­ kreise erfolgen. Besonders vorteilhaft ist der Einsatz ei­ nes Peltier-Elements, da dieses durch einfache Umschaltung der Stromrichtung nach erfolgtem Preßvorgang zur beschleu­ nigten Abkühlung des Kunststoffteils vor der Entnahme aus dem Werkzeug benutzt werden kann.
Auf der Seite der zu- und/oder abführenden Lichtwellenlei­ ter L (links in Fig. 1) sind Stempel und Aufnahme abgerun­ det auslaufend geformt, um Einkerbungen und damit verbun­ dene Lichtverluste in den Lichtwellenleitern zu vermeiden. In die Preßvorrichtung kann eine Schneidklinge K inte­ griert sein, die nach erfolgter Formung des kompakten Kunststoffteils die rechts überstehenden Lichtwellenlei­ terenden abtrennt und eine glatte, senkrecht zur Achsrich­ tung der Lichtwellenleiter verlaufende Endfläche erzeugt.
Bei der Erfindung können die Lichtwellenleiter mitsamt dem optischen Mantel gehandhabt werden, so daß eine Entmante­ lung entfallen kann. Der Zusammenhalt der von den einzel­ nen Lichtwellenleitern stammenden Teile des kompakten Kunststoffteils ist abhängig von den Eigenschaften des Kunststoffmaterials an den Grenzflächen, wobei sowohl eine Verschmelzung oder Verschweißung, evtl. aber auch nur eine mechanisch wenig belastbare Adhäsion auftreten kann. Bei Vorliegen geeigneter Materialien kann auch eine Benetzung der Oberflächen der Lichtwellenleiter mit einem Klebstoff oder dergleichen vor dem Einlegen in die Preßvorrichtung vorgenommen werden. Insbesondere bei schwer verbindbaren Kunststoffen wie Fluorpolymeren ist die nachfolgende Um­ mantelung des kompakten Kunststoffteils mit einem Schrumpfschlauch vorteilhaft.
Eine Schrumpfschlauchverbindung oder eine Krampenhalterung stellt auch eine bevorzugte Ausführung zur Anfügung eines Mischerstabs M an die Endfläche E des kompakten Kunst­ stoffteils dar. Vorzugsweise ist der Schrumpfschlauch be­ reits auf einem dem Kunststoffteil P abgewandten Abschnitt des Mischerstabs M aufgeschrumpft. Der Mischerstab wird an die Endfläche E des Kunststoffteils P angesetzt und unter Wärmeeinwirkung W auf das Kunststoffteil aufgeschrumpft. Neben der Stabilisierung des Kunststoffteils P und der me­ chanischen Verbindung mit dem Mischerstab M wird durch den Schrumpfschlauch auch noch automatisch eine fluchtende Ausrichtung des Kunststoffteils P mit dem querschnitts­ gleichen Mischerstab M und damit eine gute optische Kopp­ lung erzielt. Die Anordnung kann, wie in Fig. 5 skizziert, als Reflexionskoppler mit einer Spiegelfläche R an dem den Lichtwellenleitern abgewandten Ende des Mischerstabs M oder als Transmissionskoppler mit Lichtwellenleitern und je einem Kunststoffteil P an beiden Seiten des Mischer­ stabs ausgeführt sein.
Die Preßvorrichtung ist zur einfachen Handhabung bei­ spielsweise in der Art einer handbetätigten Zange mit elektrischer Heizung (und ggf. Kühlung) ausgeführt und kann so einfach auch an weniger leicht zugänglichen Stel­ len benutzt werden.
Anstelle des Schrumpfschlauches kann für den Zusammenhalt des kompakten Kunststoffteils auch eine andere formerhal­ tende Umhüllung vorgenommen werden, beispielsweise in Form von schließbaren oder mechanisch verformbaren Teilen, wie Krampen oder dergleichen. So kann z. B. ein passendes U-förmiges Blechteil in die Aufnahme des Preßwerkzeugs ein­ gesetzt werden, in welches dann wiederum die Lichtwellen­ leiter eingelegt werden. Beim Betätigen des Werkzeugs er­ folgt neben der Bildung des kompakten Kunststoffteils gleichzeitig die Schließung des U-förmigen Blechteils durch Umbiegen der verlängerten U-Schenkel.
Sofern die Umhüllung selbst ausreichend formstabil ist, kann eine Erwärmung der Lichtwellenleiter zur thermoela­ stischen Verformung u. U. entfallen und die Verformung bei Umgebungstemperatur rein elastisch erfolgen. In zur Schrumpfschlauchverbindung analoger Weise kann auch bei einer anderen Umhüllung des Kunststoffteils die Befesti­ gung des Mischerstabs mit eingeschlossen sein.
Eine Verbindung mehrerer Lichtwellenleiter kann auch in deren Mittelbereich erfolgen mit nachfolgender Durchtren­ nung des kompakten Kunststoffteils in dessen Mitte, so daß in einem Vorgang zwei Koppler entstehen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung eines Kunststoff-Sternkopp­ lers mit mehreren Kunststoff-Lichtwellenleitern beliebi­ gen, insbesondere runden Querschnitts und einem zylindri­ schen Mischerstab, dadurch gekennzeichnet, daß die Licht­ wellenleiter in achsparalleler Anordnung in eine Preßvor­ richtung eingelegt werden und durch Betätigen der Preßvor­ richtung die Lichtwellenleiter unter Erhalt der Achsenparalle­ lität im Bereich der Preßvorrichtung zu einem kompak­ ten Kunststoffteil zusammengepreßt werden, daß an dem kom­ pakten Kunststoffteil eine zu den Lichtwellenleiterachsen senkrechte Endfläche erzeugt wird, und daß an die Endflä­ che der querschnittsgleiche Mischerstab angefügt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorgang bei einer erhöhten Temperatur ausgeführt wird, bei welcher das Kunststoffmaterial thermoelastisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß nach dem Preßvorgang und vor dem Öffnen der Preßvorrichtung die Temperatur verringert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mischerstab mit dem Kunststoffteil über einen Schrumpfschlauch verbunden wird.
5. Preßvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine nutförmige Aufnahme für die zu verbindenden Lichtwellenleiter vorhan­ den ist und ein in der Aufnahme geführter Stempel senk­ recht zur Längsachse, der in die Aufnahme eingelegten Lichtwellenleiter verschiebbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Aufnahme und/oder Stempel kontrolliert erwärmbar sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verschiebung des Stempels durch einen Anschlag begrenzt ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel auswechselbar oder der An­ schlag verstellbar ist und daß mehrere verschiedene Stem­ pel bzw. verschiedene Anschlageinstellungen für unter­ schiedliche Anzahlen von Lichtwellenleitern vorgesehen sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekenn­ zeichnet durch eine integrierte Schneideinrichtung zur Er­ zeugung der Endfläche.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekenn­ zeichnet durch ein Peltier-Element zum Erwärmen und Abküh­ len.
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