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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spleißen von
Glasfasern. Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung betrifft ein
Verfahren zum Spleißen
von Glasfasern, bei dem die Enden der Fasern in einem nicht senkrechten
Winkel geschnitten werden.
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Glasfasern
können
auf verschiedene Arten miteinander verbunden oder "gespleißt" werden. Thermisches
Spleißen
erfordert das Erhitzen der Enden der zu spleißenden Fasern, um einen kontinuierlichen Übergang
herzustellen. Mechanisches Spleißen erfordert das Aneinandersetzen
der Faserenden in einem geeigneten Träger oder "Spleiß". Da das mechanische Spleißen kein
Erhitzen erfordert, wird es zum Spleißen an Ort und Stelle oft bevorzugt.
Die mechanische Spleißvorrichtung
muß sorgfältig konstruiert
sein, um eine einwandfreie Ausrichtung der Faserenden zu erreichen.
Beispiele solcher Spleißvorrichtungen
werden in den
US-Patentschriften
US 4687288 und
US 5394496 offenbart.
Ein spezieller Typ eines lösbaren
mechanischen Faserspleißes
ist ein faseroptischer Verbinder. Ein Beispiel eines derartigen
Verbinders wird in der
US-Patentschrift
US 4705352 offenbart.
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W.
C. Young et al. beschreiben in IEEE Photonics Technology Letters
1 (1989), Nr. 12, S. 461-463,
eine Untersuchung der optischen Minderung und des Reflexionsvermögens bei
standardmäßigen Monomode-Glasfaserverbindern
mit zylinderförmiger
Hülse,
die durch Polieren der Hülsen
modifiziert werden, um einen schiefen Stirnflächenwinkel von 10 Grad an den
Fasern und an Teilen der Hülsenstirnflächen herzustellen.
Die Hülsen
wurden ausgerichtet und so zusammengesetzt, daß ein gewisser Kontakt zwischen
den Stirnflächen
der Hülsen,
aber ein Luftspalt zwischen den Stirnflächen der Glasfasern bestand.
EP 0419699 A1 und
JP 59-038707 offenbaren
jeweils ähnliche
Anordnungen, bei denen die Hülsen
von Glasfaserverbindern durch Polieren der Hülsen modifiziert werden, um
nicht senkrechte Stirnflächen
an den Fasern und Teile der Hülsenstirnflächen herzustellen,
die nicht senkrecht (zur Längsachse)
sind. Wieder werden die Hülsen
ausgerichtet und so zusammengesetzt, daß zwischen den Stirnflächen der
Hülsen
ein gewisser Kontakt, aber zwischen den Stirnflächen der Glasfasern ein Luftspalt besteht.
DE 3701421 A1 offenbart
einen Glasfaserverbinder, in dem die Hülsen geschliffen und poliert sind,
um abgewinkelte Stirnflächen
der Fasern und der Hülsen
zu bilden. Die Hülsen
werden zusammengesetzt und formschlüssig befestigt, so daß die Stirnflächen sowohl
der Hülsen
als auch der Glasfasern im Kontakt miteinander und im wesentlichen
parallel zueinander sind.
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Bekannt
ist das Schneiden von Glasfasern in einem vorgegebenen Winkel, um
eine geeignete Faserstirnfläche
zum Spleißen
und/oder Verbinden zu erzeugen. Die
US-Patentschrift
US 4229876 offenbart zum Beispiel einen Glasfasertrenner
oder "-brecher", der für diesen
Zweck verwendet werden kann.
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Traditionell
sind Fasern rechtwinklig gespalten worden, wodurch eine Faserstirnfläche entsteht, die
senkrecht zur Längsachse
der Faser ist. Es hat sich jedoch gezeigt, daß Reflexionsverluste durch Spalten
der Fasern in einem nicht senkrechten Winkel, d. h. in einem von
der Senkrechten abweichenden Winkel, erheblich vermindert werden
können. Die
Internationale Patentanmeldung
WO
98/54608 offenbart beispielsweise ein Werkzeug zum schrägen Spalten
von Glasfasern. Die Fasern werden mit Enden gespalten, die einheitlich
um 1 bis 20 Grad, vorzugsweise um 5 bis 10 Grad gegen die Senkrechte zur
Faserachse abgewinkelt sind.
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Obwohl
Fasern mit einer solchen abgewinkelten Stirnfläche sich möglicherweise sehr gut verhalten,
entsteht ein Problem, wenn sie zu spleißen sind. Damit die schrägen Stirnflächen richtig aneinanderstoßen und
praktisch keinen Spalt freilassen, müssen die Stirnflächen parallel
sein. Dies erfordert, daß die
Fasern eine sehr spezifische formschlüssige Orientierung aufweisen,
wenn sie in einem Spleißkörper untergebracht
werden. Bei existierenden Spleißverfahren
ist die relative Ausrichtung der Fasern beliebig. Natürlich ist
es möglich,
die richtige Ausrichtung der Fasern experimentell zu ermitteln, indem
sie in einem Spleiß untergebracht
und dann die Reflexionsverluste bei verschiedenen Orientierungen
gemessen werden. Dies ist jedoch sowohl teuer als auch zeitraubend
und kann zur Beschädigung
der Faserstirnflächen
führen.
Alternativ kann ein optisches Gel (Immersionsgel) benutzt werden, um
die abträglichen
Wirkungen einer ungeeigneten relativen Ausrichtung der Faserstirnflächen zu
vermindern, aber es hat sich gezeigt, daß die vorteilhaften Wirkungen
des schrägen
Spalten dennoch verloren gehen.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten und
andere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein Verfahren
zum Spleißen
von Glasfasern bereitzustellen, das die Vorteile des schrägen Spalten
voll nutzt.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung
eines Verfahrens zum Spleißen
von Glasfasern, das sowohl durchführbar als auch wirtschaftlich
ist.
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Dementsprechend
bietet die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Spleißen von
Glasfasern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Befestigen
einer ersten Faser an einem ersten Schlüsselelement mit einer besonderen
radialen Ausrichtung, wobei ein Abschnitt der Faser über das Schlüsselelement
hinausragt, Einsetzen des Schlüsselelements
in einen Träger,
der das Schlüsselelement
nur in einer bestimmten radialen Ausrichtung aufnimmt, Spalten der
an dem eingesetzten Schlüsselelement
befestigten Faser in einem vorgegebenen Winkel α bezüglich des Trägers, um
eine abgewinkelte Faserstimfläche
auf einem restlichen Abschnitt der Faser zu bilden, der über das
Schlüsselelement
hinausragt, Entfernen des Schlüsselelements
von dem Träger,
Einsetzen des Schlüsselelements
in den Spleißkörper, der
das Schlüsselelement
nur in einer bestimmten radialen Ausrichtung aufnimmt, so daß die abgewinkelte
Faserstimfläche
eine vorhersagbare radiale Ausrichtung bezüglich des Spleißkörpers aufweist,
und Wiederholen der obigen Schritte für eine zweite Faser und ein
zweites Schlüsselelement, wodurch
die erste abgewinkelte Faserstirnfläche und die zweite abgewinkelte
Faserstimfläche
in einer im wesentlichen parallelen Ausrichtung elastisch aneinander
anstoßen.
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Indem
die Fasern in einer bestimmten radialen Ausrichtung gespalten und
in einer bestimmten radialen Ausrichtung wieder angepaßt werden,
wird eine voraussagbare relative Orientierung der aneinanderstoßenden Fasern
erreicht. Auf diese Weise kann erreicht werden, daß die Faserstirnflächen im wesentlichen
völlig
parallel aneinanderstoßen.
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Es
ist darauf hinzuweisen, daß die
spezifische radiale Ausrichtung beim Spalten nicht mit der Ausrichtung
bei der Aufnahme in den Spleißkörper identisch
zu sein braucht. Im Gegenteil, wenn der Spaltvorrichtung und dem
dazugehörigen
Träger
die gleiche Ausrichtung erteilt wird, dann ist die Ausrichtung des
zweiten Schlüsselelements
bei aneinanderstoßenden
Faserenden im allgemeinen gegenüber der
des ersten Schlüsselelements
um 180° gedreht (wobei
angenommen wird, daß die
Schlüsselelemente
identisch sind und beim Spalten den gleichen Träger nutzen).
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Es
wird festgestellt, daß der
in der oben erwähnten
US-Patentschrift US 4705352 offenbarte Glasfaserverbinder
einen Verankerungsmechanismus aufweist, um sicherzustellen, daß bei wiederholten
Koppelvorgängen
der Faserverbinder stets in der gleichen relativen Position verbunden
wird, um ein Zerkratzen des Faserendes zu verhindern. Es wird nicht
vorgeschlagen, einen derartigen Verankerungsmechanismus für ein schräges Spalten
bzw. Spleißen
zu verwenden. Das US-Patent schlägt
im Gegenteil vor, daß die
Faser in jeder beliebigen relativen Ausrichtung gespleißt werden
könnte.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird der Träger,
in dem die Schlüsselelemente
beim Spalten der Fasern aufgenommen werden, vorzugsweise so an der
Spaltvorrichtung befestigt, daß er
keine Bewegung des Trägers
gegenüber
der Spaltvorrichtung zuläßt. Vorteilhafterweise
kann der Träger
mit der Spaltvorrichtung integriert werden.
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Vorzugsweise
liegt der Winkel (α),
in dem die Fasern gespalten werden, zwischen 5° und 12° bezüglich einer Linie, die senkrecht
zur Längsachse
jeder Faser ist. (Zu bemerken ist, daß der Winkel immer bezüglich einer
zur Längsachse
der Faser senkrechten Linie gemessen wird; ein Winkel von 0° bedeutet
daher eine senkrechte Stirnfläche).
In bevorzugten Ausführungsformen
wird ein Winkel von 7° bis 9° verwendet,
obwohl auch andere Winkel verwendet werden können.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
beinhaltet der Schritt zum Befestigen einer Faser an einem Schlüsselelement
das Aufschrumpfen einer hitzeregenerierbaren Manschette um das Schlüsselelement
herum. Die Schlüsselelemente können jeweils
aus zwei Teilen bestehen, die durch die hitzeregenerierbare Manschette
zusammengeklemmt werden. Auf diese Weise kann ein sicheres Einspannen
der Fasern erzielt werden, das zur axialen Zugentlastung beitragen
kann.
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In
einer alternativen Ausführungsform
beinhaltet der Schritt zum Befestigen einer Faser an einem Schlüsselelement
das Crimpen bzw. Quetschen des Schlüsselelements. Auch in dieser
Ausführungsform
können
die Schlüsselelemente
für axiale
Zugentlastung sorgen.
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Vorteilhafterweise
werden die aneinanderstoßenden
abgewinkelten Faserstirnflächen
in einem Ausrichtungselement aufgenommen. Ein solches Ausrichtungselement,
das an sich bekannt ist, sorgt für
eine seitliche Ausrichtung der Faserenden. Vorzugsweise weist das
Ausrichtungselement ein erstes Element und ein zweites Element auf,
zwischen denen Fasern aufgenommen werden können, wobei mindestens ein
Element durch eine im wesentlichen V-förmige Nut gebildet wird, die
beim Zusammensetzen der Elemente abgedeckt wird.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf typische
Ausführungsformen beschrieben,
die in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt sind. Dabei zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Spleißes in einer
Längsschnittansicht;
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2 eine
schematische Darstellung der Ausführungsform von 1 in
einer Querschnittansicht;
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3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Spaltanordnung in Seitenansicht;
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4 eine
schematische Darstellung von erfindungsgemäß gespleißten Glasfasern in Seitenansicht;
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5 eine
schematische perspektivische Darstellung einer alternativen Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Spleißes;
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6 eine
schematische perspektivische Darstellung einer weiteren alternativen
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Spleißes.
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Der
mechanische Spleiß 1,
der in 1 lediglich als nicht einschränkendes Beispiel dargestellt ist,
weist einen im wesentlichen röhrenförmigen Körper 2,
ein Ausrichtungselement 3 und zwei Schlüsselelemente 4 und 5 auf.
In den Schlüsselelementen 4 bzw. 5 sind
Glasfasern 20 bzw. 21 untergebracht. Wie in 1 dargestellt,
ist der Glasfasermantel von den Endabschnitten der Fasern entfernt
worden. Die Faserenden treffen in dem Ausrichtungselement 3 zusammen,
das mit einer V-förmigen
Nut 6 zur Aufnahme und Ausrichtung der Faserenden versehen ist.
Die Nut weist an den Enden des Ausrichtungselements 3 erweiterte
Abschnitte 6' auf,
die ein Stauchen der Fasern in diesen Bereichen ermöglichen, um
eine Druckkraft auf die aneinanderstoßenden Faserstirnflächen aufrechtzuerhalten.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Spleißvorrichtung 1 mit
einer Vorrichtung zur Definition und Aufrechterhaltung der Winkelausrichtung
der Glasfasern versehen. Diese Vorrichtung weist Verankerungsstege
oder -vorspränge 7 an
den Schlüsselelementen 4, 5 auf,
wobei die Vorsprünge
in Verankerungsschlitzen 8 aufgenommen werden können, die in
dem Körper 2 vorgesehen
sind. Die Kombination der Vorsprünge 7 und
der Schlitze 8 stellt sicher, daß die Schlüsselelemente 4, 5 nur
in einer bestimmten Winkelausrichtungen in den Körper 2 aufgenommen werden
können
(siehe auch 2). Man wird erkennen, daß die Fasern 20, 21 fest
und unbeweglich in den Schlüsselelementen 4, 5 aufgenommen
werden, z. B. durch Anquetschen der Schlüsselelemente an die Fasern.
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Nach
dem Einsetzen in den Körper 2 werden die
Schlüsselelemente
gemäß der in 1 dargestellten
Ausführungsform
durch elastische Verriegelungen gehalten, die hinter Stegen 10 der
Schlüsselelemente
einrasten. Die Verriegelungen 9 können aus Metall (z. B. Metalldraht)
oder Kunststoff bestehen und sind in Schlitzen 11 untergebracht.
Die Faserenden werden so in den Schlüsselelementen aufgenommen,
daß beim
Verriegeln der Schlüsselelemente
die Faserenden aneinanderstoßen
und mindestens eine der Fasern in einem der erweiterten Nutabschnitte 6' leicht gestaucht
wird. Dadurch wird ein guter Kontakt zwischen den Faserstirnflächen sichergestellt.
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Wie
aus 1 erkennbar, ist die Anordnung des zweiten Schlüsselelements 5 gegenüber dem ersten
Schlüsselelement 4 um
180° gedreht.
Diese Anordnung dient dazu, für
beide Seiten der Vorrichtung 1 eine einzige Konstruktion
des Schlüsselelements
zu nutzen, aber auch, was wichtiger ist, die richtige Winkelausrichtung
der Faserstirnflächen
sicherzustellen. Dies wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3 näher erläutert.
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Das
Schlüsselelement
4 (auch
in
1 dargestellt) wird an einer Faser
20 befestigt,
die einen Endabschnitt
22 aufweist, von dem der Glasfasermantel
entfernt worden ist. Das Schlüsselelement
4 wird
dann in den Träger
29 eingesetzt.
Wegen des Schlitzes
8 des Vorsprungs
7 kann das
Schlüsselelement
nur in einer bestimmten Winkelausrichtung eingesetzt werden. Das
Faserende wird dann unter Verwendung der Spaltvorrichtung, die an
sich bekannt ist, z. B. aus der Internationalen Patentanmeldung
WO 98/54608 , unter einem
Winkel gespalten. Die entstandene abgewinkelte Faserstirnfläche
24 ist schematisch
in
4 dargestellt, wobei der Winkel α der Deutlichkeit
halber übertrieben
dargestellt ist.
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Wie
wieder aus 3 erkennbar, wird das Schlüsselelement 4 dann
von dem Träger 29 entfernt und
kann in einen Spleißkörper 2 eingesetzt
werden. (Es wird festgestellt, daß Spleißkörper im Herstellerwerk mit
einer Faser installiert werden können,
aber natürlich
ist auch das Einsetzen beider Fasern an Ort und Stelle möglich).
Der Vorsprung 7 und der Schlitz 8 des Spleißkörpers 2 gewährleisten,
daß das Schlüsselelement 4 in
einer vorgegebenen Ausrichtung eingesetzt wird, in dem dargestellten
Beispiel in genau der gleichen Ausrichtung wie beim Spalten.
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Der
obige Vorgang wird für
das Schlüsselelement 5,
das die Faser 21 enthält,
wiederholt. Wie in 1 dargestellt, wird das Schlüsselelement 5 in
den Spleißkörper 2 um
180° gegenüber dem
Schlüsselelement 4 gedreht
eingesetzt, was dazu führt,
daß die Faserstirnflächen 24 und 25 parallel
zueinander sind, wie in 4 dargestellt. Wenn beide Schlüsselelemente
verriegelt sind, stoßen
die Stirnflächen 24, 25 aneinander
an, wodurch ein hervorragender Spleiß mit sehr niedrigem Reflexionsverlust
entsteht.
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In
der Ausführungsform
von 5 werden zwischen den Schlüsselelementen und Schlüsselelementhaltern 18 Federn 19 angebracht,
um für
einen Vorspanndruck zu sorgen, der einen guten Kontakt zwischen
den Faserstirnflächen
sicherstellt.
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In
der Ausführungsform
von 6 sind keine Schlüsselelementhalter vorgesehen.
Statt dessen sind die Schlüsselelemente
mit einer "Schnappverschluß"-Vorrichtung 17 versehen,
wie sie gewöhnlich für die Kappen
von Kugelschreibern und dergleichen benutzt wird. Natürlich könnte man
sich verschiedene andere Ausführungsformen
vorstellen, bei denen die Vorteile des schrägen Spalten gemäß der vorliegenden
Erfindung erzielt werden.
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Der
Fachmann wird daher erkennen, daß die vorliegende Erfindung
nicht auf die dargestellten Ausführungsformen
beschränkt
ist und daß viele
Ergänzungen
und Modifikationen möglich
sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie
er in den beigefügten
Patentansprüchen definiert
ist.