DE69215113T2 - Spleissgerät für optische Fasern und Verfahren zum Schweissen mit Hilfe dieses Spleissgeräts - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikroschweißgerät für Lichtleitfasern und ein Schweißverfahren, das dieses Gerät verwendet.
• Das übliche Schweißverfahren zum Verschweißen der Stirnseiten zweiter Lichtleitfasern enthält drei Hauptphasen (siehe beispielsweise Journal of Optical Communications, Vol. 10 Nº 2, Juni 1989, Seiten 61 bis 66):
• - die einander gegenüberliegenden und zu verschweißenden Stirnseiten der Lichtleitfasern werden poliert;
• - dann folgt die eigentliche Verschweißung,
• - dann wird an den Fasern gezogen, um zu überprüfen, durch Strecken der Schweißnaht im kalten Zustand, ob die Längung dieser Schweißnaht im elastischen Bereich bleibt (dann handelt es sich um eine gute Verschweißung), wobei der plastische Bereich unendlich klein und vernachlässigbar ist.
• Eine mögliche Schweißvorichtung ist in dem Patent JP- 57-129 405 beschrieben. Diese Vorrichtung enthält zwei seitliche Träger, die die Zweige eines U-förmigen Gestells bilden und von denen einer um eine waagrechte Achse senkrecht zur Längsachse der zu verschweißenden Fasern verbogen werden kann. Jeder der seitlichen Träger ist dazu bestimmt, mindestens eine zu verschweißende Lichtleitfaser entlang von deren Achse in einer V-förmigen Führungsrille aufzunehmen, die zu diesem Zweck auf dem Träger vorgesehen ist. Der biegsame Träger besitzt an seiner Basis einen geschwächten Bereich, der als Scharnier wirkt und die Biegebewegungen durchzuführen erlaubt. Dieser Träger ist permanent mit einem Mikrometerstift in Kontakt, der sich auf einer der vertikalen Seiten abstützt, die senkrecht zur Längsachse der Fasern verläuft.
• Für eine Verschweißung werden die Fasern dann mit ihren zu verschweißenden Enden einander gegenüberliegend angeordnet, und ein Lichtbogen wird zwischen zwei Elektroden in Höhe der Kontaktfläche zwischen den beiden Fasern erzeugt. Gleichzeitig wird der Mikrometerstift in Drehung versetzt, um die Fasern ineinander während des Schweißens ineinander eindringen zu lassen und dann nach dem Verschweißen zu ziehen.
• Eine solche Vorrichtung ist nicht zufriedenstellend, da die mit Hilfe des Mikrometerstiftes erhaltenen Verschiebungen nicht genau genug sind, um eine gute Qualität der Verschweißung zu erzielen.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Mikroschweißgerät zu realisieren, das eine Positionierung vor der Verschweißung und eine genaue Verschiebung der Fasern während und nach der Verschweißung erlaubt.
• Hierzu schlägt die Erfindung ein Mikroschweißgerät zur Verbindung von Lichtleitfasern miteinander vor, wie es in Anspruch 1 definiert ist.
• Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Mikroschweißgeräts kann man zwei Arten von Verschiebungen durchführen: Verschiebungen mit eingeschränkter Genauigkeit zur Positionierung der Fasern vor dem Beginn des Verschweißens und Verschiebungen mit großer Genauigkeit, um das Eindringen der Fasern ineinander und dann das Ziehen der Fasern nach dem Verschweißen hervorzurufen. Außerdem verleiht die Verwendung von Nockenscheiben mit angepaßtem Profil den Verschiebungen eine große Genauigkeit.
• Gemäß einem wichtigen Merkmal liegen die ersten Verschiebemittel unmittelbar auf den zweiten Mitteln auf, so daß die ersten und zweiten Mittel mit dem seitlichen beweglichen Träger außerhalb des Zwischenraums in Verbindung stehen. Dies erlaubt es, die Verschiebungen mit geringer Genauigkeit durchzuführen, ohne durch die Nocke gestört zu werden.
• Die ersten Verschiebemittel können aus mindestens einem Mikrometerstift bestehen, der von einem Handrad gesteuert wird.
• Der andere der beiden Träger kann stationär angeordnet sein oder einfach in der Lage sein, Verschiebungen geringer Genauigkeit durchzuführen (er ist dann einfach in Kontakt mit den ersten Verschiebemitteln), oder auch einfach in der Lage sein, die Verschiebungen mit großer Genauigkeit durchzuführen (dann steht er einfach mit den zweiten Verschiebemitteln in Verbindung).
• Gemäß eine wesentlichen Merkmal ist jeder der seitlichen Träger beweglich und je mit ersten und zweiten Verschiebemitteln versehen.
• Gemäß einem anderen Merkmal sind das Gestell und der zentrale Träger aus einem Stück und bestehen aus gegossenem Kunststoff. In diesem Fall sind die seitlichen Träger je in ihrem unteren Kontaktteil mit dem Gestell ausgehöhlt, so daß diese unteren, schmaleren Bereiche als Scharniere wirken.
• Das Mikroschweißgerät ist also preiswert, und die Translationsbewegungen der seitlichen Träger ergeben sich, indem diese Biegemomenten um die waagrechte, durch die Scharniere verlaufende Achse unterworfen werden.
• Es ist auch möglich, wenn die seitlichen Träger vom Gestell unabhängig sind, diese am Gestell über Scharnierteile zu befestigen.
• Die Mittel für die Festlegung der Fasern auf den seitlichen Trägern können zwei Metallzylinder sein, die auf den seitlichen Trägern durch Magnete festgelegt werden, die zu diesem Zweck in die seitlichen Träger eingefügt sind.
• Die Mittel für die genaue Führung sind beispielsweise zwei V-förmige Führungsrillen, die in ein am zentralen Träger befestigtes Keramikteil eingeschnitten sind.
• Vorzugsweise liegen die Elektroden in einer waagrechten Ebene, die die Führungsmittel enthält, und senkrecht zu diesen Führungsmitteln.
• In einer zusätzlichen Verbesserung enthält das erfindungsgemäße Mikroschweißgerät weiter eine optische Vorrichtung, um die Enden der zu verschweißenden Fasern zu beobachten. Diese Vorrichtung enthält ein Mikroskop und optische Mittel, um in Verbindung mit dem Mikroskop die gleichzeitigen Bilder der Enden der Fasern gemäß zwei zueinander senkrechten Beobachtungsachsen zu erzeugen.
• Diese optischen Mittel können aus zwei bezüglich einer vertikalen Achse Y senkrecht zur Längsachse symmetrischen Spiegeln bestehen, die je um eine Winkel α/2 bezüglich der Y-Achse geneigt sind und unter einem Bereich einer waagrechten Ebene, die die Enden der Fasern enthält, gegenüber diesem Bereich liegen. Diese Spiegel können schwenkbar und entfernbar sein.
• Der Wert des Winkels α kann um 135º je nach der Genauigkeit des mechanischen Aufbaus und dem Sichtfeld der optischen Vorrichtung variieren. Je nach der gewählten Brennweite kann man dann entweder die Enden der Fasern und der Elektroden von oben oder die Enden der Fasern gemäß zwei zueinander senkrechten Beobachtungsachsen beobachten.
• Gemäß einer Variante der optischen Vorrichtung enthalten die optischen Mittel vier Spiegel, die oberhalb des oben erwähnten Ebenen-Bereichs symmetrisch bezüglich der Y-Achse liegen, wobei zwei dieser Spiegel parallel und zu beiden Seiten der Y-Achse liegen und die beiden anderen um einen Winkel β bezüglich der Y-Achse geneigt sind und ebenfalls zu beiden Seiten dieser Achse liegen. Der Wert des Winkels β kann um 45º herum variieren.
• Schließlich können die Elektroden abnehmbar sein, um ihren Ersatz oder ihre Reinigung im Fall einer Abnutzung zu erlauben.
• Das so ausgebildete Mikroschweißgerät kann in einem Schweißverfahren verwendet werden, das einen Verfahrensschritt der Einstellung der mittleren Position der Enden der Fasern zueinander mit Hilfe der ersten Mittel und dann einen Verfahrensschritt enthält, in dem diese Position fein eingestellt wird und in dem mit großer Genauigkeit die Enden mit Hilfe der zweiten Mittel verschoben werden.
• Dieses Verfahren kann genauer gesagt die folgenden Schritte enthalten:
• - die endseitigen und seitlichen Oberflächen jedes der Endabschnitte der Fasern werden poliert, ehe die Endflächen miteinander in Kontakt kommen;
• - ein Lichtbogen wird zwischen den Elektroden gezündet, nachdem die Lichtleitfasern stirnseitig mit Hilfe der ersten Mittel in Kontakt gebracht wurden;
• - die Fasern werden vom Lichtbogen verschweißt, wobei sie gleichzeitig ineinander eindringen;
• - die Schweißnaht wird thermisch nachbehandelt;
• - die Fasern werden einer Zugkraft ausgesetzt, und zwar in einem kontinuierlichen Zyklus unmittelbar nach der Wärmenachbehandlung, wobei das Außenprofil der Nockenscheibe oder -scheiben so gewählt ist, daß die Drehung der Scheibe oder Scheiben zuerst die Fasern ineinander eindringen läßt, dann während der Nachbehandlung diese Lage beibehalten wird und schließlich die Zugbelastung erfolgt, wobei diese drei Phasen ohne Unterbrechung der Bewegung der Nockenscheibe oder -scheiben gemäß einem kontinuierlichen Zyklus von relativen Translationsbewegungen der Fasern aufeinanderfolgen.
• Andere Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Mikroschweißgeräts und der beiliegenden Zeichnungen hervor.
• Figur 1 zeigt schematisch in Perspektive den funktionellen Teil eines erfindungsgemäßen Mikroschweißgeräts.
• Figur 2 zeigt im Schnitt ein Mikroschweißgerät gemäß der Erfindung.
• Figur 3 zeigt schematisch einen Querschnitt durch den zentralen Bereich der Figur 2.
• Die Figuren 4 und 5 zeigen die mit Hilfe der optischen Vorrichtung aus Figur 3 erhaltenen Bilder.
• Figur 6 zeigt eine andere mögliche optische Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Mikroschweißgerät.
• Figur 7 zeigt eine Schweißzyklus eines erfindungsgemäßen Mikroschweißgeräts.
• In den Figuren 1 bis 6 werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Elemente verwendet.
• In Figur 1 enthält ein Gestell 1 aus gegossenem Kunststoff eine waagrechte Basis 2, an deren Enden zwei senkrechte Platten 3 und 3' anschließen, so daß das Gestell 1 die äußere Form eines U besitzt. Diese Platten enthalten je eine Bohrung 4 bzw. 4', in die Mittel zur Grobverschiebung der Fasern eingesteckt werden sollen.
• Zwei senkrechte seitliche Träger 5 und 5' liegen zwischen den Platten 3 und 3' symmetrisch bezüglich der vertikalen Symmetrieachse Y des Gestells.
• Die seitlichen Träger 5 und 5' sind in ihrem unteren Bereich in Kontakt mit der Basis 2 ausgehöhlt, so daß sich zwei Schwachbereiche oder Scharniere 6, 6' ergeben, die es ermöglichen, die Träger unter der Wirkung von Biegemomenten um eine waagrechte und zur Kontaktlinie zwischen den Trägern 5 und 5' und der Basis 2 parallele Achse X zu bewegen. Außerdem besitzt jeder Träger eine offene Aushöhlung 7 bzw. 7' in Form eines Halbzylinders, die sich entlang der waagrechten Achse Z senkrecht zur Achse X erstreckt. Schließlich liegt ein zentraler, vertikaler Träger 8, der insbesondere eine optische Vorrichtung und zwei Elektroden aufnehmen soll, zwischen den seitlichen Trägern 5 und 5' zentriert zur Achse Y. Dieser zentrale Träger 8 besitzt zwei Bohrungen 9 und 10, in die je eine Elektrode gesteckt werden kann. Außerdem ist ein Block 11 aus Keramikmaterial, in den zwei V-förmige Führungsrillen 12 und 12' eingearbeitet sind, auf dem zentralen Träger 8 so befestigt, daß die Führungsrillen 12 und 12' entlang der waagrechten Achse Z (senkrecht zur Achse X) und symmetrisch bezüglich der Achse Y verlaufen. Vorzugsweise bilden in der beschriebenen Ausführungsform die Basis 2, die Platten 3 und 3', die seitlichen Träger 5 und 5' und der zentrale Träger 8 alle ein gemeinsames Bauteil aus gegossenem Kunststoff.
• In Figur 2 sieht man genauer die Mittel, die verwendet werden, um die Fasern auf dem Gestell zu befestigen, zu verschieben und zu verschweißen. In einem Gehäuse 20 ist das Gestell 1 aus der vorhergehenden Figur installiert.
• Zwei die Faser tragenden Metallzylinder 21 und 21', in denen die Faser F bzw. F' befestigt ist, sind auf den seitlichen Trägern 5 und 5' durch Magnetkraft mit Hilfe von zwei Magneten 22 und 22' festgelegt, die in die seitlichen Träger 5 und 5' während des Gießens eingesetzt wurden. Die Fasern F und F' stehen nicht miteinander in Kontakt. Die seitlichen Träger 5 und 5' können Bewegungen unter dem Einfluß von Biegemomenten durchführen, wie dies anhand der vorhergehenden Figur erläutert wurde.
• Diese Bewegungen haben folgende Aufgaben:
• - Translationsbewegungen zur Grobpositionierung der Fasern vor dem Verschweißen; diese Bewegungen erfordern keine hohe Genauigkeit in Richtung der Achse Z,
• - Translationsbewegungen, damit die Fasern während des Verschweißens ineinander eindringen und die Fasern kalt nach dem Verschweißen gezogen werden können. Diese Bewegungen müssen sehr genau erfolgen (in der Größenordnung von einigen Mikrometern).
• Die Bewegungen der seitlichen Träger mit geringer Genauigkeit werden von Hand mittels zweier Handräder 23 und 23' von zwei Mikrometerstiften 24 und 24' gesteuert, die zu beiden Seiten je eines der seitlichen Träger 5 und 5' liegen. Die Bewegung der Stifte 24 und 24' in Richtung der Z- Achse erlaubt eine Vorwärts- oder Rückwärtsbewegung der seitlichen Träger 5 und 5' um 20 Mikrometer je Skalenteilung der Handräder 23 und 23' aufgrund der elastischen Eigenschaften des Kunststoffes und der Scharniere 6 und 6'. Die Mikrometerstifte 24 und 24' erzeugen nämlich eine Kraft in Form eines Biegemoments, die auf die seitlichen Träger 5 und 5' einwirkt.
• Für die Bewegungen großer Genauigkeit verwendet man zwei Nockenscheiben 25 und 25', die sich zwischen den Stiften 24 und 24' und den seitlichen Trägern 5 und 5' befinden. Diese Nockenscheiben werden je durch einen Gleichstrom- Mikromotor 26 bzw. 26' angetrieben.
• Wenn die Motoren 26 und 26' eingeschaltet werden, drehen sie die Nockenscheiben 25 und 25' um eine senkrechte Achse orthogonal zur Achse Z, wodurch die Fasern F und F' eine genaue Translationsbewegung in Richtung der Achse Z erfahren, die unmittelbar vom äußeren Profil der Nockenscheiben 25 und 25' abhängt. Durch Einwirkung auf die Mikrometerstifte 24 und 24' erzeugt man also Bewegungen der seitlichen Träger 5 und 5' geringer Genauigkeit und verschiebt dabei die Drehachse jeder der Nockenscheiben in einer senkrechten Ebene parallel zur Achse Z, die diese Drehachse enthält. Weiter unten wird im einzelnen der Betrieb des Mikroschweißgeräts sowie der besondere Schweißzyklus erläutert, der mit diesem Gerät durchgeführt werden kann.
• Schließlich liegt über dem zentralen Träger 8 ein mit diesem fest verbundener Träger 28, der ein Mikroskop 27 trägt, welches zur optischen Beobachtungsvorrichtung gehört.
• Figur 3 zeigt im einzelnen das Mikroskop 27 aus Figur 2 sowie die wesentlichen Elemente der optischen Beobachtungsvorrichtung.
• In dieser Figur erkennt man außer den beiden Elektroden E1 und E2 eine Kammer 30 in dem Träger 8 zur Aufnahme von zwei Spiegeln M1 und M2. Das Mikroskop 27 enthält ein optisches System 31 mit einer 50-fachen Vergrößerung und einem Objektiv 32 sowie eine Elektrolumineszenzdiode DEL.
• Die Spiegel M1 und M2 liegen unter einem Bereich einer waagrechten Ebene P1, in der sich die Enden der Elektroden E1 und E2 und die Enden der Fasern F und F' befinden (nur ein Faserende F' ist in Figur 3 zu sehen). Die Spiegel bilden einen gegenseitigen Winkel α von 135º, und ihr Schnittpunkt in Figur 3 liegt senkrecht unter der Faser F'.
• Aufgrund dieser Anordnung der Spiegel M1 und M2 kann man die Fasern F und F' gemäß zwei zueinander senkrechten Richtungen beobachten.
• Fokussiert man das Objektiv 32 auf die waagrechte Ebene P1, dann sieht man durch das optische System 31 von oben die Bilder der beiden Fasern F und F' sowie der Elektroden E1 und E2, die in Figur 4 die gleichen Bezugszeichen tragen. Man kann so den Zustand der Elektroden überprüfen und sie austauschen, wenn sie abgenutzt sind. Man kann weiter die Fluchtung und die Lage der Fasern F und F' zueinander überprüfen.
• Gemäß einer anderen Möglichkeit kann man in demselben Bild die Fasern F und F' gemäß zwei zueinander senkrechten Achsen X1 und X2 beobachten. Mit durchgezogenen Strichen wurde schematisch in Figur 3 der Strahlverlauf 40 ausgehend von der Diode DEL dargestellt, wenn das Objektiv 32 auf eine waagrechte Ebene P2 fokussiert ist, die die Spiegel M1 und M2 schneidet. Der Strahl 40 von der Diode DEL überträgt zwei einander gegenüberliegende Bilder 33 und 34 der beiden Fasern F und F' auf den Spiegel M1 bzw. den Spiegel M2. Diese beiden Bilder werden zum Objektiv 32 umgelenkt, so daß man die Fasern F und F' gemäß zwei zueinander senkrechten Richtungen sieht, wie dies in Figur 5 dargestellt ist. Man sieht in dieser Figur die Bilder F1 und F'1 gemäß der Beobachtungsachse X1und die Bilder F2 und F'2 der Fasern F und F' gemäß der Beobachtungsachse X2.
• Figur 6 zeigt eine andere mögliche optische Vorrichtung für ein erfindungsgemäßes Mikroschweißgerät. Hier nimmt die Kammer 30 des Trägers 8 (nicht dargestellt) die Diode DEL auf, während die Spiegel oberhalb der Ebene P1 im Träger 28 untergebracht sind. Das Mikroskop 27A mit einem optischen System 31A und einem Objektiv 32A liegt symmetrisch zur Achse Y und wurde hier nur teilweise in der rechten Hälfte der optischen Vorrichtung geschnitten dargestellt, wo man außerdem einen vertikalen Spiegel M'2 und einen unter einem Winkel β von 45º bezüglich der Y-Achse geneigten Spiegels M"2 sowie eine Linse L2 erkennt. Das Ganze liegt im Träger 28. Man erhält die gleichen Ergebnisse wie mit der optischen Vorrichtung aus Figur 3.
• Die Handhabung der optischen Vorrichtung ist einfach und wirkungsvoll, da nur eine rasche Einstellung des Objektivs ausreicht, um ein gemeinsames Bild gemäß zwei zueinander senkrechten Beobachtungsachsen zu erhalten. Diese optische Vorrichtung mit zwei Achsen ermöglicht auch die Beobachtung des Zustands der Elektroden, so daß diese bei Bedarf gereinigt oder ausgetauscht werden können.
• In einer möglichen Ausführungsform des Mikroschweißgeräts gemäß der Erfindung fädelt man vorab jede der Fasern F und F' in einen Zylinder 21 und 21' und schneidet dann die Fasern F und F' ab, so daß eine bestimmte Länge jeder Faser aus den Zylindern 21 und 21' hervorsteht und die einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Fasern um 90º bezüglich ihrer Längsachse geneigt sind.
• Diese Zylinder werden dann in die hierfür vorgesehenen Aushöhlungen in den seitlichen Trägern 5 und 5' gelegt, worauf die beiden Fasern F und F' einander mit Hilfe der von Hand über die Handräder 23 und 23' angetriebenen Mikrometerstifte 24 und 24' angenähert werden, ohne jedoch in Kontakt zu kommen. Dies führt dazu, daß die Drehachsen der beiden Nockenscheiben 25 und 25' verschoben werden. Dann poliert man die stirnseitigen und seitlichen Oberflächen der Fasern F und F' durch Anwendung eines Lichtbogens über die Elektroden E1 und E2, insbesondere um den ggf. in diesem Stadium noch auf den Fasern F und F' vorhandenen Staub zu verbrennen. Man kann dann den spezifischen kontinuierlichen Zyklus des Mikroschweißgeräts gemäß der Erfindung mit Hilfe eines Steuerknopfes starten, der an der Vorderseite (nicht dargestellt) des Gehäuses 20 liegt. Das Profil der Nockenscheiben 25 und 25' ist so gewählt, daß durch die Drehung der Scheiben über die Motoren 26 und 26' zuerst ein Eindringen der Fasern F und F' ineinander erfolgt, denn sie sind während dieser Zeit durch den von den Elektroden erzeugten Lichtbogen geschmolzen, so daß das Eindringen möglich ist. In einer zweiten Phase kann die Kurve des Nockenprofils die seitlichen Träger 5 und 5' während einer Wärmebehandlungsperiode in einem bestimmten Abstand halten und schließlich wird in einer dritten Phase, die sich kontinuierlich und automatisch ohne äußere Einwirkung anschließt, das Profil der Nockenscheiben so gewählt, daß die seitlichen Träger 5 und 5' zunehmend in ihre Ursprungslage zurückkehren (aufgrund der elastischen Eigenschaften des verwendeten Kunststoffs), um schließlich den gewünschten Zug auszuüben.
• Die Kurve 50 in durchgezogenen Strichen in Figur 7 zeigt die Intensität I des Lichtbogenstroms zwischen den Elektroden E1 und E2 abhängig von der Zeit t.
• Die Kurve 51 in unterbrochenen Linien zeigt die Länge l des Eindringens der Fasern F und F' ineinander abhängig von der Zeit t.
• In dem Beispiel der Kurven 50 und 51 haben die Fasern F und F' einen Durchmesser von 125 µm.
• Der Abschnitt a-b-c-d der Kurve 50 zeigt die Intensität Ip des Stroms während des Polierens in einer Zeit Tp, die ausreicht, um unter anderen die Oberflächenfehler und den Staub zu beseitigen.
• Die Fasern F und F' werden dann (nach einer beliebigen Pause) miteinander mit Hilfe der Mikrometerstifte 24 und 24' in Kontakt gebracht. In einem Zeitpunkt TA wird dann ein Lichtbogen zwischen den Elektroden während einer ausreichend langen Zeit gezündet, um die Haftung und die Schmelzverbindung der Fasern zu erreichen. Die Intensität des Lichtbogenstroms während dieser Phase beträgt IA. Diese Phase ist durch den Bereich e-f-g der Kurve 50 dargestellt. Sie bereitet die eigentliche Schweißphase vor.
• In einem Zeitpunkt Ts am Ende der Anheftphase beginnt das Verschweißen. Nun erzeugt man zwischen den Elektroden einen Lichtbogen, dessen Strom den Wert Is besitzt. In diesem Zeitpunkt Ts wird auch der Mikromotor eingeschaltet, und die Drehung der Nockenscheiben 25 und 25' um eine Drittelumdrehung führt zu einer Translationsbewegung der Fasern F und F' und zu einem Eindringen dieser beiden Fasern ineinander um eine Länge von 10 µm. Dieses Eindringen erfolgt zeitlich linear und nimmt zu, während die Fasern unter der Wirkung des von den Elektroden erzeugten Plasmalichtbogens schmelzen. Dieses Eindringen der Fasern ineinander ist notwendig, um eine ausreichende Materialmenge in Höhe der Schweißnaht zu haben.
• Die Schweißphase ist durch den Bereich g-h-i der Kurve 50 und das gleichzeitige Eindringen der Fasern ineinander durch den Abschnitt m-n der Kurve 51 dargestellt.
• Nach der Schweißphase beginnt in einem Zeitpunkt Tr die Wärmenachbehandlung mit einer ausreichenden Zeitdauer, um ein Abschrecken des Glases der Lichtleitfaser zu vermeiden (die Temperatur der Wärmenachbehandlung liegt unter der Schmelztemperatur des Glases). Die Intensität IR des Lichtbogenstroms während dieser Phase ist geringer als während der Schweißphase und an die Art der zu verschweißenden Fasern angepaßt. Während dieser Wärmenachbehandlung führt die Drehung der Nockenscheiben nicht mehr zu einer zusätzlichen Annäherung und die Länge des Ineinandereindringens der Fasern bleibt konstant bei 10 µm. Im Zeitpunkt TT des Endes der Wärmenachbehandlung haben die Nockenscheiben insgesamt eine halbe Umdrehung erfahren. Die Wärmenachbehandlung ist durch den Bereich i-j-k der Kurve 50 und durch den Bereich n-o der Kurve 51 dargestellt. Schließlich beginnt im Zeitpunkt TT das Ziehen: Die Nockenscheiben kehren in ihre ursprüngliche Stellung vor dem Schweißen zurück, indem sie den Umlauf vollenden. Aufgrund der Elastizität des Kunststoffs der seitlichen Träger 5 und 5' kehren diese Träger zunehmend in ihre Ursprungslage zurück, wodurch die Fasern F und F' einer Zugbelastung ausgesetzt werden, die die Länge des Eindringens der Fasern ineinander im Zeitpunkt TF wieder auf Null bringt (Bereich o-p der Kurve 51). Die nach der Rückkehr in den ursprünglichen Zustand erhaltene Längung beträgt etwa 0,3%.
• Die Kosten des Mikroschweißgeräts gemäß der Erfindung liegen etwa dreimal niedriger als die der bekannten Mikroschweißgeräte. Aufgrund der möglichen Verwendung von gegossenen Kunststoffteilen ermöglicht das Mikroschweißgerät gemäß der Erfindung den Anschluß eines weiten Bereichs von Monomode- oder Mehrfachmodefasern (Durchmesser zwischen 125 und 200 µm).
• Die Maschine erlaubt rasche Reparaturen vor Ort und beispielsweise die Leitungsmessung. Sie ergibt Schweißstellen, deren Dämpfung unter einem Dezibel liegt und im Mittel 0,5 dB beträgt.
• Natürlich ist die Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform und Anwendung begrenzt.
• Insbesondere ist es nicht notwendig, daß die seitlichen Träger mit dem Gestell ein gemeinsames Bauteil bilden. Sie können beispielsweise an diesem durch Scharnierteile befestigt sein, die eine ausreichende Biegebewegung um die Achse X erlauben.
• Außerdem ist es möglich, nur eine einzige Nockenscheibe zu verwenden. Man hat dann eine stationäre Bezugsfaser während des Verschweißens und des Ziehens und nur eine bewegliche Faser, die mit einem seitlichen Träger verbunden ist, dessen Bewegungen durch das Profil der Nockenscheibe bestimmt werden.
• Die Spiegel des Beobachtungssystems gemäß Figur 2 können schwenkbar und entfernbar sein. Während der Anwendung der Lichtbögen zwischen den Elektroden schwenkt man sie weg, um zu verhindern, daß sich Material auf ihrer Oberfläche abscheidet. Außerdem kann man sie auswechseln, wenn sie beschädigt oder zerbrochen sind oder sie ggf. reinigen, wenn sie voller Staub sind.
• Die schematische Darstellung in Figur 7 beschränkt die Erfindung in keiner Weise. Man kann je nach dem Durchmesser der zu verschweißenden Fasern die verschiedenen Stromstärken Ip, IA, Is, IR und die Dauer jeder Faser mit Hilfe von Tasten und Steuerleuchten wählen, die beispielsweise an einer Vorderseite eines erfindungsgemäßen Mikroschweißgeräts angeordnet sind. Außerdem wird das Profil der Nockenscheibe oder -scheiben abhängig von den gewünschten Eigenschaften des Zugs und des Eindringens der Fasern ineinander gewählt.
• Es ist jedoch sinnvoll, die gewählten Merkmale zu optimieren, um möglichst viele Schweißvorgänge mit einer akzeptablen Autonomie des Mikroschweißgeräts in dem Fall zu erzielen, daß das Schweißgerät mit einer aufladbaren Batterie, mit Akkumulatoren oder Einweg-Batterien arbeitet. Das Mikroschweißgerät gemäß der Erfindung kann auch aus dem Netz gespeist werden.

Claims (19)

1. Mikroschweißgerät zum gegenseitigen Anschluß von Lichtleitfasern (F, F'),

- mit zwei vertikalen Trägern (5, 5'), seitliche Träger genannt, die mit einer gemeinsamen waagrechten Basis (2) so verbunden sind, daß sie die Zweige eines Gestells (2, 5, 5') in U-Form bilden, wobei mindestens einer der seitlichen Träger (5) um eine in seinem unteren Bereich liegende und sich senkrecht zum Querschnitt des U des Gestells erstrekkende waagrechte Achse (X) verbogen oder verdreht werden kann, so daß man diesen seitlichen Träger an den anderen seitlichen Träger (5') annähern oder von ihm entfernen kann, wobei die Oberseiten der seitlichen Träger je einen Endbereich mindestens einer zu verschweißenden Faser tragen, die sich in dem U-förmigen Querschnitt des Gestells erstreckt,

- mit Mitteln (21, 22, 21', 22'), um die Lichtleitfasern (F, F') auf den Oberseiten der seitlichen Träger (5, 5') festzulegen,

- mit Elektroden (E1, E2), um die Schweißung durchzuführen,

- und mit ersten Verschiebemitteln (23, 24) mit geringer Genauigkeit für den seitlichen beweglichen Träger (5') mittels Biegung oder Drehung, um das Ende der von dem beweglichen Träger getragenen Lichtleitfaser an das Ende der von dem anderen Träger getragenen Lichtleitfaser durch eine Bewegung der Oberseite des beweglichen seitlichen Trägers in einer Verschieberichtung anzunähern, die im wesentlichen parallel zur Längsachse der Lichtleitfasern verläuft, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell weiter enthält:

- einen zentralen Träger (8), der im Zwischenraum zwischen den beiden seitlichen Trägern (5, 5') liegt und Führungsmittel (12, 12') für die Enden der einander gegenüberliegen den zu verschweißenden Fasern besitzt,

- zweite Verschiebemittel (25, 26) großer Genauigkeit für den beweglichen seitlichen Träger (5) mittels Biegung oder Drehung, um das Ende der auf dem beweglichen Träger sitzenden Lichtleitfasern genau entlang von deren Längsachse durch im wesentlichen entsprechende Bewegungen der Oberseite des beweglichen seitlichen Trägers gemäß einer im wesentlichen zur Längsachse der Fasern parallelen Verschieberichtung zu verschieben, wobei die zweiten Mittel von einer Nockenscheibe (25) gebildet werden, die permanent auf den beweglichen seitlichen Träger (5) außerhalb des Zwischenraums drückt und Drehbewegungen um eine senkrechte Achse ausführen kann, die senkrecht zur Längsachse der Fasern verläuft, wobei die ersten Mittel (23, 24) zur Verschiebung des beweglichen seitlichen Trägers mit geringer Genauigkeit mit der Nockenscheibe so verbunden sind, daß sie zu einer Verschiebung der Drehachse der Nockenscheibe (25) in einer senkrechten Ebene führen, die die Drehachse einschließt und parallel zur Längsachse der Fasern verläuft, um die Nockenscheibe permanent an dem beweglichen seitlichen Träger während der Verschiebung dieses Trägers durch die ersten Verschiebemittel geringer Genauigkeit in Anlage zu halten.

2. Mikroschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Verschiebemittel (23, 24) sich unmittelbar auf den zweiten Verschiebemitteln (25, 26) abstützen, wobei die ersten und zweiten Verschiebemittel mit dem beweglichen seitlichen Träger außerhalb des Zwischenraums in Verbindung stehen.

3. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der seitlichen Träger (5, 5') beweglich ist und je erste Mittel (23, 24; 23', 24') und zweite Mittel (25, 26; 25', 26') zur Verschiebung besitzt.

4. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Verschiebemittel (23, 24; 23', 24') von mindestens einem Mikrometerstift (24, 24') gebildet werden, der von einem Handrad (23, 23') gesteuert wird.

5. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmige Gestell (2, 5, 5') und der zentrale Träger (8) von einem gemeisamen Bauteil aus gegossenem Kunststoff gebildet werden.

6. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Träger (5, 5') mit dem Gestell zusammen gegossen werden und je an ihrem unteren Bereich so ausgehöhlt sind, daß ihre unteren so geschwächten Bereiche die Aufgabe von Scharnieren (6, 6') übernehmen.

7. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitlichen Träger (5, 5') am Gestell über Scharnierteile befestigt sind.

8. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (21, 22; 21', 22') zur Festlegung der Fasern auf den seitlichen Trägern zwei Metallzylinder (21, 21') sind, die auf den seitlichen Trägern durch Magnete (22, 22') festgehalten werden, die zu diesem Zweck in die seitlichen Träger eingesetzt sind.

9. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur genauen Führung der Fasern zwei V-förmige Rillen (12, 12') sind, die in ein Keramikteil eingeschnitten sind, das auf dem zentralen Träger (8) befestigt ist.

10. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (E1, E2) in einer waagrechten Ebene liegen, die die Führungsmittel (12, 12') enthält, und senkrecht zu den Führungsmitteln verlaufen.

11. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine optische Vorrichtung zur Beobachtung der Enden der Lichtleitfasern enthält, zu der ein Mikroskop (27, 27A) und optische Mittel (M1, M2; M'1, M"1; M'2, M"2, L1, L2) gehören, um in Verbindung mit dem Mikroskop gleichzeitig Bilder der Enden der Lichtleitfasern gemäß zwei zueinander senkrechten Beobachtungsachsen (X1, X2) auf einem gemeinsamen Bildschirm zu erzeugen.

12. Mikroschweißgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus zwei symmetrisch bezüglich einer senkrechten Achse Y, die zur Längsachse senkrecht verläuft, angeordneten Spiegel (M1, M2) besteht, die je um einen Winkel α/2 bezüglich der Achse Y geneigt sind und sich unter einem Bereich einer horizontalen Ebene befinden, in der die Enden der Fasern liegen, und diesem Bereich gegenüber.

13. Mikroschweißgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Mittel vier Spiegel (M'1, M"1; M'2, M"2) enthalten, die oberhalb eines Bereichs einer waagrechten Ebene liegen, die die Enden der Fasern enthält, wobei die Spiegel symmetrisch bezüglich einer senkrechten und zur Längsachse orthogonalen Achse Y angeordnet sind und zwei dieser Spiegel (M'1, M'2) parallel zur Achse Y und zu beiden Seiten dieser Achse Y angeordnet sind, während die beiden anderen Spiegel (M"1, M"2) um eine Winkel β bezüglich der Achse Y geneigt und zu beiden Seiten dieser Achse Y angeordnet sind.

14. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel schwenkbar und entfernbar sind.

15. Mikroschweißgerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α den Wert 135º hat.

16. Mikroschweißgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel β den Wert 45º hat.

17. Mikroschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (E1, E2) austauschbar sind.

18. Schweißverfahren unter Verwendung des Mikroschweißgeräts gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Verfahrensschritt der Einstellung der mittleren Lage der Enden der Fasern zueinander mit Hilfe der ersten Mittel (23, 24; 23', 24') und dann einen Verfahrensschritt der Feineinstellung dieser Lage und der Verschiebung der Enden der Fasern mit großer Genauigkeit mit Hilfe der zweiten Mittel (25, 26; 25', 26') aufweist.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Schritte enthält:

- die endseitigen und seitlichen Oberflächen jedes der Endabschnitte der Fasern werden poliert, ehe die Endflächen miteinander in Kontakt kommen;

- ein Lichtbogen wird zwischen den Elektroden (E1, E2) gezündet, nachdem die Lichtleitfasern stirnseitig mit Hilfe der ersten Mittel (23, 24; 23', 24') in Kontakt gebracht wurden;

- die Fasern werden über den Lichtbogen verschweißt, wobei sie gleichzeitig ineinander eindringen;

- die Schweißnaht wird thermisch nachbehandelt;

- die Fasern werden einer Zugkraft ausgesetzt, und zwar in einem kontinuierlichen Zyklus unmittelbar nach der Wärmenachbehandlung, wobei das Außenprofil der Nockenscheibe oder -scheiben (25, 25') so gewählt ist, daß die Drehung der Scheibe oder Scheiben zuerst die Fasern ineinander eindringen läßt, dann während der Nachbehandlung diese Lage beibehalten wird und schließlich die Zugbelastung erfolgt, wobei diese drei Phasen ohne Unterbrechung der Bewegung der Nokkenscheibe oder -scheiben gemäß einem kontinuierlichen Zyklus von relativen Translationsbewegungen der Fasern aufeinanderfolgen.