DE69622093T2

DE69622093T2 - Anwendung eines UV-härtbaren Klebers zur Herstellung einer Abspulvorrichtung von Glasfasern

Info

Publication number: DE69622093T2
Application number: DE69622093T
Authority: DE
Inventors: Gregory Lostracco
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1995-06-07
Filing date: 1996-05-22
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2016-05-23
Also published as: IL118499A0; AU5228896A; JPH09105823A; CA2177215C; KR100228243B1; EP0747742A3; CA2177215A1; ES2175033T3; IL118499A; EP0747742A2; JP2840058B2; EP0747742B1; AU676121B2; US5607532A; DE69622093D1; KR970002385A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Fasern und, genauer gesagt, die Herstellung einer Abspulvorrichtung, welche die optische Faser hält und deren rasche Abgabe bei Bedarf ermöglicht.
Solche Abspulvorrichtungen sind aus den Schriften US 5,194,112 A oder US 5,186,781 A bekannt.
Optische Fasern sind Längenstücke von Glasfaser, welche so bearbeitet ist, daß durch sie hindurch übertragenes Licht eine innere Totalreflektion erfährt. Optische Glasfasern werden typischerweise so hergestellt, daß ein Vorprodukt aus Gläsern zweier unterschiedlicher optischer Brechungsindices hergestellt wird, wobei das eine Glas innerhalb des anderen befindlich ist, wonach das Vorprodukt zu der Faser verarbeitet wird. Die optische Faser wird mit einer Polymerschicht beschichtet, die als Puffer bezeichnet werden kann, um das Glas vor Kratzern oder anderen Beschädigungen zu schützen. Als Beispiel der Abmessungen in einer typischen Konstruktion sei der Durchmesser der optischen Glasfaser zu etwa 125 um angegeben und der Durchmesser der optischen Faser einschließlich der Polymer-Pufferschicht ist etwa 250 um (annähernd 0,010 Zoll). (Die Kombination der optischen Faser und der Pufferschicht wird manchmal auch als optisches Faserkabel bezeichnet. In dem vorliegenden Text umfaßt der Ausdruck "optische Faser" sowohl die optische Glasfaser als auch die Kombination der optischen Glasfaser und der Pufferschicht, mit Ausnahme derjenigen Fälle, bei denen sich aus dem Zusammenhang ergibt, daß sich der Ausdruck nur auf die Glaskomponente bezieht).
Für solche sehr feinen optischen Fasern stellt die Handhabung der optischen Faser zur Vermeidung von Beschädigungen, welche ihre mechanische Festigkeit und/oder die Lichtübertragungseigenschaften herabsetzen könnten, einen wichtigen Gesichtspunkt dar. Gemäß einer Lösung wird die optische Faser auf einen zylindrischen oder konischzylindrischen Spulenkörper (kollektiv hier als "konischer" zylindrischer Spulenkörper bezeichnet, obwohl der Kegelwinkel gegen Null gehen kann) in vielen Windungen, eine neben der anderen, aufgewickelt. Nachdem eine Lage vervollständigt ist, wird eine Weitere Lage der optischen Faser über die erste Lage gewickelt, usw. Ein schwacher Klebstoff wird typischerweise auf die Lagen der optischen Faser aufgebracht, um diese Lagen an ihrem Platz zu halten. Die endgültige Anordnung mit dem Spulenkörper und den aufgewickelten Lagen der optischen Faser wird als Abgabevorrichtung bezeichnet und der Körper der aufgewickelten optischen Faser wird als Wickel bezeichnet. Wenn die optische Faser später verwendet wird, dann wird die optische Faser von der Abspulvorrichtung in einer Richtung im wesentlichen parallel zur Achse des konischen Zylinders ausgegeben.
Der Klebstoff ist eine wichtige Komponente im System. In seinem endgültigen Zustand muß er ausreichend fest sein, um die körperliche Unversehrtheit des Wickels der optischen Faser aufrecht zu erhalten, doch muß er ausreichend schwach sein, um zu gestatten, daß die Windungen und Lagen der optischen Faser während der Abgabe von dem Wickel der optischen Faser abgezogen werden können, ohne daß irgend ein Teil der optischen Faser beschädigt wird. Gemäß der gebräuchlichsten Maßnahme wird der Klebstoff aufgelöst, dispergiert oder in einer Flüssigkeit als Suspension gehalten und in flüssiger, fließbarer Form zur Verwendung angeliefert. Der Klebstoff kann vor dem Aufwickeln der optischen Faser aufgebracht werden oder kann gleichzeitig mit dem Aufwickeln oder nach dem Aufwickeln einer Lage der optischen Faser aufgebracht werden. Ein bestimmter Teil des Lösungsmittels verdampft typischerweise während des Aufbringens des Klebstoffes. Nachdem der gesamte Wickel der Faser in vielen Lagen der optischen Faser gebildet worden ist, wird der Klebstoff ausgehärtet, um das verbleibende Lösungsmittel zu entfernen und den Klebstoff in den festen, ausgehärteten Zustand zu bringen. Das Aushärten kann durch irgendeine von verschiedenen Maßnahmen bewerkstelligt werden, beispielsweise durch die Hinzufügung eines Katalysators, durch Kondensation oder durch Erwärmung.
Gemäß einem anderen Lösungsansatz wurde ein Klebstoff verwendet, der durch Ultraviolettstrahlung aushärtbar ist. Der Klebstoff besteht aus vollständig (zu 100 Prozent) lösungsmittelfreiem Material, das auf eine Lage der optischen Faser nach deren Aufwickeln auf den darunterliegenden Wickel der optischen Faser aufgetragen wird. Der Klebstoff wird durch ultraviolette Strahlung ausgehärtet. Die nächste Lage der optischen Faser wird über dem ausgehärteten Klebstoff aufgewickelt und der Vorgang wird wiederholt, entsprechend der Notwendigkeit des Aufbaus des Faserwickels.
Bei jedem Lösungsansatz bestehen wichtige Nachteile. Bei einer Ausführung werden Lösungsmittel verwendet, die die Pufferschicht der optischen Faser beschädigen können und die auch mögliche Quellen einer Umweltverunreinigung sind, wenn sie verdampfen. Wenn in Lösungsmittel dispergierter Klebstoff verwendet wird, können Leerräume in dem Faserwickel nach dem Aushärten verbleiben, da die Klebstoff- /Flüssigkeitsmischung typischerweise 90 Volumenprozent größer als die Flüssigkeit ist. Es können auch andere Arten von Fehlern des Wickels optischer Fasern auftreten, welche durch das Erhitzen der Abgabevorrichtung während des Aushärtens entstehen. Im Falle des durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Klebstoffes stellt die ausgehärtete Klebstoffschicht kein gutes Substrat für das Aufwickeln der nächsten darüberliegenden optischen Faserlage dar. Die nächste Lage der optischen Fasern liegt nicht in einem regelmäßigen Muster jeweils zwischen den Windungen der vorhergehenden Lage sondern hat vielmehr vielerlei Arten von Wicklungsunregelmäßigkeiten.
Es besteht daher ein Bedarf an einer verbesserten Art und Weise der Bereitung einer Abgabevorrichtung oder Abspulvorrichtung für optische Fasern. Die vorliegende Erfindung genügt diesem Bedarf und bietet weitere entsprechende Vorteile.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft ein verbessertes Verfahren zum Bereiten von Abspulvorrichtungen für optische Fasern. Die Abspulvorrichtungen für optische Fasern werden in inkrementeller, fortschreitender Art aufgebaut, wodurch sichergestellt ist, daß jeder neue Abschnitt auf einer stabilen Basis gelegen ist. Ein Nacharbeiten an dem Wickel optischer Fasern während des Aufwickelns im Falle eines Windungsfehlers ist vereinfacht. Vorzugsweise wird bei dem Klebstoff kein Lösungsmittel verwendet, wodurch eine mögliche Beschädigung der Pufferschicht durch einen Angriff des Lösungsmittels vermieden wird und die Notwendigkeit entfällt, das Lösungsmittel nach seinem Ausdampfen zu beseitigen. Der Klebstoff kann entsprechend einer aus einer Vielfalt von Techniken aufgebracht werden.
Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Bereitung einer Abspulvorrichtung für optische Fasern geschaffen, wie dies in den anliegenden Ansprüchen beansprucht ist. Das Verfahren umfaßt die Schritte der Bereitstellung eines Spulenkörpers und der Bildung eines Wickels optischer Fasern mit Lagen der optischen Fasern auf dem Spulenkörper. Der Schritt der Bildung des Wickels umfaßt die Schritte der Ablagerung einer Klebstoffschicht eines durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Klebstoffes, des Wickelns eines Längenstückes der optischen Faser auf die Schicht des durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Klebstoffs zur Bildung einer darüberliegenden Lage der optischen Faser und des Aufstrahlens ultravioletter Strahlung auf die Klebstoffschicht entweder durch die darüberliegende Lage der optischen Faser oder durch den Spulenkörper hindurch, um den Klebstoff auszuhärten.
Die Erfindung kann in verschiedenerlei Weise verwirklicht werden. Bei einer Lösung wird eine Schicht des Klebstoffes über die gesamte Länge aufgetragen, auf der eine Lage der optischen Faser aufgewickelt werden soll. Die optische Faser wird dann aufgewickelt. Der Klebstoff wird durch Aufstrahlen ultravioletter Strahlung durch die darüberliegende Lage der optischen Faser ausgehärtet. Dieses Verfahren kann auf zwei oder mehr abwechselnde Ablagerungen oder Aufbringungen einer Schicht von Klebstoff und einer Windungslage einer optischen Faser ausgedehnt werden, wonach die verschiedenen Schichten des Klebstoffes durch die darüberliegenden Lagen hindurch in einem einzigen Aushärteprozess ausgehärtet werden.
In einer anderen Ausführungsform wird ein verhältnismäßig kleiner Bereich von Klebstoff an dem Ende einer Lage der optischen Faser abgelagert. Der Übergangsbereich zwischen einer Lage der optischen Faser und der nächsten darüberliegenden Lage wird auf den kleinen Bereich von Klebstoff aufgewickelt und der Klebstoff wird rasch durch Aussetzen gegenüber ultravioletter Strahlung durch die darüberliegende Materialschicht der optischen Faser ausgehärtet. Durch dieses Verfahren wird der Übergangsbereich an seinem Ort fixiert.
In wieder einer anderen Ausführungsform wird eine Schicht des durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Klebstoffes auf die Oberfläche des Spulenkörpers aufgebracht. Eine erste Lage der optischen Faser wird diese Schicht überlagernd aufgewickelt und der Klebstoff wird durch Hinlenken ultravioletter Strahlung durch die darüberliegende Windungslage ausgehärtet. Dieses Verfahren führt zu einer sich selbst bildenden Basislage für die aufgewickelten Lagen der optischen Faser.
Für jede dieser Ausführungsformen kann der Spulenkörper aus einem Material, beispielsweise Quarz, gefertigt werden, das gegenüber ultravioletter Strahlung transparent ist. Dabei erfolgt das Aushärten des Klebstoffes durch Strahlen von Ultraviolettstrahlungsenergie nach außen durch den Spulenkörper hindurch, nach innen von der Außenfläche des Wickels optischer Fasern her oder in beiden Richtungen.
Für alle diese Lösungen ist vorzuziehen, daß der durch Ultraviolettstrahlung aushärtbare Klebstoff im wesentlichen lösungsmittelfrei ist. Das heißt, bei bisherigen Konstruktionen sind die Klebstoffe normalerweise in einem Lösungsmittel zur Aufbringung auf den Faserwickel gelöst, typischerweise mit einem Klebstoffgehalt von nur etwa 5- 15 Volumenprozent in dem Lösungsmittel. Im vorliegenden Falle ist der Klebstoff vorzugsweise zu 100 Prozent reagierend und enthält kein Lösungsmittel. Das bedeutet, sämtliche Monomeren, die in dem flüssigen Zustand vorhanden sind, werden zu einem Feststoff polymerisiert. Folglich besteht keine Notwendigkeit, Lösungsmittel zu entfernen und für die Abgabe zur Umgebung hin zu handhaben, noch besteht die Möglichkeit des Einschlusses von Lösungsmitteln oder von Hohlräumen innerhalb des Faserwickels während der Aushärtung. Es wird eine dichtere Packung oder ein dichterer Wickel der Fasern erzeugt. Der bevorzugte Klebstoff ist ein polymerisierbares Material, beispielsweise ein Urethanakrylat oder ein Silikon.
Die vorliegende Erfindung bietet einen wichtigen Vorteil auf dem Gebiet der Herstellung von Abspulvorrichtungen für optische Fasern. Die Abgabevorrichtung oder Abspulvorrichtung wird in fortschrittlicher Weise gebildet, wobei der Klebstoff durch ultraviolettes Licht gehärtet wird. Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der folgenden, detaillierteren Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen beispielsweise die Grundsätze der Erfindung veranschaulicht sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische, abgeschnitten dargestellte Ansicht einer optischen Faser;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Abspulvorrichtung oder Abgabevorrichtung für eine optische Faser, wobei ein Befestigungsflansch entfernt ist;
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht der Abspulvorrichtung für optische Fasern nach Fig. 2 entsprechend der in Fig. 2 angedeuteten Schnittlinie 3-3, wobei jedoch der Befestigungsflansch hier vorhanden ist;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht durch eine Abspulvorrichtung für optische Fasern entsprechend derjenigen von Fig. 2 senkrecht zu der Zylinderachse in einem ersten Zwischenzustand der Produktion;
Fig. 5 ist ein Block-Flußdiagramm der Herstellung einer Basisschicht, welche aus einem durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Klebstoff gebildet wird;
Fig. 6 ist eine schematische Schnittansicht durch eine Abspulvorrichtung für optische Fasern entsprechend derjenigen von Fig. 2 senkrecht zur Zylinderachse in einem zweiten Zwischenzustand der Herstellung;
Fig. 7 ist ein Block-Flußdiagramm zur Bereitung einer Abspulvorrichtung durch Ablagerung von Klebstoff und von Lagen der optischen Faser mit schichtweiser Härtung des Klebstoffs;
Fig. 8 ist eine schematische Aufsicht auf die Abspulvorrichtung gemäß Fig. 2 am Orte eines Endüberganges zwischen Lagen der optischen Faser; und
Fig. 9 ist ein Block-Flußdiagramm für das Fixieren des Übergangsbereichs der optischen Faser.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 stellt ein optisches Faserkabel 20 dar. Das optische Faserkabel 20 enthält eine optische Faser 22, die aus einem zentralen Kern 24 und einer den Kern umgebenden Umkleidung 26 gebildet ist. Der Kern 24 und die Umkleidung 26 bestehen aus Glas. Ein optisches Signal wird längs des Kerns 24 übertragen, Über der optischen Faser 22 befindet sich eine Pufferschicht 28. Die Pufferschicht 28 ist aus einem Polymer- Material hergestellt, das die optische Faser 22 vor Verkratzungen oder anderen Beschädigungen schützt. In einem typischen Fall ist der Außendurchmesser der Umkleidung 26 etwa 125 um, und der Außendurchmesser der Pufferschicht 28 beträgt etwa 250 um. Andere Abmessungen des optischen Faserkabels 20 sind ebenfalls bekannt und die Verwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf irgendwelche besonderen Größenabmessungen des Kabels beschränkt.
In einer Ausführungsform wird die optische Faser auf einer Abspulvorrichtung oder Abgabevorrichtung 30 für die spätere Abgabe gespeichert. Wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, enthält die Abspulvorrichtung 30 einen Spulenkörper 32 in Gestalt eines sich verjüngenden, hohlen "Zylinders". Der Spulenkörper 32 muß ausreichende bauliche Festigkeit haben, um die optische Faser abzustützen, die auf ihn gewickelt wird. Der Spulenkörper 32 kann aus einem Metall, beispielsweise einer Aluminiumlegierung, einem Nichtmetall, beispielsweise einem Graphit-Epoxy-Kunststoff, oder für bestimmte Anwendungsfälle der vorliegenden Erfindung aus Glas oder Keramik gefertigt sein, welches gegenüber ultravioletter Strahlung transparent ist. Der Spulenkörper 32 ist typischerweise mit etwa 1-3º von einem ersten Ende 34 zu einem zweiten Ende 36 hin konisch (wobei die Konizität in Fig. 3 aus Darstellungsgründen übertrieben ist), doch kann die Verjüngung größer oder kleiner sein oder auch Null sein (in diesem Fall ist der Spulenkörper ein gerader Kreiszylinder). Ein Befestigungsflansch 38 kann an dem ersten Ende 34 des Spulenkörpers 32 vorgesehen sein, um die Anbringung des Spulenkörpers 32 und damit der gesamten Abspulvorrichtung 30 an einer Halterung (nicht dargestellt) zu erleichtern. Der Flansch ist in Fig. 2 weggelassen, um die Struktur der übrigen Teile der Abspulvorrichtung deutlicher darzustellen, doch ist der Befestigungsflansch in Fig. 3 eingezeichnet.
Den rohrförmigen Spulenkörper 32 überlagernd ist eine Basisschicht 40 vorgesehen, die als Grundlage für das Aufwickeln der optischen Faser darauf dient. Die Basisschicht 40 hat im allgemeinen eine gerillte Außenfläche, in welche hinein die erste Lage der optischen Faser gewickelt wird, um der ersten Lage der optischen Faser auf dem Spulenkörper einen festen Sitz zu geben. Die Basisschicht 40 kann aus irgendeinem geeigneten Material gefertigt sein, doch wird eine bevorzugte Konstruktion der Basisschicht 40 nachfolgend diskutiert.
Ein Wickel 42 der optischen Faser liegt über der Basisschicht 40 und damit über dem Spulenkörper 32. Der Wickel 42 der optischen Faser umfaßt eine Mehrzahl von Lagen der optischen Faser oder des optischen Faserkabels 20. Jede Lage der optischen Faser wird in Windungen eine neben der anderen gewickelt. Nachdem eine Lage der optischen Faser vervollständigt ist, wird die nächste Lage über der vervollständigten Lage aufgewickelt, usw. An dem Ende jeder Lage der optischen Faser kann eine kleine Zurücksetzung für den Start der nächsten Lage vorgesehen sein, so daß sich ein abgeschrägtes Endprofil 44 ergibt. Ein Klebstoff wird in Verbindung mit dem Aufwickeln des Wickels optischer Fasern verwendet, wie nachfolgend genauer betrachtet werden soll.
Fig. 4 zeigt eine Abspulvorrichtung 30 in einem Zwischenzustand der Herstellung während der Vorbereitung der Basisschicht 40. Fig. 5 zeigt das Verfahren zur Herstellung der Abspulvorrichtung 30 gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung. Gemäß Blocksymbol 60 wird der Spulenkörper 32 bereitgestellt. Für diese Ausführungsform ist der Spulenkörper 32 aus einem für Ultraviolettstrahlung transparenten Material, beispielsweise Quarzglas, hergestellt. Eine Schicht 50 aus einem Klebstoff, der durch Ultraviolettstrahlung aushärtbar ist, wird auf die Außenfläche des Spulenkörpers 32 aufgetragen, siehe Blocksymbol 62. Die Schicht 50 ist vorzugsweise etwa 27 um dick. Sie kann durch Tauchen des Spulenkörpers 32 in eine Klebstoffmasse, durch Aufstreichen oder durch andere entsprechende Techniken aufgebracht werden.
Klebstoffe, welche durch Belichtung mit ultraviolettem Licht aushärtbar sind, sind in der Technik für andere Anwendungsbereiche gut bekannt. Solche Klebstoffe umfassen beispielsweise polymerisierbare monomere Komponenten, beispielsweise Urethanakrylate oder Silikone mit eingemischten Photoinitiatoren. Die Photoinitiatoren sind gegenüber Ultraviolettstrahlung empfindlich, beispielsweise einer Strahlung bei einer Wellenlänge von 365 nm. Werden sie der Ultraviolettstrahlung ausgesetzt, dann erzeugen die Photoinitiatoren freie Radikale, die mit den polymerisierbaren monomeren Komponenten in Wechselwirkung treten und sie zur Polymerisation veranlassen. Durch Ultraviolettstrahlung aushärtbare Klebstoffe sind allgemein im Handel erhältlich, und zwar von vielerlei Herstellern, beispielsweise DMS Desotech, Loctite Corp., P. D. George Co., Hernon Manufacturing Co., Norland Products, Inc., Master Bond, Inc., ICI Specialties und Rhone-Poulenc. Einige bevorzugte, durch Ultraviolettstrahlung aushärtbare Klebstoffe, welche zur Herstellung von Versuchs-Abspulvorrichtungen verwendet wurden, wobei die obigen Maßnahmen eingesetzt wurden, umfassen DMS Desotech Cablelite 3287-5-9; Loctite Corp. Shadow Cure 290 (18491); P. D. George Co. LS4845- 1, 1149-103-43-1; Norland Products Inc. Optical Adhesive 75; Master Bond Inc. UV71DC und UV71DC-LV; und Rhone-Poulenc UV21381/AD und Rhodosil 21383LV.
Unter diesen verschiedenen Klebstoffen erwies sich Rhone-Poulenc UV21381/AD als am meisten zu bevorzugen. Dieses Material ist ein Polyorganosiloxan mit Akrylatgruppen an einer Polymerkette. Im ungehärteten Zustand ist das Material klar, viskos, bräunlich flüssig mit leichtem Geruch. Nach der Härtung ist es ein bräunlicher, weichlicher Feststoff mit einer Shore-Härte "A" von etwa 55.
Der Klebstoff wird vorzugsweise verwendet, ohne in einem Lösungsmittel gelöst zu sein. Das bedeutet, der Klebstoff, wie er in Verbindung mit allen hier beschriebenen Techniken eingesetzt wird, ist vorzugsweise lösungsmittelfrei und ist ein zu 100% reaktives Monomer. Es ist kein Lösungsmittel vorhanden, das möglicherweise die Pufferschicht 38 beschädigen könnte, noch ist irgendein Lösungsmittel vorhanden, das aus Umweltgründen gehandhabt werden muß.
Eine erste Lage 52 der optischen Faser (genauer gesagt, eines optischen Faserkabels) wird auf die Schicht 50 des nicht ausgehärteten Klebstoffes aufgewickelt, siehe Blocksymbol 64. Wenn die optische Faser in ihrer Lage aufgewickelt wird, so verdrängt sie ein wenig des unausgehärteten Klebstoffes, so daß der Raum zwischen benachbarten Windungen der optischen Faser gefüllt wird und sich der Klebstoff diesen Windungen anpaßt. Nach der darauffolgenden Aushärtung haftet der Klebstoff ohne Ausbildung von Hohlräumen unmittelbar an der optischen Faser.
Die optische Faser kann von irgendeiner herkömmlichen Art sein. Für die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Ausführungsform ist es nicht notwendig, daß die optische Faser gegenüber der Ultraviolettstrahlung transparent ist, wenn der Spulenkörper 32 so gewählt ist, daß er gegenüber ultravioletter Strahlung durchlässig ist. Es ist jedoch vorzuziehen, daß die optische Faser gegenüber der Ultraviolettstrahlung transparent ist. Für die Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 sowie 8 und 9 ist es notwendig, daß die optische Faser mindestens einigermaßen gegenüber Ultraviolettstrahlung transparent ist.
Es wurden Versuche mit verschiedenen Arten der bestbekannten optischen Faserkabel durchgeführt, um ihre Durchlässigkeit gegenüber ultravioletter Strahlung bei einer Wellenlänge von 365 nm zu bestimmen. Die optischen Faserkabel, welche geprüft wurden, umfaßten ein Corning-Material mit 167 um Durchmesser bei Verwendung eines TA10-Puffers, ein Corning-Material von 238 um Durchmesser unter Verwendung eines TA20-Puffers, ein Corning-Material von 247 um Durchmesser unter Verwendung eines CPCS-Puffers und ein AT&T-Material von 241 um Durchmesser unter Verwendung eines "D-Lux"-Puffers. Alle diese optischen Faserkabel wiesen eine Durchlässigkeit gegenüber einfallender Ultraviolettstrahlung durch eine einzige Lage von mindestens 70% und eine Durchlässigkeit durch sechs Lagen des optischen Faserkabels von mindestens 50% der einfallenden ultravioletten Strahlung auf. Bei den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 sowie 8 und 9 ist nur die Durchlässigkeit durch eine einzige Lage von Bedeutung. In einer der Ausführungsformen nach den Fig. 6 und 7 ist jedoch eine Durchlässigkeit durch mehrfache Lagen wünschenswert und bedeutsam.
Nachdem die erste Lage 52 der optischen Faser auf die Klebstoffschicht 50 aufgewickelt ist, wird die Klebstoffschicht durch Bestrahlen mit ultravioletter Strahlung ausgehärtet, siehe Blocksymbol 66. In Fig. 4 sind zwei Quellen von ultraviolettem Licht gezeigt. Die erste ist eine äußere Quelle 54, die oberhalb und getrennt von der Abspulvorrichtung, welche hergestellt werden soll, angeordnet ist. Die Strahlung von der Quelle 54 erreicht die Klebstoffschicht 50 unter Durchgang durch die erste Lage 52 der optischen Faser. Eine Gleichförmigkeit der Aushärtung wird durch Verwendung mehrfacher Quellen 54, durch Verwendung einer Reihe von Reflektoren und/oder durch Rotierenlassen des Spulenkörpers 32 an der Quelle 54 vorbei erreicht, wie durch den Pfeil 56 angedeutet ist. Die zweite Strahlungsquelle ist eine innere Quelle 58, die innerhalb des Spulenkörpers 32 angeordnet ist. Strahlung von der zweiten Strahlungsquelle 58 erreicht die Klebstoffschicht 50 nach Durchgang durch die Wandung des Spulenkörpers 32. Die zweite Quelle 58 wird nur dann eingesetzt, wenn der Spulenkörper 32 aus einem für Ultraviolettstrahlung transparenten Material hergestellt ist.
Die Quellen 54 und 58 sind vorzugsweise Ultraviolett-Xenon-Lampen RC500A mit einem hauptsächlichen Ausgang bei 365 nm. Diese Art von Lampen arbeitet gepulst, was zu einer geringeren Erhitzung der optischen Faser führt als bei einer kontinuierlich strahlenden Quelle, beispielsweise einer Quecksilberdampflampe. Die Zeit, welche für die Aushärtung erforderlich ist, hängt von der Positionierung der Lampe oder der Lampen, der Dicke der Klebstoffschicht, der Dicke der darüberliegenden optischen Faserlage und anderen Faktoren ab. Typischerweise ist jedoch die Aushärtzeit etwa 3 Minuten, wenn eine einzige äußere Quelle 54 verwendet wird und der Spulenkörper an der Quelle vorbeigedreht wird.
Während des Aushärtens polymerisiert die Klebstoffschicht 50 zu einem gehärteten, jedoch noch deformierbaren Zustand. Im Falle der Ausführungsform nach den Fig. 4 und 5 wird die Klebstoffschicht 50 die Basisschicht 40, welche zuvor erwähnt wurde. Die Basisschicht, die in dieser Weise hergestellt wird, ist einzigartig, da sie präzise an die erste Lage der optischen Faser angepaßt ist. Es besteht wenig Wahrscheinlichkeit, daß die optische Faser abrutscht oder nicht präzise in die Rillen paßt, die in der Basisschicht gebildet sind, da die Rillen selbst von der optischen Faser geformt werden. Die Fig. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Fig. 6 stellt die Abspulvorrichtung in einem zweiten Zwischenzustand der Herstellung dar, siehe Blocksymbol 80 von Fig. 7, wobei dieser Herstellungszustand weiter fortgeschritten ist als derjenige, der in Fig. 4 gezeigt ist. Der Spulenkörper 32 und die Basisschicht 40 sind angebracht. Zusätzlich ist ein erster Teil 70 des Wickels der optischen Faser bereits auf den Spulenkörper 32 und die Basisschicht 40 aufgebracht. Fig. 6 zeigt den Zustand der Herstellung, wobei zusätzliche Lagen der optischen Faser auf den ersten Teil 70 des Wickels der optischen Faser aufgewickelt werden.
Eine Schicht 72 des durch ultraviolette Strahlung aushärtbaren Klebstoffes wird abgelagert, siehe Blocksymbol 82. Die Ablagerung erfolgt vorzugsweise durch Auspressen des Klebstoffes aus einer Abgabevorrichtung auf die Oberfläche des ersten Teils 70 des Wickels der optischen Faser. Derselbe durch Ultraviolettstrahlung aushärtbare Klebstoff, der oben erwähnt wurde, wird vorzugsweise verwendet. Die Schicht 72 ist ziemlich dünn, und nachdem sie auf den Hügeln und in den Tälern der zuvor aufgebrachten Lage der optischen Faser liegt, kann diese Schicht nicht leicht bezüglich ihrer Dicke beschrieben werden. Vielmehr kann gesagt werden, daß der Klebstoff in einer Minimalmenge vorhanden ist, welche notwendig ist, um vollständig die Scheitel der zuvor aufgebrachten Lage der optischen Faser zu benetzen, und in einer Maximalmenge vorhanden ist, welche notwendig ist, um die dazwischenliegenden Hohlräume aufzufüllen und sich der optischen Faser anzupassen, nachdem die nächste Lage über dem nicht ausgehärteten Klebstoff aufgewickelt wird.
Eine Lage 74 der optischen Faser wird auf die darunterliegende Schicht 72 des nicht ausgehärteten Klebstoffs aufgewickelt, siehe Blocksymbol 84 von Fig. 7. Dieselbe optische Faser, die zuvor erwähnt wurde, wird vorzugsweise verwendet. Die Lage 74 der optischen Faser wird in herkömmlicher Weise aufgewickelt.
Die Klebstoffschicht 72 wird durch Aufstrahlen ultravioletter Strahlung durch die darüberliegende Lage 74 der optischen Faser ausgehärtet, siehe Blocksymbol 86. In diesem Falle ist nur die äußere Quelle 54 als beim Härtevorgang eingesetzt wiedergegeben. Die teilweise fertiggestellte Abspulvorrichtung oder Abgabevorrichtung wird an der Quelle 54 vorbeigedreht, um ein gleichförmiges Aushärten zu erreichen, wie durch den Pfeil 56 angedeutet ist. Praktisch ist es vorzuziehen, mehrfache äußere Quellen 54 und zugehörige Reflektoren zu verwenden, um eine gleichförmige äußere UV-Bestrahlung zu erhalten. Die interne Quelle 58 kann verwendet werden, doch ist ihr Aushärteffekt durch den Durchgang der Strahlung durch die Basisschicht 40 und den ersten Teil 70 des Wickels der optischen Faser stark herabgesetzt.
Diese Prozedur resultiert in einer Lage 74 der optischen Faser, die fest an dem darunterliegenden Teil 70 des Wickels der optischen Faser durch die nun ausgehärtete Klebstoffschicht 72 angeheftet ist. Die Lage 74 paßt sich gut an die darunterliegenden Windungen der optischen Faser an und haftet daran, da die Klebstoffschicht 72 weich und deformierbar war, als die Schicht 74 aufgewickelt wurde. Die deformierbare Klebstoffschicht paßt sich der darübergewickelten Lage 74 der optischen Faser vor der Aushärtung an, so daß nach der Aushärtung ein guter Kontakt besteht und minimale Leerräume auftreten. Wenn außerdem eine fehlerhafte Aufwicklung der Lage 74 erfolgt ist, so kann ein Nacharbeiten leicht erfolgen, solange die Fehlwicklung entdeckt und korrigiert wird, bevor der Aushärtschritt 86 durchgeführt wird.
Eine alternative Ausführungsform ist in Fig. 7 ebenfalls durch den Wiederholungsweg 88 angedeutet. Wie bemerkt wird eine einigermaßen gute Durchlässigkeit gegenüber ultravioletter Strahlung selbst durch mehrfache darüberliegende Schichten der optischen Faser erreicht. Es ist daher möglich, die Folge der Aufbringung von Klebstoff 82 und des Aufwickelns der optischen Faserlage 84 mehrere Male zu wiederholen, bevor der Aushärteschritt 86 durchgeführt ist. Das bedeutet, eine erste Klebstoffschicht wird abgelagert, siehe Blocksymbol 82, und eine erste Lage der optischen Faser wird über dieser ersten Klebstoffschicht aufgewickelt, siehe Blocksymbol 84. Dann folgt man dem Wiederholungsweg 88 und es wird eine zweite Klebstoffschicht abgelagert und eine zweite Lage der optischen Faser wird über dieser zweiten Klebstoffschicht aufgewickelt. Diese Wiederholungen können mehrere Male durchgeführt werden. Wenn einmal die gesamte Wicklung vervollständigt ist, wird der gesamte Wickel gehärtet, siehe Blocksymbol 86. Diese Ausführungsform arbeitet schneller als diejenige, bei welcher eine Schicht jeweils abgelagert bzw. aufgewickelt und ausgehärtet wird, doch hat die Ausführungsform den Nachteil, daß die verschiedenen Klebstoffschichten möglicherweise in unterschiedlichem Maße aufgrund der Abschwächung der ultravioletten Strahlung durch die darüberliegenden Lagen ausgehärtet werden.
Die Fig. 8 und 9 zeigen die Verwendung der vorliegenden Erfindung zum Fixieren relativ kurzer Längen der optischen Faser an ihrem Platz. Wie zuvor diskutiert wird, wenn jeweils eine Lage der optischen Faser fertiggestellt ist, typischerweise ein Einrücken zum Start der nächsten Lage vorgenommen. Die allmähliche Ansammlung dieser Einrückungen resultiert in einem abgeschrägten Endprofil 44 an den Enden des Wickels 42 der optischen Faser. Wie in Fig. 8 gezeigt ist, wird beispielsweise eine Lage 90 der optischen Faser von links nach rechts über den Spulenkörper 32 hin (und über irgendwelche darunterliegenden, zuvor aufgewickelten Lagen der optischen Faser, welche nicht dargestellt sind) aufgewickelt. Wenn die Lage 90 fertiggestellt ist, wird die nächste, darüberliegende Lage 92 von rechts nach links aufgewickelt. Die Lage 92 beginnt nicht bündig mit dem Ende der Lage 90 sondern ist vielmehr um einen Einrückabstand 5 eingerückt. Es ergibt sich ein Übergangsbereich 94 durch den Einrückabstand S. wenn das optische Faserkabel 20 von der Lage 90 zu der Lage 92 geführt wird.
Es ergab sich ein Problem, wenn herkömmliche Klebstoffe verwendet wurden, um die Lage der optischen Faser innerhalb des Übergangsbereiches 94 aufrechtzuerhalten. Die optische Faser wird unter Spannung gewickelt und es besteht daher die Neigung, daß sich die optische Faser im Übergangsbereich aus ihrer eingestellten Position aufwickelt. Herkömmliche Klebstoffe, welche nur in der Kombination von Temperatur und Zeit aushärten, sind praktisch nicht geeignet, die optische Faser über den Übergangsbereich 94 hin in ihrer Lage zu halten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Spulenkörper bereitgestellt, bei welchem die optische Faser bereits aufgebracht ist, siehe Blocksymbol 100. Ein bestimmter Teil der optischen Faser muß an seinem Platz gehalten werden, um die weitere Handhabung und Bearbeitung zu ermöglichen. Die End-Übergangsbereiche stellen bei dieser Ausführungsform diesbezüglich die größten Anforderungen, doch sind auch andere Verwendungen möglich. Ein Ring oder Wulst 96 von durch Ultraviolettstrahlung aushärtbarem Klebstoff wird an dem erforderlichen Ort aufgebracht, siehe Blocksymbol 102. Im vorliegenden Fall wird der Ring oder Wulst 96 am Ort des Übergangsbereiches 94 aufgebracht, an welchem die optische Faser fixiert werden soll. Das optische Faserkabel 20 kommt mit dem Klebstoffring oder Klebstoffwulst 96 in Berührung, siehe Blocksymbol 104, und wird an seiner Stelle gehalten. Ultraviolettes Licht von der Quelle 94 wird auf den Klebstoffwulst oder Klebstoffring 96 zur Einwirkung gebracht, um den Klebstoff auszuhärten, siehe Blocksymbol 106. Ein Teil des ultravioletten Lichtes erreicht den Klebstoffwulst oder Klebstoffring 96 unmittelbar, während ein anderer Teil durch das optische Faserkabel 20 dringt. Der Klebstoff härtet rasch aus. Nachdem der Klebstoff ausgehärtet ist, ist das optische Faserkabel 20 wirkungsvoll an seinem Platz unter Verwendung desselben Klebstoffes fixiert, der auch verwendet wird, um den übrigen Teil der Lage an seinem Platz zu halten. Diese Ausführungsform verwendet die Möglichkeit einer raschen Aushärtung des ultraviolettstrahlungsempfindlichen Klebstoffes. Nachdem die optische Faser in dem Übergangsbereich fest angebracht ist, beginnt das Wickeln des übrigen Teiles der Lage 92.
Die vorliegende Erfindung sieht die Verwendung von durch Ultraviolettstrahlung aushärtbarem Klebstoff vor, um verschiedene Probleme bei der Herstellung von Abspulvorrichtungen für optische Fasern zu lösen. In jedem Falle wird eine darüberliegende Lage der optischen Faser angebracht, bevor die darunterliegende Schicht von Klebstoff ausgehärtet wird. Diese Folge vermeidet die Schwierigkeiten, welche auftreten, wenn der Klebstoff erst ausgehärtet wird und dann das optische Faserkabel über der steiferen Schicht des ausgehärteten Klebstoffes aufgewickelt wird. Die vorliegende Erfindung vermeidet auch die Schwierigkeiten, welche auftreten, wenn man herkömmlich aushärtende Klebstoffe verwendet.
Verschiedenerlei Ausführungsformen der Erfindung brauchen nicht zusammen eingesetzt zu werden, sondern können getrennt oder in Kombination mit herkömmlichen Techniken verwendet werden. Beispielsweise kann es in bestimmten Fällen wünschenswert sein, die Basisschicht gemäß der Prozedur nach den Fig. 4 und 5 herzustellen. Dann kann der Wickel optischer Fasern unter Verwendung herkömmlicher Klebstoffmaterialien gebildet werden. Anheftungen an Endbereichen können hergestellt werden, indem die Ausführungsform nach den Fig. 8 und 9 verwirklicht wird. Andere Kombinationen der hier angegebenen Lösung und herkömmlicher Techniken kommen auch in Betracht. Die vorliegende Erfindung ist mit herkömmlichen Techniken bezüglich der Konstruktion von Abspulvorrichtungen verträglich. Bei solchen gemischten Herstellungstechniken ist es nur erforderlich, daß Sorge getragen wird, daß mit Sicherheit die Eigenschaften im ausgehärteten Zustand des herkömmlichen Klebstoffs und die Eigenschaften im ausgehärteten Zustand des durch Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Klebstoffs einigermaßen gut aneinander angepaßt sind, um Diskontinuitäten der Abgabeeigenschaften der Abspulvorrichtung zu vermeiden.
Zwar wurde hier eine bestimmte Ausführungsform der Erfindung im einzelnen zu Erläuterungszwecken beschrieben, doch ergeben sich vielerlei Modifikationen und Weiterbildungen ohne Abweichung vom Grundgedanken der Erfindung. Demgemäß ist die Erfindung nur durch die Definitionen der anliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims

1. Verfahren zum Bereiten einer Abspulvorrichtung (30) für optische Fasern, mit folgenden Schritten:

Bereitstellen eines Spulenkörpers (32), und

Bilden eines Wickels (42) optischer Fasern, der Lagen optischer Fasern (20) aufweist, auf dem Spulenkörper (32), wobei der Schritt des Bildens des Wickels folgende Schritte enthält:

Ablagern einer Klebstoffschicht (50) aus einem Klebstoff, der durch ultraviolette Strahlung aushärtbar ist, auf dem Spulenkörper oder auf einer Lage aufgewickelter Fasern;

Aufwickeln eines Längenstückes der optischen Faser (20) über der Schicht (50) aus mit Ultraviolettstrahlung härtbarem Klebstoff zur Bildung einer darüberliegenden Schicht (52) optischer Fasern; und

Aufstrahlen ultravioletter Strahlung auf die Klebstoffschicht entweder durch die darüberliegende Schicht optischer Fasern oder durch den Spulenkörper hindurch, um den Klebstoff auszuhärten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Ablagerns einer Klebstoffschicht (50) den Schritt des Ablagerns einer Schicht eines Materials umfaßt, das polymerisierbares Material enthält, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Urethanacrylat und Silicon besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Aufwickelns den Schritt des Aufwickelns eines Teiles der darüberliegenden Lage (52) optischer Fasern über der Klebstoffschicht (50) umfaßt, und wobei der Schritt des Aufstrahlens den Schritt des Aufstrahlens ultravioletter Strahlung im wesentlichen unmittelbar nach dem Schritt des Aufwickelns eines Teiles der Lage umfaßt, um den Teil der darüberliegenden Lage (52) optischer Fasern an seinem Ort festzuheften.

4. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Aufwickelns den Schritt des Aufwickelns der gesamten darüberliegenden Lage (52) optischer Fasern über der Klebstoffschicht (50) umfaßt, bevor mit dem Schritt des Aufstrahlens ultravioletter Strahlung begonnen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Schritte der Ablagerung und des Aufwickelns aufeinanderfolgend mindestens zwei mal wiederholt werden, bevor mit dem Schritt des Aufstrahlens ultravioletter Strahlung begonnen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Ablagerns einer Klebstoffschicht (50) den Schritt des Ablagerns einer Schicht (50) aus mittels Ultraviolettstrahlung aushärtbarem Klebstoff auf die Oberfläche des Spulenkörpers (32) umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt des Bereitstellens eines Spulenkörpers (32) den Schritt des Bereitstellens eines Spulenkörpers (32) umfaßt, der gegenüber ultravioletter Strahlung durchlässig ist, und wobei der Schritt des Aufstrahlens ultravioletter Strahlung den Schritt des Bestrahlens mittels ultravioletter Strahlung durch den Spulenkörper hindurch (32) umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schritt der Bildung eines Wickels (42) optischer Fasern den Schritt des Bildens von Lagen optischer Fasern (20) umfaßt, wobei die optische Faser (20) gegenüber ultravioletter Strahlung transparent ist, und wobei der Schritt des Aufstrahlens ultravioletter Strahlung den Schritt der Bestrahlung mittels ultravioletter Strahlung durch den Spulenkörper (32) hindurch umfaßt.

9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Ablagerung einer Klebstoffschicht (50) den Schritt der Bereitstellung eines im wesentlichen lösungsmittelfreien, mittels Ultraviolettstrahlung aushärtbaren Klebstoffes umfaßt.