DE29504071U1

DE29504071U1 - Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern

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Publication number: DE29504071U1
Application number: DE29504071U
Authority: DE
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1994-03-15
Filing date: 1995-03-10
Publication date: 1995-07-20
Anticipated expiration: 2005-03-11
Also published as: US5839635A; GB2287552B; GB2287552A; US5829659A; US5838850A; JP3015852U; US5842622A; GB9505064D0

Description

Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern, und insbesondere eine Vorrichtung, mittels derer optische Fasern derart getrennt werden können, daß Lichtleiterfaser-Stirnflachen mit gekrümmtem Winkel, d.h. mit winkligen gekrümmten Stirnflächen, erzeugt werden.

Für die Telekommunikation vorgesehene optische (Lichtleiter-) Fasern müssen beim Aufbau von Kommunikationsnetzen häufig miteinander verspleißt werden. Das Spleißen der Fasern wird typischerweise entweder mechanisch oder durch Verschmelzen durchgeführt. In beiden Fällen ist es wichtig, daß die Enden der Fasern vor dem Spleißen korrekt vorbereitet werden.

Das Vorbereiten der Faserenden für das Spleißen erfolgt vorzugsweise dadurch, daß die Faserenden mittels einer

Telefon; (02 21)131041 Telex: 888 23O7 dopa d Telefax: (0221)134297 (0221)134881 Telegramm: Dornpatent Köln

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hochwertigen Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung getrennt werden. Zu diesem Zweck sind zahlreiche marktgängige Trennvorrichtungen entwickelt worden. Wenn das Spleißen durch Verschmelzen ausgeführt wird, werden die optischen Fasern tatsächlich miteinander verschmolzen (durch Fusion verbunden). Für das Verschmelzen der Faserenden miteinander müssen die getrennten Faserenden glatt ausgebildet sein und rechtwinklig zur Faserachse verlaufen, da andernfalls eine unzureichende Spleißung entsteht. Aus diesem Grund sind die meisten herkömmlichen Trennvorrichtungen derart konzipiert, daß sie weitestmöglich rechtwinklig zur Faserachse verlaufende Faserenden mit sehr glatten, spiegelartigen Oberflächen erzeugen.

US-4 027 814 beschreibt eine bekannte Vorrichtung zum Erzeugen einer glatten, rechtwinkligen Trennfläche, bei der die optische Faser einer Biege- und Zugbeanspruchung ausgesetzt wird und die Faser anschließend mit einem Kratzer oder einer Einkerbung (nachfolgende als Sollbruchstelle bezeichnet) versehen wird, um eine rechtwinklige Trennfläche zu erzeugen.

Eine weitere bekannte Vorichtung zum rechtwinkligen Trennen wird in den Trennvorrichtungen der Serie CT-OX von Fujikura verwendet, die in US-5 024 363 beschrieben sind. Eine Trennvorrichtung dieses Typs erzeugt rechtwinklige Trennflächen mit spiegelartiger Oberfläche. Die Trennvorrichtung von Fujikura arbeitet derart, daß zunächst eine Kratzer oder eine Sollbruchstelle in der Faser erzeugt und anschließend eine Biegekraft auf die Faser ausgeübt wird. Die auf die Faser ausgeübte Biegekraft erzeugt an der Stelle der Sollbruchstelle eine

Zugspannung, ohne daß ein Schereffekt eintritt, wodurch eine rechtwinklige Trennfläche gebildet wird.

Wenn zur Verbindung von Fasern mechanische Spleißvorrichtungen verwendet werden, ist die rechtwinklige Orientierung der abgetrennten Stirnflächen der Fasern nicht kritisch, da bei Betrieb der Spleißvorrichtungen ein fettähnliches Material appliziert wird, dessen Brechungsindex nahezu gleich demjenigen der Fasern ist, so daß eine geringfügige physikalische Abweichung zwischen den Faser-Stirnflächen toleriert werden kann. Zudem ist es in vielen Fällen sogar wünschenswert, daß die durch Trennung der Faser entstandenen Faser-Stirnflächen einen spitzen Winkel, z.B. im Bereich von 3° bis 12°, aufweisen. Eine derartige "abgewinkelte" Trennfläche bietet den Vorteil, daß sie das reflektierte Licht an der Spleißung (welches als Rückstrahlung oder Rücklaufverlust bezeichnet wird) reduziert. Aufgrund der zunehmenden digitalen Übertragungsraten und der Tatsache, daß derzeit Analogsignale auf optischen Fasern übertragen werden, ist die Reduzierung von Rückstrahlung von erhöhter Wichtigkeit. Somit besteht derzeit beträchtliches Interesse an der Entwicklung von Trennvorrichtungen für optische Fasern, die in der Lage sind, qualitativ hochwertige Trennflächen mit abgewinkelten Stirnflächen zu erzeugen.

Fig. 13A zeigt eine optische Faser 11 mit einer im wesentlichen rechtwinkligen Stirnfläche 12, und Fig. 13B zeigt eine optische Faser 11 mit einer nicht rechtwinkligen, d.h. abgewinkelten Stirnfläche 13. In Fig. 13A beträgt der Winkel a typischerweise 90° +1", und in Fig.

13B liegt der Winkel b typischerweise im Bereich von 3° bis 12°.

Fig. 13C zeigt eine Stirnansicht einer getrennten optischen Faser 11, die einen Mantel 16 und einen Kern 14 aufweist. Bei einer Einmoden-Lichtleiterfaser beträgt der Durchmesser der Faser 11 typischerweise 125 &mgr;&pgr;&igr; und der Durchmesser des Kerns 14 typischerweise 8,3 &mgr;&pgr;&igr;.

Während Trennflachen, die (nicht rechtwinklig) abgewinkelt sind, das Reflektionslicht und somit den Reflektions- oder Rücklaufverlust reduzieren, weisen die mit nicht rechtwinklig abgewinkelten Trennflächen erzeugten Spleißungen typischerweise einen höheren Einführungsverlust als Spleißungen auf, die mit rechtwinkligen Trennflächen erzeugt worden sind. Dies ist in erster Linie aufgrund längsverlaufender Trennung zwischen den Kernen gespleißter Fasern der Fall. Der Einführungsverlust wird an späterer Stelle im Zusammenhang mit Fig. 6A-D näher erläutert.

Bei einer bekannten Vorrichtung zum Ausbilden abgewinkelter Trennflächen wird eine zweckmäßige Kombination aus Scher- und Zugbeanspruchung in der optischen Faser erzeugt und eine Sollbruchstelle (etwa eine Kerbe oder ein Kratzer) in die Faser eingebracht, um den Trennvorgang einzuleiten. Eine derartige Vorgehensweise zum Erzeugen einer Scherbeanspruchung besteht darin, die Faser einer Torsionsbeanspruchung (Verdrehung) auszusetzen, wie in US-5 048 908 beschrieben. Derzeit sind auf dem Markt zwei Trennvorrichtungen erhältlich, die nach diesem Prinzip arbeiten (vertrieben von York Technology Inc. und von Alcatel Telecommunications Cable). Diese

Trennvorrichtungen erzeugen Trennflächen-Winkel im Bereich von 6° bis 12°, leiden jedoch unter drei Nachteilen: Erstens sind sie kostenaufwendig, zweitens können sie nur einzelne Fasern, jedoch kein Lichtleiterfaserband trennen, und drittens können diese Trennvorrichtungen keine gekrümmte Stirnfläche erzeugen. Die mittels dieser Trennvorrichtungen erzeugten abgewinkelten Stirnflächen weisen eine leicht unebene heiische Form auf.

US-5 123 581 beschreibt eine weitere Vorrichtung zum Erzeugen einer Kombination aus Zug- und Scherkräften zum Trennen optischer Fasern. Die zu diesem Zweck vorgesehene Trennvorrichtung arbeitet durch direktes Ausüben einer längsgerichteten Zugkraft in Kombination mit einer radialen Kompressionskraft auf die optische Faser, wodurch diese den erforderlichen Zug- und Scherbeanspruchungen ausgesetzt wird. Die Zugkraft ist in einem sehr kurzen Bereich der Faser an einem Punkt konzentriert, an dem bei der Aufbringung der radialen Kompressionskraft ein Kratzer oder eine Sollbruchstelle erzeugt wird, um die Trennung herbeizuführen. Wenn die in die Faser eingebrachte Sollbruchstelle hinreichend groß ist, breitet sich ein Riß unter einem Winkel in der Faser aus, und es wird eine glatte, abgewinkelte Trennfläche erzeugt.

Fig. 14A zeigt eine perspektivische Ansicht der Trennvorrichtung gemäß US-5 12 3 581. Diese bekannte Trennvorrichtung weist eine erste feste Klemme 17 zum Klemmen eines ersten Bereiches der optischen Faser 11 und eine zweite, federbelastete Klemme 18 zum Klemmen eines zweiten Bereiches der optischen Faser 11 auf, die die Faser 11 einer längsverlaufenden Zugkraft aussetzt. Die Vorrichtung weist ferner einen Stützamboß 19 und ein Ritz-

rad 21 auf. Bei Betrieb wird die Faser in den Klemmen 17 und 18 eingespannt und der Stützamboß 19 positionsfest derart gegen die Faser 11 angesetzt, daß er die Faser 11 leicht kontaktiert und stützt, jedoch nur gerade genug Biegung in der Faser 11 erzeugt, um den Kontakt zu gewährleisten. Die Biegebeanspruchung ist minimal. Schließlich wird das Ritzrad 21 gegen die Faser 11 bewegt, während auch der Stützamboß 19 die Faser 11 kontaktiert. Wenn das Ritzrad 21 in die Faser 11 gedrückt wird, verursachen die durch das Ritzrad 21 und den Amboß 19 erzeugten Kompressionskrafte aufgrund einer leichten längsgerichteten Versetzung zwischen Ritzrad 21 und Amboß 19 eine Scherkraft. Während des weiteren Vordringens des Ritzrades 21 nehmen sowohl die Abmessungen der Sollbruchstelle als auch die Scherkraft zu, bis sich ein Riß über die Faser 11 ausbreitet und eine abgewinkelte Trennfläche erzeugt. Fig. 14B zeigt eine vergrößerte Teilansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 14A zur Veranschaulichung der Weise, in der der Stützamboß 19 und das Ritzrad 21 zusammenwirken, um entlang der Trennungslinie 22 eine abgewinkelte Trennfläche in der optischen Faser 11 zu erzeugen. Die Versetzung zwischen dem Rad 21 und dem Amboß 19 in Längsrichtung beträgt ungefähr 40 &mgr;&tgr;&agr;.

Fig. 14C zeigt ein Schaubild der Kräfte, die beim Trennvorgang mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 14A auf die optische Faser 11 einwirken, wobei die Faser ohne Ritzrad und Amboß gezeigt ist. T_A bezeichnet die ausgeübte Zugkraft, F_A zeigt die ausgeübten Kompressionskrafte, die von dem Stützamboß 19 und dem Ritzrad 21 erzeugt werden. R bezeichnet die Reaktionskraft an den Klemmen 17 und 18, und M_R bezeichnet das Reaktionsmoment an den Klemmen. In Fig. 14C sind die Werte für R und M_R sehr

gering. Fign. 14D, 14&Xgr; und 14F zeigen Spannungsdiagramme für die Faser 11, die die während der Betätigung der Vorrichtung gemäß Fig. 14A in der Faser 11 unmittelbar vor dem Anwachsen des Trennspaltes herrschende Spannung zeigen. Dabei zeigt Fig. 14D die Zugspannung, Fig. 14E das Biegemoment, und Fig. 14F die Scherspannung. Bei jeder der Fign. 14D, 14E und 14F verläuft die X-Achse entlang der Faser 11 zwischen den Klemmen 17 und 18, und die Y-Achse zeigt die {einheitslosen) Größen der veranschaulichten Kräfte und Spannungen. Die Position der Trennungslinie in Fign. 14B-F ist bei 22 gezeigt, und die Position der Sollbruchstelle ist bei 23 gezeigt.

Fig. 14D zeigt die Zugspannung, die gemäß der Berechnung aus US-5 123 581 bei einer auf die Faser 11 ausgeübten Zuglast von 85 g ungefähr 67571 kPa {9800 psi) beträgt. Fig. 14E zeigt ein Diagramm des ungefähren Biegemomentes, wobei die Größe des Biegemomentes im Bereich der Sollbruchstelle 23 rechnerisch 0,079·10~³ Nm (0,07«10~³ inch-lbs) beträgt. Fig. 14F zeigt ein Scherkraftdiagramm, bei dem sich die an der Sollbruchstelle 23 auftretende Kraft auf ungefähr 1379OkPa (2000 psi) berechnet. US-5 12 3 581 gibt keine Werte für die Scherspannung oder das Biegeitioment an; jedoch können diese Werte berechnet werden, falls die Stärke der Faser und der Trennungswinkel bekannt sind. Die Werte sind lediglich Näherungswerte. Die Berechnungen basieren auf einem Trennungswinkel von 9 ° . Aus den Berechnungen ist ersichtlich, daß die zum Erzeugen des Trennspaltes erforderlichen Sollbruchstellen-Abmessungen aufgrund der relativ geringen Zug- und Scherkräfte relativ groß waren.

Aus Fign. 14C-14F ist ersichtlich, daß die Größe des auf die optische Faser 11 einwirkenden Biegemomentes sehr gering ist. Dies ist aufgrund der sehr engen Nähe des Stützambosses 19 und des Ritzrades 21 der Fall. Somit hat die Biegespannung nur eine geringe Auswirkung auf die Ausbreitung des Trennspaltes. Die Spannungen, die bei der Vorrichtung gemäß Fig. 14A zur Erzeugung der abgewinkelten Trennflächen wichtig sind, sind die ausgeübten Zug- und Scherspannungen. Die Scherspannung wird durch die Kompressionskräfte F_A erzeugt, die ihrerseits durch die Aktion des Stützambosses 19 und des Ritzrades 21 erzeugt werden.

Fig. 15A zeigt eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Trennvorrichtung von Fujikura gemäß US-5 024 363. Diese Trennvorrichtung weist ein erstes Paar von Lichtleiterfaser-Klemmbacken 24 und ein zweites Paar von Lichtleiterfaser-Klemmbacken 2 6 auf, die durch Betätigung des Scharniers 27 eine zu trennende optische Faser derart einklemmen, daß sich die Faser zwischen den Klemmbacken 24 und 2 6 erstreckt. Die Trennvorrichtung weist ferner einen Trenn-Hammer 28 und ein Ritzrad 29 auf.

Fig. 15B zeigt eine vergrößerte Frontansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 15A mit den Klemmbacken 24 und 26, dem Trenn-Hammer 28 und dem Ritzrad 29. Bei Betrieb wird die optische Faser 11 zwischen den Klemmbacken 24 und 2 6 eingespannt. Anschließend wird das Ritzrad 29 derart in Kontakt mit der Faser 11 bewegt, daß eine Sollbruchstelle 31 auf der Oberfläche der optischen Faser 11 erzeugt wird. Dann wird das Ritzrad 29 abgerückt und der Trenn-Hammer 28 in Anschlag an die gegenüberliegende Fläche

der Faser 11 bewegt, wodurch die optische Faser 11 entlang der Trennungslinie 32 im wesentlichen rechtwinklig zur Längsachse der Faser 11 getrennt wird.

Fig. 15C zeigt ein Schaubild der Kräfte, die bei Betrieb der Vorrichtung gemäß Fig. 15A auf die optische Faser 11 einwirken, wobei die Faser ohne Ritzrad und Trenn-Hammer gezeigt ist. Fign. 15D, 15E und 15F sind Schaubilder der Spannungen, die während des mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 15A durchgeführten Trennvorgangs entlang der Länge der Faser 11 auf diese einwirken. Aufgrund der gekrümmten Gestalt der Faser 11 während der Einwirkung der Kräfte auf die Faser sind die Diagramme der Spannungskurven (Fign. 15E und 15F) nur näherungsweise und nicht absolut korrekt. Die tatsächlichen Verläufe der Moment- und Scherkurven sind in Wirklichkeit leicht gekrümmt. In Fig. 15C zeigt F_A die von dem Trenn-Hammer 28 erzeugte Biegekraft, T_R die von den Klemmbacken 24 und 2 6 erzeugte Reaktionskraft, die eine Spannung entlang der Länge der Faser 11 verursacht, R die von den Klemmbacken 24 und 2 6 erzeugte Reaktionskraft, die zu der Scherspannung in der Faser 11 beiträgt, und M_R das von den Klemmbacken 24 und 2 6 erzeugte Reaktions-Biegemoment, das Biegespanungen in der Faser 11 erzeugt.

Die für die Spannungen und das Moment an der Stelle der Sollbruchstelle 31 gezeigten Werte wurden durch finite Elementenanalyse abgeleitet. Es waren bestimmte Annahmen erforderlich, so daß die Werte nur Näherungswerte sind. Die Werte, die für die Schärfe und die Abmessungen der Sollbruchstelle 31, die Zugfestigkeit der Faser 11 und das Zusammenwirken der an dem Hammer 28 und den Klemmbacken 24 und 26 ausgebildeten Gummiflächen verwendet

wurden, wurden durch Approximation bestimmt und können eventuell eine Sollbruchstelle in die Berechnungen einbringen. Tatsächliche Messungen der zum Trennen der Faser 11 erforderlichen Kraft und Deflektion haben die berechneten Werte in vertretbarem Ausmaß bestätigt. Diese Werte sind nützlich zum Feststellen des Unterschiedes zwischen herkömmlichen Trennvorrichtungen und der Trennvorrichtung gemäß der Erfindung. Die in den Diagrammen gezeigten Werte existieren in dem Moment, in dem die Ausbreitung des Risses beginnt, und verändern sich beträchtlich während der Ausbreitung des Risses.

An der Position der Faser-Sollbruchstelle 31 existieren ein gleichförmiges Biegemoment und eine Scherspannung 0. Dieser Spannungszustand wird durch die Form und die Position des Trenn-Hammers 28 verursacht, der über der in der Faser 11 vorhandenen Sollbruchstelle zentriert und derart geformt ist, daß er Biegekräfte F_A auf beiden Seiten der Sollbruchstelle 31 ausübt. Dadurch wird gemäß Fig. 15F die Scherspannung im zentralen Bereich der Faser 11 beseitigt und ein gleichförmiges Biegemoment in der Umgebung der Sollbruchstelle 31 erzeugt, wie Fig. 15E zeigt. Die Abwesenheit von Scherspannung ist wichtig zum Erhalt einer rechtwinkligen Trennfläche. Ferner existiert gemäß Fig. 15D in der Faser 11 eine gleichförmige Zugspannung, die durch die Reaktionskraft der Klemmbacken 24 und 2 6 erzeugt wird, obwohl im Gegensatz zu der erläuterten US-5 123 581 keine direkte Zuglast auf die Faser 11 einwirkt. Bei Spannungsdiagrammen herkömmlicher Stränge ist die reine Spannung innerhalb des Stranges vernachlässigbar, da das Verhältnis von Länge zu Querschnittsbereich des Stranges und die gesamte Spannung in dem Strang beide relativ niedrig sind. Bei

der Vorrichtung gemäß Fig. 15A jedoch weist die Faser 11 eine sehr große Länge auf (die Länge ist ungefähr um das 88fache größer als der Durchmesser der Faser 11), und die Faser 11 wird bis zu einem Punkt hoher Kraftbeanspruchung und Deflektion belastet. In diesem Fall verursacht die von dem Trenn-Hammer 28 ausgeübte Last zusätzlich zu den Biege- und Scherbeanspruchungen - eine beträchtliche Spannung in der Faser. Die reine Zugspannung ist ein Faktor bei der Trennoperation, und die Zugkraft wird durch die mittels der Klemmen 24 und 2 6 erzeugte Reaktionskraft T_R bewirkt.

Das in Fig. 15E veranschaulichte Biegemoment erzeugt Zugspannnungen an einer Seite und Kompressionsspannungen an der anderen Seite der Faser 11. An dem Punkt der Sollbruchstelle 31 erzeugt das Biegemoment eine Zugspannung, die die oben erläuterte reine Spannung verstärkt. Somit werden sowohl durch das Biegemoment als auch durch die reine Zugkraft Zugspannungen in der Faser 11 erzeugt. Deshalb bildet auch die Biegespannung einen signifikanten Faktor beim Betrieb der Trennvorrichtung gemäß Fig. 15A. Zusammengefaßt betrachtet, erzeugt die Trennvorrichtung gemäß Fig. 15A an dem Punkt der Sollbruchstelle 31 im wesentlichen gleichförmige Zug- und Biegespannung und eine Null-Scherspannung, so daß eine rechtwinklige Trennfläche gebildet wird.

Somit können mittels rechtwinkliger Trennung Lichtleiterfaser-Spleißungen mit niedrigem Einführungsverlust erzeugt werden, die jedoch unter dem Nachteil hoher Rückstrahlung leiden. Andererseits können mittels abgewinkelter - d.h. nicht rechtwinkliger - Trennung Lichtleiterfaser-Spleißungen mit niedriger Rückstrahlung

erzeugt werden, die jedoch nachteiligerweise einen hohen Einführungsverlust aufweisen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern zu schaffen, mittels derer Spleißungen optischer Fasern erzeugt werden können, die sowohl niedrige Einführungsverluste als auch niedrige Rückstrahlung aufweisen.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen; vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung beseitigt die erläuterten Nachteile herkömmlicher Vorrichtungen zum Trennen optischer Fasern, indem sie eine Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern anführt, bei der, um optische Fasern mit abgewinkelten Trennflächen zu versehen, eine Kombination von Scher- und Zugspannungen erzeugt wird, so daß eine abgewinkelte gekrümmte Trennfläche erzeugt wird. Statt Torsions- oder Kompressionskräfte zur Erzeugung von Scherspannung zu verwenden, wird bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung eine Biegekraft verwendet, die sowohl Zug- als auch Biegespannung erzeugt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ändert sich das Verhältnis von Scherspannung zu Zugspannung während der Ausbreitung des Trennspaltes über die optische Faser, wodurch eine gekrümmte, jedoch abgewinkelte Faser-Stirnfläche erzeugt wird.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sich bekannte Vorrichtungen, wie beispielsweise die in Fig. 15A gezeigte Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern, der-

art nachrüsten bzw. umbauen lassen, daß diese bekannten Vorrichtungen dann dazu verwendet werden können, anstelle von rechtwinkligen Trennflächen Trennflächen mit gekrümmten Winkel zu erzeugen.

Gemäß der Vorrichtung der Erfindung werden die gewünschten Spannungen in der zu trennenden Faser durch eine spezielle zweckmäßige Ausgestaltung der Form und der Position der die Kräfte auf die Faser ausübenden Teile erzeugt. Bei diesen Teilen handelt es sich um den Trenn-Hammer, die zum Erzeugen der Sollbruchstelle vorgesehene Einrichtung und die Klemmbacken.

Der Trenn-Hammer ist derart ausgestaltet, daß er eine im wesentlichen konzentrierte punktuelle Belastung statt einer weit verteilten Belastung auf die Faser aufbringt. Dadurch wird weitgehend gewährleistet, daß Scherspannungen im wesentlichen in der gesamten Faser existieren. Ferner ist der Trenn-Hammer an einer bestimmten Position entlang der Länge der Faser positioniert, um an der Position der Sollbruchstelle höhere Scherspannungen zu erzeugen und den Winkel der Trennfläche zu beeinflussen.

Die Klemmbacken sind mit einem derartigen gegenseitgen Abstand angeordnet, daß die Zug- und Biegespannungen reduziert werden, die Scherspannung jedoch vergrößert wird, was zum Erreichen des korrekten Verhältnisses zwischen Scher- und Zugspannungen beiträgt.

Die Sollbruchstelle ist an einer bestimmten Position relativ zu dem Trenn-Hammer und relativ zu den Klemmbacken vorgesehen, um zwecks Steuerung des Winkels der Trennfläche zu gewährleisten, daß die Sollbruchstelle in

dem korrekten Bereich der Scher-, Zug- und Biegespannungen positioniert ist.

Als Ergebnis der Merkmale der Erfindung wird an der Position der Faser-Sollbruchstelle die Scherspannung erhöht und die Zugspannung verringert, und die an der Sollbruchstelle vorhandene Kombination aus Scher- und Zugspannungen bewirken, daß sich ein Riß auszubreiten beginnt. Während sich der Riß ausbreitet, ändern sich die Spannungen in der Faser, da der Querschnittsbereich der Faser an der Position des Risses abnimmt. Da die Spannungen durch das Biegen der Faser verursacht werden, verändert sich während der Ausbreitung des Trennspaltes das Verhältnis zwischen Scher- und Zugspannung, wodurch sich der Trennspalt mit einem zunehmend größeren Winkel ausbreitet, bis die Faser bricht, so daß die getrennte Faser eine gekrümmte Stirnfläche erhält.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich folgende Verfahrensschritte durchführen: Bereitstellen einer optischen Faser, Einbringen einer Sollbruchstelle in die optische Faser, und, in der Umgebung der Sollbruchstelle, Erzeugen einer bestimmten Spannung und Dehnung in der optischen Faser, um an der Sollbruchstelle eine gekrümmte abgewinkelte Trennfläche der optischen Faser zu verursachen. Zum Einbringen der Sollbruchstelle in die optische Faser werden zunächst der erste und der zweite Abschnitt der optischen Faser im wesentlichen fixiert, z.B. indem sie festgeklemmt werden. Dann wird zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt eine Sollbruchstelle in die optische Faser eingebracht. Anschließend wird zum Trennen der Faser eine im wesentlichen konzentrierte Kraft mit Abstand von der Sollbruchstelle

auf die Faser ausgeübt, und zwar auf die der die Sollbruchstelle aufweisenden Seite gegenüberliegende Seite der Faser, wodurch die optische Faser unter Bildung einer gekrümmten abgewinkelten Trennfläche getrennt wird. Die konzentrierte Kraft kann entweder vor oder nach dem Einbringen der Sollbruchstelle auf die Faser ausgeübt werden.

Bei der gemäß der Erfindung vorgesehenen Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern gemäß Anspruch 1 kann der erste Abstand im Bereich von 6 mm bis 12 mm, der zweite Abstand im Bereich von 3 mm bis 10 mm, und der dritte Abstand im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm liegen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist die zum Aufbringen der Kraft vorgesehene Vorrichtung ein geformter Hammer, der als Doppelhammer ausgebildet sein kann; dieser Doppelhammer besteht aus einer ersten Hammerstruktur mit einer derartigen Form, daß eine im wesentlichen konzentrierte Kraft auf die optische Faser ausgeübt wird, falls eine gekrümmte abgewinkelte Trennung gewünscht ist, und aus einer zweiten Hammerstruktur mit einer derartigen Form, daß eine um die Sollbruchstelle zentrierte verteilte Kraft auf die optische Faser ausgeübt wird, falls eine rechtwinklige Trennung der optischen Faser gewünscht ist. Die Doppel-Hammervorrichtung kann zwischen einer ersten und einer zweiten Position drehbar sein, um entweder die erste oder die zweite Hammerstruktur in eine zur Kraftbeaufschlagung der optischen Faser geeignete Position zu bringen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung sind das erste und das zweite Paar der Lichtleiterfaser-

Klemmen bewegbar, um den ersten Abstand derart einstellen zu können, daß die optische Faser entweder gekrümmtwinklig oder rechtwinklig getrennt wird. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung bewegbar, um den dritten Abstand derart einstellen zu können, daß die optische Faser entweder gekrümmt-winklig oder rechtwinklig getrennt wird.

Zum Einbringen der Sollbruchstelle in die Faser können ein Ritzrad oder eine Klinge, ein Keramik-, Karbid- oder Diamant-Einkerbungskeil, oder ein mechanisch angetriebener oder ultraschallbetriebener Keil verwendet werden.

Der gemäß der Erfindung vorgesehene Umrüstungs-Kit wird zum Umrüsten einer zum rechtwinkligen Trennen vorgesehenen Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung in eine zum gekrümmmt-winkligen Trennen vorgesehene Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung verwendet. Wenn die zum rechtwinkligen Trennen vorgesehene Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung ein erstes und ein zweites Paar von Lichtleiterfaser-Klemmen, die in einem bestimmten gegenseitigen Abstand angeordnet sind, eine Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung zum Einbringen einer Sollbruchstelle in die von den Lichtleiterfaser-Klemmen gehaltene optische Faser, und einen Kraftverteilungs-Trenn-Hammer zum Aufbringen einer verteilten Trennkraft auf die optische Faser aufweist, dann benötigt man zum Umrüsten bekannter Vorrichtungen - in Kombination - ein verbreitertes Paar von Lichtleiterfaser-Klemmen zum Ersetzen des ersten Paares von Lichtleiterfaser-Klemmen, um den ersten bestimmten Abstand zu verringern, und einen zum Ersetzen des Kraftverteilungs-Trenn-Hammers vorgesehenen Kraftkonzentra-

tions-Trenn-Hammer auf, der zum Ausüben einer im wesentlichen konzentrierten Trennkraft auf die optische Faser verwendet wird, um diese gekrümmt-winklig zu trennen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann das erweiterte Paar von Lichtleiterfaser-Klemmen Klemmenababstandsstücke in Kombination mit dem existierenden ersten Paar von Lichtleiterfaser-Klemmen aufweisen, die zusammen verwendet werden, um den bestimmten ersten Abstand zu reduzieren. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtungs-Abstandsstücke vorgesehen sein, um die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung in Längsrichtung der optischen Faser zu versetzen und somit die Position der Sollbruchstelle zu verlagern.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich eine gekrümmt-winklig getrennte Stirnfläche einer optischen Faser mit einem Krümmungseinleitungswinkel im Bereich von 0" bis 2°, einem Trennflächenwinkel am Kern der optischen Faser im Bereich von 3° bis 10°, und einer Trennflächen-Auslaufbemessung erzeugen, die nicht mehr als 60% des Durchmessers der optischen Faser beträgt.

In der Zusammenschau schafft die Erfindung eine Vorrichtung zum gekrümmt-winkligen Trennen optischer Fasern. Mittels der Vorrichtung wird in eine zu trennende optische Faser eine Sollbruchstelle eingebracht und die optische Faser in der Umgebung der Sollbruchstelle einer bestimmten Spannung und Belastung ausgesetzt, um an der Sollbruchstelle eine gekrümmt-winklige Trennung der optischen Faser herbeizuführen, d.h. eine Trennung, bei der die Trennflächen gekrümmt sind und winklig verlau-

fen. Bei einem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung werden ein erster und ein zweiter Abschnitt der optischen Faser - z.B. durch Festklemmen - fixiert, und die Faser wird zwischen dem ersten und dem zweiten Abschnitt mit einer Sollbruchstelle versehen. Anschließend wird zwischen der Sollbruchstelle und dem ersten Abschnitt der optischen Faser an der der Sollbruchstelle gegenüberliegenden Seite der Faser eine im wesentlichen konzentrierte Kraft auf die Faser ausgeübt, um die Faser bei Erzeugung einer gekrümmt-winkligen Trennfläche zu trennen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung wird vor dem Erzeugen der Sollbruchstelle eine im wesentlichen konzentrierte Kraft auf die Faser ausgeübt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein erstes und ein zweites Paar von Klemmbacken für optische Fasern, die durch einen ersten bestimmten Abstand voneinander getrennt sind, eine Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung zum Erzeugen einer Sollbruchstelle in einer von den Klemmbacken klemmend gehaltenen optischen Faser, und eine Kraftzuführunsvorrichtung auf, die in einem zweiten bestimmten Abstand von dem ersten Paar von Klemmbacken eine im wesentlichen konzentrierte Trennkraft auf die optische Faser ausübt. Die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung ist zwischen der Kraftausübungsvorrichtung und dem zweiten Paar von Klemmbacken in einem dritten bestimmten Abstand von der Kraftausübungsvorrichtung angeordnet. Der erste, der zweite und der dritte bestimmte Abstand sind derart gewählt, daß beim Trennen der optischen Fasern gekrümmt-winklige Trennflächen erzeugt werden. Die Erfindung schafft ferner ein Umrüstungs-Kit, mit dem eine existierende, zum rechtwinkligen Trennen vorgesehene Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern zu einer zum gekrümmt-winkligen Trennen geeigneten Vorrich-

tung umgerüstet werden kann. Mittels der Erfindung läßt sich eine optische Faser mit einer gekrümmten und spitzwinkligen Stirnfläche erzeugen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern gemäß der Erfindung,

Fign. 2A-C

Seitenansichten der optischen Faser und der auf sie einwirkenden Teile zur Veranschaulichung eines mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 durchgeführten Verfahrens zum Erzeugen gekrümmtwinkliger Trennflächen,

Fign. 3A-D

Seitenansichten der optischen Faser ohne die auf die Faser einwirkenden Teile, und Spannungskurven zur Veranschaulichung des Betriebs der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fign. 4A-C

Seitenansichten der optischen Faser und der auf sie einwirkenden Teile zur Veranschaulichung eines weiteren mittels der Vorrichtung gemäß Fig. 1 durchgeführten Verfahrens zum Erzeugen gekrümmt-winkliger Trennflächen,

20

Fign. 5&Agr; und 5B

zwei Seitenansichten einer gekrümmt-winklig getrennten optischen Faser gemäß der Erfindung,

Fign. 6A-D

Seitenansichten gekrümmt-winkliger Trennflächen optischer Fasern und abgewinkelter Trennflächen optischer Fasern zur Veranschaulichung der Vorteile der Erfindung,

Fign. 7 und 8

perspektivische Explosionsansichten eines Ausführungsbeispiels eines Umrüstungs-Kits gemäß der Erfindung zum Umrüsten einer bestehenden Trennvorrichtung in eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung,

Fign. 9A-D

perspektivische Ansichten eines alternativen Ausführungsbeispiels eines gemäß der Erfindung verwendbaren Trenn-Hammers,

Fign. 1OA und B, HA und B und 12A und B

Mikrophotographien gemäß der Erfindung getrennter optischer Fasern.

Fig. 13A eine rechtwinkig getrennte optische Faser nach dem Stand der Technik,

Fig. 13B eine abgewinkelt getrennte optische Faser nach dem Stand der Technik,

Fig. 13C eine Stirnansicht einer getrennten optischen Faser,

Fign. 14A-F

eine perspektivische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum abgewinkelten Trennen optischer Fasern, eine Seitenansicht der Faser, an die der Stützamboß und das Ritzrad der Vorrichtung angreifen, eine Seitenansicht der Faser zur Darstellung der auf sie einwirkenden Kräfte, wobei Stützamboß und Hammer weggelassen sind, und Spannungdiagramme bei Verwendung dieser Vorrichtung, und ■

Fign. 15A-F

eine perspektivische Ansicht einer bekannten Vorrichtung zum rechtwinkligen Trennen optischer Fasern, eine Seitenansicht der Faser, an die der Trenn-Hammer und das Ritzrad der Vorrichtung angreifen, eine Seitenansicht der Faser zur Darstellung der auf sie einwirkenden Kräfte, wobei Stützamboß und Hammer weggelassen sind, und Spannungdiagramme bei Verwendung dieser Vorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 3 3 zum gekrümmt-winkligen Trennen optischer Fasern (im folgenden als Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung bezeichnet) gemäß der Erfindung.

Die Trennvorrichtung 33 weist ein erstes Paar von Klemmbacken 34 für optische Fasern und ein zweites Paar von Klemmbacken 36 für optische Fasern auf. Die Lichtleiterfaser-Klemmbacken 34 und 3 6 dienen zum Klemmen einer optischen Faser durch Aktion eines Scharniers 37. (Dieser Vorgang ist in Fign. 2A-C detailliert gezeigt.) Die Trennvorrichtung 33 weist ferner einen Trenn-Hammer 38, der an einem um einen Stift 39 schwenkbaren Schwenkarm 40 montiert ist, und eine Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 auf, die in Richtung des Doppelpfeiles 42 in eine und aus einer zum Anritzen der Faser vorgesehenen Position bewegbar ist. Die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 kann z.B. eine Ritzvorrichtung, etwa ein Rad oder eine Klinge, eine Lichtleiterfaser-Einkerbungsvorrichtung, etwa ein Keramik-, Karbid- oder Diamant-Einkerbungskeil, eine Meißelvorrichtung, etwa ein mechanisch angetriebener oder ultraschallbetriebener Keil, oder eine andere zweckmäßige Vorrichtung zum kontrollierten Erzeugen von Sollbruchstellen in optischen Fasern sein. Aus Gründen der Einfachkeit und Übersicht wird die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung hier anhand eines Ritzrades erläutert, ohne die Erfindung jedoch auf diesen Fall einzuschränken.

Fign. 2A-C zeigen die Arbeitsweise der Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung 33. Zunächst wird die optische Faser zwischen dem ersten Paar von Optikaser-Klemmbacken 34 und dem zweiten Paar von Optikaser-Klemmbacken 36 eingeklemmt, wie Fig. 2A zeigt. Die Klemmen-Paare 34 und 36 sind mit einem gegenseitigen Abstand d₃ angeordnet.

Anschließend wird gemäß Fig. 2B die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41, die um einen Abstand d₅ von dem

Trenn-Hammer 38 angeordnet ist, in Kontakt mit der optischen Faser 11 bewegt, um eine Sollbruchstelle 43 an einer ersten Seite der Faser 11 zu erzeugen. Dann wird gemäß Fig. 2C die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 von der optischen Faser 11 abgerückt, und der Trenn-Hammer 38, der mit einem Abstand d₄ von den Klemmbacken 3 6 angeordnet ist, wird gegen die (der ersten Seite) gegenüberliegende Seite der Faser 11 gedrückt, wobei Zug-, Biege- und Scherspannungen in der Faser 11 erzeugt werden. Während der Trenn-Hammer 38 gegen die Faser 11 herabbewegt wird, steigen die Spannungen an, bis die Faser 11 bricht, so daß eine gekrümmt-winklige Trennfläche 44 erzeugt wird.

Fign. 3B, 3C und 3D zeigen die Zugspannung, das Biegemoment und die Scherspannung, die unmittelbar vor Ausbreitung des Risses an der Sollbruchstelle 43 existieren. Die gezeigten Werte wurden durch finite Elementenanalyse berechnet und sind als Näherungswerte zu verstehen, da für die Abmessungen und die Form der Sollbruchstelle 43, die Stärke der optischen Faser 11 und das Zusammenwirken der Gummi-Oberflächen der Klemmbacken 34,36 angenommene Werte verwendet wurden. Die in Fign. 3B, 3C und 3D gezeigten Werte wurden auf Basis der folgenden Abstände berechnet: d₃ = 9,5 mm, d₄ = 6,25 mm und d₅ = 0,75 mm. Es wurden Messungen der zum Trennen der Faser 11 erforderlichen tatsächlichen Kraft und tatsächlichen Deflektion durchgeführt, die die berechneten Werte in akzeptablem Ausmaß bestätigten. Aus den Figuren (besonders Fig. 2C) ist ersichtlich, daß an der Sollbruchstelle 43 eine leichte Scherspannung herrscht. Aufgrund der errechneten Scher- und Zugspannungen läßt sich ein Trennungseinleitungswinkel von 6° voraussagen, der mit dem gemessenen

Winkel am Beginn der gekrümmt-winkligen Trennfläche übereinstimmt. Während sich der Riß ausbreitet, ändern sich die Spannungen derart, daß sich die Scherspannung vergrößert, wodurch ein zunehmender Trennflächenwinkel entsteht.

Fign. 3A-D zeigen Seitenansichten der auf die optische Faser 11 einwirkenden Kräfte ohne die diese Kräfte erzeugenden Teile, und Spannungskurven der Spannungen entlang der Länge der Faser 11 bei Betrieb der Trennvorrichtung 33 gemäß Fig. 1. Aufgrund der gekrümmten Gestalt, die die Faser 11 unter Einwirkung der genannten Kräfte aufweist, sind die in den Spannungsdiagrammen (Fign. 3C und 3D) gezeigten Kurvenverläufe approximativ und nicht exakt. Die Kurven in den Moment- und Scherkraftdiagrammen sind in Wirklichkeit leicht gekrümmt. Die Kraft F_A ist die von dem Trenn-Hammer 38 auf die Faser 11 ausgeübte Kraft. Wie bereits erläutert, handelt es sich bei dieser Kraft um eine im wesentlichen konzentrierte Kraft, die über eine kurze Länge der Faser 11 ausgeübt wird. T_R bezeichnet die Reaktionskraft, die aufgrund der Einwirkung der Kraft F_A eine Spannung in der Faser 11 erzeugt und mittels der Klemmbacken 34 und 36 auf die Faser 11 ausgeübt wird. R bezeichnet die Reaktionskraft, die mittels der Klemmbacken 34 und 36 als Ergebnis der Einwirkung der Kraft F_A auf die Faser 11 einwirkt. Die Reaktionskraft R trägt zu der Scherkraft bei, die innerhalb der Faser 11 einschließlich der Stelle der Sollbruchstelle 43 herrscht. M_R bezeichnet das Reaktionsmoment, das die Klemmbacken 34 und 36 als Ergebnis der Aufbringung der Kraft F_A erzeugen. Das Resultat dieser Kräfte besteht in einer Kombination aus

Zug-, Biege- und Scherkräften, die in der Umgebung der Sollbruchstelle 43 auf die optische Faser 11 einwirken.

Gemäß einer Alternative zur Betätigung der Trennvorrichtung 33 kann die optische Faser 11 der Aktion der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 ausgesetzt werden, nachdem die Faser 11 mit der Biegekraft F_A des Trenn-Hammers 38 beaufschlagt worden ist. In diesem Fall entsprechen die Trennoperationen den in Fign. 4A-4C gezeigten Operationen. Die in Fign. 3A-3D gezeigten Diagramme gelten auch in diesem Fall, falls die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 (in Fign. 4A und 4C als Ultraschallmeißel gezeigt) in der Lage ist, in der Faser 11 eine Sollbruchstelle zu erzeugen, ohne die Faser einer signifikanten Biegekraft oder Deflektion auszusetzen, solange die ausgeübte Biegekraft F_A ungefähr gleich bleibt. Somit ist es gemäß der Erfindung nicht erforderlich, die Sollbruchstelle 43 vor der Beaufschlagung mit der Hammerkraft F_A zu erzeugen, sofern die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 derart ausgebildet ist, daß sie lediglich vernachlässigbare Biegekräfte auf die Faser 11 ausübt. Wie erwähnt, kann die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 ein Ritzrad, eine Einkerbungsvorrichtung oder ein Ultraschallmeißel sein; jedoch muß die betreffende Vorrichtung in jedem Fall derart verwendet werden, daß sie die Faser 11 keiner beträchtlichen Biegekraft aussetzt. Falls die Sollbruchstelle 43 nach der Ausübung der Hammerkraft F_A auf die Faser 11 erzeugt wird, wird als Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 vorzugsweise ein Ultraschallmeißel verwendet, jedoch hat sich auch ein sehr scharfes Ritzrad als zweckmäßig erwiesen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung ein erstes Paar von zum Klemmen der Faser 11 vorgesehenen Klemmbacken 34,36 auf, die mit einem gegenseitigen Abstand d₃ von 9,5 mm angeordnet sind. Der Trenn-Hammer 38 wird mit einem Abstand d₄ von 6,25 mm gegen die Faser 11 gedrückt, um die Biege-, Zug- und Scher spannungen zu erzeugen, die in den Diagrammen der Fign. 3A-3D gezeigt sind. Schließlich wird die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 mit einem Abstand d₅ von 0,75 mm von dem Hammer 38 in Kontakt mit der Faser 11 gebracht, ohne die Faser einer übermäßigen Biegekraft oder Deflektion auszusetzen. In dieser Weise wird eine Sollbruchstelle 43 erzeugt und eine gekrümmt-winklige Trennung eingeleitet.

Der Abstand d₃ zwischen den Klemmbacken 34 und 36 ist vorzugsweise um ein Mehrfaches größer als der Durchmesser der Faser 11, um zu gewährleisten, daß die von dem Trenn-Hammer 38 ausgeübte Biegekraft F_A eine Spannung in der Faser 11 erzeugt. Der Abstand d₃ liegt vorzugsweise im Bereich von 6 mm bis 12 mm. Die Differenz zwischen den Positionen des Trennhammers 38 und des Ritzrades 41 (d₅) ist wesentlich größer als der Durchmesser der Faser 11 und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 2,0 mm. Der Trennhammer 38 ist vorzugsweise näher an den Klemmbacken 34 als an den Klemmbacken 3 6 angeordnet, so daß der Abstand d₄ vorzugsweise im Bereich von 3 mm bis 10 mm liegt. Die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 ist derart positioniert, daß sie die Sollbruchstelle 43 in der Faser 11 zwischen dem Trennhammer 38 und den Klemmbacken 34 erzeugt.

Die exakten Bemessungen der Abstände d₃, d₄ und d₅ sowie die genaue Form des Trenn-Hammers 38 hängen von den Ziel-Spezifikationen der durch die Trennvorrichtung 33 zu erzeugenden gekrümmt-winkligen Trennfläche ab. Dies bedeutet, daß bei der Bestimmung der gewünschten Abstände bestimmte Faktoren berücksichtigt werden sollten.

Ein erster derartiger Faktor ist die Erzielung des gewünschten Winkels an dem Faserkern. Generell ist wünschenswert, daß dieser Winkel im Bereich von 3° bis 10° liegt, je nach der Reflektion und anderen Erfordernissen. Der Winkel am Kern kann vergrößert werden, indem die Klemmbacken 34,36 in größerer Nähe zueinander plaziert werden. Dies betrifft den Fall, daß auf eine geklemmte Faser eine konzentrierte Hammerkraft in einem bestimmen Längsabstand von der in der Faser ausgebildeten Sollbruchstelle ausgeübt wird. Wie bereits erwähnt, wird eine im wesentlichen konzentrierte Last in einem Abstand von der erzeugten Sollbruchstelle 43 auf die Faser 11 aufgebracht, um zu bewirken, daß sich der Sollbruchstelle 43 in einem Bereich befindet, in dem die Faser 11 einer Scherspannung ausgesetzt wird. Das Biegemoment und die reine Zugspannung in einem belasteten Strang bei fixierten Halteelementen nehmen ab, wenn die Halteelementen näher zueinander plaziert werden. Somit nehmen bei einer gegebenen Hammerkraft F_A das Biegemoment und die reine Zugspannung in der Faser 11 ab, wenn die Klemmbacken 34,36 in geringerem Abstand zueinander angeordnet werden. Bei einer gegebenen Hammerkraft F_A bleibt die Scherkraft jedoch unabhängig von dem gegenseitigen Abstand der Klemmbacken 34,36 unverändert. Um eine zur Trennung der Faser 11 ausreichende Spannung zu erzeugen, muß die Hammerkraft F_A derart vergrößert wer-

den, daß die verringerten Zugspannungen an der Sollbruchstelle 43, die durch den verkürzten gegenseitigen Abstand der Klemmbacken 34,36 verursacht werden, kompensiert werden. Wenn die Hammerkraft P_A zur Erzielung dieses Kompensationseffektes vergrößert wird, nehmen sämtliche Spannungen an der Sollbruchstelle 43 - einschließlich der Scherspannung - zu. Somit sollte der Abstand d₃ zwischen den Klemmbacken 34,36 nicht zu groß sein. Ein Plazieren der Klemmbacken 34,36 in engere Nähe zueinander vergrößert die Scherspannung an der Sollbruchstelle 43, wodurch größere Trennflächenwinkel erzeugt werden. Bei Trennvorrichtungen, die für rechteckige Trennung vorgesehen sind (z.B. bei der Vorrichtung von Fujikura), ist der Abstand zwischen den Klemmbacken 34,3 6 typischerweise größer als bei der Trennvorrichtung gemäß der Erfindung.

Eine weitere Möglichkeit zur Vergrößerung des in der Faser erzeugten Winkels besteht darin, die Position des Trenn-Hammers 38 und der Sollbruchstelle 43 in der Nähe der Klemmbacken 34 vorzusehen. Bei einem belasteten Strang und fixierten Halteelementen verursacht eine Verlagerung der Last vom Zentrum weg zu vergrößerten Seherspannungen in dem Bereich zwischen der ausgeübten Last und dem nächsten Stützelement. Da sich die Sollbruchstelle 43 zwischen dem Trenn-Hammer 38 und den Klemmbacken 34 befindet, wird durch ein Versetzen sowohl der Sollbruchstelle 43 als auch des Hammers 38 in größere Nähe der Klemmbacken 34 die Scherspannung an der Position der Sollbruchstelle 43 vergrößert. Somit sollte die Position der Hammerkraft F_A nicht zu weit von den Klemmbacken 34 entfernt sein.

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Eine wiederum weitere Möglichkeit zur Vergrößerung des in der Faser erzeugten Winkels besteht darin, den Abstand zwischen der Sollbruchstelle 4 3 und dem Trenn-Hamrner 38 zu vergrößern. Das maximale Biegemoment - und somit die maximale Zugspannung an der Seite der Faser 11 - existiert direkt gegenüber dem Hammer 38 an der entgegengesetzten Seite der Faser 11. An weiter von dem Hammer 38 entfernt gelegenen Punkten nimmt die (sich aus dem Biegemoment ergebende) Zugspannung ab, während die Scherspannung konstant bleibt. Wenn somit die Sollbruchstelle 43 in einem größeren Abstand von dem Hammer 38 plaziert wird, befindet sich die Sollbruchstelle in einem Bereich mit reduzierter Zugspannung bei einer gegebenen Hammerkraft F_A. Zum Trennen der Faser 11 muß eine größere Hammerkraft F_A ausgeübt werden, die sämtliche Spannungen an der Sollbruchstelle 43 - einschließlich der die abgewinkelte Trennfläche erzeugenden Scherspannung - vergrößert. Somit sollte der Abstand d₅ zwischen dem Hammer 38 und der Sollbruchstelle 43 nicht zu gering sein.

Ein weiterer Faktor zur Bestimmung der geeigneten Werte für die Abstände d₃, d₄ und d₅ ist die Form der Krümmung an der gekrümmt-winkligen Trennfläche der Faser 11. Die bevorzugten Werte für die Abstände d₃, d₄ und d₅ resultieren in einer getrennten Stirnfläche mit einem Radius, der sich über die Fläche der Faser 11 hinweg allmählich verändert, während gleichzeitig der gewünschte Winkel an dem Kern 14 erzeugt wird. Es existieren weitere Design-Bedingungen, mit denen sich der gewünschte Winkel an dem Kern 14 erzielen läßt; diese verursachen jedoch eine Krümmung, die über die Fläche der Faser 11 hinweg radikal zunimmt. Im Falle einer derartigen radikal zunehmen-

den Krümmung tritt ein "Abroll"-Effekt ("Roll-off") auf. Ein Abrollen ist nicht wünschenswert, da es bei einer mechanischen Spleißung eine unzureichende Faserausrichtung verursachen kann. Deshalb werden die Werte für die Abstände d₃, d₄ und d₅ derart gewählt, daß an dem Kern 14 der gewünschte Winkel erzeugt wird, gleichzeitig jedoch anstelle einer starken Krümmung, die ein Abrollen verursacht, eine leichte Krümmung entsteht, die sich allmählich verändert. Diese Krümmung wird erzeugt, da sich das Verhältnis von Scherspannung zu Zugspannung während der Ausbreitung des Risses verändert. Die Werte für die Abstände d₃, d₄ und d₅ bestimmen das Ausmaß, indem sich dieses Verhältnis verändert. Falls die von dem Trenn-Hammer 38 ausgeübte Kraft F_A zu nahe an der Sollbruchstelle 43 ausgeübt wird, oder falls die Sollbruchstelle 43 zu nahe an den Klemmbacken 34 plaziert wird, oder falls die Klemmbacken 34 und 3 6 in zu großer gegenseitiger Nähe angeordnet sind, kann ein extremer Abroll-Effekt verursacht werden. Somit müssen diese Umstände vermieden werden.

Eine andere Möglichkeit zur Verringerung des Abroll-Effektes besteht in der Verwendung einer federbelasteten Klemmbacke, um eine höhere Spannung in der Faser 11 zu erzeugen, der Ausübung einer Biegekraft zur Erzeugung von Scher- und Biegespannungen, und schließlich der Erzeugung einer Sollbruchstelle, um die Entstehung eines Trennspaltes zu bewirken. Diese winklige Trennung erzeugt in der Faser Spannungen, die von den in Fign. 3B und 3D gezeigten Spannungen unterscheiden, und ein Biegemoment, das sich von demjenigen gemäß Fig. 3C unterscheidet.

Es wurde seitens der Erfinder ein Modell einer Trennvorrichtung hergestellt, das zum Erzeugen abgewinkelter Trennflächen mit im wesentlichen ebener, jedoch leicht gekrümmter, abgewinkelter Stirnflächen in der Lage war. In diesem Modell wurde die Faser zunächst zwischen einer festen Klemmbacke und einer federbelasteten Klemmbacke eingeklemmt, wobei in der Faser eine Spannung von ungefähr 160 g erzeugt wurde, wodurch eine Zugspannung von ungefähr 124110 kPa (18000 psi) entstand. Die Klemmbakken wurden mit einem gegenseitigen Abstand d₃ angeordnet. Anschließend wurde die Faser mittels eines Hammers, der in einem Abstand d₄ von ungefähr 4,5 mm von den Klemmbacken angeordnet war, mit einer konzentrierten Biegekraft F_A beaufschlagt, wobei eine Deflektion der Faser um ungefähr 0,75 erzeugt wurde. Schließlich wurde mittels eines Ultraschallmeißels, der in einen Abstand d₅ von ungefähr 1,0 mm von der ausgeübten Biegekraft angeordnet war, eine Sollbruchstelle erzeugt, so daß eine Trennung der Faser verursacht wurde. Durch diese Kombination von Bedingungen wird eine abgewinkelte Trennfläche erzeugt, die ebener ist, eine geringe Krümmung aufweist und einen geringen Abroll-Effekt zeigt und bei der der Winkel am Kern ungefähr 5° beträgt. Es können abgewinkelte Trennflächen mit kleineren oder größeren Winkeln am Kern oder mit kleineren oder größeren Krümmungsbeträgen gebildet werden, falls die Größe und/oder die Position der erzeugten Zugkraft und/oder der erzeugten Biegekraft verändert werden, und/oder falls die Position der Klemmbacken verändert werden.

Im folgenden werden im Zusammenhang mit Fig. 5A und 5B, die Seitenansichten der getrennten Faser 11 zeigen, die bevorzugten Abmessungen und die bevorzugte Form der

gekrümmten Fläche und das Abrollen beschrieben. In dieser Beschreibung wird mit dem Ausdruck "Abrollen" jedes Ausmaß an Krümmung am Ende der Trennfläche bezeichnet. Dies steht im Gegensatz zu der üblichen Definition des Abrollens, die ein sehr abruptes Abrollen am Ende einer ansonsten rechtwinkligen und ebeneren Trennfläche bezeichnet, z.B. gemäß Fig. 13C in üS-4 027 814.

Die im folgenden beschriebene Krümmung besitzt die in Fign. 5A und 5B gezeigten Eigenschaften. Um den höchstmöglichen Vorteil zu erzielen, den eine gekrümmte Trennfläche beim Spleißen nichtgenuteter Fasern bietet, ist es wünschenswert, daß die Kurve am Anfangsbereich des Risses sehr gering ist. Dies ist ersichtlich, wenn man sich die reduzierte Trennung zwischen den Faserflächen in Längsrichtung vergegenwärtigt, wie sie z.B. in Fig. 6D im Vergleich zu Fig. 6B erkennbar ist. Bei der Faser 11 gemäß Fig. 5A ist dieser Bereich mit 71 bezeichnet, wobei die Sollbruchstelle bei 70 gezeigt ist. An dem Bereich 71 sollte der Winkel C₁ im wesentlichen rechtwinklig sein oder idealerweise im Bereich von 0° bis 1° liegen. Bei anderen akzeptablen Ausführungsformen ergeben sich Winkel C₁ im Bereich 71 von bis zu 2°, der Winkel C₁ ist jedoch normalerweise kleiner. Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel kann durch Spannungsberechnungen ein Winkel C₁ von 0,6° am Beginn des getrennten Bereiches 71 vorhergesagt werden, und die tatsächlich gemessenen Winkel C₁ lagen im Bereich von 0,5° bis 1,0° .

Während sich der Riß ausbreitet, wird der Winkel zunehmend größer, so daß an dem zentralen Bereich 72 in der Nähe des Kerns 14 der Winkel C₂ groß genug ist, um eine

niedrige Rückstrahlung an einer Spleißung zu erzeugen. Der Winkel C₂ in dem Bereich 72, gemessen als Tangente der Kurve am Kern 14, sollte im Idealfall mindestens 4° betragen, wobei ein Winkel von 6° typisch ist und ein Winkel im Bereich von 3° bis 10° akzeptiert werden können. Wenn sich der Riß weiter ausbreitet, erreicht er den Endbereich 73, in dem der Winkel in seinem Verlauf progressiv größer wird. Der Winkel sollte nicht übermäßig groß werden, da andernfalls ein beträchtlicher Abroll-Effekt entstehen kann. Ein übermäßiger Abroll-Effekt kann bei Verwendung bestimmter mechanischer Spleißungen, z.B. Spleißungen vom Typ "3M Fibrlok", zur Entstehung hoher Verluste beitragen. Andere mechanische Spleißungen können empfindlicher oder weniger empfindlich gegenüber dem Ausmaß des Abroll-Effektes sein. Ein Verfahren zum Messen des Abrollens besteht darin, den Längsabstand d₆ von der Sollbruchstelle 70 der Faser 11 zu dem am weitesten entfernten Punkt 74 zu messen, an dem die gekrümmte Fläche die zylindrische Fläche der Faser 11 schneidet. Definiert man den Betrag der Abroll-Bemessung als den Abstand d₆ von dem Punkt 74 zu der Sollbruchstelle 70, dann weist der bevorzugte gekrümmte Winkel keine Abroll-Bemessung auf, die größer ist als ungefähr 75% des Durchmessers der Faser 11. Die Abroll-Beträge, die bei gemäß der Erfindung getrennten Fasern gemessen wurden, liegen typischerweise zwischen 20% und 60% des Durchmessers der Faser 11; es können jedoch auch Abroll-Bemessungen im Bereich von 10% bis 75% des Durchmessers der Faser 11 akzeptiert werden. Fig. 5B zeigt eine Seitenansicht der getrennten Faser 11, bei der die Trennfläche in die Blickrichtung des Betrachters gedreht ist. Der Punkt 74 bildet das Ende des Abroll-Bereiches, und d₆ bezeichnet den gemessenen Betrag des Abroll-Ef-

fektes. Tests, die an der von 3M vertriebenen mechanischen Spleißung vorgenommen wurden, zeigen keine wesentliche Leistungsabnähme der Spleißung bei einem gering bemessenen Abroll-Effekt.

Ein weiterer Faktor zur Bestimmung der geeigneten Werte für die Abstände d₃, d₄ und d₅ ist die Verhinderung von Schlupf der Faser 11 zwischen den Klemmbacken 34 und 36. Eine übermäßig große Spannung, die in der Faser 11 als Ergebnis der Beaufschlagung mit der Kraft F_A durch den Trenn-Hammer 38 erzeugt wird, kann ein Verrutschen der Faser 11 innerhalb der Klemmbacken 34 und/oder 3 6 verursachen, wodurch die Qualität der Trennungen abnimmt. Um diesen Nachteil zu verhindern, sollte die von dem Trenn-Hammer 38 ausgeübte Kraft F_A nicht in zu großem Abstand von der Sollbruchstelle 43 plaziert werden. Falls nämlich die Kraft F_A des Trenn-Hammers 38 in größerer Entfernung zu der Sollbruchstelle 43 ausgeübt wird, wird die Biegespannung (die an der Sollbruchstelle Spannung erzeugt) reduziert. Um die reduzierte Biegespannung an der Sollbruchstelle 43 zu kompensieren, muß eine große Hammerkraft F_A ausgeübt werden, die die Spannung in der Faser 11 erhöht. Falls die von dem Trenn-Hammer 38 ausgeübte Kraft F_A zu groß ist, steigt die Spannung bis zu dem Punkt an, an dem die Klemmbacken 34 und 36 die erforderliche Greifkraft nicht langer ausüben können und die Faser 11 durch die Klemmbacken 34 und 3 6 rutscht. Ferner kann bei einer zu hohen Kraft F_A des Trenn-Hammers 38 die an der Position des Hammers 38 in der Faser 11 herrschende Spannung die Festigkeit der Faser überschreiten, so daß die Faser 11 an der Position des Hammers 38 bricht. Somit sollte die von dem Trenn-Hammer 38 ausgeübte Kraft nicht zu weit von der Soll-

bruchstelle 43 entfernt angesetzt werden. Anders ausgedrückt, sollte der Abstand d₅ nicht zu groß sein.

Es wurde festgestellt, daß der Abstand d₃ im Bereich von 6 mm bis 12 mm, der Abstand d₄ im Bereich von 3 mm bis 10 mm und der Abstand d₅ im Bereich von 0,5 mm bis 2,0 mm liegen kann. In sämtlichen Fällen gilt d₅ < d₄ < d₃. Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der Abstand d₃ 9,5 mm, der Abstand d₄ 6,25 mm und der Abstand d₅ 0,75 mm. Aufgrund dieser Bemessungen ergab sich, daß 95% der Trennflächen Winkel C₂ von mehr als 4,5° aufwiesen. Größere Trennflächen-Winkel C₂ können erzielt werden, indem der Klemmbacken-Abstand d₃ reduziert wird und/oder die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 und der Trenn-Hammer 38 näher zu den Klemmbacken 34 bewegt werden (in anderen Worten, indem die Abstände d₄ und d₅ vergrößert werden).

Die zum gekrümmmt-winkligen Trennen vorgesehene Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung nach der Erfindung weist gegenüber der herkömmlichen Trennvorrichtung gemäß Fign. 14A-F mehrere Vorteile auf. Der erste Vorteil besteht darin, daß die Stirnflächen einer gemäß der Erfindung getrennten Faser nicht planar, sondern gekrümmt sind. Dies führt zu einer geringeren Trennung s in Längsrichtung zwischen den Faser-Stirnflächen einer Spleißung, wie aus Fin. 9A-D ersichtlich ist.

Fign. 6A und 6B zeigen zwei zusammengehörige Fasern 45 und 46 mit abgewinkelten Stirnflächen, wobei die Stirnfläche 47 einen Winkel von 5° und die Stirnfläche 48 einen Winkel von 9° aufweist. Diese Ungleichheit zwischen den Winkeln repräsentiert die Toleranzweite eini-

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ger Trennvorrichtungen für abgewinkelte Trennung. Die Enden der Fasern 45 und 46 werden in gegenseitigen Kontakt bewegt, wie es bei einer mechanischen Spleißung der Fall wäre. Die Fasern 45 und 46 in Fig. 6A sind in "genuteter" Anordnung gezeigt, während die Fasern in Fig. 6B in "ungenuteter" Anordnung gezeigt sind. Genutete Fasern sind für minimalen Abstand s in Längsrichtung ausgerichtet, ungenutete Fasern in irgendeiner anderen Ausrichtung angeordnet sind.

Fign. 6C und 6D zeigen gemäß der Erfindung vorbereitete gekrümmt-winklige getrennte Fasern 49 und 51 mit gekrümmt-winkligen Stirnflächen, von denen eine, die gekrümmt-winklige Stirnfläche 52, einen Winkel von 5° und die andere, die gekrümmt-winklige Stirnfläche 53, einen Winkel von 9° aufweist. Die in Fig. 6C gezeigten Fasern 49 und 51 sind in genuteter Anordnung gezeigt, während die in Fig. 6D gezeigten Fasern in ungenuteter Anordnung gezeigt sind. Wie in Fign. 6A-6D am besten ersichtlich ist, ist die Trennung s am Kern der optischen Fasern (vgl. auch Fig. 13C) bei gekrümmt-winkligen Stirnflächen (Fign. 6C und D) geringer als bei eben abgewinkelten Stirnflächen {Fign. 6A und 6B), wodurch der Einführungsverlust verringert wird und ein beträchtlicher Vorteil beim mechanischen Spleißen erzielt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die zum gekrümmt-winkligen Trennen optischer Fasern vorgesehene Vorrichtung zum Trennen von optischem Faserband, einschließlich der derzeit auf dem Markt erhältlichen Zwölf-Faser-Bänder, besser geeignet ist als die bekannten Vorrichtungen. Obwohl das (oben im Zusammenhang mit Fig. 14A diskutierte) US-Patent 5 123 581 für

sich die Fähigkeit zum Trennen von Band beansprucht, wäre dies in der Praxis aus zwei Gründen sehr schwierig. Erstens müssen die Toleranzen sehr eng sein, um zu gewährleisten, daß der Amboß 19 und das Ritzrad 21 in korrekten Kontakt mit sämtliche zwölf Fasern gelangen, und zweitens nimmt nach den Trennen einer jeden vorhergehenden Faser in dem Band die auf die ungetrennten Fasern einwirkende Zuglast zu. Anders ausgedrückt, wäre es schwierig, sämtliche zwölf Fasern des Bandes den gleichen Kräften auszusetzen. Die Erfindung hingegen ermöglicht ein abgewinkeltes Trennen optischer Fasern mit sehr konsistenten Ergebnissen.

Es ist ein weiterer Vorteil der zum gekrümmt-winkligen Trennen optischer Fasern vorgesehenen Vorrichtung, daß diese - durch Umrüsten - auch mittels einer marktgängigen, weitverbreiteten Trennvorrichtung angewandt werden kann. Diese bereits existierende Trennvorrichtung {die Trennvorrichtung der Serie CT-OX von Fujikura), die in Fign. 15A-F gezeigt ist, ist Gegenstand des US-Patentes 5 024 363, dessen Inhalt hiermit durch Verweis in die vorliegende Anmeldung einbezogen ist.

Die Erfindung umfaßt ferner einen Umrüstungs-Kit, mittels dessen eine Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung der Serie CT-OX von Fujikura schnell, leicht und kostengünstig derart umgerüstet werden kann, daß sie gekrümmtwinklige Trennflächen anstelle rechtwinkliger Trennflächen erzeugt, so daß sich die erste bekannte für winkliges Trennen optischer Fasern ausgelegte Vorrichtung ergibt, die auch zum Trennen von Lichtleiterfaserband in der Lage ist.

Fign. 7, 8 und 9A-D zeigen den Umrüstungs-Kit. Wie aus Fign. 6 und 7 ersichtlich ist, können Trennvorrichtungen der Serie CT-OX von Fujikura von Trennvorrichtungen für rechtwinkliges Trennen in Trennvorrichtungen für gekrümmt-winkligen Trennen umgerüstet werden, indem der Trenn-Hammer und ein Paar von Klemmbacken ersetzt werden. Aufgrund ihrer Ausgestaltung und ihrer Positionierung erzeugen die neuen Komponenten die für gekrümmtwinkliges Trennen erforderliche Spannungen gemäß Fign. 2A-C und 4A-C. Wie in Fign. 7 und 8 gezeigt, wird der existierende Fujikura-Trenn-Hammer 28 entfernt und durch den Trenn-Hammer 38 ersetzt. Der Trenn-Hammer 38 wird durch eine Befestigungsschraube und eine Unterlegscheibe 54 in Position gehalten und durch Festziehen von Stellschrauben 5 6 verriegelt. Wie bereits erwähnt, erzeugt der Trenn-Hammer 38 gemäß der Erfindung eine im wesentlichen konzentrierte Biegekraft F_A anstelle der von dem existierenden Fujikura-Trenn-Hammer 28 ausgeübten verteilten Kraft. Ferner übt der Trenn-Hammer 38 die Biegekraft F_A an einer präzisen Position aus, wie bereits anhand von Fign. 2A-C, 3A-C und 4A-C erläutert wurde.

Anschließend werden, wie Fig. 8 zeigt, die Lichtleiterfaser-Klemmbacken 24 von Fujikura entfernt und durch die Lichtleiterfaser-Klemmbacken 34 gemäß der Erfindung ersetzt. Die Klemmbacken 34 sind verbreitert, um den korrekten Abstand d₃ zwischen den Klemmbacken 34 und 36 (vgl. auch Fign. 2A und 4A) zu erzeugen. Der Abstand d₃ zwischen den Klemmbacken 34 und 36 ist geringer als der Abstand d₂ zwischen den Klemmbacken 24 und 26 (vgl. auch Fig. 14B). Wie bereits erläutert, werden durch Plazieren der Klemmbacken in engere Nähe zueinander bei einer gegebenen Hammerkraft F_A die Zug- und Biegespannungen

verringert, die Scherspannung jedoch nicht verändert. Durch das Versetzen der Klemmbacken 34 werden diese zudem näher an der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 und dem Trenn-Hammer 38 plaziert (vgl. auch Fign. 2A und 4A), und, wie ebenfalls erläutert, wird, indem der Trenn-Hammer 38 und die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 näher an den Klemmbacken 34 plaziert werden, an der Sollbruchstelle 43 eine höhere Spannung erzeugt.

Bei einem Ausführungsbeispiel des Umrüstungs-Kits übt der Trenn-Hammer eine konzentrierte Kraft F_A in einem Abstand von 0,75 mm von der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung 41 aus. Somit ist d₄ = 4,75 mm und d₅ = 0,75 mm (siehe auch Fign. 2B, 2C, 4B und 4C). Ferner sind die Klemmbacken 34 um 1,5 mm relativ zu den existierenden Klemmbacken 24 versetzt. Bei der existierenden Trennvorrichtung von Fujikura gemäß Fig. 15B beträgt der Abstand d₂ zwischen den Klemmbacken 24 und 2 6 11 mm. Somit beträgt, wenn die Trennvorrichtung mit verschobenen Klemmbacken 34 umgerüstet ist, der Abstand d₃ (vgl. Fign. 2A und 4A) 9,5 mm. Bei diesen Modifikationen wurde festgestellt, daß 98% der getrennten Fasern eine gekrümmte Trennfläche mit einem größer als 3,0° bemessenen Winkel C₂ aufwiesen (siehe Fig. 5A). Wenn ein Ritz-Abgleichungs-Fett verwendet wird, können mit einem Winkel von 3,0° Spleißungen mit einer Rückstrahlung erzeugt werden, die bei einem Temperaturbereich von -40° bis +85⁰C besser als -50 dB ist.

Auch mit anderen Ausführungsbeispielen des Umrüstungs-Kits können gute Trennflächen-Winkel erzeugt werden. Diese anderen Ausführungsbeispiele sind gekennzeichnet

durch bestimmte Positionen des Trenn-Hammers, der Klemmbacken und der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung. Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der mittlere Trennflächen-Winkel vergrößert werden, und die Notwendigkeit, die existierenden Klemmbacken 24 durch Klemmbacken 34 zu ersetzen, entfällt. Mittels des Umrüstungs-Kits kann dies erreicht werden, indem das Ritzrad 29 um einen Abstand von 0,85 mm zu den existierenden Klemmbacken 24 hin versetzt wird. Zu diesem Zweck wird eine Ausgleichsscheibe mit einer Dicke von 0,85 mm links von dem Ritzrad 29 zwischen dem Rad und der Wagen-Positionierungswand angeordnet. Innerhalb der Wagenvorrichtung ist eine Stellschraube angeordnet, die zur Plazierung der Ausgleichsscheibe gelockert und dann wieder angezogen werden kann. Ferner werden die existierenden Klemmbacken 24 um eine Strecke von 0,40 mm zu den Klemmbacken 26 hin versetzt. Dies geschieht in ähnlicher Weise wie soeben beschrieben, indem Ausgleichsstücke mit einer Dicke von 0,40 mm zwischen die Klemmbacken und ihre jeweiligen Positionierungswände plaziert werden. Zunächst wird die untere Klemmbacke durch Abnehmen ihrer Befestigungsschrauben entfernt und dann unter Verwendung der gleichen Schrauben erneut montiert, wobei jedoch die Ausgleichsscheibe zwischen der Klemmbacke und der Positionierungswand plaziert wird. Der gleiche Vorgang wird für die obere Klemmbacke durchgeführt, jedoch mit der Ausnahme, daß neue Schrauben erforderlich sind, um die Klemmbacke um 0,40 mm zu versetzen. Zudem wird der für verteilte Trennkraft ausgebildete Trenn-Hammer 28 durch einen für im wesentlichen konzentrierte Trennkraft ausgebildeten Trenn-Hammer 38 ersetzt, um eine konzentrierte Kraft F_A in einem Abstand von 1,0 mm von der neuen Position des Ritzrades 29 auszuüben, so daß das Rad 29

zwischen dem Trenn-Hammer 38 und den versetzten Klemmbacken 24 angeordnet ist. Bei diesen Änderungen ergibt sich d₃ = 10,6 mm, d₄ = 5,35 mm und d₅ = 1,0 mm. Es wurde festgestellt, daß aufgrund dieser Änderungen bei 98% der getrennten Fasern die gekrümmte Trennfläche einen Winkel C₂ von mehr als 3,5° aufwies.

Bei dem hier beschriebenen Beispiel eines Umrüstungs-Kits handelte es sich um einen Umrüstungs-Kit zur Erzeugung von gekrümmt-winkligen Trennflächen, mit dem die Benutzer existierender Fujikura-Trennvorrichtungen in die Lage versetzt werden sollten, ihre Trennvorrichtungen ohne besondere Werkzeuge oder Fertigkeiten umzurüsten. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen keine Einschränkung ähnlicher Ausführungsbeispiele dar. Ferner kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum gekrümmt-winkligen Trennen auch verwendet werden, um Umrüstungs-Kits für ähnliche Trennvorrichtungen für optische Fasern zu schaffen, etwa Trennvorrichtungen von Sumitomo Electric Fiber Optics Corporation oder The Furakawa Electric Co., Ltd.

Die Erfindung kann ferner eine neuartige Trennvorrichtung umfassen, ohne daß eine bereits existierende Trennvorrichtung umgerüstet zu werden braucht. Dadurch könnten vorteilhafterweise die Leistung der Trennvorrichtung erhöht und ihre vorteilhaften Merkmale besser zur Anwendung kommen, ohne den praktischen Einschränkungen eines vor Ort konvertierbaren Umrüstungs-Kits zu unterliegen. Jedoch können viele Merkmale der Erfindung auch mittels eines Umrüstungs-Kits realisiert werden, der gegenüber den beschriebenen Umrüstungs-Kits technisch wesentlich verfeinert ist.

Eine wünschenswerte Eigenschaft der Trennvorrichtung ist die Problemlosigkeit des Umschaltens zwischen Trennen mit rechtem Winkel und Trennen mit gekrümmtem Winkel. Dies wird erreicht, indem der Trenn-Hammer, die Klemmbacken und die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung an Positionen angeordnet werden, die zwecks rechtwinkliger bzw. gekrümmt-winkliger Trennung schnell geändert werden können. Zur Durchführung gekrümmt-winkliger Trennung übt der Trenn-Hammer eine konzentrierte Last an einer Position aus, die gemäß Fign. 1, 2A-C, 3A-D und 4A-C von der mittels der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung erzeugten Sollbruchstelle entfernt ist. Zur Durchführung rechtwinkliger Trennung wird der Trenn-Hammer derart eingestellt, daß er eine verteilte Last ausübt, die gemäß Fign. 15A-F über der Sollbruchstelle zentriert ist.

Eine Möglichkeit zur Schaffung der Einstellbarkeit des Trenn-Hammers besteht in der Verwendung eins Drehhammers gemäß Fign. 9A-D. Der Drehhammer 57 ist durch einen Drehstift 58, der durch eine Feder 59 vorgespannt ist, an einem Schwenkarm 40 befestigt. Bei Betrieb wird gemäß Fig. 9B drückt der abwärtsgedrückte Stift 58 die Feder 5 9 zusammen und gestattet eine Drehbewegung des Drehhammers 57 zwischen der zum gekrümmt-winkligen Trennen vorgesehenen Hammerposition gemäß Fig. 9C und der zum rechtwinkligen Trennen vorgesehenen Hammerposition gemäß Fig. 9D.

Zusätzlich zu dem drehbaren Trenn-Hammer können auch die Klemmbacken und/oder die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung einstellbar sein. In diesem Fall wird zum rechtwinkligen Trennen die Sollbruchstellen-Erzeugungs-

Vorrichtung zwischen den Klemmbacken zentriert und zum abgewinkelten Trennen der Trenn-Hammer außerzentrisch angeordnet, z.B. durch Drehen des als Drehhammer ausgebildeten Trenn-Hammers gemäß Fign. 9A-D. Die Klemmbacken sind um einen festen Abstand von ungefähr 10 mm voneinander angeordnet. Zum gekrümmt-winkligen Trennen wird die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung um ungefähr 2,5 mm außerzentrisch versetzt, wobei die Hammerkraft 1,0 mm von der mittels der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung erzeugten Sollbruchstelle ausgeübt wird. Die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung kann in jeder beliebigen Weise einstellbar gemacht werden, einschließlich z.B. der Verwendung eines in oder außer Eingriff bringbaren Abstandsstückes, oder durch einen für die Sollbruchstellen-Er&zgr;eugungsvorrichtung vorgesehenen Wagen. In diesem Ausführungsbeispiel existierten bei Einstellung der Trennvorrichtung zwecks gekrümmt-winkligem Trennen die folgenden Bemessungen: d₃ = 10,0 mm, d₄ = 6,5 mm und d₅ = 1,0 mm. An diesem Ausführungsbeispiel vorgenommene Tests haben gezeigt, daß in der Betriebsart zum gekrümmt-winkligen Trennen 95% der Trennflächen-Winkel C₂ größer als 4,5° sind. Bei Verwendung eines Ritz-Abgleichungs-Fetts können mit einem Winkel von 4° Spleißungen mit einer Rückstrahlung erzeugt werden, die bei einem Temperaturbereich von -40° bis +85⁰C besser als -60 dB ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind nur der Trenn-Hammer und die Klemmbacken einstellbar. Diese Vorkehrung gleicht vom Konzept her dem Umrüstungs-Kit gemäß der Erfindung, jedoch mit Ausnahme der Merkmale, daß zur Erzeugung größerer Trennflächen-Winkel die Klemmbacken weiter versetzt werden, und daß die

Klemmbacken und der Trenn-Hammer derart ausgebildet sind, daß ein problemloses Umschalten zwischen rechtwinkliger und gekrümmt-winkliger Trennung möglich ist.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zum rechtwinkligen Trennen die Klemmbacken um 11 mm (Abstand d₃) voneinander beabstandet, wobei zum gekrümmt-winkligen Trennen ein Paar der Klemmbacken um 3,0 mm versetzt werden kann (was in einem Abstand d₃ von 8 mm resultiert). Zum rechtwinkligen Trennen ist die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung gemäß Fign. 15A-F zwischen den Klemmbacken zentriert, und zum abgewinkelten Trennen wird durch Versetzen der Klemmbacken um 3,0 mm die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung um 1,5 mm aus der zentrierten Position heraus bewegt, wie in Fign. 2A-C und 7A-C gezeigt ist. Beim rechtwinkligen Trennen erzeugt der Trenn-Hammer eine über der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung zentrierte verteilte Last, wie es bei der Fujikura-Trennvorrichtung gemäß Fign. 15A-F der Fall ist. Für ein abgewinkeltes Trennen ist der Trenn-Hammer einstellbar (z.B. in der in Fign. 9A-D gezeigten Weise), so daß eine im wesentlichen konzentrierte Trennhammer-Kraft 0,75 mm von der mittels der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung erzeugten Sollbruchstelle entfernt ausgeübt wird. Die Einstellbarkeit der Klemmbacken kann in jeder beliebigen geeigneten Weise erzielt werden, z.B. durch gleitende Führung der Klemmbacken in einer Spur oder mittels ein- und ausrückbarer Abstandsstücke. In diesem Ausführungsbeispiel existieren bei Einstellung für gekrümmt-winkliges Trennen die folgenden Bemessungen: d₃ = 8,0 mm, d₄ = 4,75 mm und d₅ = 0,75 mm.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Zwischenraum zwischen den Klemmbacken 8 mm für abgewinkeltes Trennen und 11 mm für rechtwinkliges Trennen. Im Gegensatz zu diesen Werten betragen bei der für abgewinkeltes Trennen umgerüsteten bevorzugten Ausführungsform der Trennvorrichtung von Fujikura die Klemmbacken-Abstände 9,5 mm und 11 mm. Der Abstand von 9,5 mm bewirkt kleinere Winkel, ist jedoch aufgrund des bei der Fujikura-Trennungsvorrichtung zur Erzeugung der korrekten Sollbruchstellen-Tiefe angewandten Verfahrens erforderlich.

Zur Erzeugung der korrekten Sollbruchstellen-Tiefe wird bei der Fujikura-Trennvorrichtung (Fign. 15A und 15B) ein Ritzrad 29 verwendet, das in einer bestimmten Höhe über der optischen Faser 11 plaziert ist. Während das Rad 29 unter der Faser 11 durchläuft, biegt das Rad die Faser und erzeugt dabei eine Biegekraft, die das Rad 29 in die Faser 11 drückt, wodurch eine Sollbruchstelle 31 erzeugt wird. Je enger der Abstand zwischen den Klemmbacken bei einer gegebenen Ritzrad-Höhe bemessen ist, desto steifer wird die Faser 11 und desto tiefer wird die Sollbruchstelle 31 ausgebildet. Somit verändert sich die Tiefe der Sollbruchstelle 31, wenn sich der Abstand zwischen den Klemmbacken ändert. Bei der umgerüsteten Fujikura-Trennvorrichtung für abgewinkeltes Trennen sind die Abmessungen der Sollbruchstelle bei einem gegenseitigen Abstand der Klemmbacken von 9,5 m größer als bei einem Abstand von 11 mm, liegen dabei jedoch noch innerhalb des Zulassigkeitsbereiches. Bei dem vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung jedoch können durch die Änderung des gegenseitigen Abstandes der Klemmbacken, die um 8 mm bzw. 11 mm ge-

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trennt sind, die Abmessungen der Sollbruchstelle um einen großen Betrag verändert werden. Deshalb werden gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung die Abmessungen der Sollbruchstelle nicht durch Steuern der Höhe der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung gebildet. Statt dessen wird die Andrückkraft der Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung gegen die Faser durch eine gewicht- oder federbelastete Einrichtung erzeugt, die auf die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung einwirkt. Auf diese Weise erhält man unabhängig vom gegenseitigen Abstand der Klemmbacken gleichförmige Sollbruchstellen-Abmessungen. Die Kraft kann einstellbar sein, so daß auch spezielle Fasern - z.B. eine mit Titanium ausgekleidete Faser, die eine größere Ritzkraft erfordert -getrennt werden können.

Ein weiterer Vorteil der Lichtleiterfaser-Trennvorrichtung liegt in der besseren Eignung der Vorrichtung zur Erzeugung einer genuteten Spleißung. Bei einer genuteten Spleißung wird eine Faser oder ein Band eines Arrays von Fasern von oben nach unten gedreht plaziert, so daß die Winkel einander in derjenigen Orientierung gegenüberliegen, bei der die geringstmögliche Versetzung in Längsrichtung besteht. Zur besseren Handhabung kann die Trennvorrichtung mit dem Mehrf aserspleißungs-Faserhalter von 3M in normaler oder Überkopf-Ausrichtung bestückt werden. In gleicher Weise sind für die Trennvorrichtung auch Bandhalteeinrichtungen von Fujikura, Sumitomo und Furakawa in normaler oder Überkopf-Ausrichtung verwendbar. Existierende Trennvorrichtungen lassen dies nicht zu, wodurch ein genutetes Spleißen schwieriger wird.

Fign. 1OA und B, HA und B und 12A und B zeigen vergrößerte Photographien tatsächlicher gemäß der Erfindung getrennter optischer Fasern. Jedes Paar von Photographien zeigt Seitenansichten und eine Draufsicht auf gekrümmt-winklig getrennte optische Fasern, die in ähnlicher Weise wie in Fign. 5A und 5B ausgerichtet sind.

Fign. 1OA und 1OB zeigen jeweils lOOfache Vergrößerungen gekrümmt-winklig getrennte optische Fasern mit einer Bemessung (Durchmesser) von 125 &mgr;&idiagr;&eegr;, die durch eine Trennvorrichtung mit den Bemessungen d₃ = 9,75 mm, d₄ = 4,7 5 mm und d₅ = 0,75 mm (vgl. auch Fign. 2A-C und 4A-C) getrennt wurden. Die gemessenen Trennungseinleitungswinkel lagen zwischen 0,5° und 1°, und der gemessene Trennflächen-Winkel am Kern der optischen Faser lag zwischen 4" und 5°. Ferner wiesen die Fasern eine Abroll-Bemessung von ungefähr 20 &mgr;&igr;&agr; (16% des Durchmessers der optischen Faser) auf.

Fign. HA und HB zeigen Seitenansichten und eine Draufsicht einer weiteren gemäß der Erfindung getrennten optischen Faser. Fig. 1OA zeigt eine lOOfache Vergrößerung, und Fig. HB zeigt eine 50fache Vergrößerung. Die zur Erzeugung der getrennten Fasern gemäß Fign. HA und B verwendeten Trennflächen-Abmessungen betrugen d₃ = 9,75 mm, d₄ = 7,5 mm und d₅ = 0,75 mm. Die gemessenen Trennungseinleitungswinkel betrugen ungefähr 2 °, und der gemessene Trennflächen-Winkel am Kern der optischen Faser betrug ungefähr 8°. Die Abroll-Bemessungen variierten zwischen 40 &mgr;&idiagr;&eegr; und 75 &mgr;&idiagr;&eegr; (32%-60% des Durchmessers der optischen Faser).

Fign. 12A und 12B zeigen Seitenansichten und eine Draufsicht von optischen Fasern (lOOfach vergrößert), die mittels einer Trennvorrichtung mit den folgenden Abmessungen getrennt wurden: d₃ = 9,75 mm, d₄ = 8,25 mm und d₅ = 0,75 mm. Der gemessene Trennflächen-Winkel am Kern der optischen Faser lag zwischen 8° und 9°, wobei diese Werte mit den Trennflächen-Winkeln gemäß Fign. 11A und HB vergleichbar sind. Die Abroll-Bemessungen betrugen jedoch in der Länge ungefähr 190 &mgr;&idiagr;&eegr; (152% des Durchmessers der optischen Faser) und würden deshalb minderwertige Spleißungen verursachen.

Somit werden die gekrümmt-winklig getrennten optischen Fasern gemäß Fign. 1OA und 1OB und HA und HB bevorzugt, während die Fasern gemäß Fign. 12A und 12B aufgrund ihrer extremen Abrol!-Bemessung weniger vorteilhaft sind.

Claims

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Trennen optischer Fasern, mit

einem ersten und einem zweiten Paar von Klemmbacken (34,36) für optische Fasern (11), die durch einen ersten Abstand (d₃) voneinander getrennt sind,

einer Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung (41) zum Erzeugen einer Sollbruchstelle (43) in einer von den Klemmbacken (34,36) klemmend gehaltenen optischen Faser (11), und

einer Kraftausübungsvorrichtung (38;57), die in einem zweiten Abstand (d₄) von dem ersten Paar von Klemmbacken (36) eine Trennkraft (F_A) auf die optische Faser (11) ausüben kann, wobei die Sollbruchstellen-Erzeugungsvorrichtung (41) zwischen der Kraftausübungsvorrichtung (38;57) und dem zweiten Paar von Klemmbacken (34) für optische Fasern (11) in einem dritten Abstand (d₅) von der Kraftausübungsvorrichtung (38;57) angeordnet ist,

wobei der erste Abstand (d₃) größer als der zweite Abstand (d₄) ist und der zweite Abstand (d₄) größer als der dritte Abstand (d₅) ist, und der erste, der zweite und der dritte Abstand (d₃,d₄,d₅) derart gewählt sind, daß die optische Faser (11) mit einer gekrümmt-winkligen Trennfläche (44;52,53) versehen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Abstand (d₃) im Bereich von 6 mm bis 12 mm liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Abstand (d₄) im Bereich von 3 mm bis 10 mm liegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Abstand (d₅) im Bereich von 0,5 mm bis 2 mm liegt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftausübungsvorrichtung (38;57) zum Aufbringen einer im wesentlichen konzentrierten, punktuellen Kraft vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftausübungsvorrichtung (38;57) ein geformter Hammer ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das erste oder das zweite Paar von Klemmbacken (34,36) für optische Fasern (11) derart bewegbar ist, daß der erste Abstand (d₃) zum Durchführen entweder einer gekrümmtwinkligen Trennung oder einer rechtwinkligen Trennung der optischen Faser (11) einstellbar ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Hammer als Doppel-Hammervorrichtung (57) ausgebildet ist, die eine erste Hammerstruktur mit einer derartigen Form, daß zum gekrümmt-winkIige&eegr; Trennen der optischen Faser (11) eine von der Sollbruchstelle (43) versetzte, im wesentlichen konzentrierte Kraft (F_A) auf die optische Faser (11) ausgeübt wird, und eine zweite Hammerstruktur mit einer derartigen Form aufweist, daß zum rechtwinkligen Trennen der optischen Faser (11) eine um die Sollbruchstelle (43) zentrierte verteilte Kraft (F_A) auf die optische Faser (11) ausgeübt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppel-Hammervorrichtung (57) derart zwischen einer ersten und einer zweiten Position drehbar ist, daß entweder die erste Hammerstruktur oder die zweite Hammerstruktur in eine zur Ausübung der Kraft (F_A) auf die optische Faser (11) vorgesehene Position bewegt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß an der Doppel-Hammervorrichtung (57) ein Stift (58) angeordnet ist und eine mit der Doppel-Hammervorrichtung (57) zusammenwirkende Feder (59) die Doppel-Hammervorrichtung (57) in eine erste oder eine zweite nichtdrehende Betriebsposition vorspannt, wobei durch Kompression der Feder (59) die drehbare Doppel-Hammervorrichtung (57) um den Stift

(58) zwischen der ersten und der zweiten nichtdrehenden Betriebsposition gedreht wird.