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Dokumentenidentifikation DE10021032C2 08.08.2002
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Bearbeitung der Stirnfläche eines länglichen polymeren Körpers
Anmelder Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80636 München, DE
Erfinder Ankele, Alexander, Dipl.-Ing., 70197 Stuttgart, DE;
Krieger, Jochen, Dipl.-Ing., 70563 Stuttgart, DE
Vertreter Gagel, R., Dipl.-Phys.Univ. Dr.rer.nat., Pat.-Anw., 81241 München
DE-Anmeldedatum 02.05.2000
DE-Aktenzeichen 10021032
Offenlegungstag 15.11.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 08.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.08.2002
IPC-Hauptklasse B29C 59/00
IPC-Nebenklasse B29C 71/00   G02B 6/00   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bearbeitung der Stirnfläche eines länglichen polymeren Körpers, bei dem die Stirnfläche kurzzeitig bis oberhalb der Schmelztemperatur thermisch aufgeheizt und eine glatte Oberfläche eines Formgebungskörpers auf die Stirnfläche aufgedrückt wird, um eine hohe Oberflächenqualität der Stirnfläche zu erreichen.

Das Hauptanwendungsgebiet des Verfahrens und der zugehörigen Vorrichtung umfasst die Konfektionierung von Lichtwellenleitern aus transparenten Polymeren, die in der Signal- und Lichtübertragungstechnik zum Transport der informationstragenden Lichtwelle eingesetzt werden. Derartige Lichtwellenleiter bestehen beispielsweise aus Polymetamethylacrylat, Polycarbonat oder Polystrol. Diese Lichtwellenleiter werden in vielen Bereichen in konfektionierter Form benötigt, das heißt in definierten Längen mit einem entsprechenden als Steckverbinder ausgestaltetem Endstück. Als Beispielbranchen können hierbei die Automobil- und die Telekommunikationsindustrie oder der Maschinen- und Anlagenbau genannt werden.

Beim Einsatz dieser Lichtwellenleiter werden die Lichtwellen an den Stirnflächen der Lichtwellenleiter ein- bzw. ausgekoppelt und breiten sich innerhalb der Lichtwellenleiter durch Totalreflexion an der Mantelfläche aus. Die Oberflächenqualität der Stirnfläche der Lichtwellenleiter hat einen wesentlichen Einfluss auf die maximal ein- bzw. auskoppelbare Lichtleistung und somit auf die Übertragungseffizienz des Gesamtsystems. Aus dem Stand der Technik sind daher zahlreiche Verfahren bekannt, mit denen die Oberflächenqualität der Stirnflächen von Lichtwellenleitern bei der Konfektionierung verbessert werden kann.

Stand der Technik

Die derzeit bekannten Verfahren zur Bearbeitung der Stirnflächen von polymeren Lichtwellenleitern sind allgemein durch einen geringen Automatisierungsgrad und technisch aufwendige bzw. Zeit- und kostenintensive Bearbeitungsverfahren zur Herstellung hoher Oberflächenqualitäten gekennzeichnet. Hierbei werden schneidende, spanende und thermische Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenqualität eingesetzt.

Sind nur geringe Oberflächenqualitäten der Stirnflächen erforderlich, so werden die polymeren Lichtwellenleiter mit einer mechanischen Schneide einfach und schnell abgeschnitten. Die hierdurch erreichbare Oberflächenqualität genügt jedoch den Anforderungen für die überwiegende Anzahl von Anwendungsgebieten nicht. Bei steigenden mechanischen und/oder thermischen Anforderungen an die Lichtwellenleiter kommen zur Bearbeitung der Stirnflächen spanende Verfahren wie Schleifen und evtl. Polieren zum Einsatz. Mit diesen Verfahren lassen sich sehr gute Oberflächenqualitäten erzielen. Allerdings ist der Bearbeitungsprozess aufwendig und sehr zeitintensiv, da die Bearbeitung in der Regel mehrstufig durchgeführt werden muss. Desweiteren müssen die Lichtwellenleiter bei der Anwendung spanender Bearbeitungsverfahren mit hochwertigen Steckverbindern aus Metall versehen werden, die wiederum hohe Kosten verursachen.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Bearbeitung der Stirnflächen von Lichtwellenleitern ist das sogenannten Hot-Plate-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird die Stirnfläche des Lichtwellenleiters mit dem Steckverbinder auf eine heiße, sehr glatte Metallplatte aufgedrückt. Die Temperatur der Metallplatte liegt hierbei etwas höher als die Erweichungs- oder Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials des Lichtwellenleiters, so dass der Lichtwellenleiter an der Stirnfläche angeschmolzen und durch das Aufdrücken der Metallplatte eine glatte, sehr saubere Oberfläche erzeugt wird. Zur Aufnahme des geschmolzenen, verdrängten Materials ist eine spezielle Konstruktion des Steckverbinders mit einer konischen Phase an der Stirnfläche erforderlich, in die der überschüssige Kunststoff eingedrückt wird. Es lassen sich bei dieser Technik jedoch besonders kostengünstige, spritzgegossene Steckverbinder einsetzen. Ein Nachteil des Hot-Plate-Verfahrens besteht jedoch darin, dass für jede Stirnfläche eine Bearbeitungszeit von etwa 4 Sekunden erforderlich ist. Aus diesem Grund ist das Verfahren für eine Automatisierung und somit für eine industrielle Massenproduktion konfektionierter Lichtwellenleiter aus Zeit- und den daraus resultierenden Kostengründen nicht geeignet. Ein weiteres Problem beim Einsatz des Hot-Plate-Verfahrens besteht in der nicht exakt kontrollierbaren Temperaturverteilung über die erhitzte Fläche der Metallplatte, die zu ungleichmäßigen Ergebnissen bei der Oberflächenbearbeitung führen kann.

Ein Überblick über die obigen Verfahren lässt sich dem Buch von A. Weinert; Kunststofflichtwellenleiter: Grundlagen, Komponenten, Installation; Hrsg. Siemens AG; Publicis-MCD-Verlag 1998; Kapitel 10, Seiten 109- 116 entnehmen.

Als weiteres thermisches Verfahren zur Verbesserung der Oberflächenqualität wird derzeit die Stirnflächenbearbeitung mit Laserquellen unter Laborbedingungen erprobt, bei dem die Lichtwellenleiter durch Einwirkung des Laserstrahle abgeschnitten werden. Marktfähige Vorrichtungen unter Einsatz dieses Verfahrens sind jedoch bisher nicht bekannt. Bei dieser Technik wirken sich insbesondere die hohen Kosten für den Laser sowie die Einhaltung der Laserschutzbedingungen nachteilig aus, die einem Einsatz des Verfahrens im Feld erschweren.

Die US 4,510,005 beschreibt ein Verfahren zur Bearbeitung der Stirnfläche eines Lichtwellenleiters, bei dem die Stirnfläche kurzzeitig bis oberhalb der Erweichungstemperatur oder Schmelztemperatur thermisch aufgeheizt und eine glatte Oberfläche eines Formgebungskörpers auf die Stirnfläche aufgedrückt wird. Die thermische Aufheizung der Stirnfläche erfolgt bei diesem Verfahren durch Einwirken eines fokussierten Laserstrahls, dessen Wellenlänge auf das Material des zu schmelzenden Körpers abgestimmt ist.

Auch bei diesem Verfahren wirken sich insbesondere die hohen Kosten für den Laser sowie die notwendige Einhaltung der Laserschutzbedingungen nachteilig aus und erschweren insbesondere einen Einsatz des Verfahrens im Feld. Weiterhin erfordert dieses Verfahren die Auswahl eines Lasers geeigneter Wellenlänge, für die das Fasermaterial eine ausreichende Absorption aufweist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit denen die Stirnflächen länglicher polymerer Körper, insbesondere polymerer Lichtwellenleiter, schnell, kostengünstig und mit sehr hoher Oberflächenqualität bearbeitet werden können. Das Verfahren und die Vorrichtung sollen insbesondere einerseits für die Integration in vollautomatisierte Konfektioniersysteme und andererseits als teilautomatisiertes System für den Feldeinsatz geeignet sein.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren und der Vorrichtung gemäß den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stirnfläche des länglichen polymeren Körpers kurzzeitig bis oberhalb der Erweichungstemperatur oder der Schmelztemperatur des Polymermaterials durch fokussierte Strahlung einer Glühlampe hoher Lichtausbeute thermisch aufgeheizt und durch Andrücken einer glatten Oberfläche eines Formgebungskörpers geglättet. Hierbei ist es selbstverständlich unerheblich, ob die Stirnfläche gegen den Formgebungskörper oder der Formgebungskörper gegen die Stirnfläche bewegt wird. Nach dem Abkühlen weist die auf diese Weise bearbeitete Stirnfläche eine sehr hohe Oberflächenqualität auf.

Als Glühlampe hoher Lichtausbeute wird vorzugsweise eine, beispielsweise kommerziell erhältliche, Halogenlampe eingesetzt. Das Verfahren lässt sich jedoch auch mit anderen Glühlampen hoher Lichtausbeute, wie beispielsweise Xenonlampen o. ä., durchführen. Die Lichtausbeute muss hierbei ausreichend sein, um im Fokus innerhalb weniger Sekunden die Aufheizung der Stirnfläche auf die erforderlichen Temperaturen zu ermöglichen.

Die erzielbare Oberflächenqualität der Stirnfläche ist auch von der Oberflächenqualität des eingesetzten Formgebungskörpers abhängig, der daher vorzugsweise eine hochpolierte glatte Oberfläche aufweisen sollte.

Das Verfahren und die zugehörige Vorrichtung ermöglichen die Bearbeitung der Stirnfläche von länglichen polymeren Körpern, wie beispielsweise Rund- oder Mehrkantstäben, zur Erzielung einer hohen Oberflächenqualität. Diese Oberflächenqualität genügt den Anforderungen hinsichtlich der Rauhtiefe, Winkeltreue, usw., wie sie in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten oder Einsatzfeldern benötigt werden. Das Verfahren sowie die Vorrichtung sind insbesondere für die Bearbeitung der Stirnflächen von flexiblen polymeren Lichtwellenleiterfasern geeignet.

Der Einsatz von Glühlampenlicht und insbesondere von Halogenlicht erlaubt in vorteilhafter Weise eine exakte Fokussierung und Dosierung der Schmelzhitze auf die zu bearbeitende Stirnfläche. Die Schmelzhitze und auch der Heizzyklus sind durch den Einsatz einer Glühlampe sehr einfach einstell- und regelbar. Die Regelung bzw. Einstellung erfolgt hierbei in einfacher Weise durch Regelung des Heizstroms der Glühlampe. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Prozesskontrolle, wodurch eine aufwendige nachfolgende 100%- Qualitätsprüfung entfallen und der Ausschuss durch gezielte Regelung der Prozessparameter reduziert werden kann. Der Einsatz von Halogenlicht zur Aufheizung der Stirnfläche ermöglicht die Durchführung des Verfahrens in sehr kurzen Bearbeitungszyklen von ca. 1 s. Das Verfahren ist daher im Gegensatz zu dem bekannten Hot- Plate-Verfahren für die industrielle Massenproduktion geeignet. Bei Einbringung der Stirnfläche in den Fokus der Lichtstrahlung wird zudem eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über der Stirnfläche erreicht, deren Temperaturniveau über die Heizleistung der Lampe exakt eingestellt werden kann.

Im Folgenden wird jeweils beispielhaft auf den Einsatz einer Halogenlampe Bezug genommen. Selbstverständlich gelten die gleichen Ausführungen jedoch auch für den Einsatz anderer Glühlampen hoher Lichtausbeute.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird als Formgebungskörper eine für die Strahlung der Halogenlampe transparente Platte, vorzugsweise eine Glasplatte, eingesetzt, durch die hindurch die Strahlung der Halogenlampe fokussiert wird. Dies ermöglicht die Durchführung des Bearbeitungsvorganges mit einfachen Verschiebebewegungen. Die Stirnfläche des länglichen polymeren Körpers wird hierbei in die Fokussierebene der Strahlung der Halogenlampe gebracht und durch Zünden oder Steigerung der Leistung der Halogenlampe aufgeheizt. Alternativ kann die Strahlung der Halogenlampe auch durch Anordnung eines Shutters im Strahlengang jeweils unterbrochen oder freigegeben werden. Gleichzeitig wird die zwischen dem Fokus und der Halogenlampe angeordnete transparente Platte zur Stirnfläche hin verschoben und auf diese gepresst. Anschließend wird die Leistung der Halogenlampe reduziert oder die Halogenlampe abgeschaltet bzw. der Shutter geschlossen, die Glasplatte in ihre Ausgangsposition zurückgefahren und der längliche polymere Körper aus dem Fokus entfernt. Der längliche polymere Körper ist hierbei in einer Halterung angeordnet, die vorzugsweise gegenüber der Halogenlampe verschiebbar angeordnet ist. Das Einsetzen des länglichen polymeren Körpers in die Halterung erfolgt mit einem entsprechenden Handhabungsgerät, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Bei Anwendung des Verfahrens auf flexible polymere Lichtwellenleiter bzw. Lichtwellenleiterfasern müssen diese selbstverständlich vorher mit einem entsprechenden Steckerverbinder versehen werden, mit dem sie dann in die Halterung eingesetzt werden. Neben der Verschiebung der Halterung relativ zur Halogenlampe ist es auch möglich, die Halterung fest auf einem Träger vorzusehen und statt dessen die Halogenlampe mit der zugehörigen Fokussieroptik gegenüber der Halterung zu verschieben.

Nach Durchführung dieses Bearbeitungsvorganges für den länglichen polymeren Körper wird ein neuer Zyklus gestartet, indem ein neuer Körper in die Halterung eingesetzt wird, und die obigen Verfahrensschritte wiederholt werden. Durch die Möglichkeit der schnellen Regelung der Heizleistung der Halogenlampe lassen sich hierbei sehr kurze Heizzyklen, das heißt ein sehr hoher Durchsatz an länglichen Körpern realisieren.

Vorzugsweise wird die Leistung der Halogenlampe über deren Heizstrom derart geregelt bzw. gesteuert, dass sich die Stirnfläche innerhalb einer vorgebbaren Zeit auf eine vorgebbare Temperatur aufheizt. In gleicher Weise kann erreicht werden, dass ein vorgebbarer Temperaturverlauf in Abhängigkeit von der Zeit erreicht wird. Diese jeweiligen Prozessparameter sind vom Polymermaterial des länglichen Körpers abhängig und lassen sich vor der Durchführung des Verfahrens entweder experimentell oder rechnerisch aus den zur Verfügung stehenden Materialdaten bestimmen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist weiterhin zumindest ein Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur der Stirnfläche des länglichen polymeren Körpers während der Bearbeitung vorgesehen, dessen gemessene Temperaturwerte zur Regelung des Heizstromes der Halogenlampe eingesetzt werden.

Obwohl in der vorangehenden Beschreibung davon ausgegangen wird, dass die Stirnfläche direkt in den Fokus der Strahlung der Halogenlampe gebracht wird, ist es auch möglich, die Stirnfläche in einem geringen Abstand zum Fokus aufzuheizen, solange die erforderlichen Aufheizzeiten und Endtemperaturen in dieser Position realisiert werden können. Weiterhin sind das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung in der Anwendung nicht auf Lichtwellenleiter beschränkt. Vielmehr können auch andere längliche polymere Körper bearbeitet werden, bei denen die Oberflächenqualität der Stirnflächen erhöht werden soll. Es versteht sich von selbst, dass die geometrische Ausdehnung bzw. der Durchmesser dieser Stirnflächen für den Einsatz beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht beliebig groß sein kann, sondern in der Größenordnung des Fokusdurchmessers, d. h. in der Regel unterhalb von 10 mm, liegen muss.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht demgemäß aus einer Glühlampe hoher Lichtausbeute mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Heizstromes der Glühlampe und einer Fokussieroptik zur Fokussierung der Strahlung der Glühlampe auf einen Brennpunkt. Weiterhin ist eine Halterung für den länglichen polymeren Körper auf der der Glühlampe abgewandten Seite des Brennpunktes und eine für die Strahlung der Glühlampe transparente Platte vorgesehen, die zwischen der Glühlampe und der Halterung auf der der Glühlampe zugewandten Seite des Brennpunktes angeordnet ist. Zur Durchführung des Verfahrens müssen die Glühlampe, die Platte und die Halterung derart gegeneinander verschiebbar sein, dass die Stirnfläche eines in die Halterung eingesetzten länglichen Körpers durch einen ersten Verschiebevorgang in den Brennpunkt eingebracht und die Platte durch einen zweiten Verschiebevorgang auf die Stirnfläche gedrückt werden kann.

Diese Anforderungen lassen sich vorzugsweise durch eine Ausgestaltung lösen, bei der die Glühlampe mit der zugehörigen Fokussieroptik fest auf einem Träger montiert und die Halterung sowie die Platte jeweils über eine Verschiebeeinheit gegenüber der Glühlampe verschiebbar angeordnet sind.

Das vorliegende Verfahren und die zugehörige Vorrichtung werden nachfolgend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen nochmals näher erläutert. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine Darstellung eines Beispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in perspektivischer Ansicht; und

Fig. 2 die Darstellung der Fig. 1 stark schematisiert in Seitenansicht zur Verdeutlichung des Funktionsprinzips.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel für den Aufbau der vorliegenden Vorrichtung zur Bearbeitung der Stirnfläche eines länglichen polymeren Körpers in perspektivischer Ansicht. Die Vorrichtung besteht aus einem Träger 6, auf dem eine Halogenlampe 1 mit entsprechender Fokussieroptik fest montiert ist. Derartige Halogenlampen mit Innenreflektor sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Vor der Halogenlampe 1 ist eine Glasplatte 4 in einer Halterung angeordnet, wobei die Halterung auf dem Träger 6 verschiebbar geführt und in dieser Führung über einen entsprechenden Schrittmotorantrieb 7 angetrieben werden kann. Die Führung ermöglicht ein Verschieben der Glasplatte in Richtung der Strahlachse der Strahlung der Halogenlampe 1 auf den Brennpunkt zu. Weiterhin ist in der Figur ein Objektträger 5 als Halterung für den länglichen Körper zu erkennen. Dieser Objektträger 5 wird auf einer Linearschiene 8 in Richtung der Strahlachse verschiebbar geführt. Die Verschiebung erfolgt mit Hilfe eines Pneumatikzylinders 9, mit dem der Objektträger 5 mit dem darin fixierten länglichen Körper in den Brennpunkt gefahren werden kann.

Diese Anordnung ist in vereinfachter Darstellung nochmals in Seitenansicht in Fig. 2 zu erkennen. Hierbei sind insbesondere die Linse 2 zur Fokussierung der Strahlung 10 der Halogenlampe, der Brennpunkt 3 sowie als in den Objektträger 5 eingesetzter länglicher Körper eine Faser 11 zu erkennen. Die Verschiebevorrichtung 8, 9 bestehend aus der Linearschiene 8 und dem Pneumatikzylinder 9 sowie die bewegliche Aufnahme 12 für die Glasplatte 2 und deren durch Pfeile angedeutete Bewegungsrichtungen sind der Figur ebenfalls zu entnehmen.

Bei der Durchführung des Verfahrens zur Bearbeitung der Stirnfläche einer Lichtwellenleiterfaser 11 wird diese zunächst in einen Steckverbinder gefügt, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Hierbei steht die Faser um einige Zehntel Millimeter über die Stirnfläche des Steckverbinders über. Die so vorbereitete Komponente wird in den. Objektträger 5 eingelegt und dort mittels einer Klemmvorrichtung fixiert. Der Objektträger 5 ist auf der Linearschiene 8 aufgebracht und an dem Pneumatikzylinder 9 befestigt. Mittels einer Schnappverbindung kann der Objektträger 5 einfach und schnell ausgewechselt werden. Dies ermöglicht einen flexiblen Einsatz der Vorrichtung für verschiedene Steckverbindersysteme, die eine unterschiedliche Ausgestaltung des Objektträgers erfordern. Durch eine automatisierte Steuerung oder einen Startschalter wird nun der Stirnflächenbearbeitungsvorgang gestartet. Durch die Linse 2, die fix vor der handelsüblichen Halogenlampe 1 angebracht ist, wird das Halogenlicht auf den Brennpunkt 3 fokussiert, welcher sich bei der vorliegenden Vorrichtung in ca. 10 cm Entfernung vor der Linse 2 befindet. Der Brennpunkt hat in diesem Beispiel einen Durchmesser von ca. 1,5-2 mm. Die maximal auftretende Temperatur im Brennpunkt 3 kann sehr einfach und exakt durch den Heizstrom der Halogenlampe 1 geregelt werden. Der Objektträger 5 wird nun mittels des Pneumatikzylinders 9 in die Bearbeitungsposition gefahren, in der sich die zu bearbeitende Stirnfläche des Lichtwellenleiters 11 im Brennpunkt 3 des Halogenlichts befindet. Mit Hilfe des Schrittmotorantriebs 7 wird nun die Glasplatte 4 mit der Aufnahme 12 in Richtung der Faserstirnfläche gefahren. Parallel dazu wird die Halogenlampe 1 gezündet und die Faserstirnfläche hierdurch auf Schmelztemperatur erhitzt. Das Halogenlicht wird hierbei durch die Glasplatte 4 hindurch auf die Stirnfläche der Faser 11 fokussiert. Die Glasplatte 4 kontaktiert nun die Faserstirnfläche und drückt den angeschmolzenen Kunststoff der polymeren Faser glatt auf den Steckverbinder. Die hierdurch erzeugte Oberflächenqualität ist von hoher Güte. Nach ca. 1 sec. wird die Halogenlampe 1 ausgeschaltet, die Glasplatte 4 und der Objektträger 5 fahren zurück in die Ausgangsposition und der Steckverbinder mit der an der Stirnfläche geglätteten Faser 11 kann entnommen werden. Der Vorgang beginnt nun mit einer neuen Faser von vorne.

Bei Anwendung des Verfahrens auf eine polymere Lichtwellenleiterfaser ist die Steckverbinderkonstruktion für die Faser derart ausgelegt, dass sich an der Stirnfläche des Steckverbinders eine konische Phase befindet, in die der überschüssige Kunststoff bei der Bearbeitung eingedrückt wird. Überschüssiger Kunststoff, der über den Steckverbinderrand gedrückt wird, fällt nach dem Abkühlen automatisch ab. Dies kann allerdings durch ein exaktes Ablängen und Abisolieren des Lichtwellenleiters vor der Durchführung des Verfahrens vermieden werden. In diesem Fall muss der Faserüberstand über die Stirnfläche des Steckverbinders in die Konstruktion des zu konfektionierenden Steckverbinders angepasst werden.

Die vorliegende Vorrichtung und das zugehörige Verfahren unter Einsatz einer Halogenlampe bieten den Vorteil, dass die Schmelzhitze, die Heizdauer und der Heizzyklus durch die an der Halogenlampe anliegende Spannung schnell, exakt und einfach einstellbar sind. Dies kann durch eine einfache SPS-Steuerung des Leistungsteils der Halogenlampe realisiert werden, die beispielsweise über einen PC angesprochen werden kann. Zur Realisierung der Prozesskontrolle können weiterhin eine Kraftmessdose und ein Pyrometer zur berührungslosen Temperaturmessung der Stirnfläche eingesetzt werden. Mit der Kraftmessdose wird die Anpresskraft der Glasplatte auf die Faserstirnfläche gemessen, mit den optimalen Prozessparametern verglichen und mit Hilfe des Schrittmotors geregelt bzw. korrigiert. Mit Hilfe des Pyrometers wird die Temperatur im Brennpunkt der Halogenlampe, das heißt an der Faserstirnfläche gemessen, mit den optimalen Prozessparametern verglichen und über den Lampenstrom entsprechend zur Erreichung der optimalen Prozessparameter geregelt. Als Zentraleinheit für die Messwerterfassung und die Regelungssignale dient vorzugsweise eine PC mit entsprechenden I/O- Karten.

Da die Schmelztemperaturen der transparenten Materialien, wie sie bei Lichtwellenleitern eingesetzt werden, zum Teil stark unterschiedlich sind, können die optimalen Prozessparameter der einzelnen Kunststoffe über eine mathematische Beschreibung des Schmelzverhaltens berechnet und in einer Datenbank abgelegt werden. Dies geschieht vor der Durchführung des Verfahrens. Die tatsächlichen während des Prozesses gemessenen Parameter werden dann mit den theoretisch berechneten Parametern verglichen und der Prozess hierdurch geregelt. Bezugszeichenliste 1 Glühlampe; Halogenlampe

2 Fokussieroptik; Linse

3 Brennpunkt

4 transparente Platte

5 Halterung; Objektträger

6 Träger

7 Schrittmotorantrieb

8 Linearführung

9 Pneumatikzylinder

10 Strahlung

11 Lichtwellenleiterfaser

12 bewegliche Aufnahme


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Bearbeitung der Stirnfläche eines länglichen polymeren Körpers (11),

    bei dem die Stirnfläche kurzzeitig bis oberhalb der Erweichungstemperatur oder Schmelztemperatur thermisch aufgeheizt und eine glatte Oberfläche eines Formgebungskörpers (4) auf die Stirnfläche aufgedrückt wird,

    dadurch gekennzeichnet,

    dass die thermische Aufheizung durch fokussierte Strahlung (10) einer Glühlampe (1) hoher Lichtausbeute erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Glühlampe (1) eine Halogenlampe eingesetzt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Formgebungskörper (4) eine für die Strahlung der Glühlampe (1) transparente Platte, insbesondere eine Glasplatte, eingesetzt wird, durch die hindurch die Strahlung (10) der Glühlampe (1) fokussiert wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizstrom der Glühlampe (1) derart gesteuert oder geregelt wird, dass sich die Stirnfläche innerhalb einer vorgebbaren Zeit auf eine vorgebbare Temperatur aufheizt.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturverlauf der Stirnfläche über einen Sensor erfasst, mit einem vorgegebenen Solltemperaturverlauf verglichen und der Heizstrom der Glühlampe (1) in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs zum Erreichen des Solltemperaturverlaufs geregelt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die momentane Anpresskraft des Formgebungskörpers (4) an die Stirnfläche über einen Sensor erfasst, mit einer vorgegebenen Anpresskraft verglichen und zum Erreichen der vorgegebenen Anpresskraft gegebenenfalls verändert wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Bearbeitungsvorgang zunächst die Stirnfläche in den Fokus (3) der Strahlung (10) der Glühlampe (1) gebracht und bei Erreichen oder Überschreiten der Erweichungs- oder Schmelztemperatur der Formgebungskörper (4) auf die Stirnfläche aufgedrückt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der längliche polymere Körper (11) ein Lichtwellenleiter ist.
  9. 9. Vorrichtung zur Bearbeitung der Stirnflächen von länglichen polymeren Körpern (11) mit
    1. - einer Glühlampe (1) hoher Lichtausbeute mit einer Steuereinheit zur Steuerung des Heizstromes der Glühlampe (1) und einer Fokussieroptik (2) zur Fokussierung der Strahlung (10)der Glühlampe (1) auf einen Brennpunkt (3);
    2. - einer Halterung (5) für den länglichen polymeren Körper (11) auf der der Glühlampe (1) abgewandten Seite des Brennpunktes (3); und
    3. - einer für die Strahlung (10) der Glühlampe (1) transparente Platte (4), die zwischen der Glühlampe (1) und der Halterung (5) auf der der Glühlampe (1) zugewandten Seite des Brennpunktes (3) angeordnet ist;
    4. - wobei die Glühlampe (1), die Platte (4) und die Halterung (5) derart gegeneinander verschiebbar angeordnet sind, dass die Stirnfläche des länglichen polymeren Körpers (11) durch einen ersten Verschiebevorgang in den Brennpunkt (3) eingebracht und die Platte (4) durch einen zweiten Verschiebevorgang auf die Stirnfläche gedrückt werden kann.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühlampe (1) eine Halogenlampe ist.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Glühlampe (1) auf einem Träger (6) fixiert und die Halterung (5) und die Platte (4) in Richtung der Strahlachse der Glühlampe (1) über Verschiebeeinheiten (7, 8, 9) auf dem Träger (6) verschiebbar angeordnet sind.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schrittmotorantrieb (7) zum Verschieben der Platte (4) vorgesehen ist.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Linearschiene (8) mit einem Pneumatikzylinder (9) zum Verschieben der Halterung (5) vorgesehen ist.
  14. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (5) über eine Schnappvorrichtung mit der Verschiebeeinheit (8, 9) verbunden ist.
  15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Brennpunktes (3) ein Sensor zur Messung der Temperatur der Stirnfläche vorgesehen ist.
  16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- und Regeleinheit zur Regelung des Heizstroms der Glühlampe (1) in Abhängigkeit von der Temperatur der Stirnfläche und einem vorgegebenen Temperaturverlauf vorgesehen ist.






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