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Die Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen zum
optischen Verbinden der Enden von Wellenleitern z. B. optischen
Fasern, und insbesondere einem Element zum Spleißen, mehrerer
Paare solcher optischen Fasern.
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Spleißvorrichtungen für optische Fasern sind in der
Technik bekannt, aber noch immer besteht Bedarf an einem
schnellen und zuverlässigen Verfahren zum Spleißen mehrerer
Fasern in einer Umgebung hoher Dichte. Vor der Einführung von
Spleißvorrichtungen, die mehrere optische Fasern in einem
einzigen Spleißkörper verbinden (unten näher diskutiert),
wurde dies unter Nutzung mehrerer (diskreter)
Spleißvorrichtungen für Einzelfasern realisiert. Allerdings war dies sehr
zeitaufwendig und führt zudem zu einem großen Volumen von
Spleißkörpern, die in Anschlußkästen zusammengedrängt sind,
oder erforderte spezialisierte Spleißaufnahmen, um die Fasern
geordnet zu halten.
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Für das Problem des Mehrfaserspleißens wurden mehrere
Systeme entwickelt. Bei einer Technik, dem
Massenschmelzschweißen, muß jede Faser in einer Rille eines starren
Substrats mit mehreren solchen Rillen plaziert werden. Zum
Ausrichten der Faser dient eine feste Anpassungsmittelung, und
es wird ein elektrischer Lichtbogen erzeugt, der die
Faserspitzen zum Schmelzen bringt und sie dauerhaft miteinander
verschmilzt. Die primäre und sehr wesentliche Einschränkung
beim Schmelzspleißen sind die hohen Kosten der
Schmelzschweißgeräte. Außerdem ist das Schmelzschweißen
zeitaufwendig und schließt eine spätere Faserentfernung oder
-neupositionierung aus.
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Eine weitere, verbreitete Mehrfachspleißtechnik
erfordert den Einsatz von Klebstoffen, wiederum mit einem Substrat
oder einer Aufnahme mit mehreren Rillen. Zum Beispiel werden
gemäß der US-A-4028162 mehrere Fasern zunächst auf einem
Kunststoffsubstrat mit Faserausrichtungsrillen ausgerichtet,
und anschließend wird eine Abdeckplatte über die Fasern und
das Substrat aufgelegt, wobei die Abdeckplatte eine
Einrichtung zum chemischen Haften an der Faser und dem Substrat hat.
Zum Einsatz kommen Klebstoffe auch in den Spleißvorrichtungen
für optische Fasern, die in der US-A-4029390 und der JP-A-58-
158621 (Kokai) offenbart sind. Allgemein ist die Verwendung
von Klebstoffen unerwünscht, da sie dem Spleißverfahren einen
weiteren Schritt zufügt und Verunreinigungsstoffe in die
Fasergrenzflächen einleiten kann. Zudem müssen bei
Spleißvorrichtungen unter Verwendung von Klebstoffen die
Faserendflächen stark poliert werden, um eine akzeptable
Lichtübertragung zu erreichen, und manche Klebstoffspleißungen erfordern
zudem den Einsatz einer Vakuumeinheit, um eingeschlossene
Luft zu entfernen.
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Die US-A-4029390 stellt eine Verbesserung gegenüber
früheren Mehrfachspleißvorrichtungen dar, da sie eine klappbare
Halterung mit einer Folge von V-Rillen auf beiden Seiten
eines zentralen Scharnierbereichs nutzt. Allerdings wirft das
Verfahren zur Befestigung der Fasern an der Halterung
zusätzliche Probleme auf, die bei früheren Spleißungen nicht
vorlagen. Da erstens Klebstoff zur Faserbefestigung an der
Halterung vor dem Spleißen verwendet wird, wird das Spalten der
Fasern ein kritischer Schritt, da die Spaltlänge genau sein
muß, um einen Versatz der Faserendflächen zu verhindern, der
die Spleißleistung extrem beeinträchtigen würde. Zweitens muß
die Schichtdicke des Klebstoffs untergebracht werden in dem,
beispielweise, eine Einrichtung zum Aufrechthalten einer
Lücke zwischen den beiden Hälften der Halterung nach dem
Zusammenklappen genutzt wird. Drittens ist die genaue Ausrichtung
der gegenüberliegenden V-Rillen kritisch, die mit dem in der
US-A-4029390 dargestellten Scharnier unwahrscheinlich ist;
ansonsten liegt nämlich ein Querfaserversatz vor, der zu
erhöhter Signaldämpfung führt. Schließlich würde die Halterung
der US-A-4029390 die gegenüberliegenden Platten nicht
vollkommen parallel halten, was zur Optimierung der
Querausrichtung der Faserpaare notwendig ist und auch die
Faserverformung beeinflußt.
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Ein weiteres Problem bei mehreren der genannten
Spleißvorrichtungen ist, daß sie starre Substrate zum Festklemmen
der Fasern verwenden. Mit dem Einsatz starrer Substrate gehen
mehrere Nachteile einher. Erstens ist es allgemein
schwieriger, Rillen in einem starren Material zu bilden, z. B. durch
Ätzen, Schleifen oder Erosion, was die Herstellungskosten
erhöht. Zudem müssen starre Substrate sorgsamer gehandhabt
werden, da sie spröde und damit leicht zu beschädigen sind. Am
wichtigsten ist, daß die Verwendung eines starren Substrats
mit Rillen zu einer schlechteren Ausrichtung der Faserpaare
(sowie unnötiger Faserverformung) führt, wodurch sich eine
höhere Einfügungsdämpfung ergibt. Erschwert werden diese
Probleme in Stapelkonfigurationen, z. B. denen gemäß der US-A-
3864018, US-A-4046454 und US-A-4865413.
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Diese Schwierigkeiten lassen sich durch Verwendung eines
Substrats vermeiden, das verformbar, elastomer oder duktil
ist. Leider wurde der Einsatz solcher Materialien weder
vollständig erkannt noch realisiert. Beispielsweise lehrt die US-
A-4046454, daß die starren V-Rillen mit einem duktilen
Material ausgekleidet werden können. Allerdings kompliziert dies
das Herstellungsverfahren und steigert die Kosten erheblich.
In der US-A-4102561 nutzt die Vorrichtung zwei
Ausrichtungsteile, die aus einem elastischen Material gebildet sind, das
sich verformbar an die Faseroberflächen anpassen kann. Jedoch
erfordert diese Spleißung die Befestigung zweier
Teilanordnungen vor dem Einsetzen der Fasern in die Ausrichtungsteile
und verwendet zudem etwa ein Dutzend Klemmen und Schrauben,
wodurch die Vorrichtung vor Ort sehr schwierig einsetzbar ist
(ähnliche Probleme treffen auf die Vorrichtung gemäß der US-
A-4045121 zu). Durch den primären Klemmvorgang direkt an der
Fasergrenzfläche wird außerdem die Faser verformt, was zu
stärkerer Signaldämpfung gegenüber einem allmählicheren
Festklemmen in Richtung der Grenzfläche führt. Dieses Problem
gilt auch für andere Spleißkonstruktionen, z. B. der gemäß
der Europäischen Patentanmeldung EP-A-0290155, die zudem
unter der ungleichmäßigen Ausübung von Klemmkräften auf
unterschiedliche Fasern leidet.
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Angesichts dessen wäre es wünschenswert und vorteilhaft,
eine Spleißvorrichtung mit hoher Leistung für mehrere
optische Fasern zu gestalten, die kein Schmelzschweißen oder
Klebstoffe und Polieren erfordert. Die Vorrichtung sollte
eine gleichmäßige Klemmkraft auf jede der Fasern ausüben und
ein allmähliches Festklemmen vorsehen, um unerwünschte
Verformungen, z. B. Mikroverbiegungen, am Klemmübergang zu
minimieren. Die Spaltlänge der Fasern sollte nicht kritisch sein,
und es sollte eine Einrichtung vorgesehen sein, um die
Faserausrichtung zu optimieren, u. a. mit dem Einsatz von
duktilen Klemmflächen. Schließlich sollte die Spleißung einfach
zu verwenden sein, insbesondere für den Einbau vor Ort.
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EP-A-0 479 415 offenbart ein faseroptisches
Spleißelement, das aus zwei polymeren Halbteilen besteht. Wenn die
zwei polymeren Halbteile zusammengesetzt werden, wirken die
zwei Halbteile wie ein Federspanner. In dem Halbteilen
befindet sich ein metallisches Spleißelement, das aus zwei
Spiegelbildhälften besteht. Die polymeren Halbteile und das
metallische Spleißelement weisen Rillen zum Spleißen von Fasern
und eine Einrichtung, die das Einsetzen und Entfernen der
Fasern ermöglicht, auf.
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Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der Ansprüchen
realisiert. Ein Element der vorliegenden Erfindung zum
Spleißen mehrerer erster optischer Fasern mit mehreren
zweiten optischen Fasern weist ein erstes und zweites
verlängertes verformbares Plattenteil auf, diese bilden ein Paar sich
gegenüberliegender verlängerter Oberflächen, wobei jedes ein
erstes und zweites Ende aufweist und mindestens eine der
verlängerten Oberflächen mehrere Faseraufnahmerillen, die sich
im Längsrichtung erstrecken, hat. Mindestens eine der
gegenüberliegenden verlängerten Oberflächen weist an den Ecken der
Oberfläche angeordnete gehobene Anschlagpolster zum Bilden
eines Zwischenraums zwischen den mindestens ersten und
zweiten Enden der gegenüberliegenden Oberflächen auf, um das
Einsetzen- und Entfernen der Fasern dazwischen zu ermöglichen,
wenn die gegenüberliegenden Oberflächen nicht gegeneinander
gepresst werden, und um den Einsatz einer höheren Klemmkraft
in der Mitte des Elements als an das erste und zweite Ende
des Elements zu ermöglichen, wenn die gegenüberliegende
Oberflächen gegeneinander gepresst werden.
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Das Spleißelement der vorliegenden Erfindung ist ein
Teil einer Vorrichtung zum Spleißen mehrerer optischer
Fasern, die aufweist: ein das Spleißelement umgebenden Körper
und einen Keil, der eine gleichmäßiges Klemmen der Fasern
quer dazu im Spleißelement ermöglicht. Der Körper kann einen
Mantelabschnitt und einen Kappenabschnitt aufweisen, die
ineinandergreifen, um das Spleißelement zu halten. Vorzugsweise
ist das Spleißelement aus einem duktilen Material gebildet
und klappbar, um die zwei Plattenteile oder Platten zu
bilden, wobei eine Platte eine Folge von parallelen V-Rillen hat
und die Platten vor Betätigung durch einen Keil
zusammengeklappt werden. Die Anschlagpolster sind zwischen den Platten
eingefügt, um ein allmähliches Festklemmen zu gewährleisten,
wenn der Keil an die Platten oder an eine Zunge gepresst
wird, die zwischen den Platten und den Keil eingefügt ist.
Ferner kann das Spleißelement eine Verlängerung oder einen
Vorbau mit einer Rampe haben, um das Einsetzen der Fasern in
das Spleißelement zu erleichtern.
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Ein gestapeltes Spleißelement kann im Körper mit mehr
als zwei Platten vorgesehen sein, z. B. ein
Dreiplattenstapel, in dem zwei Faserspleißschichten untergebracht sind.
Spezielle, an jedem Ende der Platten positionierte Führungen
können verwendet werden, um einige Fasern nach oben zu einer
Spleißschicht und andere nach unten zur anderen Schicht zu
lenken. Endabdeckungen sind vorgesehen, um das Spleißelement
und freiliegende Fasern zu schützen und zur Umgebung
abzudichten.
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Die neuen Merkmale und der Schutzumfang der Erfindung
sind in den beigefügten Ansprüchen dargelegt, Allerdings wird
die Erfindung selbst am besten anhand der beigefügten
Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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Fig. 1 eine Perspektivansicht einer optischen
Mehrfachspleißvorrichtung mit dem Spleißelement der Erfindung;
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Fig. 2 eine explodierte Perspektivansicht der
Spleißvorrichtung der
Fig. 1;
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Fig. 3 eine Perspektivansicht des Spleißelements der
Erfindung in seinem aufgeklappten Zustand;
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Fig. 4 eine vergrößerte Schnittperspektive eines Endes
des Spleißelements von Fig. 3 zur Darstellung des
Vorbaubereichs und der Rampe;
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Fig. 5 eine Schnittperspektivansicht der vollständig
zusammengebauten Spleißvorrichtung mit dem Spleißelement der
Erfindung;
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Fig. 6 eine Schnittansicht einer mit einer
Spleißvorrichtung mit dem Spleißelement der Erfindung verwendeten
alternativen Endabdeckung mit einem Teilraum für ein
Brechzahlanpassungsgel darin; und
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Fig. 7 eine Ansicht einer mit dem Spleißelement der
Erfindung verwendeten gestapelten Spleißausführungsform.
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In den Darstellungen und insbesondere in Fig. 1 ist eine
optische Mehrfaser-Spleißvorrichtung 10 mit dem Spleißelement
18 der Erfindung dargestellt. Obgleich der Begriff
"Verbinder" auf die Spleißung 10 angewendet werden kann, ist dieser
Begriff gewöhnlich Vorrichtungen vorbehalten, die einfaches
Verbinden und Lösen ermöglichen sollen, im Gegensatz zu einer
Spleißung, die normalerweise als dauerhaft betrachtet wird.
Dennoch sollte der Begriff "Spleißung" nicht als
Einschränkung aufgefaßt werden, da die Spleißung 10 tatsächlich die
Entfernung der Fasern ermöglicht, was später näher erläutert
wird. Die Erfindung betrifft das mechanische Spleißen.
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Gemäß Fig. 2 weist die Spleißung 10 einen allgemein
rechtwinkligen Körper 12 auf, der im wesentlichen einen
Mantel 14 und eine Kappe 16 aufweist. Außerdem weist die
Spleißung 10 das Spleißelement 18 und eine
Längsbetätigungseinrichtung 20 zur Druckausübung auf das Spleißelement 18 auf.
In der bevorzugten Ausführungsform weist die
Betätigungseinrichtung 20 einen Keil 22 mit einen spitzen Winkel bildenden
Oberflächen auf, der zwischen dem Mantel 14 und der Kappe 16
eingeschlossen ist. Eine Zunge 24, die mit der Kappe 16
einstückig geformt ist, ist vorteilhaft zwischen den Keil 22 und
das Spleißelement 18 gemäß der späteren Diskussion eingefügt.
Der Mantel 14 hat einen Längsschlitz 26, der rechtwinklig im
Querschnitt ist und sich durch den Mantel 14 erstreckt,
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zum Aufnehmen des Spleißelements 18; der Schlitz 26
ist etwas kürzer als das Spleißelement 18, wodurch sich beide
Enden des Elements 18 über die Enden des Schlitzes 26 hinaus
erstrecken können. Außerdem hat der Mantel 14 ein einstückig
geformtes männliches Kupplungselement oder einen Vorsprung
28, der sich in einen in der Kappe 16 gebildeten Hohlraum 30
einpaßt. Der Vorsprung 28 hat zwei seitliche Höcker 32, die
in Aussparungen 34 der Kappe 16 einrasten, wodurch ein
Paßsitz zwischen dem Mantel 14 und der Kappe 16 zustande kommt.
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Der Mantel 14 und die Kappe 16 haben jeweils
Verlängerungen 36 bzw. 38, die Endabdeckungen 40 bzw. 42 aufnehmen.
Die Verlängerungen 36 und 38 haben eingelassene Oberflächen,
die die Fasern am Eingang zum Schlitz 26 stützen. Die
Endabdeckungen 40 und 42 schützen die gespleißten Fasern und das
Spleißelement 18 vor Umwelteinflüssen. Die Endabdeckungen 40
und 42 sind an den Verlängerungen 36 und 38 des Mantels bzw.
der Kappe durch eine zweckmäßige Einrichtung befestigt, z. B.
gebogene Backen 44, die auf Drehzapfen 46 aufschnappen und
sie drehbar ergreifen. Die Seitenkanten 48 der Verlängerungen
36 und 38 sind abgerundet, damit die Endabdeckungen 40 und 42
auf den Drehzapfen 46 drehen können. Außerdem weisen die
Endabdeckungen 40 und 42 Haken auf, die Verriegelungen 50
bilden, die in Kerben 52 in den Verlängerungen 36 und 38
einrasten und die Endabdeckungen sicher in einer dicht
geschlossenen Position festhalten.
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Der Mantel 14 und die Kappe 16 bilden zahlreiche
Überdeckungsflächen, die zusätzlich zur Umgebung abdichten und das
Trennen dieser beiden Komponenten des Körpers 12, z. B. durch
Biegen des Körpers 12, weiter verhindern. Beispielsweise hat
der Vorsprung 28 eine untere Lage 54, die unter ein an der
Kappe 16 gebildetes Dach 56 gleitet. Außerdem weist die Kappe
16 Erhebungen 58 auf, die sich in (in der Zeichnung nicht
sichtbare) Aussparungen in der entsprechenden Fläche des
Mantels 14 einpassen. Ferner haben der Vorsprung 28 und die
Kappe 16 geneigte Oberflächen 60 und 62, die zu einer größeren
Berührungsfläche führen und es erschweren, den Mantel 14 und
die Kappe 16 durch Biegen nahe ihrer Grenzfläche
auseinanderzuziehen.
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Anhand von Fig. 3 und 4 wird nunmehr das Spleißelement
18 näher beschrieben. Das Spleißelement 18 kann aus einer
Bahn aus verformbarem Material gebildet sein, vorzugsweise
aus einem duktilen Material, z. B. Aluminium, obwohl auch
Polymermaterialien verwendet werden können. Die Materialauswahl
wird später näher beschrieben. Bestimmte Merkmale sind im
Element 18 durch Prägen, Nachschlagen, Pressen, Formen oder
Fräsen vorgesehen. Zunächst ist eine Rille 70 auf der
Außenfläche 72 des Elements 18 gebildet. Die Rille 70 bildet einen
Bereich reduzierter Dicke, um eine Biegelinie oder ein
Scharnier festzulegen, und trennt das Element 18 in zwei Schenkel
oder Platten 74, 76 mit im wesentlichen der gleichen Breite.
Vorzugsweise ist das Scharnier so gebildet, daß eine Kerbe 78
gegenüber der Rille 70 auf der Innenfläche 80 des Elements
zusätzlich eingeprägt ist. Dadurch kommt ein "scharf
eingestelltes" Scharnier zustande, was zu höherer Paßgenauigkeit
der Platten 74 und 76 bei ihrem Zusammenklappen führt, was
später erläutert wird. Aus dem Element 18 kann auch ein
Schlitz 81 ausgestanzt sein, um das Klappen zu erleichtern.
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In einer Ausführungsform der Erfindung hat die Platte 76
eine Folge von V-förmigen Rillen 82, die auf der Innenfläche
80 des Elements 18 eingeprägt sind. Allgemein sind die
V-Rillen 82 parallel zur Rille 70. Dem Fachmann wird deutlich
sein, daß die V-Rillen statt dessen in der Platte 74 oder in
beiden Platten gebildet sein können und daß auch die
Rillenform nicht auf einen "V"-Querschnitt beschränkt ist. Dennoch
hat in der bevorzugten Ausführungsform nur eine der Platten
Rillen, die V-förmig mit einem Innenwinkel von etwa 60º sind.
Wird eine Faser in eine der Rillen gelegt und durch die
Oberfläche 80 der Platte 74 festgeklemmt, bilden auf diese Weise
die Berührungspunkte zwischen dem Element 18 und der Faser
allgemein ein gleichseitiges Dreieck, was Querversatz
minimiert und dadurch Signaldämpfung in der Spleißung reduziert.
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Ferner unterscheidet sich die Platte 74 von der Platte
76 dadurch, daß die Platte 74 Verlängerungen oder
Vorbaubereiche 84 hat, in denen sich ebenfalls Rillen 86 befinden,
obgleich sich die Rillen 86 nicht über die volle Länge der
Platte 74 erstrecken. Außerdem sind die Rillen 86 breiter als
die V-Rillen 82, da beabsichtigt ist, daß die auf den
Vorbaubereichen 84 liegenden Abschnitte der Fasern noch ihre
Hüllenbeschichtung haben, während diese Beschichtung von den
Faserenden abgezogen ist, die zwischen der Platte 74 und den V-
Rillen 82 festgeklemmt sind (d. h., die umhüllten Abschnitte
der Fasern haben einen größeren Durchmesser als die
freiliegenden Abschnitte). Die Rillen 86 sind ferner in die
Oberfläche 80 eingelassen und benachbart zu Rampen 88, die zur
Oberfläche 80 heraufführen, was deutlicher aus Fig. 4 hervorgeht.
Die Rampen 88 beseitigen Mikrobiegungen (die weitere
Signaldämpfung bewirken), die sich ergäben, läge der umhüllte
Abschnitt der Faser und der freiliegende Abschnitt in der
gleichen Ebene. Anders ausgedrückt, erfolgt der Übergang von
umhüllter Faser zu freiliegender Faser nahe den Rampen 88.
Somit ist die Höhe der Rampen 88 etwa gleich der Dicke der die
Faser umgebenden Hülle. Die Rampen 88 können in den
Vorbaubereichen 84 gebildet sein, obwohl sie vorzugsweise in der
Platte 74 gebildet sind, wodurch sie unter der Platte 76
liegen, wenn die Platten zusammengeklappt sind. Wahlweise können
(nicht gezeigte) Aussparungen in den Verlängerungen 36 und 38
unter den Vorbaubereichen 84 vorgesehen sein, damit die
Vorbaubereiche etwas nach unten gebogen werden können, was das
Einsetzen der Fasern in das Spleißelement 18 weiter
erleichtert und potentielles Abschaben an den Rillen 86 reduziert.
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Die Anzahl von V-Rillen 82 und 86 im Spleißelement 18
ist je nach gewünschter Anwendung variabel. Beim
Zusammenklappen des Spleißelements 18 sollten die Rillen 86 zu den V-
Rillen 82 ausgerichtet sein, um eine richtige Positionierung
der Fasern beim Festklemmen zu gewährleisten. Obwohl die
Paßgenauigkeit der Platten 74 und 76 nicht so kritisch wie bei
einigen Spleißvorrichtungen des Stands der Technik ist (da
keine V-Rillen auf der Platte 74 vorhanden sind, die den V-
Rillen 82 direkt gegenüberliegen), ist es (daher) dennoch
nützlich, das vorgenannte genau eingestellte Scharnier zu
verwenden, um die Ausrichtung der Rillen 82 und 86 zu
optimieren.
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Im Preßverfahren zur Herstellung des Spleißelements 18
werden vorteilhaft auch Anschlagpolster 90 auf beiden Platten
74 und 76 an den Ecken des durch die Überlappung dieser
Platten gebildeten Rechtecks geformt. Diese Polster sind
gegenüber der ansonsten flachen Innenfläche 80 des Elements 18
leicht erhöht. Ist das Element 18 gemäß Fig. 1
zusammengeklappt, bilden die Anschlagpolster 90 auf diese Weise einen
Zwischenraum zwischen den Platten 74 und 76, was das
Einsetzen der Fasern dazwischen erleichtert. Dem Fachmann werden
alternative Verfahren zur Bildung eines solchen Zwischenraums
deutlich sein. Wichtiger ist jedoch, daß die Anschlagpolster
90 gewährleisten, daß bei Betätigung des Elements 18 und beim
Festklemmen der Fasern die maximale Klemmkraft dadurch nur an
der mittleren Breite des Elements 18 ausgeübt wird und daß
sich die Klemmkraft allmählich verringert, bewegt man sich
von der Mitte zu den Enden des Elements 18. Festgestellt
wurde, daß dieser allmähliche Klemmübergang die Signaldämpfung
als Ergebnis der Verformung der Fasern wesentlich verringert,
d. h., Spleißvorrichtungen des Stands der Technik zeigten
eine abrupte Klemmverformung, die höhere Verluste induzierte.
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Sowohl der Zusammenbau als auch der Betrieb der
Spleißung 10 sind einfach und am besten anhand von Fig. 5
verständlich. Das Spleißelement 18 wird zusammengeklappt in den
Schlitz 26 gegeben; in diesem Zustand ist noch ein
Zwischenraum durch die Anschlagpolster 90 gegeben, damit die Fasern
eingesetzt werden können, so daß er als offener Zustand im
Gegensatz zum geschlossenen Klemmzustand betrachtet werden
kann. Vorzugsweise wird ein Gel zur Brechzahlanpassung nahe
der Mitte des Elements 18 angeordnet. Danach wird der Keil 22
benachbart zur Zunge 24 plaziert, und der Mantel 14 wird in
die Kappe 16 eingerastet, wonach der Keil 22 an einer
weiteren Rampe 92 anliegt, die im unteren Abschnitt des Mantels 14
gebildet ist. Die Oberseite des Keils 22 ist allgemein
parallel zu den Platten 74 und 76, während die Unterseite des
Keils 22 parallel zur Rampe 92 ist. Ferner ist die Zunge 24
an ihrem distalen Ende durch einen Träger 94 gestützt, der im
unteren Abschnitt des Mantels 14 oberhalb der Rampe 92
gebildet ist. Die Endabdeckungen 40 und 42 können an den
Verlängerungen 36 und 38 jederzeit im Zusammenbauverfahren befestigt
werden (obwohl sie erst in die geschlossene Position eingerastet
werden, nachdem die Fasern gespleißt wurden). Alle
vorgenannten Schritte werden im Werk durchlaufen, und die
Spleißung 10 wird dem Benutzer im Zustand von Fig. 1
geliefert (ohne das Faserband).
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Hat der Benutzer die zu spleißenden Fasern lokalisiert,
sollten sie nach bekannten Verfahren abgezogen und gespalten
werden. Hierbei kann die Spleißung 10 verwendet werden, um
die Faserbänder 96a und 96b gemäß Fig. 1 zu spleißen, oder
sie kann verwendet werden, um mehrere einzelne, diskrete
Fasern zu spleißen. Solche diskreten Fasern lassen sich
bequemer handhaben, indem sie zunächst nebeneinander angeordnet
werden und ein Bandstück oder eine andere Einrichtung
aufgetragen wird, um wirksam ein Faserband zu erzeugen. Ist ein
Faserband zu spleißen, sollte auch die Außenbeschichtung
entfernt werden, die die einzelnen umhüllten Fasern umgibt.
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Sobald die Fasern oder Bänder in den Körper 12
eingesetzt sind, kann die Spleißung 10 betätigt werden, indem der
Keil 12 in Längsrichtung zum Mantel 14 geschoben wird.
Hierbei bezieht sich der Begriff "längs" auf eine Bewegung
parallel zu den Fasern und Rillen 82. Das Schieben läßt sich
erreichen, indem einfach ein Schraubendreher oder ein anderes
Werkzeug verwendet wird, um den Keil 22 nach vorn zu drücken.
Der Schraubendreher kann an dem im Keil 22 gebildeten
Ausschnitt 98 angesetzt werden. Bei Vorwärtsbewegung des Keils
22 auf die Rampe 92 bewirkt er, daß die Zunge 24 an die
Außenfläche der Platte 74 drückt, was die Fasern zwischen den
Platten 74 und 76 festklemmt. Die Breite der Zunge 24
entspricht etwa der Breite der Platten 74 und 76. Wie zuvor
diskutiert wurde, verringern sich die Klemmkräfte infolge der
Anschlagpolster 90 allmählich zu den Enden des Spleißelements
18. Verstärken läßt sich dieser Effekt, indem die Längen von
Keil 22 und Zunge 24 kürzer als die Länge der Platten 74 und
76 gewählt werden, so daß die Klemmkraft primär in der Mitte
des Spleißelements 18 und nicht an seinen Enden ausgeübt
wird. In der bevorzugten Ausführungsform beträgt die Länge
des die Zunge 24 berührenden Abschnitts des Keils 22 etwa die
Hälfte der Länge der Platte 76. Außerdem verhindert der
Einsatz der Zunge 24 eine übermäßige Verformung der Platte 74,
die ansonsten bei direkter Berührung zwischen Keil 22 und
Spleißelement 18 auftreten könnte. Der Keil 22 bietet
ausgezeichnete mechanische Vorteile, u. a. hohe Kraftübertragung
und die gleichmäßige Kraftausübung parallel zu den Platten 74
und 76. Infolge des Reibungskoeffizienten der für den Mantel
14, den Keil 22 und die Zunge 24 verwendeten Materialien ist
zudem die Betätigungseinrichtung 20 (d. h. der Keil 22)
selbsthaltend, sofern sie einen Winkel von unter etwa 9º hat.
Der bevorzugte Winkel beträgt etwa 50, Daß die Spleißung 10
einfach zu verwenden ist, geht aus einer Zusammenfassung der
vorgenannten Schritte hervor: die Fasern werden abgezogen und
gespalten, in den Körper 12 eingesetzt, und der Keil 22 wird
nach vorn geschoben. Anstelle des Einzelkeils 22 kann ein
(nicht gezeigter) Doppelkeil verwendet werden.
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Nach Fertigstellung der Spleißung können die
Endabdeckungen 40 und 42 zur geschlossenen, verriegelten Position
bewegt werden, um zur Umgebung abzudichten und die
freiliegenden Fasern zu schützen. Hierbei tragen Schenkel 100 der
Endabdeckungen, die auf Stufenbereichen 102 der
Vorbaubereiche 84 ruhen, dazu bei, das Faserband in Ausrichtung zum
Spleißkörper 12 zu halten, d. h., sie wirken seitlichem
Verbiegen des Bands nahe dem Eingang zum Schlitz 26 entgegen.
Zudem dichten die Schenkel 100 den Schlitz 26 zusätzlich ab,
da sie an seinen Seiten positioniert sind. Obwohl sie nicht
zum Lösen und erneuten Verbinden vorgesehen ist, können
Fasern aus der Spleißung 10 entfernt werden, indem einfach die
Endabdeckungen 40 geöffnet werden und der Keil 22 nach hinten
geschoben wird. ·
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Mehrere unterschiedliche Materialien können im Aufbau
der Spleißung 10 zum Einsatz kommen. Das Spleißelement 18
kann aus vielfältigen duktilen Materialien aufgebaut sein,
z. B. aus weichem Aluminium. Das bevorzugte Material ist eine
herkömmlich als "3003" bekannte Aluminiumlegierung mit einem
Härtegrad 0 und einer Brinell-Härte (HB) von 23 bis 32. Mit
"1100" ist eine weitere akzeptable Legierung bezeichnet, die
einen Härtegrad von 0, H14 oder H15 hat. Akzeptable
Zugfestigkeiten schwanken zwischen 35 und 115 Megapascal.
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Im Aufbau des Spleißelements 18 können andere Metalle
und Legierungen oder Laminate davon verwendet werden. Zu
solchen Metallen gehören Kupfer, Zinn, Zink, Blei, Indium, Gold
und deren Legierungen. Erwünscht kann sein, ein transparentes
Spleißelement zu bilden, um das Spleißen zu erleichtern. In
diesem Fall kann ein durchsichtiges Polymermaterial zum
Einsatz kommen. Zu geeigneten Polymeren gehören
Polyethylenterephthalat, Polyethylenterephthalatglycol, Acetat,
Polycarbonat, Polyethersulfon, Polyetheretherketon, Polyetherimid,
Polyvinylidenfluorid, Polysulfon und Copolyester, z. B. Vivak
(Warenzeichen von Sheffield Plastics, Inc., Sheffield,
Massachusetts).
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Als Alternative zur Bereitstellung eines aus einem
verformbaren Material aufgebauten Spleißelements kann es statt
dessen aus einem steiferen Material hergestellt sein, sofern
die V-Rillen 82 und/oder die Oberfläche 80 mit einem
verformbaren Material überzogen sind. Primär gefordert ist die
Bereitstellung eines Materials, das weicher als das Glas der
optischen Faser und des Fasermantels sowie duktil unter den
auf die optische Faser ausgeübten Klemmdrücken ist. Erwünscht
ist ferner, daß das Material bei niedrigen Spannungswerten
elastisch ist, um ausreichende Elastizität zu haben und eine
ständige Druckkraft auf die optischen Fasern beizubehalten,
sobald die Platten 74 und 76 zusammengeführt wurden. Außerdem
kann eine Beschichtung auf das duktile Material aufgetragen
sein, um Abschaben des Materials beim Einfügen der Faser zu
verringern. Beispielsweise kann eine diamantartige
Kohlenstoffbeschichtung mit einer Dicke im Bereich von 0,1 bis
0,4 um auf die Oberfläche 80 des Spleißelements 18 durch
Aufdampfen aufgetragen sein.
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Auch der Spleißkörper 12 kann aus vielfältigen
Materialien aufgebaut sein, grundsätzlich aus jedem dauerbeständigen
Material und vorzugsweise aus einem, das spritzgießbar ist,
obwohl auch Druckgußmaterialien akzeptabel sind. Das Material
sollte nicht zu starr sein, da erwünscht ist, daß sich die
den Schlitz 26 bildenden Innenwände etwas biegen können, um
übermäßige Klemmkräfte vom Keil 22 aufzunehmen und eine
konstante Klemmkraft auf die Fasern bei Temperaturzyklen zu gewährleisten.
Zu spritzgießbaren Materialien gehören
Flüssigkristallpolymere, z. B. das unter dem Warenzeichen Vectra
A130 von Hoechst Celanese Corp., Summit, New Jersey
vertriebene.
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Je nach gewünschter Anwendung können die Abmessungen der
Spleißung 10 stark variieren. Die folgenden (annähernden)
Maße für die bevorzugte Ausführungsform dienen lediglich als
Beispiel und sind nicht als Einschränkung zu verstehen. Die
Gesamtlänge der Spleißung 10 beträgt 38 mm, ihre Höhe 6,7 mm
und ihre Breite 13 mm. Die Länge des Hauptabschnitts des
Mantels 14 beträgt 14 mm, während der Vorsprung 28 etwa 7,1 mm
lang und 9,7 mm breit ist. Die Kappe 14 ist 7,6 mm lang, und
die Verlängerungen 36 und 38 sind jeweils 8,3 mm lang. Der
Keil 22 hat eine Gesamtlänge von 14 mm, aber die Länge des
die Zunge 24 berührenden Abschnitts beträgt 10 mm. Die Breite
des Keils 22 beträgt 6,5 mm, während seine maximale Dicke
1,5 mm und seine minimale Dicke 0,76 mm betragen.
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Für das Spleißelement 18 beruhen mehrere der
nachfolgenden ungefähren Maße auf der Größe herkömmlicher Mehrfaser-
Bandkabel. Die Länge der Platte 74 (mit den Vorbaubereichen
84) beträgt 28 mm, während die Länge der Platte 76 20 mm
beträgt. Beide Platten haben eine Dicke von 530 um, und die
Anschlagpolster 90 stehen 18 um über der Oberfläche 80 vor. Die
V-Rillen 82, die vorzugsweise einen Abstand von 250 um haben,
sind 130 um tief und haben eine maximale Breite von 180 um.
Die Rillen 86, die in der bevorzugten Ausführungsform
annähernd trapezförmig sind, haben ebenfalls eine maximale Breite
von 180 um und eine minimale Breite von 120 um und sind
180 um tief. Die Rampe 88 fällt 250 um ab, d. h., die
Oberseiten der Rillen 86 sind 250 um von der Oberfläche 80
entfernt.
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In Fig. 6 und 7 sind zwei alternative Ausführungsformen
und konstruktive Abwandlungen dargestellt. Fig. 6 zeigt eine
abgewandelte Endabdeckung 42', die sowohl an der
Mantelverlängerung 36 als auch an der Kappenverlängerung 38 verwendet
werden kann. Die Endabdeckung 42' dient dazu, eine
zusätzliche Abdichtung zur Umgebung mittels eines Teilraums 104
vorzusehen, der durch eine Wand 106 gebildet ist, die an der
Innenfläche
der Abdeckung 42' durch ein bewegliches Scharnier
108 befestigt ist. Beim Schließen der Endabdeckung 42'
berührt die Wand 106 die Verlängerung 38, wodurch die Wand 106
ein Dichtungsmaterial zusammendrückt, das ein im Teilraum 106
befindliches Gel zur Brechzahlanpassung aufweisen kann. In
der Wand 106 befinden sich Kanäle 110, durch die das
Dichtungsmaterial aus dem Teilraum 104 austreten und in sowie um
den Eingang zum Schlitz 26 fließen kann. Vorzugsweise ist ein
Steg 112 einstückig mit der Wand 106 gebildet, der sich in
den Teilraum 104 erstreckt und gewährleistet, daß das
Dichtungsmaterial beim Schließen der Abdeckung 42' aus den
Kanälen 110 heraus geleitet wird, und außerdem Widerstand gegen
ein solches Schließen leistet, um unbeabsichtigtes Austreten
des Dichtungsmaterials zu verhindern.
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Fig. 7 zeigt eine gestapelte Spleißvorrichtung 10', die
ein Spleißelement 18' mit zwei Spleißschichten nutzt. Das
gestapelte Spleißelement 18' kann aus drei separaten Elementen
gebildet sein, ist aber vorzugsweise aus einem einzigen
Element mit zwei einstückigen Scharnieren gebildet, die in eine
Z-Form (Zickzackform) zusammengeklappt sind. Auf diese Weise
führen die durch die Scharniere gebildeten drei Teilstücke
der Bahn zu drei unterschiedlichen Platten 114, 115 und 116.
Nicht notwendig ist, daß die beiden dadurch gebildeten
Spleißschichten parallel sind, wobei dies jedoch zur
Vereinfachung der Keilbetätigung bevorzugt ist. Ein alternativer
Aufbau würde eine einzige Materialbahn mit zwei parallelen
Scharnieren bereitstellen, die in einem kleinen Abstand,
z. B. 50 um, getrennt sind und die untere und obere Platte
bilden, wobei eine dritte Platte dazwischen eingefügt ist.
Ein Stopfen 118 mit zwei Sätzen von Öffnungen 124 wird
vorteilhaft zum Führen eines ersten Satzes von Fasern, d. h.
jede zweite Faser, nach oben zur oberen Spleißschicht und der
restlichen Fasern nach unten zur unteren Spleißschicht
verwendet. Der Führungsstopfen 118 hat Rillen 120, die in einem
Vorbaubereich 122 davon ähnlich wie der Vorbau 84 des
Elements 18 gebildet sind; die Rillen 120 tragen zur Ausrichtung
der Fasern zu den Öffnungen 124 bei. Natürlich ließe sich die
Verwendung einer Zickzackfaltung und eines Führungsstopfens
auch auf Spleißelemente mit mehr als zwei Spleißschichten
erweitern.
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Obwohl die Erfindung anhand von spezifischen
Ausführungsformen beschrieben wurde, ist diese Beschreibung nicht
als Einschränkung zu betrachten. Verschiedene Abwandlungen
der offenbarten Ausführungsform sowie alternative
Ausführungsformen der Erfindung werden dem Fachmann anhand der
Erfindungsbeschreibung deutlich sein. Beispielsweise kann eine
Mehrfaser-Spleißvorrichtung so aufgebaut sein, daß jeder
Fasersatz getrennt angeschlossen werden kann, indem zwei
Betätigungskeile vorgesehen sind, einer an jedem Ende des
Spleißkörpers 12; dadurch könnte ein Fasersatz im Klemmzustand
bereits vorab angeschlossen sein. Erwogen ist daher, daß solche
Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung gemäß der Festlegung in den beigefügten
Ansprüchen abzuweichen.