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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Kabels mit mehreren Glasfasersträngen.
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Optische Kabel mit mehreren Glasfasersträngen zur Lichtwellenleitung (engl.: „Multi Core Fibre”, MCF) bieten die Möglichkeit, die Form der Glasfaser anhand von Messdaten aus den einzelnen Kernen der Glasfaser zu rekonstruieren. Diese Art der Formvermessung bzw. -erfassung gewinnt immer mehr an Bedeutung, beispielsweise bei der Formvermessung von biegsamen Kinematiken oder bei medizinischen Instrumenten. Eine solche Anwendung ist beispielsweise in dem Artikel: „Distributed Fiber Optic Twist Measurement in Shape Sensing Tethers" von Dr. Sandra Klute, Luna Innovations Inc., 1 Riverside Circle, Suite 400, Roanoke, VA, 24016; www.lunainnovations.com offengelegt.
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Bisher werden diese optischen Kabel aus Preformen mit mehreren Kernen, Glasstabsbündelpreformen und mehreren aneinander liegenden Preformen gezogen. Dieser Prozess ist aufwändig und vor allem ist es schwer, die einzelnen Glasfaserkerne später zu kontaktieren um Messsignale in und aus den einzelnen Glasfasern zu koppeln.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Kabels mit mehreren Glasfasersträngen anzugeben, die eine einfache und kostengünstige Herstellung solcher optischen Kabel ermöglichen.
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Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmoglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.
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Ein verfahrensgemäßer Aspekt der Aufgabe ist mit einem Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels mit mehreren Glasfasersträngen gelöst, wobei die Glasfaserstränge jeweils einen ersten Bereich aus Glas, in dem eine Lichtwellenleitung, d. h. der wesentliche Teil der Lichtwellenleitung, erfolgt, und einen an den ersten Bereich angrenzenden und diesen umschließenden zweiten Bereich aus Glas aufweisen, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich unterschiedliche Brechzahlen aufweisen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte. In einem ersten Schritt erfolgt ein Bereitstellen der einzelnen Glasfaserstränge. In einem zweiten Schritt erfolgt ein Zusammenführen und relatives Anordnen der Glasfaserstränge, so dass sich einzelne Glasfaserstränge an ihrem Umfangsrand berühren. In einem dritten Schritt erfolgt ein Fügen der Glasfaserstränge durch lokales Anschmelzen von oberflächennahen Schichten der zweiten Bereiche der angeordneten Glasfaserstränge. In einem vierten Schritt erfolgt ein lokales Kühlen der Glasfaserstränge.
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Dieses Verfahren ermöglicht ein einfaches und losgenaues Herstellen von optischen Kabeln mit mehreren Glasfasersträngen ohne signifikante Ausschussproduktion. Es können zudem verschiedenartige Glasfaserstränge aneinander gefügt, d. h. miteinander verschmolzen, werden, um so das optische Kabel optimal auf eine damit durchführbare Formvermessung anzupassen. Weiterhin können neben den Glasfasersträngen zur Lichtwellenleitung (jeweils aufweisend einen ersten Lichtwellen leitenden Bereich und einen zweiten Bereich) zusätzliche Füllfasern mit in das optische Kabel gefügt werden, um bspw. das mechanische Verhalten sowie das symmetrische Biegeverhalten des optischen Kabels einzustellen. Bevorzugt werden hierzu zusätzlich Füllfasern aus Glas bereitgestellt, die im zweiten Schritt relativ zu den Glasfasersträngen angeordnet, im dritten Schritt gemeinsam mit den Glasfasersträngen gefügt, und im vierten Schritt gemeinsam mit den Glasfasersträngen gekühlt werden.
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Besonders bevorzugt erfolgt das Fügen der Glasfaserstränge des Kabels nicht für einen Kabelanfangsabschnitt und einen Kabelendabschnitt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht dadurch die bereitgestellten Glasfaserstränge der Länge L nur in einem Längenbereich innerhalb der Länge L zu fügen, um so einen Anfangsabschnitt des optischen Kabels und einen Endabschnitt des optischen Kabels zu erhalten, in denen die Glasfaserstränge ungefügt, d. h. einzeln vorliegen. Letzteres ermöglicht ein optimales Ein-/Auskoppeln von Licht in die jeweiligen ersten Bereiche der Glasfaserstränge bspw. durch entsprechend einfach zu montierende Spleiß- oder Steckverbindungen an den einzelnen Glasfasersträngen oder durch Verbinden der nicht gefügten Glasfaserstrangenden mit einem optischen Kabeladapter oder einer Kabelstecker oder einer Verbindungsvorrichtung.
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Eine bevorzugte Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass nach dem vierten Schritt des Verfahrens in einem fünften Schritt eine Schutzschicht auf die gefügten Glasfaserstränge aufgebracht wird. Diese Schutzschicht dient insbesondere dem mechanischen Schutz der gefügten Glasfaserstränge. Die Schutzschicht kann natürlich auch je nach Anforderung alternativ oder zusätzlich bspw. einen Schutz gegen eine strahlende oder chemisch aktive Umgebung bewirken.
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Das Anschmelzen der oberflächennahen Schichten der zweiten Bereiche der Glasfaserstränge erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur in dem Bereich von 750°C bis 1.500°C. Die Temperatur mit der des lokale Anschmelzen erfolgt und die Zeit in der das lokale Anschmelzen erfolgt, wird abhängig von dem Material der zweiten Schicht derart gewählt, dass für das Fügen, d. h. vorliegend das dauerhafte Verbinden der einzelnen Glasfaserstränge zu einem optischen Kabel, eine jeweils ausreichende Oberflächenschicht der zweiten Bereiche angeschmolzen wird.
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Der Fügevorgang wird weiterhin dadurch begünstigt, dass während des Fügens eine mechanische Kraft auf die zu fügenden Glasfaserstränge aufgebracht wird, die die einzelnen Glasfaserstränge aneinanderdrückt.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass das relative Anordnen der Glasfaserstränge derart erfolgt, dass die einzelnen Glasfaserstränge parallel zueinander angeordnet, oder helixartig angeordnet, oder gewendelt, oder miteinander verwoben sind. Durch die Wahl der Anordnung der Glasfaserstränge relativ zu einander können die mechanischen Eigenschaften des optischen Kabels, insbesondere die symmetrischen Biegeeigenschaften des optischen Kabels eingestellt werden.
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In einer bevorzugten Verfahrensvariante sind die Glasfaserstränge merkmalsgleich. In diesem Fall lassen sich die mechanischen Eigenschaften des damit gefertigten optischen Kabels durch die Wahl der jeweiligen Glasfaserstränge bzw. durch deren Anzahl einstellen.
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In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante wird vor dem Fügen der Glasfaserstränge auf die Glasfaserstränge ein Flussmittel aufgebracht. Dieses Flussmittel unterstützt den Anschmelzvorgang und das Fügen der Glasfaserstränge durch Verschmelzen.
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Ein vorrichtungsgemäßer Aspekt der Aufgabe ist mit einer Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Kabels mit mehreren Glasfasersträngen gelöst, wobei die Glasfaserstränge jeweils einen ersten Bereich aus Glas, in dem eine Lichtwellenleitung, d. h. der wesentliche Teil der Lichtwellenleitung erfolgt, und einen an den ersten Bereich angrenzenden und diesen umschließenden zweiten Bereich aus Glas aufweisen, wobei der erste Bereich und der zweite Bereich unterschiedliche Brechzahlen aufweisen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst erfindungsgemäß ein erstes Mittel zum Bereitstellen der einzelnen Glasfaserstränge, ein zweites Mittels zum Zusammenführen und relativen Anordnen der Glasfaserstränge, so dass sich einzelne Glasfaserstränge an ihrem Umfangsrand berühren, ein drittes Mittel, zum Fügen der Glasfaserstränge durch lokales Anschmelzen von oberflächennahen Schichten der zweiten Bereiche der angeordneten Glasfaserstränge, und ein viertes Mittel zum anschließenden lokales Kühlen der Glasfaserstränge.
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Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemachten vorstehenden Ausführungen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich schließlich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele beschrieben sind. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein schematisiertes Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 einen schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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3 einen schematisierten Querschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes erstes optisches Kabel,
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4 einen schematisierten Querschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes zweites optisches Kabel.
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1 zeigt ein schematisiertes Ablaufschema eines erfindungsgemäßen Verfahrens Verfahren zur Herstellung eines optischen Kabels mit mehreren Glasfasersträngen 301, 306, wobei die Glasfaserstränge 301, 306 jeweils einen ersten Bereich 302a aus Glas, in dem eine Lichtwellenleitung erfolgt, und einen an den ersten Bereich 302a angrenzenden und diesen umschließenden zweiten Bereich 302b aus Glas aufweisen, wobei der erste Bereich 302a und der zweite Bereich (302b) unterschiedliche Brechzahlen aufweisen. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Bereitstellen 101 der einzelnen Glasfaserstränge 301, 306, Zusammenführen und relatives Anordnen 102 der Glasfaserstränge 301, 306, so dass sich einzelne Glasfaserstränge 301, 306 an ihrem Umfangsrand berühren, Fügen 103 der Glasfaserstränge 301, 306 durch lokales Anschmelzen von oberflächennahen Schichten der zweiten Bereiche 302b der angeordneten Glasfaserstränge 301, 306, und anschließendes lokales Kühlen 104 der Glasfaserstränge 301, 306.
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2 zeigt einen schematisierten Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines optischen Kabels mit mehreren Glasfasersträngen 301, 306, wobei die Glasfaserstränge 301, 306 jeweils einen ersten Bereich 302a aus Glas, in dem eine Lichtwellenleitung erfolgt, und einen an den ersten Bereich 302a angrenzenden und diesen umschließenden zweiten Bereich 302b aus Glas aufweisen, wobei der erste Bereich 302a und der zweite Bereich 302b unterschiedliche Brechzahlen aufweisen, umfassend: ein erstes Mittel 201 zum Bereitstellen der einzelnen Glasfaserstränge 301, 306, ein zweites Mittels 202 zum Zusammenführen und relativen Anordnen der Glasfaserstränge 301, 306, so dass sich einzelne Glasfaserstränge 301, 306 an ihrem Umfangsrand berühren, ein drittes Mittel 203, zum Fügen der Glasfaserstränge 301, 306 durch lokales Anschmelzen von oberflächennahen Schichten der zweiten Bereiche 302b der angeordneten Glasfaserstränge 301, 306, und ein viertes Mittel 204 zum anschließenden lokales Kühlen der Glasfaserstränge 301, 306.
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3 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes erstes optisches Kabel, das aus drei gleichen Glasfasersträngen 301 mit jeweils einem ersten Bereich 302a und einem zweiten Bereich 302b. Lichtwellenleitung findet bevorzugt nur in dem ersten Bereich 302a statt. Weiterhin wurden vorliegend neben den drei Glasfasersträngen 301 auch vier Füllfasern 303 zu dem optischen Kabel gefügt. Durch das Anschmelzen der Oberflächenschichten, d. h. vorliegend der Oberflächenschichten zweiten Bereiche 302b der Glasfaserstränge 301 und der Oberflächenschichten der Füllfasern 303 hat sich in den Zwischenräumen eine Schmelzschicht 304 ausgebildet. Die Füllfasern sind einfache kernlose Glasfasern.
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4 zeigt einen schematisierten Querschnitt durch ein erfindungsgemäß hergestelltes zweites optisches Kabel. Das optische Kabel umfasst vorliegend sieben Glasfaserstränge 301, 306 wobei der Zentralglasfaserstrang 306 eine die Polarisation des darin geleiteten Lichts erhaltende Glasfaser ist, d. h. sich von den anderen Glasfasersträngen 301 unterscheidet. In der Zentralglasfaser 306 sind Stresskörper 305 eingelagert, die eine andere Glaszusammensetzung aufweisen und mechanischen Stress auf den Kern der Zentralfaser 306 ausüben. Dadurch wird der besagte Kern doppeltbrechend und erhält seine polarisationserhaltende Eigenschaft. Die Füllfasern 303 sind einfache, kernlose Glasfasern. Sinn dieser Füllfasern 303 ist es bei einer Änderung der Biegerichtung zwischen benachbarten ”Eigenschaftsachsen” b über die Achse a im späteren Einsatz ein möglichst gleichförmiges Bewegungsverhalten des optischen Kabels zu erzeugen.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmoglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehenden Erläuterung in der Beschreibung, definiert wird.
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Bezugszeichenliste
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- 101–104
- Verfahrensschritte
- 201
- erstes Mittel
- 202
- zweites Mittel
- 203
- drittes Mittel
- 204
- viertes Mittel
- 301
- Glasfaserstränge
- 302a
- erster Bereich eines Glasfaserstrangs, in dem Lichtwellenleitung erfolgt
- 302b
- zweiter Bereich aus Glas
- 303
- Füllfasern bevorzugt aus Glas
- 304
- beim Fügen entstandenes geschmolzenes Material
- 305
- Stresskörper
- 306
- Zentralglasfaserstrang
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- „Distributed Fiber Optic Twist Measurement in Shape Sensing Tethers” von Dr. Sandra Klute, Luna Innovations Inc., 1 Riverside Circle, Suite 400, Roanoke, VA, 24016; www.lunainnovations.com [0002]