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Dokumentenidentifikation DE19746080A1 30.04.1998
Titel Verfahren sowie Vorrichtung zur Einstellung von Schweißparametern
Anmelder Siemens AG, 80333 München, DE
Erfinder Ruegenberg, Gervin, Dipl.-Ing., 81377 München, DE
DE-Anmeldedatum 17.10.1997
DE-Aktenzeichen 19746080
Offenlegungstag 30.04.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.04.1998
IPC-Hauptklasse G02B 6/255
Zusammenfassung Zwei sich kontaktierende Testfasern (FE1, FE2), die mit einem vorgebbaren Anfangsversatz (AV) radial zueinander versetzt sind, werden derart erwärmt, daß eine versatzreduzierende Wirkung eintritt. Die sich ergebende Reduzierung des Anfangsversatzes (AV) wird zur Einstellung, insbesondere Optimierung von Schweißparametern herangezogen.

Beschreibung[de]

In der Praxis kann die optimale Einstellung von Schweiß- bzw. Spleißparametern (wie zum Beispiel Vorschweißstrom bzw. -temperatur, Vorschweißzeitdauer, Längsabstand der Faserenden während des Vorschweißens Faservorschub, Hauptschweiß- Stromstärke, Hauptschweißzeitdauer, Elektrodenabstand, usw.) für das einwandfreie thermische Verschweißen, insbesondere Fusionsverschweißen, von Lichtwellenleitern erschwert sein. Für die Einstellung sind dabei zusätzlich die gegenseitigen bzw. wechselseitigen Abhängigkeiten der Parameter voneinander ungünstig.

Beim Fusions-Schweißverfahren der US 4,948,412 wird versucht, den Einfluß von Konzentrizitätsfehlern der Faserkerne zweier miteinander zu verschweißender optischer Fasern auf die Spleißdämpfung deren fertiger Schweißverbindung möglichst gering zu halten. Dazu werden die beiden optischen Fasern bezüglich ihrer exzentrischen Faserkerne zunächst fluchtend aufeinander ausgerichtet und dann der daraus resultierende, laterale Versatz, d. h. "offset", zwischen ihren Zentralachsen z. B. mit Hilfe eines Mikroskops gemessen. Zur nachfolgenden Verschmelzung des Glasmaterials der beiden optischen Fasern wird die Schweißzeit, der Schweißstrom oder die Schweißenergie nach einer inversen Beziehung zu diesem gemessenen, ursprünglichen, d. h. anfänglichen "offset" festgelegt. Somit wird vermieden, daß aufgrund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Glasmaterials der Fasern deren Selbstzentrierung aufeinander zu groß wird und die zuvor fluchtend aufeinander ausgerichteten Faserkerne unzulässig gegeneinander versetzt bzw. verbogen werden. Eine solche Festlegung wird dabei für die Herstellung jedes einzelnen Faserspleißes durchgeführt, was aufwendig ist. Ein weiterer Nachteil dieses bekannten Verfahrens besteht vor allem darin, daß die Faserkern-Exzentrizität allein nicht die maßgebende Größe für die Erzielung eines optimalen Schweißvorganges darstellt, d. h. dieses Verfahren bezieht die möglichen, eine Qualität der Schweißverbindung bestimmenden Größen nur in unzureichendem Maße ein.

Aus der EP-A1 0 504 519 ist ein Lichtwellenleiter- Schweißgerät bekannt, bei dem ein Drucksensor vorgesehen ist, welcher ein vom gemessenen, atmosphärischen Luftdruck abhängiges Steuersignal erzeugt. Aufgrund des so gemessenen Luftdrucks wird der jeweils angewendete Entladestrom auf einen vorgegebenen Wert eingestellt. Auch dieses Verfahren hat neben dem nicht unerheblichen Aufwand für die Druckmeßdose sowie der daraus abzuleitenden Steuergröße vor allem den Nachteil, daß der Luftdruck allein nicht die maßgebende Größe für die Erzielung eines optimalen Schweißvorganges darstellt.

Aus der WO 95/24664 ist ein Verfahren zum Verschweißen der Enden optischer Fasern bekannt, bei dem die Stellgrößen für den Lichtbogen so gewählt werden, daß die elektrische Leistung beim Schweißvorgang selbst konstant gehalten wird. Hierzu wird eine Spannung erzeugt, welche proportional der jeweils augenblicklichen Leistung ist und diese Spannung wird an eine Steuereinrichtung gegeben, welche ein elektrisches Stellglied so verändert, das die Leistung jeweils im wesentlichen während des Schweißvorganges (konkret während der Brennspannung) konstant gehalten wird. Auch dieses Verfahren bezieht die möglichen, eine Qualität der Schweißverbindung bestimmenden Größen in unzureichendem Maße ein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Schweißparameter für das thermische Verschweißen von Lichtleitfasern bzw. optischen Fasern unter einer Vielzahl praktischer Gegebenheiten verbessert eingestellt werden können.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe auf folgende Art und Weise gelöst:

Verfahren zur Einstellung von Schweißparametern für die Herstellung einer thermischen Schweißverbindung zwischen je zwei optischen Fasern, wobei mindestens zwei optische Testfasern mit einem vorgebbaren, radialen Anfangsversatz zueinander positioniert werden, wobei die Stirnflächen dieser radial zueinander versetzt angeordneten Testfasern miteinander kontaktiert werden, wobei der Bereich um die Kontaktierungsstelle der Testfasern in mindestens einem Schweißvorgang derart erwärmt wird, daß eine versatzreduzierende Wirkung zwischen den beiden Testfasern eintritt, und wobei die sich ergebende Reduzierung des Anfangsversatzes zur Einstellung mindestens eines Schweißparameters herangezogen wird.

Dadurch ist es ermöglicht, mindestens einen der für den jeweiligen Schweißvorgang maßgebenden Schweißparameter (wie z. B. Schweißstromstärke, Schweißzeitdauer, usw.) unter einer Vielzahl praktischer Gegebenheiten an die jeweilig aktuell vorliegenden Schweißbedingungen (wie zum Beispiel Luftdruck, Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur, verwendet er Lichtleitfasertyp, Elektrodenzustand, usw.) in einfacher sowie zuverlässiger Weise anzupassen. Es können also mögliche, eine Qualität der Schweißverbindung bestimmende Größen umfassend miteinbezogen werden. Damit kann wechselnden bzw. unterschiedlichen Schweißverhältnissen Rechnung getragen werden, d. h. die Einstellung von Schweißparametern kann also in einfacher Weise so vorgenommen werden, daß eine möglichst gute, von Umwelt- und/oder Umgebungseinflüssen weitgehend unabhängige Schweißverbindung zwischen je zwei optischen Fasern herstellbar wird. Auf diese Weise läßt sich die Spleißqualität von thermischen Schweißverbindungen zwischen mindestens zwei Lichtleitfasern ganz erheblich verbessern.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Verschweißen je zweier, einander zugeordneter optischer Fasern, wobei für die jeweils aktuell vorliegenden Schweißbedingungen zunächst in mindestens einem Vorversuch mindestens ein Testspleiß zur Ermittlung eines optimalen Schweißparametersatzes hergestellt wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei für diesen Testspleiß zwei Testfasern bezüglich ihrer Längsseiten mit einem vorgebbaren lateralen Anfangsversatz gegeneinander versetzt angeordnet werden, wobei diese lateral gegeneinander versetzt angeordneten Testfasern stirnseitig miteinander in Kontakt gebracht werden, wobei der Kontaktierungsbereich dieser beiden Testfasern derart erhitzt wird, daß aufgrund der Oberflächenspannung deren geschmolzenen Glasmaterials der vorgegebene laterale Anfangsversatz reduziert wird, wobei mindestens ein Kriterium für diese Versatzreduzierung ermittelt wird, wobei aufgrund dieses Kriteriums der optimale Schweißparametersatz ermittelt und für die vorliegenden Schweißbedingungen fest eingestellt wird, und wobei dann erst nach diesem mindestens einen Vorversuch mit den daraus ermittelten, optimalen Schweißparametern die eigentliche Schweißverbindung zwischen je zwei optischen Fasern hergestellt wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Einstellung von Schweißparametern für die Herstellung einer thermischen Schweißverbindung zwischen mindestens zwei optischen Fasern, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Positioniermittel vorgesehen sind, mit denen mindestens zwei Testfasern mit einem vorgebbaren radialen Anfangsversatz zueinander positionierbar sind, wobei eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, die den Bereich um die Kontaktierungsstelle der Testfasern derart erwärmt, daß dort eine versatzreduzierende Wirkung bewirkbar ist, und wobei eine Auswerte-/Steuereinrichtung vorgesehen ist, die die bewirkte Reduzierung des Anfangsversatzes erfaßt und zur Einstellung mindestens eines Schweißparameters heranzieht.

Sonstige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung beispielhaft ein mögliches Kennlinienfeld zur erfindungsgemäßen Anpassung bzw. Korrektur eines der Schweißparameter,

Fig. 2 schematisch in teilweise perspektivischer Darstellung den Grundaufbau einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 3 schematisch in vergrößert er Darstellung eine Projektionsebene mit den optischen Abbildungen zweier optischer Testfasern, die in der Vorrichtung nach Fig. 2 mit einem vorgebbaren, radialen Anfangsversatz zueinander positioniert werden,

Fig. 4 in schematischer sowie vergrößerter Darstellung die beiden Testfasern von Fig. 3, nachdem deren Stirnflächen angeschmolzen und miteinander kontaktiert worden sind,

Fig. 5 die beiden Testfasern von Fig. 4 nach ihrer thermischen Verschweißung, wobei ein radialer Restversatz zwischen deren Außenkonturen verbleibt,

Fig. 6 mit 8 verschiedene Restversatz/Zeit-Diagramme, die sich bei verschiedenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben, und

Fig. 9 das zu Fig. 8 zugehörige Entladestromstärke/Zeit-Diagramm.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Fig. 1 mit 9 jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung beispielhaft ein mögliches Kennlinienfeld zur erfindungsgemäßen Anpassung des elektrischen Schweißstroms einer Schweiß-/Meßvorrichtung an unterschiedliche Umwelt- und/oder Umgebungseinflüsse, um auch bei wechselnden Schweißbedingungen stets eine einwandfreie, insbesondere optimierte, thermische Verschweißung je zweier optischer Fasern ermöglichen zu können. Der Grundaufbau einer dafür geeigneten Schweiß-/Meßvorrichtung ist in der Fig. 2 teilweise perspektivisch dargestellt. Die Schweißvorrichtung ist dort mit PV bezeichnet. Sie ist in vorteilhafter Weise derart ausgebildet, daß mit ihrer Hilfe optimale Schweiß- bzw. Spleißparameter für das thermische Verschweißen von mindestens zwei Lichtwellenleitern unter konkret gegebenen, d. h. spezifisch vorliegenden Schweiß- bzw. Spleißbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Lufttemperatur, Fasertyp, Elektrodenzustand, usw.) ermittelt und eingestellt werden können. Die Schweißvorrichtung PV ist dabei vorzugsweise Bestandteil eines Lichtwellenleiter- Spleißgerätes, insbesondere Lichtwellenleiter- Fusionsschweißgerätes.

In die Schweißvorrichtung PV von Fig. 2 werden zunächst zwei Lichtwellenleiter LW1, LW2 eingelegt. Diese dienen vorzugsweise als Test-Lichtwellenleiter dazu, für die jeweiligen, d. h. aktuell vorliegenden Schweißbedingungen einen optimalen Schweißparametersatz in mindestens einem Vorversuch zu gewinnen. Unter dem Ausdruck "optimaler Schweißparametersatz" wird dabei im Rahmen der Erfindung derjenige Satz von Schweißparametern zur Durchführung mindestens eines Schweißvorgangs verstanden, bei dem sich bei den jeweiligen, d. h. momentan vorliegenden Schweißbedingungen zwischen je zwei Lichtleitfasern eine Schweißverbindung minimaler Übertragungsdämpfung herstellen läßt. Zum Beispiel beim Lichtbogenschweißen mittels Glimmentladungen ist insbesondere mindestens einer der folgenden Schweißparameter durch entsprechende Variation optimierbar: Vorschweißstrom bzw. -temperatur, Vorschweißzeitdauer, Längsabstand der Faserenden während des Vorschweißens, Faservorschub, Hauptschweiß-Stromstärke, Hauptschweißzeitdauer, und/oder Elektrodenabstand, usw. . Dieser mindestens eine Vorversuch dient also vorzugsweise dazu, eine Anpassung, insbesondere Optimierung von einem oder mehreren Schweißparametern an etwaig neu vorliegende Schweißbedingungen herbeizuführen. Erst danach, d. h. nach entsprechend korrigiertem Schweißparametersatz wird mit der eigentlichen Herstellung von Faserspleißverbindungen, d. h. der eigentlichen Verschweißung je zweier miteinander zu verbindender Lichtleitfasern begonnen. Zur Ermittlung eines optimalen Schweißparametersatzes werden dabei als Testfasern zweckmäßigerweise die später eigentlich miteinander zu verschweißenden, optischen Fasern selbst verwendet. Gegebenenfalls können als Testfasern auch eigens optische Fasern verwendet werden, deren Typ, insbesondere Glasviskosität, vorzugsweise den später miteinander zu verschweißenden Fasern möglichst entspricht.

Die beiden Test-Lichtwellenleiter LW1, LW2 werden in zugeordneten Haltevorrichtungen HV1 bzw. HV2 bekannter Bauart (wie zum Beispiel Manipulatoren) der Schweißvorrichtung PV gehalten und lagefixiert. Zur besseren Veranschaulichung der Fixierwirkung der ersten Haltevorrichtung HV1 ist diese in der linken Bildhälfte von Fig. 2 beispielhaft in geöffnetem Zustand gezeichnet. Sie weist ein Basisteil BT1 auf, auf dessen Oberseite eine Längsnut NB1 eingelassen ist. In diese Längsnut NB1 ist der erste, gecoatete (= kunststoffbeschichtete) Test-Lichtwellenleiter LW1 eingelegt. Am Basisteil BT1 ist über ein Gelenk GL1, Scharnier oder dergleichen eine Klappe KL1 angebracht, die in Richtung auf das Basisteil BT1 zu schwenkbar ist. Auf der Innenseite der Klappe bzw. des Deckels KL1 ist eine Längsnut NK1 korrespondierend zur Längsnut NB1 im Basisteil BT1 vorgesehen. Nach Schließen der Haltevorrichtung HV1 wird somit der erste Test-Lichtwellenleiter LW1 zwischen dem Basisteil BT1 und dem Deckel bzw. Oberteil KL1 eingeklemmt und dort festgehalten. Analog dazu fixiert die zweite Haltevorrichtung HV2 den zweiten, gecoateten Test- Lichtwellenleiter LW2. Fig. 2 zeigt dabei die Haltevorrichtung HV2 in der rechten Bildhälfte im geschlossenen Zustand. Zwischen deren Basisteil BT2 und Deckel KL2 ist der zweite, gecoatete Test-Lichtwellenleiter LW2 eingeklemmt und dadurch festgehalten. Der Deckel KL2 ist dabei mit Hilfe eines Gelenks GL2 am Basisteil BT2 schwenkbar angebracht. Zur Lagepositionierung des zweiten Test- Lichtwellenleiters LW2 ist auf der Innenseite, hier der Oberseite des Basisteils BT2 eine Längsnut NB2 sowie korrespondierend dazu auf der Innenseite, hier der Unterseite, des Deckels KL2 eine Längsnut NK2 eingelassen.

Jeder Test-Lichtwellenleiter LW1, LW2 steht aus seiner zugehörigen Haltevorrichtung HV1, HV2 mit einer vorgebbaren Endlänge frei heraus. Dabei ist die Kunststoff-Beschichtung (= primäres und/oder sekundäres Coating) CO1 bzw. CO2 des jeweiligen Test-Lichtwellenleiters LW1 bzw. LW2 entlang einem vorgebbaren Endabschnitt entfernt, so daß dort entlang einer vorgebbaren Endlänge jeweils die Lichtleitfaser bzw. optische Faser des jeweiligen Test-Lichtwellenleiters LW1 bzw. LW2 blank freiliegt. Damit stehen sich eine erste optische Testfaser bzw. Test-Lichtleitfaser FE1 sowie eine zweite optische Testfaser FE2 gegenüber. Insbesondere werden der erste sowie der zweite Test-Lichtwellenleiter LW1, LW2 zunächst derart zueinander positioniert, daß sich ihre stirnseitigen Enden in einem vorgebbaren Längsabstand LA (siehe Fig. 3) gegenüberstehen. Der jeweilige Test- Lichtwellenleiter LW1 bzw. LW2 erstreckt sich dabei vorzugsweise im wesentlichen entlang einer Geradenlinie.

Die beiden Haltevorrichtungen HV1, HV2 sind auf einer gemeinsamen Grundplatte GP angeordnet. Dabei ist mindestens eine der beiden Haltevorrichtungen HV1 bzw. HV2, hier im vorliegenden Beispiel HV2, in mindestens eine Raumrichtung quer, insbesondere senkrecht zur jeweiligen Faserlängsachse verschiebbar ausgebildet. Im vorliegenden Beispiel ist angenommen, daß die zweite Haltevorrichtung HV2 Bewegungen in alle drei Raumrichtungen, nämlich x, y, z eines kartesischen Koordinatensystems zuläßt. Die Raumrichtung z gibt dabei eine Längsrichtung vor, parallel zu der sich jede der beiden Testfasern FE1, FE2 ausrichten läßt. Entlang der z-Richtung lassen sich die beiden Testfasern FE1, FE2 aufeinander zu oder voneinander wegverfahren. Insbesondere entspricht die z- Richtung einer gewünschten Ausrichtlinie, entlang der später- nach Durchführung des Vorversuchs - die eigentlich miteinander zu verschweißenden Fasern bezüglich ihrer Außenkonturen und/oder Faserkerne möglichst fluchtend aufeinander ausgerichtet werden sollen. Die Raumrichtung x verläuft in Querrichtung zur Längserstreckung der beiden Lichtwellenleiter LW1, LW2, insbesondere senkrecht, das heißt orthogonal zur Raumrichtung z. Die plane Grundplatte GP liegt dabei insbesondere parallel zu der von der x sowie z- Raumrichtung aufgespannten Ebene. Die Raumrichtung y steht senkrecht zu dieser x, z-Ebene, d. h. sie verläuft nach oben oder unten. Die Verschiebung der zweiten Haltevorrichtung HV2 in die entsprechende Raumrichtung x, y oder z wird mit Hilfe eines Stellgliedes SG2 vorgenommen, das seine Steuersignale von einer Auswerte-/Steuereinrichtung COM über eine Steuerleitung SL2 erhält. Die Verschiebewirkung des Stellgliedes SG2 auf die zugeordnete Haltevorrichtung HV2 ist in der Fig. 2 mit Hilfe eines Wirkpfeils WP2 schematisch angedeutet.

Um den jeweiligen, aktuellen Lageversatz der beiden Test- Lichtleitfasern FE1, FE2 quer, insbesondere orthogonal, bezüglich ihrer Längserstreckung, d. h. deren momentanen, lateralen Ausrichtzustand aufeinander erfassen zu können, ist in der Fig. 2 dem Bereich KS* der sich gegenüberstehenden Faserenden FE1, FE2 ein optisches Abbildungssystem bzw. Bildverarbeitungssystem VK, insbesondere eine Videokamera, zugeordnet. Insbesondere eignet sich dafür ein Bildverarbeitungssystem, wie es in der US-PS 5,011,259 nach Funktion und Wirkungsweise detailliert angegeben ist. Dort werden die Lichtleitfaserenden mit Licht durchleuchtet, wobei sie jeweils wie Zylinderlinsen für das sie hindurchdringende Licht wirken. In der Fig. 2 ist das optische Abbildungs- bzw. Aufnahmesystem VK der zeichnerischen Einfachheit halber oberhalb der Grundplatte GP lediglich schematisch angedeutet. Das optische Abbildungssystem VK ist über eine Meßleitung ML mit der Auswerte-/Steuereinrichtung COM verbunden, um die von ihm aufgenommenen Bildinformationen auswerten zu können. Mit Hilfe des optischen Abbildungssystems VK ist es also ermöglicht, für die jeweilige Lichtleitfaser, hier-die Testfasern FE1 bzw. FE2, jeweils ein optisches Abbild bzw. Projektionsbild in mindestens einer Betrachtungsebene zu erfassen und dessen Bildinformation zur Auswertung bereitzustellen. In der Fig. 2 ist das optische Abbildungs- und Aufnahmesystem VK derart bezüglich der Testfasern FE1, FE2 angeordnet, daß deren Projektionsbilder beispielsweise in der x, z-Lageebene aufgenommen werden können. Analog dazu kann gegebenenfalls auch in anderen Betrachtungsebenen, wie zum Beispiel in der y, z-Ebene von Fig. 2, die senkrecht zur x, z-Betrachtungsebene liegt, ein etwaiger lateraler Versatz der beiden Testfasern FE1, FE2 gegeneinander erfaßt werden.

Auf diese Weise kann ein etwaiger Versatz der Testfasern gegeneinander mehrdimensional, das heißt in mehreren verschiedenen Betrachtungsebenen erfaßt werden. Insbesondere kann der räumliche, radiale Gesamtversatz der beiden Test- Faserenden zueinander dadurch ermittelt werden, daß deren relative örtliche Lage zueinander in mindestens zwei Betrachtungsebenen ermittelt wird.

Die Relativlage der beiden Faserabbildungen in der jeweiligen Betrachtungsebene zueinander wird bei der Schweißvorrichtung PV von Fig. 2 mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung, insbesondere einem Display DP visualisiert. Die Anzeigeeinrichtung DP ist dazu über eine Datenleitung VL4 mit der Auswerte-/Steuereinrichtung COM verbunden. Das Display DP zeigt schematisch die Abbildungen AB1, AB2 der beiden Test- Faserenden FE1, FE2 beispielhaft in der x, z- Betrachtungsebene als rechteckförmige Streifen und zwar mit einem lateralen Versatz ihrer Außenkonturen in x-Richtung.

Selbstverständlich kann es auch zweckmäßig sein, den aktuellen Ausrichtzustand der beiden Test- Lichtleitfaserenden FE1, FE2 aufeinander mit Hilfe anderer Meßmittel zu erfassen. In der Fig. 2 sind die Komponenten (wie zum Beispiel BK1, BK2, TR, LEL, LE3, LE4) eines solchen zusätzlichen oder alternativen Systems für die Bestimmung des radialen Versatzes der beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 gegeneinander strichpunktiert mit eingezeichnet. Es weist einen optischen Sender TR, insbesondere eine Laserdiode, auf, die mit Hilfe eines Biegekopplers BK1 an den ersten Test- Lichtwellenleiter LW1 angekoppelt ist. Der Biegekoppler BK1 ist dabei bei Blickrichtung von links nach rechts vor der Haltevorrichtung HV1 angeordnet. Anteile des Sende- Strahlungsfeldes SSF des optischen Senders TR werden sendeseitig, (hier in der Fig. 2 in der linken Bildhälfte) in den ersten Test-Lichtwellenleiter LW1 unter Zuhilfenahme dieses Biegekopplers BK1 in Richtung auf dessen freigelegten Test-Lichtleitfaser FE1 eingekoppelt. Die Ansteuerung des optischen Senders TR kann von der Auswerte-/Steuereinrichtung COM über eine Steuerleitung LE3 erfolgen. Auf diese Weise durchläuft in der Fig. 2 ein Meßlicht ML die erste optische Testfaser FE1 und wird in die gegenüberstehende Test- Lichtleitfaser FE2 übergekoppelt. Anteile dieses Meßlichts ML können deshalb nach Durchlaufen der Test-Lichtleitfaser FE2 empfangsseitig mit Hilfe eines zweiten Biegekopplers BK2 ausgekoppelt werden, der in der rechten Bildhälfte von Fig. 2 nach der zweiten Haltevorrichtung HV2 angeordnet ist. Das Empfangsstrahlungsfeld ESF dieser empfangsseitig ausgekoppelten Meßlichtanteile wird in der Fig. 2 mit Hilfe mindestens eines lichtempfindlichen Elements LEL, insbesondere einer Fotodiode, erfaßt und über eine Meßleitung LE4 an die Auswerte-/Steuereinrichtung COM zur Auswertung weitergeleitet. Auf diese Weise ist es ermöglicht, Veränderungen des über die beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 geschickten Meßlichts ML zu bestimmen und diese Veränderungen als Maß für einen etwaigen radialen Versatz der beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 gegeneinander heranzuziehen. Insbesondere kann es dabei zweckmäßig sein, die Dämpfung des über die beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 transmittierten, das heißt übergekoppelten Meßlichtes ML mit Hilfe der in der US-PS 5,078,489 beschriebenen Meßmethode ("LID-Verfahren = "Light Injection and Detection") zu bestimmen. Je nach Grad des radialen Versatzes der-beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 gegeneinander, wird eine Dämpfungserhöhung bei der Lichtüberkopplung bzw. Lichtübertragung verursacht. Je größer der radiale Versatz der beiden Lichtleitfaserenden FE1, FE2 gegeneinander wird, desto größer wird auch die Dämpfung, so daß eine eindeutige Zuordnung zwischen der zeitlichen Aufnahme des Dämpfungsverlaufs und dem Grad des radialen Lageversatzes der beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 gegeneinander möglich ist.

Fig. 3 zeigt in einer gemeinsamen Betrachtungs- bzw. Lageebene - wie zum Beispiel der x, z-Ebene von Fig. 2 - die beiden Test-Lichtleitfasern FE1 bzw. FE2 im Bereich ihrer Stirnseiten in schematischer sowie vergrößerter Darstellung jeweils in Form eines rechteckförmigen Streifens. Zur besseren Veranschaulichung ist in der Fig. 3 zusätzlich der Verlauf des Faserkerns (core) KE1 bzw. KE2 der jeweiligen Test-Lichtleitfaser FE1 bzw. FE2 mit eingezeichnet. Der jeweilige Faserkern (core) KE1 bzw. KE2 verläuft im wesentlichen zentrisch im Inneren des Mantelglases (cladding) MA1 bzw. MA2 der jeweiligen Test-Lichtleitfaser FE1 bzw. FE2. Räumlich betrachtet heißt das, daß die jeweilige Test- Lichtleitfaser FE1 bzw. FE2 einen im wesentlichen kreiszylinderförmigen Faserkern KE1 bzw. KE2 in ihrem Zentrum aufweist, auf dem das Mantelglas MA1 bzw. MA2 als kreiszylinderförmige Beschichtung auf sitzt.

Die Stirnflächen der beiden Test-Lichtleitfasern FE1 bzw. FE2 werden zunächst in einem ersten Schritt derart zueinander positioniert, daß sie sich mit einem vorgebbaren Längsabstand LA gegenüberstehen. Die beiden Test-Lichtleitfasern FE1 bzw. FE2 erstrecken sich dabei im wesentlichen geradlinig entlang der z-Richtung (siehe auch Fig. 2). Dann werden sie in einem nächsten Schritt derart aufeinander ausgerichtet, daß ihre Außenkonturen AK1 bzw. AK2 um einen vorgebbaren lateralen Anfangsversatz AV - hier in der x, z- Betrachtungsebene in x-Richtung - gegeneinander verschoben sind, d. h. bezogen auf ihre jeweilige Faserlängserstreckung sind ihre Außenkonturen AK1, AK2 in radialer Richtung um einen vorgebbaren Querabstand AV gegeneinander gerückt bzw. versetzt. Allgemein ausgedrückt werden also die beiden Testfasern zur Durchführung des Vorversuchs zunächst in mindestens einer gemeinsamen Lageebene in definierter Weise in radialer Richtung (bezogen auf ihre jeweilige Faserlängsachse) zueinander fehlpositioniert, so daß zwischen ihren Außenkonturen ein bestimmter, anfänglicher Lateralversatz vorgegeben ist. Bei der Schweißvorrichtung PV von Fig. 2 weist dazu die Auswerte-/Steuereinrichtung COM das Stellglied SG2 über die Steuerleitung SL2 an, die zweite Haltevorrichtung HV2 (mit der zweiten Testfaser FE2) gegenüber der feststehenden ersten Haltevorrichtung HV1 (mit der ersten Testfaser FE1) entsprechend in x-Richtung zu verschieben. Wird gegebenenfalls auch in der y, z-Ebene ein definierter Anfangsversatz zwischen den Außenkonturen der beiden Testfasern FE1, FE2 gewünscht, so kann mit Hilfe des Stellglieds SG2 die Haltevorrichtung HV2 mit der auf ihr fixierten zweiten Testfaser FE2 entsprechend in y-Richtung verschoben werden.

Allgemein ausgedrückt werden die beiden Testfasern also mit Hilfe von Positioniermitteln in mindestens einer Betrachtungsebene relativ zueinander quer, insbesondere orthogonal zu ihrer Längserstreckung derart verschoben und in eine solche Ausgangslage zueinander gebracht, daß sich in dieser Betrachtungsebene zwischen ihren Außenkonturen ein definierter, lateraler Anfangsversatz ergibt.

Der Anfangsversatz AV wird vorzugsweise höchstens so groß gewählt, daß sich die beiden Testfasern beim Zusammenfahren in Faserlängsrichtung noch stirnseitig kontaktieren lassen. Bevorzugt wird die laterale Fehlpositionierung der beiden Testfasern derart vorgenommen, daß der radiale Anfangsversatz AV höchstens etwa gleich der Hälfte des Außendurchmessers der jeweiligen Testfaser entspricht.

Die derart vorab in radialer Richtung fehlpositionierten sowie in vorgebbarem Längsabstand voneinander angeordneten Test-Lichtleitfasern FE1 bzw. FE2 werden anschließend mit Hilfe einer Heizeinrichtung, insbesondere thermischen Wärmequelle, im Bereich ihrer Stirnflächen auf Erweichungstemperatur vorerwärmt (= Vorschweißvorgang), insbesondere lediglich oberflächlich angeschmolzen.

Dazu sind in der Fig. 2 dem Zwischenraum zwischen den beiden Haltevorrichtungen HV1, HV2 zum Beispiel zwei Schweißelektroden EL1, EL2 derart zugeordnet, daß sich zwischen ihnen ein sogenannter Lichtbogen durch Glimmentladungen queraxial, insbesondere senkrecht, zur axialen Längserstreckung der beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 ausbilden kann. Der Verlauf des Bereichs, in dem sich jeweils ein Lichtbogen zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 ausbreiten kann, (= Erwärmungs- bzw. Schweißbereich) ist in der Fig. 2 der zeichnerischen Einfachheit halber lediglich in Form einer langgestreckten, strichpunktierten Ellipse angedeutet und mit LB bezeichnet. Während die Elektrode EL1 der einen Längsseite der beiden Test- Lichtleitfasern FE1, FE2 zugeordnet ist, befindet sich die Elektrode EL2 auf der der Schweißelektrode EL1 gegenüberliegenden Längsseite der Lichtleitfasern FE1, FE2. Insbesondere liegt die erste Schweißelektrode EL1 der zweiten Schweißelektrode EL2 um etwa 180° versetzt gegenüber. Die jeweilige Schweißelektrode EL1 bzw. EL2 ist über eine zugehörige Stromleitung EL1 bzw. LE2 an eine Spannungsquelle SQ angeschlossen, die vorzugsweise Bestandteil der Auswerte- /Steuereinrichtung COM ist. Die Spannungsquelle SQ ist in der Fig. 2 der zeichnerischen Einfachheit halber lediglich symbolisch angedeutet. In die Stromleitung LE2 ist in der Fig. 2 ein Strommeßgerät MG eingefügt, das die Entladestromstärke IS der Glimmentladungen zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 mißt und anzeigt. Das Meßgerät ME kann dabei vorzugsweise in die Auswerte-/Steuereinrichtung COM integriert sein, so daß dort die gemessenen Entladestromstärken der Glimmentladungen sowie deren zugehörige Entladezeitdauern zur Auswertung bereitgestellt sind.

Während die lateral zueinander versetzt positionierten Testfasern FE1, FE2 derart vorerwärmt und stirnseitig angeschmolzen werden und/oder nachdem diese fehlpositionierten Testfasern derart vorerwärmt und stirnseitig angeschmolzen worden sind, werden sie in z- Richtung aufeinander zubewegt, bis sie sich stirnseitig kontaktieren. Bei der Schweißvorrichtung PV von Fig. 2 wird dazu die zweite Haltevorrichtung HV2 mit Hilfe des Stellgliedes SG2 in z-Richtung auf die ortsfest angebrachte, erste Haltevorrichtung HV1 soweit zu verfahren, bis die beiden, vorzugsweise in Form eines dünnen Oberflächenfilms angeschmolzenen Faserenden erstmalig miteinander in Berührung kommen. Die entsprechende Betätigung des Stellgliedes SG2 erfolgt dabei über die Steuerleitung SL2 durch die Auswerte- /Steuereinrichtung COM.

Fig. 4 zeigt - passend zur Betrachtungsebene von Fig. 3 ebenfalls in der x, z-Betrachtungsebene - in schematischer sowie vergrößerter Darstellung den Bereich um die Kontaktierungsstelle KS der beiden, in radialer Richtung absichtlich fehlpositionierten Testfasern FE1, FE2 unmittelbar nach dem Zusammenbringen deren Stirnflächen (="Offsetspleiß"). An der Kontaktierungsstelle KS kommt es lediglich an den Stirnseiten der beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 zu einer Verschmelzung des erweichten, zähflüssig gemachten Glasmaterials. Auf diese Weise haften die beiden Testfasern FE1, FE2 stirnseitig aneinander, wobei zwischen ihren Außenkonturen AK1, AK2 zunächst der vorgegebene, radiale Anfangsversatz AV vorliegt. Vorzugsweise werden die beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 während dieser Schmelzverklebung ihrer Stirnflächen mit leichtem Faserüberhub ineinandergefahren. Auf diese Weise ist zunächst ohne Rücksicht auf die Zugfestigkeit der Schmelzverklebung ein "Offsetspleiß" mit definiertem, radialem Anfangsversatz seiner Test-Lichtleitfasern gebildet.

Das Glasmaterial im Bereich der Kontaktierungsstelle KS der beiden stirnseitig miteinander schmelzverklebten Faserenden FE1, FE2 wird nun anschließend derart durcherwärmt, insbesondere bis zum jeweiligen Faserzentrum derart aufgeschmolzen (= Hauptschweißen), daß es durch die Oberflächenspannung des geschmolzenen Glasmaterials zu einer Glättung des unstetigen, treppenförmigen Anfangsversatzes AV zwischen den Außenkonturen der beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 kommt. Dort setzt also ein Abrundungseffekt ein. Das zähflüssig gemachte Glasmaterial fließt dabei aufgrund seiner Oberflächenspannung insbesondere in diejenigen Bereiche, wo am Außenumfang bei der Kontaktierungsstelle KS ein Materialdefizit vorliegt. Dadurch wird der sprungartige, insbesondere unstetige Absatz zwischen den Außenkonturen der beiden stirnseitig aneinandergehefteten Test-Faserenden FE1, FE2 in der Betrachtungsebene von Fig. 4 eingeebnet. Der Glasfluß ist in der Fig. 4 durch Pfeile MF veranschaulicht. Die Wärmenachbehandlung, d. h. Fertigstellung des "Offsetspleißes" führt somit zu einer Glättung der Außenkonturen der Faserenden FE1, FE2 im Bereich deren Kontaktierungsstelle KS und damit zu einer Verringerung des Anfangsversatzes AV (vergleiche Fig. 5) bis zu einem verbleibenden Restversatz RV. Dieser Restversatz RV kann dann zum Beispiel mit Hilfe der Bildverarbeitungseinrichtung VK von Fig. 2 erfaßt und zur Bestimmung optimaler Schweiß- bzw. Spleißparameter herangezogen werden.

Fig. 5 veranschaulicht in schematischer sowie vergrößerter Darstellung in der x, z-Betrachtungsebene die sich ergebende Glättung der Außenkonturen der beiden Test-Lichtleitfasern FE1, FE2 im Bereich deren Kontaktierungsstelle KS, nachdem beide Testfasern miteinander verschmolzen worden sind.

Durch den Glasfluß MF wird eine Art Selbstzentrierung der beiden Test-Faserenden FE1, FE2 aufeinander zu bewirkt, so daß zwischen deren Außenkonturen lediglich ein radialer Restversatz RV übrigbleibt, der kleiner als der vorgegebene, radiale Anfangsversatz AV ist. Mit anderen Worten heißt das, daß durch die Oberflächenspannung des zähflüssig gemachten Glasmaterials (Mantelglas und/oder Kernglas) eine Verformung bzw. Verbiegung der Test-Lichtleitfaserenden FE1, FE2 dahingehend bewirkt wird, daß diese sich in erster Näherung bis auf den verbleibenden, radialen Restversatz RV selbsttätig fluchtend aufeinander ausrichten. Durch diesen Selbstzentriereffekt können auch die ursprünglich um den Anfangsversatz AV lateral gegeneinander versetzten Faserkerne KE1, KE2 im zähflüssig gemachten Mantelglas derart aufeinander zubewegt bzw. verformt werden, daß diese stirnseitig miteinander verschmelzen. Während also die Faserkerne KE1, KE2 vor Durchführung der Glättung der Außenkonturen der Test-Lichtleitfaserenden FE1, FE2 einen vorgebbaren radialen Versatz zueinander aufweisen (wie in Fig. 4 dargestellt), sind sie nach Durchführung der Glättung über die Kontaktierungsstelle KS hinweg durchgängig miteinander verbunden (wie in Fig. 5 dargestellt). Beim eigentlichen Verschmelzen bzw. Verschweißen der Test- Faserenden FE1, FE2 werden diese also derart verformt, daß sich ihre Außenkonturen sowie ihre Faserkerne KE1, KE2 annäherungsweise entlang einer gemeinsamen gedachten Fluchtgeraden erstrecken, wobei der Restversatz RV verbleibt. Der Selbstzentriereffekt macht sich z. B. auch in einer Abnahme der Dämpfung von Meßlicht wie z. B. ML (siehe Fig. 2) bemerkbar, das gegebenenfalls über die Verbindungs- bzw. Kontaktierungsstelle KS hinweg geführt werden kann.

Als Meßgröße für die Fasererwärmung kann somit in vorteilhafter Weise die Stärke des Selbstzentriereffekts des zähflüssig gemachten Glasmaterials benutzt werden. Es kann also die durch den jeweiligen Schweißvorgang selbst bewirkte, versatzreduzierende Wirkung ausgewertet und Rückschlüsse auf die an den Fasern tatsächlich wirksam werdende Hitzemenge abgeleitet. Der Grad der Verringerung des definiert vorgebbaren Anfangsversatzes AV - vorzugsweise ausgedrückt durch den verbleibenden Restversatz RV - kann dann in vorteilhafter Weise als Maß für die Glasviskosität herangezogen werden, die sich unter den jeweilig aktuell vorliegenden Schweißbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Lufttemperatur, Fasertyp, Elektrodenzustand, usw.) sowie unter den gegebenen Schweißparametern (wie zum Beispiel Schweißstromstärke, Schweißzeitdauer, usw.) ergibt. Die sich einstellende Glasviskosität ist dabei ein Maß für die thermische Wärme, die tatsächlich an den Testfasern bei den eingestellten Schweißparametern wirksam wird. Insbesondere entspricht die Glasviskosität, die für eine optimale Verschweißung zweier Lichtleitfasern erforderlich ist, einer bestimmten Verringerung des vorgebbaren Anfangsversatzes AV, das heißt einer definierten Differenz zwischen dem Anfangsversatz AV und dem Restversatz RV. Allgemein ausgedrückt lassen sich also indirekt aus dem Reduzierungsgrad des vorgegebenen Anfangsversatzes eines "Offsetspleißes" Rückschlüsse für die Wahl eines optimalen Schweißparametersatzes zur Herstellung einer thermischen Schweißverbindung zwischen zwei Lichtleitfasern ziehen.

Die versatzreduzierende Wirkung des jeweiligen Schweißvorgangs an den Testfasern wird zweckmäßigerweise dadurch erfaßt, daß für die jeweilige Testfaser FE1 bzw. FE2 ein optisches Abbild in mindestens einer Projektionsebene - wie hier in der x, z-Betrachtungsebene - erzeugt sowie aufgenommen wird. Bei der Schweißvorrichtung PV von Fig. 2 ist dazu das optische Abbildungs- und Aufnahmesystem VK vorgesehen, das die Bildinformation der Faserabbildungen zur Auswertung an die Auswerte-/Steuereinrichtung COM bereitstellt. Aus der Bildinformation der beiden Testfasern kann dann mindestens ein Kriterium für die durch den jeweiligen Schweißvorgang bewirkte Versatzreduzierung ermittelt werden.

Als ein Kriterium für die Versatzreduzierung kann insbesondere der Restversatz RV ermittelt werden, der zwischen den Außenkonturen AK1, AK2 der beiden Testfasern FE1, FE2 nach dem jeweiligen Schweißvorgang verbleibt. Weiterhin kann als Kriterium für die Versatzreduzierung gegebenenfalls auch die Differenz (AV-RV) zwischen dem Anfangsversatz AV und dem Restversatz RV ermittelt werden, der zwischen den Außenkonturen AK1, AK2 der beiden Testfasern FE1, FE2 nach dem jeweiligen Schweißvorgang verbleibt.

Insbesondere ist folgende, zeitliche Abfolge von Verfahrensschritten bei der Durchführung des jeweiligen Vorversuchs zur Optimierung des Schweißparametersatzes zweckmäßig:

  • a) Faservorbereitung und Positionierung zweier Testfasern wie für eine normale, herkömmliche Schweißverbindung.
  • b) Einstellung eines definierten, lateralen Anfangsversatzes zwischen den Außenkonturen der beiden Testfasern in mindestens einer Lageebene.

    Dieser Anfangsversatz wird zweckmäßigerweise in der Größenordnung von höchstens etwa gleich der Hälfte des Außendurchmessers der jeweilig verwendeten Test- Lichtleitfaser gewählt. Bei einem typischen Faseraußendurchmesser von etwa 125 µm liegt also der Anfangsversatz vorzugsweise in der Größenordnung bis zu etwa 62,5 µm.
  • c) Fusionsverschweißen mit folgenden Einzelschritten:

    Die beiden gezielt fehlpositionierten Test-Lichtleitfasern werden zunächst vorgeschweißt. Dazu sind die beiden Testfaserenden zunächst in vorgebbarem Längsabstand voneinander entfernt. Die Testfasern werden dann an ihren Stirnseiten vorzugsweise nur oberflächlich angeschmolzen, d. h. lediglich dort auf Erweichungstemperatur gebracht. Dabei oder danach werden die vorerwärmten, angeschmolzenen Stirnseiten der Test-Lichtleitfasern unter Vorschub aufeinander zu, d. h. gegeneinander verfahren, bis sie sich stirnseitig kontaktieren. Die bezüglich ihrer Außenkonturen gezielt fehlpositionierten Testfasern bilden somit eine "Offset"-Spleißverbindung. Gegebenenfalls können die beiden vorerwärmten, d. h. vorerweichten Testfasern gar mit Überhub ineinandergefahren werden. Schließlich werden die sich einander kontaktierenden, gezielt fehlpositionierten Test- Faserenden miteinander zur eigentlichen zugfesten Spleißverbindung verschmolzen (= Hauptschweißen), d. h. der "offset"-Spleiß fertiggeschweißt, wodurch eine versatzreduzierende Wirkung einsetzt.
  • d) Ermittlung des verbleibenden, lateralen Restversatzes zwischen den miteinander verschweißten Testfasern, d. h. des fertiggeschweißten "Offset"-Spleißes, in mindestens einer Betrachtungsebene sowie Auswertung der lateralen Versatzreduzierung zur Gewinnung, insbesondere Errechnung, optimierter Schweißparameter. Vorzugsweise wertet dazu die Auswerte-/Steuereinrichtung wie zum Beispiel COM des Spleißgeräts von Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Entladestromstärke IS aus und setzt diesen in vorteilhafter Weise mit der jeweilig bewirkten Verringerung bzw. Reduzierung des vorgegebenen Anfangsversatzes AV in Beziehung.

Insbesondere können folgende Vorgehensweisen zur automatischen Ermittlung eines optimalen Schweißparametersatzes zweckmäßig sein:

  • 1) Zur Herstellung eines "Offset"-Testspleißes werden die Schweißparameter anfänglich fest vorgegeben oder vom Benutzer fest eingestellt. Prinzipiell können also zunächst irgendwelche, zum Schmelzen des Glasmaterials ausreichende Schweißparameterwerte eingestellt werden. Insbesondere werden für diesen ersten Schweißparametersatz (wie z. B. Schweißstrom, Schweißzeit usw.) Standardwerte vorgegeben, die in der Regel für ein Aufschmelzen des Glasmaterials der Testfasern ausreichend sind. Dann wird ein "Offsetspleiß" gemäß vorstehend beschriebener Ausführungen mit diesem ersten Schweißparametersatz hergestellt, d. h. zwei miteinander zu verbindende Test-Lichtleitfasern werden mit einem vorgebbaren, lateralen Anfangsversatz AV in definierter Weise in mindestens einer Lageebene fehlpositioniert, diese fehlpositionierten Faserenden stirnseitig miteinander kontaktiert und ggf. dort schmelzverklebt. Erst dann werden die beiden Testfasern eigentlich miteinander verschweißt (= Hauptschweißen), d. h. an ihrer Kontaktierungsstelle auf Erweichungstemperatur gebracht und zwar mit Hilfe des erstmalig vorgegebenen Schweißparametersatzes, so daß ihre Glasmaterialen miteinander verschmelzen. (Der "Offset"-Spleiß wird also fertiggeschweißt, insbesondere vollständig durcherwärmt und dabei radial nach innen ganz geschmolzen.) Aus dem sich dabei letztlich einstellenden Restversatz RV kann in vorteilhafter Weise auf die Wirkung der Wärmequelle unter den momentan vorliegenden Schweißbedingungen, d. h. auf die Hitzeenergie, die an den Testfasern aufgrund des ersten festgelegten Schweißparametersatzes tatsächlich wirksam wird, beschlossen werden. Aus mindestens einer vorher festgelegten Kennlinie läßt sich dann in Abhängigkeit von diesem ermittelten Restversatz die erforderliche Korrektur des Schweißparametersatzes, d. h. mindestens eines der Schweißparameter, zu dessen Optimierung ablesen oder mit Hilfe der Auswerte-/Steuereinrichtung COM von Fig. 2 automatisch durchführen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein mögliches Kennlinienfeld zur Korrektur und Optimierung z. B. des Schweißstroms. Entlang der Abzisse des Kennlinienfeldes ist dabei der jeweilig verbleibende, laterale Restversatz RV aufgetragen, der sich nach Fertigstellung des jeweiligen "Offset"-Testspleißes ergibt; der Ordinaten des Kennlinienfeldes ist ein Schweißstrom-Korrekturwert ΔI zugeordnet. Dieses Kennlinienfeld kann entweder rechnerisch anhand theoretischer Überlegungen oder empirisch anhand von Vorversuchen ermittelt werden.

Um in der Praxis ein Kennlinienfeld z. B. zur Schweißstromkorrektur aufzunehmen, wird für jeden der durchzuführenden Test-Schweißvorgänge zweckmäßigerweise möglichst dieselbe Schweißzeitdauer verwendet, d. h. es wird für die Vielzahl von durchzuführenden Test-Schweißvorgängen nachfolgend die gleiche Schweißzeitdauer konstant beibehalten. Folgende Vorgehensweise kann zur Ermittlung einer Korrektur-Kennlinie für den Schweißstrom zweckmäßig sein:

Zunächst werden bei ersten, vorgegebenen Schweißbedingungen, insbesondere bei einem ersten Luftdruckwert, zwei Testfasern bezüglich ihrer Außenkonturen möglichst fluchtend aufeinander ausgerichtet, stirnseitig zusammengebracht und dann bei einem bestimmten ersten Schweißstromwert miteinander verschweißt (= "normaler Testspleiß"). Solche Testspleiße werden unter Variation des Schweißstroms bei diesen ersten, konstant gehaltenen Schweißbedingungen solange wiederholt, bis sich ein optimaler Schweißstromwert findet, bei dem die fertige Schweißverbindung eine minimale Übertragungsdämpfung aufweist. Dieser empirisch gefundene optimale Schweißstromwert wird festgehalten. Dann werden erneut zwei Testfasern bei den ersten, konstant gehaltenen Schweißbedingungen miteinander verschweißt. Allerdings werden die beiden Testfasern jetzt mit einem vorgebbaren, lateralen Anfangsversatz zueinander angeordnet und dann mit dem für die ersten Schweißbedingungen ermittelten optimalen Schweißstromwert miteinander verschweißt (="Offsetspleiß"). Danach wird der verbleibende, optimale Restversatz zwischen den Außenkonturen der Testfasern bestimmt und aufgezeichnet. Der optimale Restversatz ist in der Fig. 1 mit ORV bezeichnet.

Anschließend werden die Schweißbedingungen geändert und für diese zweiten Schweißbedingungen, insbesondere einen zweiten Luftdruckwert, der verbleibende laterale Restversatz für einen weiteren "Offsetspleiß" zweier Testfasern ermittelt. Ergibt sich ein veränderter, nicht optimaler Restversatz so wird ein "normaler Spleiß" (wie oben beschrieben) durch Variation des Schweißstroms so oft wiederholt, bis schließlich eine Schweißverbindung minimaler Übertragungsdämpfung hergestellt wird. Diesem Restversatz wird dann dieser neu ermittelte Schweißstromwert zugeordnet, der sich durch einen Korrekturwert ΔI vom optimalen Schweißstromwert unterscheidet. Durch entsprechendes Wiederholen dieser Meßprozedur bei unterschiedlichen Schweißbedingungen kann schließlich durch Funktionenapproximation eine Stromkorrektur-Kennlinie wie z. B. IS1 von Fig. 1 gewonnen werden.

In der Fig. 1 ist die Korrekturkennlinie IS1 vereinfacht einer Geraden mit positiver Steigung angenähert. Sie verläuft bezüglich dem optimalen Restversatz ORV spiegelsymmetrisch.

Bei verschiedenen, jeweils fix eingestellten Schweißzeitdauern kann sich ggf. eine Kennlinienschar zur Korrektur des Schweißstroms ergeben. In der Fig. 1 sind deshalb drei weitere Korrekturkennlinien IS2 mit IS4 eingezeichnet, die verschiedenen Schweißzeitdauern zugeordnet sind. Für sie ist jeweils in erster Näherung eine Geradenlinie positiver Steigung angenommen. Die verschiedenen Korrektur-Kennlinien IS1 mit IS4 weisen unterschiedliche Steigungen auf und schneiden sich alle im gemeinsamen Schnittpunkt beim optimalen Restversatz ORV>0, ΔI=0.

Dieses Kennlinienfeld wird vorzugsweise in der Auswerte- /Steuereinrichtung COM von Fig. 2 dauerhaft abgespeichert. Selbstverständlich ist es auch möglich, Korrektur-Kennlinien entsprechend für die anderen Schweißparameter zu ermitteln.

Im praktischen Feldeinsatz kann nun mit Hilfe der jeweilig aufgenommen und dauerhaft vorliegenden Stromkorrektur- Kennlinie wie z. B. IS1 in mindestens einem Vorversuch eine Anpassung des Schweißstroms an die aktuell vorliegenden Schweißbedingungen vorgenommen werden, um nachfolgend optimale Schweißverbindungen herstellen zu können. Dazu wird bei irgendeinem, noch unangepaßtem Schweißstromwert ein "Offsetspleiß" zweier Testfasern durchgeführt und der verbleibende laterale Restversatz ermittelt. Ist der gemessene Restversatz wie z. B. RV1 größer als der optimale Restversatz ORV, so ist die bewirkte Schweißtemperatur zu gering. Dies kann beispielsweise beim Schweißen in großer Höhe vorkommen, wo der Luftdruck niedriger ist. Dem Restversatz RV1 wird deshalb anhand der Korrektur-Kennlinie IS1 von Fig. 1 ein Stromerhöhung um KI1 zugeordnet, um einen optimalen Schweißstrom für die neu vorliegenden Schweißbedingungen einzustellen. Erst danach werden die eigentlich herzustellenden Lichtleitfaserspleiße gefertigt. Ist umgekehrt der gemessene Restversatz wie z. B. RV2 kleiner als der optimale Restversatz ORV, so ist die bewirkte Schweißtemperatur zu groß. Dem Restversatz RV2 wird deshalb anhand der Korrektur-Kennlinie IS1 von Fig. 1 eine Stromerniedrigung um KI2 zugeordnet, um einen optimalen Schweißstrom für die neu vorliegenden Schweißbedingungen einzustellen.

Dadurch, daß ein bestimmter Schweißparametersatz (insbesondere gekennzeichnet durch die Entladestromstärke, Schweißzeitdauer, usw.) fest vorgegeben wird und dann unter den vorliegenden äußeren Rahmenbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Lufttemperatur, Fasertyp, Elektrodenzustand usw. gemessen wird, welcher Restversatz sich für den vorgegebenen Anfangsversatz einstellt, ist eine sehr einfache, direkte und genaue Überprüfung dieser Schweißparameter ermöglicht. Diese Vorgehensweise eignet sich insbesondere dafür, wenn nur geringe Parameterkorrekturen erforderlich sind oder wenn lediglich eine Überprüfung der eingestellten Parameter bzw. der korrekten Arbeitsweise des Gerätes vorgenommen werden soll.

  • 2) Besonders zweckmäßig kann es sein, ausgehend von einem vorgegebenen Anfangsversatz AV die zwei Lichtleitfasern durch Variation eines oder mehrerer der Schweißparameter unter den vorliegenden Schweißbedingungen derart zu erwärmen und miteinander zu verschmelzen, daß ein fest vorgegebener Restversatz, d. h. ein definierter Sollversatz erreicht wird. Dieser Sollversatz wird zweckmäßigerweise in Vorversuchen so festgelegt, daß er dem Glättungsverhalten bei optimalen Schweißparametern entspricht. Der Sollversatz wird vorzugsweise typischerweise etwa gleich der Hälfte des Anfangsversatzes gewählt. Durch Variation der Schweißparameter, insbesondere während des Hauptschweißens, das heißt während des eigentlichen Verschmelzens der beiden absichtlich fehlpositionierten Faserenden, wird also versucht, bei den jeweilig vorliegenden Randbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Lufttemperatur, Fasertyp, Elektrodenzustand, insbesondere Grad der Elektrodenverschmutzung, usw.) den vorgegebenen Anfangsversatz auf einen bestimmten, definierten Restversatz herunterzureduzieren. Mit anderen Worten ausgedrückt heißt das, daß auf iterativem Weg die einzelnen Schweißparameter (wie zum Beispiel Entladestromstärke, Schweißzeit, Glimmentladungsimpulsdauer, usw.) derart an die jeweilig vorliegenden Schweißbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Fasertyp, Elektrodenzustand, usw.) angepaßt werden, daß sich, ausgehend von einem bestimmten vorgegebenen, radialen Anfangsversatz zwischen den Außenkonturen der beiden jeweilig miteinander zu verbindenden Lichtleitfasern ein bestimmter, gewünschter Restversatz nach Durchführung der Glättung übrigbleibt, der für eine optimale Verschweißung der Lichtleitfasern kennzeichnend ist. Durch diese iterative Methode genügt in vorteilhafter Weise bereits die Herstellung eines einzigen Offsetspleißes zur Ermittlung eines optimalen Schweißparametersatzes. Im Unterschied zur Vorgehensweise unter 1. ist bei der iterativen Vorgehensweise für größere Schweißparameterkorrekturen die Herstellung mehrerer Offsetspleiße nicht erforderlich. Außerdem ist hierbei das Kennlinienfeld entsprechend der ersten Vorgehensweise unter 1) nicht erforderlich, da bei der iterativen Vorgehensweise der während des Offsetspleißes erreichte Restversatz (= Sollversatz) bereits optimalen Schweißparametern entspricht. Demgegenüber kann es bei der ersten Vorgehensweise unter 1. bei extremer Abweichung der fest eingestellten Schweißparameter von den gewünschten optimalen Schweißparametern ggf. dazu kommen, daß entweder überhaupt keine Verringerung des Anfangsversatzes (da die Schweißenergie zu klein ist) stattfindet oder daß der Restversatz für eine sinnvolle Auswertung zu gering ist. In diesen Fällen ist eine Wiederholung des Offsetspleißes mit entsprechend geänderten Schweißparametern zweckmäßig.

Zur Ermittlung der optimalen Schweißparameter kann es insbesondere zweckmäßig sein, die Veränderung des vorgegebenen Anfangsversatzes AV während des Glättungsvorgangs in Echtzeit zu erfassen und zur Auswertung bereitzustellen. Dazu kann es zum Beispiel zweckmäßig sein, eine kontinuierliche Glimmentladung zu erzeugen, deren Schweißstromstärke im wesentlichen konstant ist. Fig. 6 veranschaulicht anhand eines schematischen Versatz/Zeitdiagramms VE/t, wie sich dabei der radiale Versatz VE zwischen den Außenkonturen der Testfasern während der Schweißzeit t kontinuierlich verändert. Es wird fortlaufend beobachtet, nach welcher Schweißzeit t sich ein Sollversatz SV als Restversatz RV ergibt, d. h. RV=SV erreicht wird. Dies ist dann die optimale Schweißzeit tS für die Stromstärke des eingestellten Entladestroms. Die Echtzeitauswertung hat insbesondere den Vorteil, daß sich der Ablauf des Schweißvorgangs kaum von der Herstellung einer normalen Schweißverbindung unterscheidet. Die optimale Schweißzeit tS kann direkt, das heißt ohne Umrechnungen zum Beispiel mit Hilfe des Bildverarbeitungssystems VK von Fig. 2 ermittelt werden.

Besonders zweckmäßig kann es sein, auf den Kontaktierungsbereich der beiden Lichtleitfasern, die mit einem vorgebbaren radialen Anfangsversatz zueinander angeordnet sind, eine zeitliche Abfolge von Glimmentladungsimpulsen abzugeben, die durch zeitliche Pausen, das heißt Totzeiten voneinander getrennt sind. Dadurch kann erreicht werden, daß der Gesamtschweißvorgang in mehrere Zeitintervalle mit jeweils anschließender Auswertung aufgeteilt wird. Dies veranschaulicht beispielhaft Fig. 7 anhand eines schematischen Versatz/Zeitdiagramms VE/t. Die Zeitintervalle, während denen jeweils eine Glimmentladung zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 von Fig. 2 stattfindet und damit ein Entladestrom IS fließt, sind in der Fig. 7 mit ZI1 bis ZIn bezeichnet und schraffiert dargestellt. Während dieser Zeitintervalle ergibt sich jeweils eine Änderung, insbesondere eine Abnahme des radialen Versatzes VE zwischen den beiden Faserenden. Pro Schweißintervall ZI1 mit ZIn verringert sich also der radiale Versatz VE. Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Glimmentladungsimpulsen wird jeweils eine vorgebbare Totzeit eingehalten, während der sich der radiale Versatz VE nicht weiter verändert, sondern im wesentlichen konstant bleibt. In der Fig. 7 ist der Restversatz während dieser Totzeiten mit V1 bis Vn bezeichnet. Die Verringerung des radialen Versatzes VE während der Schweißintervalle ZI1 mit ZIn ist in der Fig. 7 mit zugehörigen Bezugszeichen K1 mit Kn gekennzeichnet. Durch dieses Intervallschweißen ist es ermöglicht, den Schweißvorgang in mehrere Intervalle mit jeweils anschließender Auswertung aufzuteilen. Während der Totzeiten TO1 mit TOn steht also jeweils ein ausreichendes Zeitintervall zur Verfügung, während dem sich der jeweils nach Abgabe eines Glimmentladungsimpulses ergebende Restversatz VE erfassen und zur Auswertung bereit stellen läßt. Die optimale Schweißzeit errechnet sich dann vorzugsweise aus der Summe der einzelnen Zeitintervalle ZI1 mit ZIn, während denen jeweils ein Entladestrom IS zwischen den beiden Elektroden EL1, EL2 von Fig. 2 fließt. Dabei ist es zweckmäßig, von dieser Summe noch die Zeiten für die Aufwärmphasen des Test-Spleißes abzuziehen. Da der Einfluß der Aufwärmphasen in der Praxis schlecht kalkulierbar ist, ist es zweckmäßig, diesen Einfluß möglichst gering zu halten. Dazu werden die Schweißintervalle ZI1 mit ZIn möglichst kurz gewählt. Eine zweckmäßige Intervalldauer liegt vorzugsweise in der Größenordnung von etwa 0,5 sec. Im Vergleich zur Echtzeitauswertung bleibt somit mehr Zeit für die Auswertung des sich jeweilig ergebenden Restversatzes zur Verfügung. Die Auswertung, insbesondere z. B. mit dem Bildverarbeitungssystems VK von Fig. 2, vereinfacht sich, weil sie bei kalter Spleißstelle vorgenommen werden kann. Dadurch sind Probleme, wie sie bei der auszuwertenden Bildinformation eines heißen Spleißes auftreten können, weitgehend vermieden. Die Arbeitsgeschwindigkeit des Auswertesystems, insbesondere der Auswerte-/Steuereinrichtung COM von Fig. 1 können durch die Aufteilung in Schweiß- und Totzeitintervalle geringer als bei der Echtzeitauswertung nach 1. gehalten werden. Beim Intervallschweißen ist somit die Genauigkeit lediglich durch die Mindest-Intervalldauer begrenzt, während der der jeweilige Restversatz erfaßt und zur Auswertung bereitgestellt wird.

Besonders zweckmäßig kann es sein, die mit einem vorgebbaren radialen Anfangsversatz kontaktierten Stirnflächen der Lichtleitfaserenden lediglich soweit aufzuheizen, bis überhaupt erst einmal eine Veränderung des Anfangsversatzes sichtbar und damit meßbar wird. Fig. 9 zeigt schematisch anhand eines Entladestromstärke-/Zeitdiagramms IS/t, wie durch entsprechende Wahl des zeitlichen Verlaufs der Entladestromstärke IS die Kontaktierungsstelle KS der beiden Lichtleitfasern soweit vorerwärmt werden kann, bis sich überhaupt erst einmal eine erste Veränderung des vorgegebenen Anfangsversatzes AV einstellt. Eine stufenweise Aufheizung des Bereichs um die Kontaktierungsstelle KS der beiden Lichtleitfasern kann insbesondere mit Hilfe einer zeitlichen Abfolge von einzelnen Glimmentladungsimpulsen erreicht werden. In der Fig. 8 sind mehrere, hier beispielhaft vier Schweißstromimpulse IP1 mit IP4 für vier Glimmentladungen eingezeichnet. Sie sind jeweils schematisch in Form eines schmalen Rechtecks angedeutet. Die Schweißstromstärke IS der ersten drei Schweißstromimpulse IP1 mit IP3 steigt über der Zeit t betrachtet sukzessive an, das heißt von einem Schweißstromimpuls zum zeitlich nächsten Schweißstromimpuls kommt es zu einer stufenweisen Erhöhung der Schweißstromstärke IS. Die Schweißstromimpulse IP1 mit IP4 weisen vorzugsweise jeweils eine vorgebbare Impulslänge D1, D2, D3 sowie D4 auf. Der zeitliche Abstand, das heißt die Totzeit bzw. Impulspause wie z. B. TZ12 zwischen jeweils zwei zeitlich aufeinanderfolgenden, benachbarten Schweißstromimpulsen wie zum Beispiel IP1, IP2 kann ebenfalls individuell eingestellt werden. Dadurch, daß die Schweißstromstärke IS von einem Glimmentladungsimpuls zum zeitlich nächsten Glimmentladungsimpuls sukzessive gesteigert wird, ist es ermöglicht, den Kontaktierungsbereich KS der Lichtleitfasern FE1, FE2 in präzise dosierter Weise immer stärker zu erwärmen, bis überhaupt erstmalig der Beginn einer Verringerung des Anfangsversatzes AV festgestellt werden kann. Während der Zeitintervalle D1, D2 ist die Entladestromstärke so gering, daß es zu keinerlei Versatzreduzierung kommt. Erst während des Zeitintervalls D3 reicht die Entladestromstärke für eine Versatzreduzierung aus. Dies wird erkannt und dann z.B insbesondere mit Hilfe obig zu Fig. 6 beschriebener Echtzeitauswertung weitergearbeitet. Fig. 8 stellt korrespondierend zum Entladestromstärke/Zeit-Diagramm IS/t von Fig. 9 den sich jeweilig ergebenden radialen Versatz VE in Abhängigkeit von der Zeit t dar. Während der Schweißintervalle D1, D2 ergibt sich noch keine Verringerung bzw. Reduzierung des Anfangsversatzes AV, das heißt, dort bleibt der vorgegebene Anfangsversatz AV=RV1=RV2 zunächst unverändert, d. h. konstant. Erst die Wärmemenge des dritten Entladestromimpulses IP3 reicht aus, um eine Verringerung RV3 des vorgegebenen Anfangsversatzes AV zu initiieren. Ab dem Zeitpunkt, ab dem erstmalig ein Reduziereffekt des Anfangsversatzes einsetzt, wird dann die Kontaktierungsstelle KS solange kontinuierlich weitererwärmt, bis der definierte vorgebbare Restversatz SV zum Zeitpunkt tO erreicht wird. Dazu kann es zweckmäßig sein, entsprechend Fig. 8 mit einer kontinuierlichen Glimmentladung zu arbeiten, deren Entladestromstärke IP4 im wesentlichen der Entladestromstärke des Entladestromimpulses entspricht, hier IP3, ab dem die Reduzierwirkung des radialen Versatzes eintritt. Während des Zeitintervalls D4 wird also für die Echtzeitauswertung vorzugsweise dieselbe Entladestromstärke wie während des Zeitintervalls D3 benutzt. Der konstante Verlauf der vierten Glimmentladung IP4 (siehe Fig. 9) endet zum Zeitpunkt tO, bei dem der gewünschte Restversatz SV von Fig. 8 erreicht wird. Während der Schweißzeitdauer D4 des letzten, hier vierten Glimmentladungsimpulses IP4 (vergleiche Fig. 9) nimmt der radiale Versatz RV4 zwischen den Außenkonturen der beiden Lichtleitfasern kontinuierlich ab.

Die optimale Schweißzeit für den gesuchten optimierten Schweißparametersatz ergibt sich dann vorzugsweise als Summe aus den Zeitintervalldauern D3 und D4, d. h. allgemein betrachtet nur aus den Zeitintervallen, in denen eine Reduzierung des anfänglichen Lateralversatzes AV bewirkt wird. Die Wirkung der Zeitintervalle D1 und D2 kann vernachlässigt werden, da es hier zu keiner versatzreduzierenden Wirkung kam. Auf diese Weise ist in vorteilhafter Weise eine genaue Optimierung der Spleißparameter möglich, ohne daß überhaupt der optimale Schweißstrom in etwa bekannt sein muß.

Die Fig. 8, 9 veranschaulichen somit eine Kombination aus Intervallschweißen mit Stromvariation und Echtzeitauswertung bei kontinuierlicher Verschweißung.

Zusammenfassend betrachtet ist es also insbesondere zweckmäßig, die Schweißstromstärke kontinuierlich oder schrittweise (diskret) bzw. stufenweise zu steigern, so daß mit einem relativ geringen Schweißstrom begonnen werden kann. Erst in den nachfolgenden Zeitintervallen wird der Entladestrom sukzessive erhöht, bis sich schließlich beim richtigen Entladestrom eine versatzreduzierte Wirkung zeigt. Ab dem Zeitpunkt, ab dem die Entladestromstärke zur Auslösung des Selbstzentriereffekts ausreicht, kann dann die Wirkung der vorangegangenen Zeitintervalle, während der noch keine Glättung und damit noch keine versatzreduzierende Wirkung erzielt wird, vernachlässigt werden. Durch entsprechende Variation der Entladestromstärke und/oder der Impulsdauer kann man sich also schrittweise an diejenige Wärmemenge herantasten, die zur Auslösung des Selbstzentriereffektes ausreicht. Die restliche Optimierung kann dann wahlweise in Echtzeit oder durch Intervallschweißen vorgenommen werden. Dieses Meßprinzip hat den Vorteil, daß sie unter einer Vielzahl praktischer Gegebenheiten wirkungsvoll eingesetzt werden kann. Dadurch ist eine Fehleinstellung insbesondere der Entladestromstärke weitgehend vermieden. Würde man nämlich zum Beispiel mit einem sehr hohen Entladestrom von Anfang an arbeiten, so würde nur eine extrem kurze Auswertezeit zur Verfügung stehen. Bei einer sehr geringen Entladestromstärke hingegen könnte es vorkommen, daß die Schmelztemperatur des Glases gar nicht erreicht wird. Durch die sukzessive Steigerung der Entladestromstärke wird es also möglich, eine geeignete Entladestromstärke aufzufinden, ab der überhaupt erst der Selbstzentriereffekt einsetzt.

Folgende, zusammenfassend aufgelistete Vorgehensweisen können somit jeweils einzeln oder in beliebiger Kombination miteinander ebenfalls zweckmäßig sein:

  • - Der Bereich um die Kontaktierungsstelle wird vorzugsweise derart erwärmt wird, daß ein fest vorgegebener, radialer Soll-Restversatz zwischen den beiden, sich kontaktierenden Testfasern erreicht wird. Dabei wird der Soll-Restversatz derart festgelegt, daß er einem optimalen Schweißverhalten der miteinander zu verschweißenden, optischen Fasern zugeordnet ist.
  • - Dabei wird die Schweißzeit gemessen, nach der der vorgegebene Soll-Restversatz erreicht wird.
  • - Als Kriterium für die Versatzreduzierung der beiden Testfasern aufgrund des jeweiligen Schweißvorgangs kann vorzugsweise diejenige Zeitdauer ermittelt werden, die ausgehend vom Anfangsversatz zur Erreichung eines vorgebbaren, radialen Soll-Restversatzes zwischen den Testfasern benötigt wird.
  • - Als Kriterium für die Versatzreduzierung der beiden Testfasern aufgrund des jeweiligen Schweißvorgangs kann vorzugsweise der Schweißstrom bestimmt werden, der ausgehend vom Anfangsversatz zur Erreichung eines vorgebbaren, radialen Soll-Restversatzes zwischen den Testfasern benötigt wird.
  • - Dabei wird der Bereich um die Kontaktierungsstelle vorzugsweise derart erwärmt, daß der Soll-Restversatz etwa bei der Hälfte des Anfangsversatzes liegt.
  • - Mit Hilfe des jeweilig ermittelten Kriteriums für die Versatzreduzierung wird dann vorzugsweise eine Optimierung mindestens eines Schweißparameters vorgenommen.
  • - Die Verschweißung der Stirnflächen der beiden Test-Fasern kann kontinuierlich durchgeführt werden.
  • - Die Verschweißung der Stirnflächen der beiden Testfasern kann zusätzlich oder unabhängig hiervon ggf. auch in zeitlich aufeinanderfolgenden Schweißintervallen mit dazwischenliegenden Totzeiten durchgeführt werden.
  • - Für die Verschweißung der beiden Testfasern kann zweckmäßigerweise bereits bei Beginn des jeweiligen Schweißvorgangs zumindest eine solch große Schweißstromstärke verwendet, daß eine versatzreduzierende Wirkung erzielt wird.
  • - Zusätzlich oder unabhängig hiervon kann die Schweißstromstärke für die Verschweißung der beiden Testfasern auch solange erhöht werden, bis erstmalig eine versatzreduzierende Wirkung der sich kontaktierenden Testfasern eintritt. Ab dem Eintreten der versatzreduzierenden Wirkung wird die Schweißstromstärke dann zweckmäßigerweise konstant gehalten.
  • 3) Gegebenenfalls kann es zusätzlich oder unabhängig hiervon auch zweckmäßig sein, die Versatzreduzierung indirekt über die Messung des Lichtleistungspegels von Meßlicht wie zum Beispiel ML in Fig. 2 zu bestimmen. Dafür eignet sich insbesondere das sogenannte LID-Meßverfahren, wie es in der US 5,078,489 beschrieben worden ist. Vorzugsweise wird dabei der Lichtleistungspegel des über die Kontaktierungsstelle KS geführten Meßlichts bereits vor der Glättung der Lichtleitfasern gemessen. Der Lichtleistungspegel wird dann während der Glättungsphase oder jeweils nach jedem Spleißstromimpuls fortlaufend gemessen und insbesondere durch die Auswerte/Steuereinrichtung COM von Fig. 2 fortlaufend mitprotokolliert. Gegebenenfalls kann aus dem aufgenommenen Lichtleistungspegel ein Abbruchkriterium für die Versatzreduzierung der Faserenden abgeleitet werden. Der zeitliche Verlauf des Lichtleistungspegels kann bei der Ermittlung optimaler Schweißparameter mit einbezogen werden.
  • 4) Zweckmäßig kann es insbesondere sein, gegebenenfalls mehrere Testspleiße durchzuführen, und die jeweils dabei gewonnenen Parametersätze zu mitteln.

In der Praxis ist somit verallgemeinernd betrachtet folgende Vorgehensweise zum Verschweißen je zweier, einander zugeordneter optischer Fasern zweckmäßig:

Für die jeweils aktuell vorliegenden Schweißbedingungen wird zunächst in mindestens einem Vorversuch mindestens ein Testspleiß zur Ermittlung eines optimalen Schweißparametersatzes hergestellt.

Für diesen Testspleiß werden zwei Testfasern bezüglich ihrer Längsseiten mit einem vorgebbaren lateralen Anfangsversatz gegeneinander versetzt angeordnet. Diese lateral gegeneinander versetzt angeordneten Testfasern werden dann stirnseitig miteinander in Kontakt gebracht.

Der Kontaktierungsbereich dieser beiden Testfasern wird daraufhin derart erhitzt, daß aufgrund der Oberflächenspannung deren geschmolzenen Glasmaterials der vorgegebene laterale Anfangsversatz reduziert wird, wobei mindestens ein Kriterium für diese Versatzreduzierung ermittelt wird. Aufgrund dieses Kriteriums wird der optimale Schweißparametersatz ermittelt und für die vorliegenden Schweißbedingungen fest eingestellt. Erst nach diesem mindestens einen Vorversuch mit den daraus ermittelten, optimalen Schweißparametern wird die eigentliche Schweißverbindung zwischen je zwei optischen Fasern hergestellt.

Insbesondere zeichnet sich dieses erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung optimaler Spleißparameter vor allem dadurch aus, daß das Verhältnis von Faserviskosität zu verwendetem Schweißstrom sowie zugehöriger Schweißzeit bei relativ geringen Temperaturen gemessen werden kann. Dadurch kann eine Überhitzung der Lichtleitfasern und die damit verbundenen Nachteile, wie zum Beispiel Verdampfung des Glasmaterials der jeweiligen Lichtleitfaser und eine daraus resultierende Elektrodenverschmutzung, weitgehend vermieden werden. Weiterhin läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise bereits allein mit den in gängigen Spleißgeräten ohnehin vorhandenen Komponenten realisieren, das heißt eine zusätzliche Hardware ist üblicherweise nicht erforderlich. Weiterhin ermöglicht es das erfindungsgemäße Meßverfahren in vorteilhafter Weise, die Schweißparametersätze jeweils automatisch zu ermitteln. Dadurch können zeitaufwendige und umfangreiche Versuchsreihen zur Entwicklung optimaler Spleißparameter vermieden werden. Ein weiterer, besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt insbesondere darin, daß die Bestimmung der Schweißparameter im wesentlichen am selben Meßobjekt sowie unter denselben Schweißbedingungen wie später die eigentliche Schweißverbindung zwischen je zwei miteinander zu verbindenden Lichtwellenleitern durchgeführt wird. Der besondere Vorteil liegt also insbesondere darin, daß die Verhältnisse wie bei der Herstellung einer normalen Schweißverbindung weitgehend wirklichkeitsgetreu nachgebildet werden. Damit sind bei der Schweißparameterbestimmung im wesentlichen die gleichen Mechanismen wirksam und auswertbar, wie sie bei der Herstellung der eigentlichen Schweißverbindung vorliegen und die bei einem normalen Spleiß über die Spleißdämpfung entscheiden.

Zusammenfassend betrachtet ist es somit mit Hilfe der verschiedenen Variationen des erfindungsgemäßen Testschweißens (jeweils für sich oder Kombinationen hiervon) in vorteilhafter Weise ermöglicht, für unterschiedliche Schweißbedingungen (wie zum Beispiel Luftfeuchtigkeit, Luftdruck, Fasertyp, Elektrodenzustand, usw.) einen individuell angepaßten Schweißparametersatz zu ermitteln, so daß eine optimale Glasviskosität während des Schweißvorgangs erreicht werden kann. Ein solcher, an die jeweilig vorliegende Schweißsituation angepaßter Schweißparametersatz kann vereinfacht ausgedrückt indirekt über die Messung der Reduzierung bzw. Verringerung eines vorgegebenen Anfangsversatzes zwischen den beiden miteinander zu verschweißenden Lichtleitfasern in Abhängigkeit von der verwendeten Spleißstromstärke, Schweißzeit usw. erfolgen. Als Meßgröße für die Fasererwärmung wird dabei die Stärke des Selbstzentriereffekts des zähflüssig gemachten Glasmaterials der Lichtleitfasern benutzt. Die Optimierung der Spleißparameter kann dabei im Idealfall sogar bereits anhand eines einzigen Testspleißes durchgeführt werden. Da die Bestimmung der Spleißparameter mit Hilfe mindestens eines Testspleißes durchgeführt wird, der der eigentlichen, späteren Spleißverbindung weitgehend entspricht, sind gerade diejenigen Effekte, die zu einer etwaigen Verfälschung des Meßergebnisses oder einer Verschlechterung des Zustandes des Spleißgerätes führen könnten, weitgehend vermieden. Es können also mögliche, eine Qualität der Schweißverbindung bestimmende Größen umfassend miteinbezogen werden. Damit kann wechselnden bzw. unterschiedlichen Schweißverhältnissen Rechnung getragen werden, d. h. die Einstellung von Schweißparametern kann also in einfacher Weise so vorgenommen werden, daß eine möglichst gute, von Umwelt- und/oder Umgebungseinflüssen weitgehend unabhängige Schweißverbindung zwischen je zwei optischen Fasern herstellbar wird. Auf diese Weise läßt sich die Spleißqualität von thermischen Schweißverbindungen zwischen mindestens zwei Lichtleitfasern ganz erheblich verbessern.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist ggf. auch auf die Verschweißung zweier Gruppen von mehreren Lichtwellenleitern übertragbar.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Einstellung von Schweißparametern für die Herstellung einer thermischen Schweißverbindung zwischen je zwei optischen Fasern,

    wobei mindestens zwei optische Testfasern (FE1, FE2) mit einem vorgebbaren, radialen Anfangsversatz (AV) zueinander positioniert werden,

    wobei die Stirnflächen dieser radial zueinander versetzt angeordneten Testfasern (FE1, FE2) miteinander kontaktiert werden,

    wobei der Bereich um die Kontaktierungsstelle (KS) der Testfasern (FE1, FE2) in mindestens einem Schweißvorgang derart erwärmt wird, daß eine versatzreduzierende Wirkung zwischen den beiden Testfasern (FE1, FE2) eintritt, und wobei die sich ergebende Reduzierung des Anfangsversatzes (AV) zur Einstellung mindestens eines Schweißparameters herangezogen wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Testfasern (FE1, FE2) die miteinander zu verschweißenden, optischen Fasern selbst verwendet werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Testfasern (FE1, FE2) eigens optische Fasern verwendet werden, deren Typ den später miteinander zu verschweißenden Fasern möglichst entspricht.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Anfangsversatz (AV) der beiden Testfasern (FE1, FE2) bezüglich deren Außenkonturen (AK1, AK2) eingestellt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Testfasern (FE1, FE2) vor Einstellung ihres radialen Anfangsversatzes (AV) in einem definierten Längsabstand (LA) voneinander positioniert werden.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Anfangsversatz (AV) höchstens etwa gleich der Hälfte des Außendurchmessers der jeweiligen Testfaser (FE1, FE2) gewählt wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung der optischen Fasern (FE1, FE2) mittels Glimmentladungen durchgeführt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des jeweiligen Schweißvorgangs der zeitliche Verlauf der Versatzreduzierung aufgenommen und zur Auswertung bereitgestellt wird.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die jeweilige Testfaser (FE1) ein optisches Abbild in mindestens einer Projektionsebene (x, z) erzeugt sowie erfaßt wird, und daß die Bildinformation des Faserabbilds zur Auswertung bereitgestellt wird.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Bildinformation der beiden Testfasern (FE1, FE2) mindestens ein Kriterium für die durch den jeweiligen Schweißvorgang bewirkte Versatzreduzierung (AV-RV) ermittelt wird.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) der Restversatz (RV) ermittelt wird, der zwischen den Außenkonturen (AK1, AK2) der beiden Testfasern (FE1, FE2) nach dem jeweiligen Schweißvorgang verbleibt.
  12. 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) die Differenz zwischen dem Anfangsversatz (AV) und dem Restversatz (RV) ermittelt wird, der zwischen den Außenkonturen (AK1, AK2) der beiden Testfasern (FE1, FE2) nach dem jeweiligen Schweißvorgang verbleibt.
  13. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich um die Kontaktierungsstelle (KS) derart erwärmt wird, daß ein fest vorgegebener, radialer Soll- Restversatz (SV) zwischen den beiden, sich kontaktierenden Testfasern (FE1, FE2) erreicht wird.
  14. 14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Restversatz (SV) derart festgelegt wird, daß er einem optimalen Schweißverhalten der miteinander zu verschweißenden, optischen Fasern zugeordnet ist.
  15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißzeit (t) gemessen wird, nach der der vorgegebene Soll-Restversatz (SV) erreicht wird.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) der beiden Testfasern (FE1, FE2) aufgrund des jeweiligen Schweißvorgangs diejenige Zeitdauer (tS) ermittelt wird, die ausgehend vom Anfangsversatz (AV) zur Erreichung eines vorgebbaren, radialen Soll-Restversatzes (SV) zwischen den Testfasern (FE1, FE2) benötigt wird.
  17. 17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) der beiden Testfasern (FE1, FE2) aufgrund des jeweiligen Schweißvorgangs der Schweißstrom bestimmt wird, der ausgehend vom Anfangsversatz (AV) zur Erreichung eines vorgebbaren, radialen Soll-Restversatzes (SV) zwischen den Testfasern (FE1, FE2) benötigt wird.
  18. 18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 mit 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich um die Kontaktierungsstelle (KS) derart erwärmt wird, daß der Soll-Restversatz (RV) etwa bei der Hälfte des Anfangsversatzes (AV) liegt.
  19. 19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des ermittelten Kriteriums (RV, AV-RV) für die Versatzreduzierung eine Optimierung mindestens eines Schweißparameters vorgenommen wird.
  20. 20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung der Stirnflächen der beiden Test- Fasern (FE1, FE2) kontinuierlich durchgeführt wird.
  21. 21. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verschweißung der Stirnflächen der beiden Testfasern (FE1, FE2) in zeitlich aufeinanderfolgenden Schweißintervallen (ZI1 mit ZIn) mit dazwischenliegenden Totzeiten (TO1 mit TOn) durchgeführt wird.
  22. 22. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Verschweißung der beiden Testfasern (FE1, FE2) bereits bei Beginn des jeweiligen Schweißvorgangs zumindest eine solch große Schweißstromstärke (IS) verwendet wird, daß eine versatzreduzierende Wirkung erzielt wird.
  23. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 mit 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstromstärke (IS) für die Verschweißung der beiden Testfasern (FE1, FE2) solange erhöht wird, bis erstmalig eine versatzreduzierende Wirkung der sich kontaktierenden Testfasern (FE1, FE2) eintritt.
  24. 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß ab dem Eintreten der versatzreduzierenden Wirkung die Schweißstromstärke (IS) konstant gehalten wird.
  25. 25. Verfahren zum Verschweißen je zweier, einander zugeordneter optischer Fasern,

    wobei für die jeweils aktuell vorliegenden Schweißbedingungen zunächst in mindestens einem Vorversuch mindestens ein Testspleiß zur Ermittlung eines optimalen Schweißparametersatzes hergestellt wird, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

    wobei für diesen Testspleiß zwei Testfasern (FE1, FE2) bezüglich ihrer Längsseiten mit einem vorgebbaren lateralen Anfangsversatz (AV) gegeneinander versetzt angeordnet werden, wobei diese lateral gegeneinander versetzt angeordneten Testfasern (FE1, FE2) stirnseitig miteinander in Kontakt gebracht werden,

    wobei der Kontaktierungsbereich (KS) dieser beiden Testfasern (FE1, FE2) derart erhitzt wird, daß aufgrund der Oberflächenspannung deren geschmolzenen Glasmaterials der vorgegebene laterale Anfangsversatz (AV) reduziert wird,

    wobei mindestens ein Kriterium (RV) für diese Versatzreduzierung (AV-RV) ermittelt wird, wobei aufgrund dieses Kriteriums der optimale Schweißparametersatz ermittelt und für die vorliegenden Schweißbedingungen fest eingestellt wird, und wobei dann erst nach diesem mindestens einen Vorversuch mit den daraus ermittelten, optimalen Schweißparametern die eigentliche Schweißverbindung zwischen je zwei optischen Fasern hergestellt wird.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) der beiden Testfasern (FE1, FE2) der verbleibende Restversatz (RV) zwischen deren Außenkonturen (AK1, AK2) bei und/oder nach jedem Schweißvorgang ermittelt wird.
  27. 27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) der beiden Testfasern (FE1, FE2) die Differenz zwischen Anfangs- und verbleibendem Restversatz (AV-RV) zwischen deren Außenkonturen (AK1, AK2) bei und/oder nach jedem Schweißvorgang ermittelt wird.
  28. 28. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 mit 27, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) der beiden Testfasern (FE1, FE2) diejenige Zeitdauer (tS) ermittelt wird, die ausgehend vom Anfangsversatz (AV) zur Erreichung eines vorgebbaren Soll-Restversatzes (SV) zwischen den Außenkonturen (AK1, AK2) der beiden Testfasern (FE1, FE2) benötigt wird.
  29. 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 mit 28, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium für die Versatzreduzierung (AV-RV) der Schweißstrom bestimmt wird, der ausgehend vom Anfangsversatz (AV) zur Erreichung eines vorgebbaren Restversatzes (RV) zwischen den Außenkonturen (AK1, AK2) der beiden Testfasern (FE1, FE2) benötigt wird.
  30. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 mit 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung der Schweißparameter dahingehend durchgeführt wird, daß sich für zwei fluchtend aufeinander ausgerichtete optische Fasern eine Schweißverbindung minimaler Übertragungsdämpfung ergibt.
  31. 31. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 mit 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Testfasern (FE1, FE2) in mindestens eine Betrachtungsebene (x, z) abgebildet werden, daß dort ihre Faserabbildungen aufgenommen werden, und daß der laterale Versatz (RV) zwischen diesen Faserabbildungen bestimmt wird.
  32. 32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 mit 31, dadurch gekennzeichnet, daß als Testfasern (FE1, FE2) solche optischen Fasern verwendet werden, die später nach Durchführung der Schweißparameteroptimierung eigentlich miteinander verschweißt werden sollen.
  33. 33. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 mit 31, dadurch gekennzeichnet, daß als Testfasern (FE1, FE2) dieselben optischen Fasern verwendet werden, die später nach Durchführung der Schweißparameteroptimierung eigentlich miteinander verschweißt werden sollen.
  34. 34. Vorrichtung zur Einstellung von Schweißparametern für die Herstellung einer thermischen Schweißverbindung zwischen mindestens zwei optischen Fasern, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Positioniermittel (HV1, HV2) vorgesehen sind, mit denen mindestens zwei Testfasern (FE1, FE2) mit einem vorgebbaren radialen Anfangsversatz (AV) zueinander positionierbar sind, wobei eine Heizeinrichtung (EL1, EL2) vorgesehen ist, die den Bereich um die Kontaktierungsstelle (KS) der Testfasern (FE1, FE2) derart erwärmt, daß dort eine versatzreduzierende Wirkung bewirkbar ist, und wobei eine Auswerte-/Steuereinrichtung (COM) vorgesehen ist, die die bewirkte Reduzierung des Anfangsversatzes (AV) erfaßt und zur Einstellung mindestens eines Schweißparameters heranzieht.
  35. 35. Vorrichtung nach Anspruch 34, gekennzeichnet durch den Einbau in einem Lichtwellenleiter-Spleißgerät.






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