DE10110740A1

DE10110740A1 - Streifen

Info

Publication number: DE10110740A1
Application number: DE2001110740
Authority: DE
Inventors: Rolf Rosberg
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2002-09-12

Abstract

Es handelt sich um mehrere Arten von dünnen Streifen (Fig. 1, 2, 3 und 4) zur Verwendung als Trägermaterial für Dehnungsmeßstreifen oder als Verbundmaterial zur Verstärkung von Leichtkonstruktionen oder zur Versteifung und zum Schutz von Spleißen, das sind miteinander verschweißte Lichtwellenleiter. Zusätzlich werden Verfahren für die Herstellung dieser Streifen aus Vorformen angegeben, die aus länglichen Teilen bestehen. Aus den Vorformen werden die dünnen Streifen nach einem Ziehverfahren hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft dünne Streifen zur Verwendung als Trägermaterial für Dehnungs meßstreifen, als Verbundmaterial zur Verstärkung von Leichtkonstruktionen, zur Ver steifung und zum Schutz von gespleißten Lichtwellenleitern oder dergleichen und Ver fahren zur Herstellung dieser Streifen.

Zur Ermittlung von mechanischen Spannungen an Bauteilen aller Art werden Dehnungsmeßstreifen eingesetzt. Mittels Dehnungsmeßstreifen sind alle physika lischen Größen erfaßbar, die sich auf eine Streckung oder Stauchung zurückführen lassen. Auf dieser Basis arbeiten Wegaufnehmer, Kraft-, Beschleunigungs-, Winkel- und Drehmomentmesser.

An das Trägermaterial von Dehnungsmeßstreifen werden hohe Anforderungen bezüg lich der Isolation und der mechanischen Festigkeit gestellt. Diese Bedingungen werden von Kunststoffen oder von mit Kunststoff imprägnierten Papieren oder Geweben hin reichend gut erfüllt. Die Anwendung solcher Sensoren beschränkt sich bei statischen Messungen auf Temperaturen bis zu 200°C oder 300°C. Dynamische Messungen lassen etwas höhere Temperaturen zu.

Probleme gibt es bei höheren Temperaturen über 400°C. Hierbei werden Freigitter ohne Träger eingesetzt, die einen größeren Meßfehler bedingen. Sensoren für Hoch temperaturmessungen, z. B. metallisch gekapselte Röhrchen in Anschweißtechnik, sind sehr teuer.

Dünne Streifen aus isolierendem Material, z. B. aus Quarzglas, die nach einem Zieh verfahren ähnlich wie Glasfasern hergestellt werden, besitzen nach der Herstellung eine hohe Festigkeit, hohe Flexibilät und hohe Temperaturbeständigkeit. Diese Streifen eignen sich deshalb hervorragend als Träger für Widerstände von Dehungsmeßstreifen und damit zur Messung von Dehnungen insbesondere bei hohen Temperaturen.

Eine andere Anwendung der dünnen Streifen ist in der EPA 97951201.9 beschrieben. Sie ist der Spleiß-Schutz von verschweißten Glasfaser-Bändchen (Lichtwellenleiter- Bändchen). Nach dem Verschweißen müssen die Lichtwellenleiter vor Umweltein flüssen geschützt werden. Dies kann durch einen Schrumpfschlauch erfolgen, der nach dem Verschweißen der nackten Fasern über die Schweißstelle geschoben und aufge schrumpft wird. Dabei dienen die Streifenabschnitte aus Quarzglas in Verbindung mit einem Schmelzkleber als hochfeste und flexible Stützen. In dieser EPA wird jedoch nur allgemein ausgeführt, daß die Streifen nach einem Ziehverfahren hergestellt werden, nicht aber, wie dies im Detail geschehen soll.

Die Herstellung von Vorformen für das Ziehen von optischen Mehrkern-Fasern und ein Verfahren für die präzise Positionierung der Kerne in Bezug zueinander wird in der Patentschrift EP 0713 844 B1/DE 69 51 2866 T2 genannt. Nachdem mehrere Ein kern-Faser-Vorformen in einer räumlich symmetrischen Anordnung miteinander ver bunden sind wird in bekannter Weise eine optische Faser mit mehreren Kernen (Multikern-Lichtwellenleiter) gezogen.

Das Herstellen von optischen Glasfasern (Lichtwellenleitern) ist aber nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Das Problem bei der Herstellung der Streifen besteht darin, daß zunächst eine Vorform angefertigt werden muß, aus der dann Streifen von etwa 2 bis 5 mm Breite und 0,01 bis 0,5 mm Dicke gezogen werden können. Die Abmessungen der Vorform sind von der Geometrie her sehr ungünstig. So sollte z. B. die Breite einige Zentimeter betragen, die Dicke im Millimeterbereich liegen und die Länge sich über mehrere Meter erstrecken. Solche Körper sind schwer herzustellen, schlecht zu hantieren und schwierig zu trans portieren, und damit sind sie recht teuer. Außerdem entstehen bei der mechanischen Bearbeitung, wie Schleifen und Polieren, feinste Risse, wodurch die Vorformen sehr bruchempfindlich werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin mehrere Arten von dünnen Streifen und ein Verfahren anzugeben, mit dem sich die dünnen Streifen durch Ziehen preiswert herstellen lassen.

Diese Aufgaben werden durch die Angaben in den Ansprüchen 1, 2, 3 und 6 gelöst.

Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die Erfindung hat den Vorteil, daß mehrere billigere Teile zusammenfügt werden, die selbst nach einem Ziehverfahren mit feuerpoliert glatter Oberfläche hergestellt werden. Dadurch kommt man zu einer dünnen flachen und sehr langen Vorform, aus der dann der Streifen gezogen werden kann, ähnlich wie eine Glasfaser. Wegen der Spannungs rißkorrosion nimmt aber die Festigkeit zeitlich sehr rasch ab, wenn die gezogenen Streifen Umwelteinflüssen, beispielsweise der normalen Atmosphäre, den Staub partikeln, der Luftfeuchtigkeit oder dem Fingerschweiß ausgesetzt werden. Ähnlich wie bei Glasfasern läßt sich die Festigkeit der Streifen in bekannter Weise erhalten ("kon servieren"), indem eine dünne Kunststoffbeschichtung aufgebracht wird, z. B. eine Schicht aus Silikon, Polyimid, UV-härtenden Klebern, wie Acrylaten oder Epoxidharzen, oder indem die Oberfläche metallisiert oder chemisch behandelt wird. Deshalb wird während des Ziehens oder danach eine Schutzschicht aufgebracht, um die hohe Festigkeit der Streifen zu konservieren. Der Querschnitt der Teile für die Vorform kann rund, eckig oder beliebig anders geformt sein. Ein rechteckiger Querschnitt hat den Vorteil, daß die Teile nahezu frei von Längsriefen sind. Die Teile werden aus Hartglas, Glaskeramik oder aus Quarzglas hergestellt.

Die Erfindung wird nun anhand der Figuren beispielsweise erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Streifen aus flachen miteinander verbundenen massiven Stücken

Fig. 1a ein Detail in vergrößertem Maßstab

Fig. 2 einen Streifen aus flachen miteinander verbundenen hohlen Stücken

Fig. 2a ein Detail in vergrößertem Maßstab

Fig. 3a und Fig. 3b zwei Arten von Streifen aus miteinander verbundenen massiven und hohlen Stücken

Fig. 4 eine andere Ausführungsform des Streifens aus miteinander verbundenen massiven Stücken

Fig. 5a und Fig. 5b Abwandlungen der flachen Streifenform

Fig. 6a und Fig. 6b eine Vorform zum Ziehen der Streifen nach Fig. 1 bis Fig. 3b in der Draufsicht und im Querschnitt

Fig. 7a und Fig. 7b eine andere Vorform zum Ziehen der Streifen nach Fig. 1 bis Fig. 3a in der Draufsicht und im Querschnitt

Die Bezugszeichen gelten für alle Figuren einheitlich, die Figuren sind nicht maßstäblich gezeichnet.

In Fig. 1 ist ein Streifen 1 aus runden, parallelen, massiven in einer ebenen Anordnung miteinander verschmolzenen Stücken 2 aus amorphem Material, z. B. aus Quarzglas, dargestellt. Der Streifen ist mit einer Schutzschicht 3 versehen (Fig. 1a), die die sehr empfindliche Außenseite des Streifens vor Umwelteinflüssen schützt.

In Fig. 2 ist ein Streifen 4 aus parallelen, hohlen in einer ebenen Anordnung miteinander verschmolzenen Stücken (Rohren) 5 aus amorphem Material dargestellt. Der Streifen ist ebenfalls mit der Schutzschicht 3 versehen (Fig. 2a), die die sehr empfindliche Außenseite des Streifens vor Umwelteinflüssen schützt. Die Enden der Streifen sind durch Verschweißen oder Verschmelzen oder durch einen Kleber verschlossen (nicht dargestellt), damit die Innenseite der Stücke vor Umwelteinflüssen geschützt ist. Um dies sicherzustellen, müssen abgetrennte Streifenabschnitte deshalb an den Enden ebenfalls verschlossen werden. In einer Variante ist die Innenseite mit einer Schutz schicht 6 versehen, die aus dem gleichen Material wie die Schutzschicht 3 bestehen kann. Abgetrennte Streifenabschnitte müssen dann an den Enden nicht verschlossen werden.

Die Fig. 3a und Fig. 3b zeigen zwei Streifen aus verschmolzenen runden massiven Stücken 2 und hohlen Stücken 5 aus amorphem Material in ebener und räumlicher An ordnung, deren Außenseiten durch die Schutzschicht 3 und deren Innenseite durch die Schutzschicht 6 vor Umwelteinflüssen geschützt ist (in den Fig. 3a und 3b nicht dargestellt). Alternativ zur Beschichtung der Innenseite der hohlen Stücke können die Enden der Stücke durch Verschweißen oder Verschmelzen oder durch einen Kleber verschlossen werden.

Die Fig. 4 zeigt einen Streifen aus runden, parallelen, massiven in einer ebenen Anordnung miteinander verbundenen Stücken 2 aus amorphem Material. Die Stücke 2 sind mit der Schutzschicht 3 versehen. Die Verbindung der Stücke ist durch ein Binde mittel 7, wie Kleber, Lack, oder durch Extrusion eines Kunststoffes, erfolgt.

In Fig. 5a und Fig. 5b sind Beispiele für Modifikationen der Streifen dargestellt:
V-förmige Profile aus massiven Stücken 2 (Fig. 5a) oder anders geformte extrem leichte Profile aus hohlen Stücken 5 (Fig. 5b). Die hohlen Stücke 5 sind miteinander mit einem Tragrohr 8 und einem Mantelrohr 9 verschmolzen. Die Profile sind allseitig mit Schutzschichten versehen, die Enden der hohlen Stücke sind verschlossen (nicht dargestellt).

In Fig. 6a und Fig. 6b ist eine Vorform zum Ziehen der Streifen gemäß Fig. 1 in der Draufsicht und im Querschnitt dargestellt. Sie besteht aus einzelnen Teilen 10, die durch Schweißpunkte 11 miteinander verbunden sind. Die Verbindung der Teile kann auch durch Verkleben mit einem keramischen Kleber oder durch Verschweißen längs der Berührungslinien der Teile, z. B. durch Laserschweißen, erfolgt sein.

In Fig. 7a ist ein anderes Verfahren zur Herstellung der Vorform dargestellt, bei dem die Teile nicht miteinander verbunden werden, sondern durch mechanische Kraft wirkung in engen Kontakt kommen, wenn die beiden äußeren Teile 10', die eine leichte Vorspannung in der Ebene der Teile erhalten haben, einen schwachen Druck P auf die inneren Teile 10 ausüben. Die Teile 10' sorgen dafür, daß alle Teile sich in der erwärm ten Zone berühren. In vorteilhafter Weise kann die Anordnung an der unteren Seite miteinander kraftschlüssig, z. B. durch Verschmelzen, verbunden werden, an der der dünne Streifen abgezogen wird. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn man einen Hilfsstab 11 als Ziehansatz für die Einleitung des Abziehvorganges anbringt. Die Fig. 7b zeigt die Vorform im Querschnitt.

Die Streifen gemäß Fig. 4 unterscheiden sich von den anderen dadurch, daß sie nicht aus einer Vorform nach Fig. 6a und Fig. 6b oder Fig. 7a und 7b gezogen werden. Statt dessen werden die Stücke 2 zunächst separat gezogen und dann anschließend gemeinsam zum Streifen geformt. Alternativ dazu können die Stücke 2 simultan gezogen und das Bindemittel 7 während des Ziehvorganges auf den Streifen auf getragen werden. Die Schutzschicht 3 kann dann entfallen.

Die Streifen gemäß den Fig. 2, 3, 5a und 5b werden ebenso aus Vorformen gemäß den Fig. 6a und 6b oder Fig. 7a und Fig. 7b hergestellt.

Die so hergestellten dünnen Streifen aus isolierendem Material, z. B. aus Quarzglas, besitzen eine hohe Festigkeit, hohe Flexibilät und hohe Temperaturbeständigkeit. Abschnitte dieser Streifen eignen sich deshalb hervorragend als Träger für Widerstände von Dehnungsmeßstreifen und damit zur Erfassung von mechanischen Größen, die sich auf eine Streckung oder Stauchung zurückführen lassen (Wegaufnehmer, Kraft-, Beschleunigungs-, Winkel- und Drehmomentmesser). Mittels hochpräziser Dünn schichtwiderstände mit sehr kleinem Temperaturkoeffizienten können präzise Messun gen bei hohen Temperaturen durchgeführt werden.

Für andere Anwendungen kann es nützlich sein, statt der massiven Teile für die Vor form Rohre oder dünne Röhrchen beliebigen Querschnittes zu verwenden, insbe sondere dann, wenn es auf niedriges Gewicht ankommt. Damit können Streifen herge stellt werden, deren Dichte < 1 ist. Dies kann für Tragelemente oder Verbundwerkstoffe für Leichtkonstruktionen von Interesse und von großer wirtschaftlicher Bedeutung sein. Gegebenenfalls ist es notwendig, Abschnitte der so gezogenen Streifen vor Umweltein flüssen zu schützen, indem die Kapillaren innen beschichtet oder an ihren Enden ver schlossen werden.

Die Anwendungen sind nicht nur auf die hier genannten Beispiele beschränkt.

Die Erfindung hat folgende Vorteile: es handelt sich um sehr dünne und flexible Streifen mit hoher Bruchfestigkeit. Durch Zufügen oder Weglassen von Elementen lassen sich Streifen von verschiedener Breite herstellen. Streifen mit V-förmigen oder anders ge formten Profilen sind herstellbar.

Claims

1. Dünner Streifen (Fig. 1 und Fig. 4) zur Verwendung als Trägermaterial für Dehnungsmeßstreifen, als Verbundmaterial zur Verstärkung von Leicht konstruktionen, zur Versteifung und zum Schutz von gespleißten Lichtwellen leitern oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus flachen mitein ander verbundenen länglichen massiven Stücken 2 aus amorphem Material besteht.

2. Dünner Streifen (Fig. 2a und Fig. 2b) zur Verwendung als Trägermaterial für Dehnungsmeßstreifen, als Verbundmaterial zur Verstärkung von Leicht konstruktionen, zur Versteifung und zum Schutz von gespleißten Lichtwellen leitern, dadurch gekennzeichnet, daß er aus flachen miteinander verbundenen länglichen hohlen Stücken 5 aus amorphem Material besteht, die an ihren Enden verschlossen sind oder auf der Innenseite mit einer Schutzschicht 6 versehen ist.

3. Dünner Streifen (Fig. 3a und 3b) zur Verwendung als Trägermaterial für Dehnungsmeßstreifen, als Verbundmaterial zur Verstärkung von Leicht konstruktionen, zur Versteifung und zum Schutz von gespleißten Lichtwellen leitern oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus flachen mitein ander verbundenen länglichen massiven 2 und hohlen Stücken 5 aus amorphem Material besteht und daß die hohlen Stücke 5 an seinen Enden verschlossen sind oder auf der Innenseite mit einer Schutzschicht 6 versehen sind.

4. Dünner Streifen nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er an der Außenseite mit einer Schutzschicht 3 versehen ist.

5. Dünner Streifen nach den Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß er aus Quarzglas besteht.

6. Verfahren zur Herstellung von Streifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einem Ziehverfahren, bei dem eine Vorform des Materials an einem Ende erhitzt und erweicht wird und das weiche Material abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorform (Fig. 6a und Fig. 6b, Fig. 7a und Fig. 7b) aus länglichen Teilen (10, 10') hergestellt wird, die punktuell oder auf der ganzen Länge miteinander verbunden sind oder durch Druck miteinander in Kontakt gebracht werden.

7. Verfahren nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutz schicht 3 während des Ziehvorganges aufgebracht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 4 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutz schicht nach dem Ziehvorgang aufgebracht wird.