LWL-Konfektionierung – ein Blick hinter die Kulissen
Fasern so dünn wie ein Haar
Im Jahr 1995 fragte ein Kunde nach, ob es bei LASER COMPONENTS denn möglich sei, Glasfasern mit SMA-Steckern zu versehen. Firmengründer Günther Paul fackelte nicht lange und sagte zu. Das war die Geburtsstunde der Faserfertigung in Olching. Was vor 25 Jahren mit Verkabelungen für Druckanlagen begann, hat sich inzwischen zu einem wichtigen Bestandteil des breit angelegten Portfolios entwickelt. In den 2000er Jahren kamen zu den Datenkabeln Fasern für leistungsstarke Industrielaser hinzu. Als die Anfragen für Medizintechnik zunahmen, richtete das Unternehmen einen Reinraum der Klasse 7 ein, um den Hygieneanforderungen dieser Branche gerecht zu werden. Kurze Zeit später stieg man auch in die Hochpräzisionsfertigung ein – zum Beispiel mit Kugellinsen oder Endcaps.
„Datenübertragung ist heute nur noch einer von vielen Anwendungsbereichen“, sagt Florian Tächl, Produktmanager für den Bereich Faserkomponenten. „Unsere Assemblys werden heute unter anderem in Materialbearbeitung, Medizintechnik und Sensorik eingesetzt. Auch Kunststofffasern für Beleuchtungsanwendungen werden häufig angefragt.“
Kein Eintritt ohne Überschuhe!
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Will man sich ein Bild von der Produktionsabteilung machen, muss man sich zunächst einmal adäquat kleiden. Gleich hinter dem Büro von Produktionsleiter Dr. Stefan Hanf betritt man eine Art Mischung aus Schleuse und Garderobe. An der Tür hängen Schilder: „Bitte Einmalkittel und -schuhe benutzen“; „Keine Speisen! Keine offenen Getränke!“
„Das ist noch nicht der Reinraum“, beruhigt Hanf. „Aber es ist ein Sauberbereich, in dem kontrollierte Bedingungen herrschen. Auch hier sollen möglichst alle Verunreinigungen vermieden werden.“
Fingerspitzengefühl ist gefragt
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Zunächst möchte der Produktionsleiter gleich mal mit einem Missverständnis aufräumen: „Bei LASER COMPONENTS werden keine Fasern hergestellt. Wir konfektionieren Fasern, die wir von unseren Zulieferern bekommen. Das heißt, wir fertigen daraus Kabel mit Steckern und Schutzschläuchen.“ Dabei müssen seine Mitarbeiter mit größter Sorgfalt vorgehen, denn das Material ist sehr anspruchsvoll. Die dünnsten Fasern sind in etwa so dick wie ein menschliches Haar. Biegt man sie zu stark, brechen sie ab. Bekommen die Endflächen einen Kratzer, ist diese Faser im schlimmsten Fall zu nichts mehr zu gebrauchen.
Die Konfektionierung läuft in vier Arbeitsschritten ab. Für jeden ist ein eigener Arbeitsbereich vorgesehen, an dem alle notwendigen Werkzeuge griffbereit zur Verfügung stehen. Beim Ablängen werden die Fasern zunächst auf die gewünschte Länge zurechtgeschnitten – oder besser gesagt gebrochen. Bevor sie mit Steckern versehen werden, muss mit einer Spezialzange, dem Stripper, das äußere Coating entfernt werden.
„Die Besteckerung ist ein kritischer Punkt“, erklärt Stefan Hanf. „Die Steckverbindung ist ja die Stelle, an der das Licht das Kabel verlässt. Wenn hier auf die falsche Coatingschicht geklebt wird, der Stecker noch verunreinigt ist, der Kleber falsch dosiert wurde oder die Faser nicht ganz zentral in der Ferrule sitzt, kann das schwerwiegende Folgen haben. Im schlimmsten Fall brennt Ihnen die Faser ab. Und das meine ich wörtlich.“
Der Zwei-Komponenten-Kleber kann die optischen und mechanischen Eigenschaften verändern. Deshalb kommt es hier auf jedes Milligramm an. Die Dosierung übernimmt ein spezielles Gerät, das vorher genau so eingestellt wurde, dass die Menge zur vorliegenden Faser-Stecker-Kombination passt. Danach kommt das Steckerende erstmal für mehrere Stunden zum Aushärten in den „Ofen“. Auch hier hängt die Temperatur davon ab, was der Kunde für seine Anwendung als notwendig erachtet. Im Extremfall wird auf 300°C aufgedreht.
Genormte Sauberkeit
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Gleich nebenan ist der Eingang zum Reinraum. „Dort werden Assemblys konfektioniert, die später in medizinische Geräte eingebaut werden. Die Arbeitsschritte sind aber im Prinzip dieselben“, erklärt Dr. Stefan Hanf. Das Qualitätsmanagement von LASER COMPONENTS ist seit 2016 nach EN ISO 13485 zertifiziert und erfüllt damit alle Voraussetzungen für Design und Herstellung von Medizinprodukten. Dazu zählt eben auch die Existenz von Reinräumen der Klassen 7 und 8. Zusätzlich zur Filteranlage wird über sogenannte Abklatsch-Tests sichergestellt, dass sich am Produkt und im Reinraum keine „koloniebildenden Einheiten“ befinden. Tauchen solche Mikroorganismen auf, gelten die Assemblys nicht mehr als steril.
„Unsere Faser-Assemblys werden vor allem in Produkte für die Invasiv-Medizin eingebaut“, sagt Florian Tächl. „Da gibt es inzwischen viele Anwendungsbereiche. Das reicht von der Nierensteinzertrümmerung, über die Verödung von Krampfadern bis hin zur Augenheilkunde.“
Routine am Mikroskop
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Wenn der Stecker montiert und das Assembly vollständig konfektioniert ist, können die Faserenden auf Wunsch mit einer Antireflexbeschichtung versehen werden. Dazu nutzen Hanf und sein Team die Beschichtungsanlagen der Optikfertigung.
Ob beschichtet oder nicht - im Anschluss wird jede Faser kontrolliert. Mit routinierten Handgriffen spannt eine Mitarbeiterin einen Stecker nach dem anderen in die Halterung des Messmikroskops ein. Ein paar kurze Justierungen und auf dem Bildschirm erscheint das Bild der Faserendfläche in 300-facher Vergrößerung. Jetzt kann sie jeden kleinen Schaden erkennen und beurteilen, ob das Assembly das Haus verlassen darf. „Das ist eine Sache der Übung“, erklärt Stefan Hanf. „Geübte Kolleginnen können auf diese Weise in einer Stunde rund hundert Faserenden kontrollieren. Wenn jemand nicht die nötige Routine hat, kann das auch 20 Minuten pro Faser dauern.“
Für die Endflächenkontrolle gelten strenge Vorgaben: Bei unbeschichteten Fasern gilt eine strikte Null-Fehler-Politik. Die kleinste Unvollkommenheit und das Assembly wird noch einmal nachbearbeitet. Bei Faserendflächen mit Antireflex-Beschichtung können Unregelmäßigkeiten in der Beschichtung auftreten, daher muss eine andere Bewertungsgrundlage her. Industriestandards oder ähnliche Normen gibt es dafür noch nicht. Das Team orientierten sich deshalb an der ISO-Norm 10110, in der die Toleranzen für die Beschichtung von Laseroptiken festgelegt sind. „Natürlich arbeiten wir mit anderen Größenordnungen als unsere Kollegen in der Optikbeschichtung“, erklärt der Produktionsleiter. „Aber das Prinzip ist dasselbe. Wir benutzen die Spezifikation 5/C3×0,005. Das heißt, es dürfen maximal drei Fehler der Stufe 0,005 vorhanden sein. Dabei entspricht die Stufenzahl der Quadratwurzel der Fehlerfläche. Das ist schon extrem klein.“
Simulierte Industriebedingungen
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Mit ganz anderen Größenordnungen haben wir es ein paar Zimmer weiter zu tun. Hinter einer Tür mit einer ganzen Batterie von Warnschildern steht der Lasermessplatz, an dem das Produktionsteam prüft, ob die von ihnen hergestellten High-Power-Assemblys den hohen Anforderungen von Industrieanwendungen standhalten. Neben dem optischen Tisch stehen zwei Geräte: Das kleinere davon ist ein leistungsstarker Diodenlaser; bei dem größeren handelt es sich um eine Kühleinheit. Daran kann man schon sehen, dass hier hohe Wattzahlen im Spiel sind. Genau gesagt, decken die Laser zwei Konfigurationen ab, die in der Industrie häufig genutzt werden: Fasern ab einem Durchmesser von 200 µm werden bei einer Wellenlänge von 980 nm auf Laserleistungen bis 130 W cw geprüft. Zudem sind auch Tests mit 50 W cw für 100 µm-Fasern möglich. Der dafür verwendete Laser emittiert mit einer Wellenlänge von 914 nm.
Für die Transmissionsmessung wird der austretende Strahl mit einem Laserleistungsdetektor erfasst, um festzustellen, ob bei der Übertragung Verluste aufgetreten sind. Die Messtechnik entdeckt bereits Leistungsabweichungen von 0,1%. Mit Temperaturfühlern an den Steckern lassen sich zudem Erwärmungen erkennen. Steigt die Temperatur über 40°C, ist das ein Hinweis darauf, dass bei der Übertragung Licht ausgetreten ist, das am Ende der Faser in Wärme umgewandelt wird. Das bedeutet, dass die Faser aussortiert werden muss.
Wichtige Schlüsseltechnologie
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„Als wir vor 25 Jahren mit der Faserkonfektionierung begannen war nicht abzusehen, wohin diese Technologie sich entwickeln wird“, sagt Dr. Lars Mechold, Technischer Leiter von LASER COMPONENTS. „Heute sind Lichtwellenleiter eine der Schlüsseltechnologien für viele Zukunftsmärkte. Entsprechend breit müssen wir in der Fertigung aufgestellt sein, um Anfragen aus verschiedenen Bereichen zu erfüllen. Dazu gehört auch eine umfassende Produktkontrolle und -dokumentation. Um unseren hohen Qualitätsstandard zu halten, brauchen wir vor allem zwei Dinge: exakte Messtechnik und erfahrenes, qualifiziertes Personal.“
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