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Der UV-Härtungsprozess und die Ausrüstung für Glasfaserspulen

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UV-Härtungsprozess und Ausrüstung für Glasfaserspulen

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Die faseroptische Spule ist eine Kernkomponente des faseroptischen Gyroskops (FOG), die dazu dient, die Sagnac-Phasendifferenz zwischen zwei sich gegenläufig ausbreitenden Lichtwellen zu erfassen, die durch die Eingangswinkelgeschwindigkeit verursacht wird. Ihre Leistung ist einer der Schlüsselfaktoren, die die Gesamtleistung des faseroptischen Kreisels beeinflussen.

Unsere gängigen faseroptischen Spulenprodukte werden mit polarisationserhaltenden (PM) Fasern in einem symmetrischen Standard-Wickelmuster gewickelt. Während des Wickelvorgangs wird synchron ein UV-härtbarer Klebstoff aufgetragen, und die Spule wird nach der UV-Härtung geformt. Abbildung 1.1 zeigt eine schematische Darstellung des Querschnitts einer Glasfaserspule.

Bei der UV-Härtung von Glasfaserspulen handelt es sich um eine photochemische Reaktion, bei der eine UV-Lichtquelle verwendet wird, um eine chemische Reaktion zwischen dem Photoinitiator im Klebstoff auszulösen, was zur Aushärtung des Klebstoffs führt.

Die derzeit in der Glasfaserspulenindustrie übliche UV-Härtungsausrüstung ist das UV-Quecksilberlampen-Härtungssystem. Dieses System besteht aus vier Hauptkomponenten: einer UV-Quecksilberlampe als Lichtquelle, einer reflektierenden Vorrichtung, einem Kühlsystem und zusätzlichen Steuergeräten.

Während des Aushärtungsprozesses von Glasfaserspulen werden die Lücken zwischen den Fasern mit ausgehärtetem Klebstoff gefüllt, was zu neuen Spannungen in den Fasern führt. Zu diesen Spannungen gehören in erster Linie die durch den Aushärtungsprozess verursachte Schrumpfspannung, die durch Temperaturschwankungen in der Umgebung hervorgerufene thermische Spannung und die durch Adhäsionskräfte verursachte Klebespannung. Da polarisationserhaltende Fasern (PM-Fasern) spannungsempfindliche Materialien sind, können äußere Spannungen die innere Spannungsverteilung in den Fasern verändern und dadurch das Extinktionsverhältnis der Faserspulen und die Gesamtleistung des Systems beeinträchtigen.

Herkömmliche UV-Quecksilberlampen-Härtungsanlagen, die sich durch ihre technologische Ausgereiftheit und ihre niedrigen Kosten auszeichnen, werden derzeit häufig für die Aushärtung von PM-Faserspulen verwendet. Diese Geräte haben jedoch einige Nachteile und Probleme, die noch nicht gelöst sind:

1.Geringe UV-Konvertierungseffizienz:
Die Lichtquelle der UV-Quecksilberlampe liefert die für die UV-Härtung erforderliche Energie und ist das Kernstück der UV-Härtungsanlage. Der UV-Wirkungsgrad herkömmlicher Quecksilberlampen liegt jedoch bei etwa 30 %, während die restlichen 60-70 % auf Infrarot- und Wärmestrahlung entfallen, was zu einer geringen UV-Umwandlungseffizienz führt. Eine unsachgemäße Verwendung kann außerdem zu erhöhten Lampentemperaturen führen, die sich negativ auf die Faserspulen auswirken.

2.Mit der Zeit nimmt die Lichtintensität ab:
Herkömmliche Quecksilberdampflampen benötigen viel Energie für ihren Betrieb, und ihre Lichtintensität (Bestrahlungsstärke) nimmt mit der Zeit ab. Eine häufige Überwachung der UV-Lichtintensität mit einem Bestrahlungsstärkemessgerät ist erforderlich, was die Prozesskontrolle und das Qualitätsmanagement zusätzlich erschwert.

Die Lichtintensität bezieht sich auf die UV-Energie, die pro Flächeneinheit der Beschichtung empfangen wird, gemessen in Einheiten von . Sie wird nach der folgenden Formel berechnet:

3.Kurze Lebensdauer:
Herkömmliche Quecksilberlampen haben eine relativ kurze Lebensdauer von durchschnittlich ≤1.000 Stunden.

4.Lange Einschaltzeit:
Quecksilberdampflampen benötigen einen Kaltstart und eine längere Induktionsphase, in der Regel etwa 10 Minuten, bis sie ihre volle spektrale Leistung erreichen. Nach dem Ausschalten können sie nicht sofort wieder eingeschaltet werden und benötigen eine Abkühlungszeit von 15-20 Minuten, bevor sie reaktiviert werden können, was den Betriebskomfort beeinträchtigt.

5.Hohe Schutzanforderungen:
Während des Betriebs erzeugen herkömmliche Quecksilberlampen Ozon, das für den Menschen schädlich ist. Darüber hinaus kann der breite Strahlungsbereich von Quecksilberlampen bei unsachgemäßer Verwendung eine Gefahr für Augen und Haut darstellen. Dies macht den Einsatz von Schutzsystemen erforderlich.