DE3420294C2

DE3420294C2 -

Info

Publication number: DE3420294C2
Application number: DE3420294A
Authority: DE
Inventors: Jussi Tapani Espoo Fi Ravela
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Nokia Oyj
Priority date: 1983-05-30
Filing date: 1984-05-30
Publication date: 1993-09-02
Also published as: GB8413614D0; FR2547067B1; FI75939C; GB2141557B; FI75939B; FR2547067A1; FI831928A0; GB2141557A; US4585406A; DE3420294A1; FI831928L

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen einer Überlänge eines Lichtwellenleiters einer optischen Ader mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs.

Aus der DE-OS 25 28 991 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Überlänge bekannt. Danach umfaßt eine Anlage hierzu eine Einrichtung zum Abziehen des LWL (im folgenden als Faser bezeichnet), einen Extruder, eine Kühleinrichtung, eine Reibantriebseinrichtung, eine Bremse, ein Sammelgehänge und eine Sammeltrommel. Das Verfahren beginnt damit, daß eine oder mehrere optische Fasern, die bloßliegen oder mit einer Schutzschicht überzogen sind, von der Abzieheinrichtung kommend vor dem Extrudieren mit einem Antiklebmittel, z. B. Siliconöl, geschmiert werden, so daß die Faser und die Hülle nicht aneinander haften können. Die Hülle wird dann auf die geschmierte Faser extrudiert. Nach einer Ausführungsform des bekannten Verfahrens wird die schlauchförmige Hülle beim Durchgang durch eine Zone der Anlage elastisch gedehnt, wonach diese Dehnung in einer anderen Zone der Anlage, die eine relative Gleitbewegung zwischen der Hülle und der Faser nicht erlaubt, wieder beseitigt. Eine Verkürzung der Hülle kann erzielt werden, da die Hülle einer Zugspannung unterworfen wird, die kleiner ist als die in der Zone zwischen der Bremse und der Reibantriebseinrichtung. Die größere Länge der Faser gegenüber der Hülle kann auch durch eine Wärmebehandlung erzielt werden. Wenn die Temperatur der Kühleinrichtung gegenüber der Raumtemperatur hoch gehalten wird, ist die Hülle vor der Reibantriebsvorrichtung noch heiß, und sie erfährt durch ihre Abkühlung vor Erreichen der Sammelstation eine Kürzung, die größer ist als die der Faser, was auf die unterschiedlichen Wärmedehnungskoeffizienten zurückzuführen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der die Überlänge der LWL (der Faser) gegen die Hülle in einwandfreier Weise eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden also die Festlegung der Faser nichtleitend an der Hülle und die Bremsung der Hülle zwangsläufig dadurch aneinander gekoppelt, daß die Verriegelung der Faser mit der Hülle und die Bremsung bei kleinem Unterschied der Verschiebegeschwindigkeit der Zugvorrichtung (10) und der Verschiebegeschwindigkeit des Dehnungsrades (26) geschehen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 die relative Dehnung der Hülle in verschiedenen Phasen der Umhüllung grafisch dargestellt,

Fig. 3 und 4 die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung für die Zugvorrichtung und das Dehnungsrad in vergrößertem Maßstab in Seitenansicht und im Querschnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 1,

Fig. 5 ein Planetenrad der Antriebseinrichtung in vergrößertem Maßstab und

Fig. 6 das Dehnungsrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Axialschnitt.

In Fig. 1 wird eine Vorratsspule 1 gezeigt, von der eine beschichtete optische Faser 2 durch einen Strangextruder 3 und eine Abkühleinrichtung 4 von einer ersten Zugvorrichtung 5 gezogen wird. Der Extruder 3 preßt um die Faser 2 eine lose Hülle, die in der Abkühlvorrichtung 4 abgekühlt wird. Die so erhaltene optische Ader 6 läuft weiter von einer zweiten Zugvorrichtung 8 gezogen durch einen ersten Ofen 7 und weiter von einer dritten Zugvorrichtung 10 gezogen durch einen zweiten Ofen 9, in welchen Öfen eine Wärmerelaxation der Hülle erfolgt. Von der dritten Zugvorrichtung 10 läuft die Ader 6 über ein Dehnungsrad 26 und einen Regelungslader 12 auf eine Aufwickelplatte 13.

Die Kurve A in Fig. 2 stellt die relative Dehnung ε der Hülle relativ zur Faser dar, die mit einer geraden Linie B angedeutet wird. Die Hülle umgibt die Faser in allen Behandlungsphasen lose, und sie läuft im wesentlichen ohne Spannung von der Vorratsspule 1 von der Dehnungseinrichtung 11 gezogen zu der Aufwickelspule 13. Die Zugvorrichtungen 5, 8, 10 wirken nur auf die Hülle ein. Aus öden Kurven geht hervor, daß die Hülle infolge der Abkühlung relativ zur Faser schrumpft, sich aber während der Heizungsbehandlungen relativ zur Faser dehnt. Wenn die so erhaltene optische Ader danach direkt auf eine Aufnahmespule gewickelt würde, wäre die Hülle um das Maß ε_a länger als die Faser.

Auf die Hülle wird eine Dehnung ausgeübt, bevor die optische Ader auf die Aufnahmespule 13 gewickelt wird. Dies geschieht mittels der dritten Zugvorrichtung 10 und des Dehnungsgrades 26, die zwangsläufig aneinander mittels einer zwischen ihnen befindlichen mechanischen Vorrichtung 14 gekoppelt sind. Damit wird ein kleiner Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Zugvorrichtung 10 und dem Dehnungsgrad 26 hergestellt, so daß die Zugvorrichtung 10 die Hülle bezüglich des Zugeffekts des Dehnunggrades 26 bremst. Auf dem Dehnungsgrad 26 wird in einer nachher beschriebenen Weise die Festlegung der Faser an der Hülle ohne axiales Gleiten zustandegebracht. Das veranlaßt in der Hülle eine Vordehnung ε_e. Wenn die Hülle das Dehnungsrad 26 verläßt, kann ihre Vordehnung vor der Wicklung auf die Aufwickelspule 13 zurückgehen. Weil die Aufwickelspule 13 eine axiale Bewegung der Hülle und der Faser gegeneinander verhindert, veranlaßt das Zurückgehen der Vordehnung, das heißt die Schrumpfung der Hülle, daß die Hülle um das Maß ε₀ kürzer als die Faser bleibt. Wenn die Vordehnung in der unten beschriebenen Weise passend groß gewählt wird, wird für die Faser somit eine erwünschte Überlänge ε₀ gegenüber der Hülle erreicht.

Die Vorrichtung 14 ist gemäß der Fig. 3 bis 5 ein Planetengetriebe, das einen Zahnkranz 15 mit Innenverzahnung umfaßt, dessen Trägerwelle 16 drehbar an einem ortsfesten Rahmen 17 gelagert ist, und einen Planetenträger 18, dessen Welle 19 drehbar konzentrisch innerhalb der Trägerwelle 16 gelagert ist und an welchen Planetenträger drei Planetenräder 20 und ein zentrisches kleines Sonnenrad 21 drehbar gelagert sind (siehe Fig. 5), das sich im Eingriff mit den Planetenrädern 20 befindet. Die Welle 22 des Sonnenrades 21 ist an einem elektrischen Gleichstrommotor 23 mit kleiner Geschwindigkeit angekuppelt.

Die Welle 19 des Planetenträgers 18 ist über ein am Rahmen 17 befestigtes Schneckengetriebe 24 mit großer Übersetzung an ein an der Welle 25 befestigtes Dehnungsrad 26 angekuppelt. Die Trägerwelle 16 des Zahnkranzes ist ihrerseits über einen Zahnriemen 27 an eine Antriebsvorrichtung 28 angekuppelt, die von einem Motor 29 gedreht wird. Die Antriebsvorrichtung 28 ist über einen am Rahmen 17 befestigtes Schneckengetriebe 30, das im Vergleich zum Schneckengetriebe 24 eine kleinere Übersetzung hat, an ein Zugrad 31 der vom Rahmen 17 getragenen Zugvorrichtung 10 angekuppelt. Die Zugvorrichtung 10 ist vom Zweiriementyp (Fig. 3).

Die Drehgeschwindigkeit des Motors 29 wird über den Riemen 27 an den Zahnkranz 15 übertragen, von wo sie etwas verringert an die Welle 19 des Planetenträgers 18 überführt wird, welche das Dehnungsrad 26 dreht. Wenn das Sonnenrad 21 mittels eines elektrischen Mikro-Motors 23 mit kleiner Geschwindigkeit im Vergleich zur Geschwindigkeit des Planetenträgers 18 in derselben Richtung gedreht wird, erhält das Dehnungsrad 26 eine kleine Zusatzgeschwindigkeit im Vergleich zur Geschwindigkeit des Zugrads 31 der Zugvorrichtung 10. Der das Sonnenrad 21 treibende Motor 23 hat eine große Übersetzung und kann selbständig geregelt werden. Durch die Regelung des Motors 23 entweder mit einer direkten Geschwindigkeitskontrolle oder mit einem Steuersignal, das von der Spannung der Hülle mittels eines zwischen dem Dehnungsrad 26 und der Riemenzugvorrichtung 10 angebrachten Tensometers erhältlich ist, kann die erwünschte Vordehnung der Hülle mit einer Genauigkeit von etwa 0,1‰ zustande gebracht werden.

Die optische Ader 6 ist so viele Drehungen um das Dehnungsrad 26 gedreht worden, daß die Faser trotz ihrer Ausgangsspannung innerhalb der Hülle nicht axial gleiten kann. Die bremsende Zugvorrichtung 10 ist vom Riementyp und bringt somit keine zusätzliche Spannung in der Ader zustande.

Der von den Planetenrädern 20 veranlaßte kleine Geschwindigkeitsunterschied verursacht in der Hülle eine Dehnung, die die erwähnte Vordehnung ε_e zustande bringt, die bei Zurückstellung eine erwünschte zusätzliche Länge ε₀ der Faser bewirkt, wenn die optische Ader mit einer kleinen Spannung auf die Aufwickelspule 13 gewickelt wird.

Damit eine erwünschte Vordehnung erreicht werden kann, müssen die Durchmesser der Hülle und der Faser, der Durchmesser des Dehnungsrades 26 und die eventuelle Dehnung der Faser vor der Dehnungsvorrichtung bekannt sein. Wenn die obenerwähnten Werte bekannt sind, wird die Größe der Vordehnung wie folgt:

worin
D = Durchmesser des Dehnungsrades (mm)
d_v = Durchmeser der Hülle (mm)
s_v = Dicke der Hülle (mm)
d_k = Durchmesser der Faser (mm)
ε_k = Dehnung der Faser vor der Vordehnung (‰)
ε₀ = erwünschte Überlänge der Faser (‰)

bezeichnen.

Die verschiedenen Größen der Formel gehen aus Fig. 6 hervor.

Wenn die Faser in eine ungefüllte Hülle gezogen wird und die Faser gut mit z. B. Talk glatt gemacht worden ist, braucht der Faktor ε_k im allgemeinen wegen seiner Geringheit nicht berücksichtigt werden.

Wenn die Faser jedoch eine größere Anfangsdehnung ε_k hat, muß diese kompensiert werden. Beispielsweise wird die Faser mit einer Kraft von etwa 0,9 Newton um 1‰ gedehnt. Das Füllen der Hülle mit Fett verursacht eine Dehnung der Faser von unbekannter Größe, die mittels zweier Methoden bestimmt werden kann:

(1) Vergleichende Messung der Laufzeit

Die Faserlänge kann mit großer Genauigkeit (etwa 0,1‰) auf Grund der Zeit gemessen werden, die das Licht braucht, wenn es von dem einen Ende der Faser zu deren anderem Ende läuft. Die Faserlänge wird in einem Zustand mit möglichst wenig Spannung vor der Umhüllung gemessen. Die Faser wird in einem fettgefüllten Mantel gezogen, ohne daß irgendein Faktor kompensiert wird, das heißt ohne Vordehnung. Die Länge der so erhaltenen Ader wird gemessen. Die bei der Umhüllung entstandene Dehnung der Faser ist ε_k, vorausgesetzt, daß die beim Messen gebrauchte Spule ebenso groß wie das Dehnungsgrad ist.

(2) Dehnungsmessung oder Messung mittels einer expandierenden Spule

Wenn eine sogenannte expandierende Spule zur Verfügung steht, d. h. eine Spule, deren Umfang kontrolliert z. B. mittels Druckluft etwas (etwa 0,5‰) expandiert und zurückgestellt werden kann, kann die Ader darauf mit einer kleinen Spannung aufgewickelt werden, nachdem die Hülle in beliebigem, größerem Ausmaß, z. B. ε=5‰, im voraus gedehnt worden ist. Die Faser wird an die Meßeinrichtung für die Laufzeit angeschlossen, und der Umfang der Spule wird kontinuierlich expandiert. Wenn die Faser bei der Vordehnung eine zusätzliche Länge erhalten hat, dehnt sich mit dem Umfang der Spule zuerst nur die Hülle, und die Messung ergibt keine Zunahme der Faserlänge. Die Hülle wird weiter gedehnt, bis die Faser Anzeichen einer Dehnung aufweist. Die Dehnung ε′ der Hülle wird festgestellt. Die von einer Fettfüllung verursachte Dehnung der Faser kann jetzt aus der Formel ε_k=ε-ε′ errechnet werden, wenn der Umfang der Meßspule ebenso groß wie der Umfang des Dehnungsrades ist. Der oben erhaltene Wert von ε_k kann jetzt zum Berechnen einer korrekten Dehnung auch für andere Dimensionen der Hülle und der Faser benutzt werden.

Eine ausreichende Wicklungszahl der Ader um das Dehnungsrad 26 kann experimentell so festgestellt werden, daß ein kleines Stück Ader (mit oder ohne Fettfüllung) um das Dehnungsrad gewickelt wird und von dem anderen Ende der Ader mit einer Kraft gezogen wird, die einer Dehnung ε_k entspricht. Die Ader wird wenigstens so viele Male um das Dehnungsrad gewickelt, daß die Faser mit dieser Zugkraft nicht aus der Hülle gleitet.

Claims

Vorrichtung zum Herstellen einer Überlänge eines Lichtwellenleiters (LWL) einer optischen Ader (6) gegenüber der Adernhülle
- - welche zwischen einem Extruder (3) für die Hülle und einer Aufwickelspule (13) für die Ader (6) eine Einrichtung (10, 26) zur axialen Dehnung der Hülle gegenüber dem LWL (2) aufweist mit
  - - einem Dehnungsrad (26) zur Festlegung des LWL axial nichtgleitend an der Hülle und zum Verschieben der Ader (6) in Richtung der Aufwickelspule (13),
  - - einer Zugvorrichtung (10), die sich in Bewegungsrichtung der Ader (6) vor dem Dehnungsrad (26) befindet zum Verschieben der Hülle zum Dehnungsrad (26), und
  - - mindestens einer Antriebseinrichtung (14), die die Zugvorrichtung (10) und das Dehnungsrad (26) so antreibt, daß das Dehnungsrad (26) die optische Ader (6) mit geringfügig höherer Geschwindigkeit vorschiebt als die Zugvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, daß nur eine Antriebseinrichtung die Zugvorrichtung (10) und das Dehnungsrad (26) antreibt, die zwischen Zugvorrichtung (10) und Dehnungsrad (26) vorgesehen ist, und ein Planetengetriebe (15, 18, 20, 22) aufweist, das zwischen einem Antriebsmotor (29) und dem von diesem getriebenen Dehnungsrad (26) angeordnet ist, daß der Antriebsmotor (29) an ein Zugrad (31) der Zugvorrichtung (10) angekuppelt ist und daß das Sonnenrad (22) des Planetengetriebes an einen Kleinmotor (23) angekoppelt ist, um den Geschwindigkeitsunterschied zwischen der Verschiebegeschwindigkeit der Zugvorrichtung (10) und der Verschiebegeschwindigkeit des Dehnungsrades (26) zu erzielen.