DE4037067A1 - Simulation of glass fibre bobbin take-off - uses jet assembly with gas flow to carry material with it - Google Patents

Simulation of glass fibre bobbin take-off - uses jet assembly with gas flow to carry material with it

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Abstract

To simulate the take-off of glass fibre material (4) from a bobbin (1), and determine the behaviour of fibre optic lightwave guides, a gas (90) is blown in a jet (8). The push tension action on the glass fibre material (4) through the surrounding gas layer (15), carries the material (4) with it. The method gives a simple simulation of the take-off action on glass fibre optic material, at acceleration speeds of 100 m/s2, without damage to the lightwave guide effect. Compressed air is the pref. gas (90). The gas (90) speed at the central section (14) of the jet (8) is less than the sound speed of the gas. The jet (8) has a central section (14) with a dia. (D) of a sufficient size so that the layer of gas (90) at the jet wall (13) in the central zone (14) has no significant effect on the layer of gas (15) round the glass fibre material (4). The dia. (D) of the central (14) section of the jet (8) is exactly double the dia. (d) of the glass fibre material (4). The air stream has to generate sufficient force to overcome the take-off resistance of the glass fibre (such as 5-10 cN) and to accelerate a given material length at, say, 10 g, to a final speed of 200 m/s, for example. The length (11) of the central jet section and the difference in speed between the air speed and the fibre speed have to be taken into account to give the force transfer of about 0.1 N for a given type of glass fibre. The air speed has to be limited to the sound speed, to prevent compression beatings at the jet outlet. To give a force transfer of 0.1 N, the jet dia. (D) is 8mm, the length of the central (11) section of the jet is 3.4m, the difference speed u = umax - v = 150 m/s, and the air throughput is 21.8 kg/s.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Abziehen von Glas­ fasern von einer Spule. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for pulling glass fibers from a spool. The invention also relates to a device for performing the method.

Zur Simulation von Abspulvorgängen werden sogenannte Ab­ spul- oder Abziehmaschinen verwendet. Vor allem im Zusam­ menhang mit der Simulation von Abspulvorgängen bei Glasfa­ serspulen, wie sie typischerweise bei mit Lichtwellenlei­ tern (LWL) gelenkten Flugkörpern benutzt werden, wurden Hochgeschwindigkeits-Abziehmaschinen entwickelt.So-called Ab winding or stripping machines used. Especially together connection with the simulation of unwinding processes at Glasfa coils, as is typically the case with optical fibers tern (LWL) guided missiles were used High speed peeling machines developed.

Die Abziehmaschine soll dabei die Glasfasern von der Spule abziehen und sie mit vorgegebener Geschwindigkeit in den Versuchsbereich ausstoßen. Die Ein- und Auskopplung der Signale erfolgt einerseits an der Spule sowie an dem im Versuchsraum befindlichen Ende, so daß eine Datenübertra­ gung wahrend des Abziehvorganges möglich ist.The stripping machine is supposed to pull the glass fibers from the spool and pull them into the Eject test area. The coupling and decoupling of the Signals occur on the one hand on the coil and on the im Test room located end, so that a data transfer during the peeling process is possible.

Bei den bisherigen Lösungen erfolgte der Antrieb der Glas­ faser durch zwei gegeneinander rotierende Scheiben. Der Druck der rotierenden Scheiben auf die Glasfaser sorgt für den Vorschub derselben. Bei derartigen Anordnungen ist be­ sonders nachteilig, daß infolge der Zentrifugalkraft der Abstand der Scheiben geringer wird und zu einem erhöhten Druck auf die Glasfaser und damit zu einer Dämpfungserhö­ hung der übertragenen Signale führt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß eine Beschleunigung der Glasfaser in der Größenordnung von 100 m/s2 ohne unverhältnismäßig gro­ ßen Aufwand nicht erreichbar ist.In previous solutions, the glass fiber was driven by two rotating discs. The pressure of the rotating discs on the glass fiber ensures that they are fed. In such arrangements be particularly disadvantageous that due to the centrifugal force, the distance between the disks becomes smaller and leads to increased pressure on the glass fiber and thus to a damping increase in the transmitted signals. Another disadvantage is that an acceleration of the glass fiber in the order of 100 m / s 2 can not be achieved without disproportionately great effort.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah­ ren der eingangs erwähnten Art derart weiterzuentwickeln, daß ein Abziehen von Glasfasern auch mit Beschleunigungen von 100 m/s2 auf relativ einfache Weise erreicht werden kann, und bei dem eine Erhöhung der Übertragungsdämpfung vermieden wird. Ferner soll eine Vorrichtung zur Durchfüh­ rung des Verfahrens angegeben werden.The invention is therefore based on the object to further develop a method of the type mentioned at the outset such that pulling off glass fibers can also be achieved in a relatively simple manner with accelerations of 100 m / s 2 and in which an increase in transmission loss is avoided. Furthermore, a device for performing the method is to be specified.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Anspruchs 1 gelöst. Eine erfin­ dungsgemäße Vorrichtung wird durch die Merkmale des kenn­ zeichnenden Teiles des Anspruchs 4 offenbart.This object is achieved by the features of characterizing part of claim 1 solved. An invented device according to the invention is characterized by the features of drawing part of claim 4 disclosed.

Die Erfindung beruht also im wesentlichen auf dem Vor­ schlag, ein berührungsloses Abziehen der Glasfasern vorzu­ nehmen.The invention is therefore essentially based on the foregoing suggest a contactless pulling off of the glass fibers to take.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und mit Hilfe von Figuren erläutert. Es zeigen:Further advantages and details of the invention are described in following using an exemplary embodiment and with the help explained by figures. Show it:

Fig. 1 eine Anlage zur Simulation des Abspulvorganges von Glasfaserspulen mit einer bei der Anmelderin bisher verwendeten Abziehmaschiene; Fig. 1 is a system for simulating the Abspulvorganges of fiber optic coils with a previously used in the assignee Abziehmaschiene;

Fig. 2 eine schematisch dargestellte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Figure 2 shows a device schematically illustrated for carrying out the method of the invention. and

Fig. 3 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Fig. 3 shows another device for performing the method according to the invention.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Glasfaserspule bezeichnet. Das ei­ ne Ende der Spule ist über eine Leitung 2 mit einer elek­ tronischen Auswertevorrichtung 3 verbunden. Das andere Ende 4 der Spule 1 wird von einer Abziehmaschine 5 abgezo­ gen. Dabei ist das Ende 4 der Glasfaser ebenfalls mit der elektronischen Einrichtung 3 verbunden.In Fig. 1, 1 denotes a glass fiber spool. The egg ne end of the coil is connected via a line 2 to an electronic evaluation device 3 . The other end 4 of the coil 1 is gen abgezo of a printing machine. 5 The end 4 of the optical fiber is also connected to the electronic device. 3

Die Abziehmaschine 5 weist zwei gegeneinander rotierende Scheiben 50 und 51 auf. Wie bereits oben erwähnt, besitzen derartige Abziehmaschinen den Nachteil, daß bei hohen Um­ drehungszahlen ein zunehmender Druck auf die Glasfaser festzustellen ist, und daß die erforderlichen Beschleuni­ gungen zur Simulation des Abspulvorganges nur mit außeror­ dentlich großem Aufwand erreichbar sind.The puller 5 has two disks 50 and 51 rotating against each other. As already mentioned above, such pullers have the disadvantage that an increasing pressure on the glass fiber can be determined at high rotational speeds, and that the accelerations required to simulate the unwinding process can only be achieved with extraordinary great effort.

In Fig. 2 ist wiederum mit 1 die Glasfaserspule und mit 4 das der Abziehmaschine zugewandte Ende des Glasfaserkabels bezeichnet. Mit 7 ist ein Düsenkörper gekennzeichnet, der eine Düse 8 aufweist. In dem Düsenkörper 7 befinden sich mehrere Gaskanäle 9, 9′, durch die in die Düse 8 Gas - in der Regel Druckluft - eingeblasen wird.In FIG. 2, the glass fiber spool is again designated by 1 and the end of the fiber optic cable facing the stripping machine is designated by 4 . 7 denotes a nozzle body which has a nozzle 8 . In the nozzle body 7 there are several gas channels 9 , 9 'through which gas is injected into the nozzle 8 - generally compressed air.

Die Düse selbst besteht im wesentlichen aus drei Berei­ chen, nämlich einem Düseneinlaufbereich 10, der bis zu den Gaskanälen reicht, einem zentralen Bereich der Düse 11, in dem die eigentliche Beschleunigung der Glasfaser durch die Druckluft erfolgt und einem Düsenauslaufbereich 12.The nozzle itself consists essentially of three areas, namely a nozzle inlet area 10 , which extends to the gas channels, a central area of the nozzle 11 , in which the actual acceleration of the glass fiber by the compressed air takes place, and a nozzle outlet area 12 .

Bei der Auslegung des Düsenkörpers ist besonders zu beach­ ten, daß die Durchmesser der Düse einerseits so gewählt werden müssen, daß eine gute Zentrierung der Faser in der Düse erfolgt und daß andererseits die durch das eingebla­ sene Gas sich ausbildenden Grenzschichten 14 und 15 an der Düsenwand 13 und der Glasfaser 4 sich nicht beeinflussen. Der Düseneinlaufbereich 10 muß außerdem so gestaltet wer­ den, daß im Falle eines Schlagens des Lichtwellenleiters 4 durch Schwingungen beim Abwickeln sich keine sogenannten Kinken bilden, da diese zum Faserbruch in der sich veren­ genden Düse führen würden und auftretende Querbewegungen weitgehend abgebremst werden. Dazu sollten möglichst große Radien und nur geringe Querschnittsänderungen verwirklicht werden. Die optimale Einlaufform muß jeweils experimentell ermittelt werden, da sie stark von der Gesamtanordnung be­ einflußt wird.In the design of the nozzle body, it should be noted in particular that the diameter of the nozzle must be selected on the one hand so that the fiber is properly centered in the nozzle and that on the other hand the boundary layers 14 and 15 formed by the gas blown in on the nozzle wall 13 and the glass fiber 4 do not influence each other. The nozzle inlet area 10 must also be designed in such a way that, in the event of a striking of the optical waveguide 4 due to vibrations during unwinding, no so-called kinks form, since these would lead to fiber breakage in the constricting nozzle and transverse movements that occur are largely slowed down. For this purpose, the largest possible radii and only small changes in cross-section should be realized. The optimal enema form must be determined experimentally because it is strongly influenced by the overall arrangement.

Im zentralen Bereich der Düse 11 kann der Lichtwellenlei­ ter nur von dem Gasstrom zentriert werden. Dazu ist es sinnvoll, daß die Zufuhr des Gases (Druckluft) möglichst auf dem gesamten Umfang der Düse stattfindet, um eine zu­ sätzliche Verwirbelung zu vermeiden.In the central region of the nozzle 11 , the Lichtwellenlei ter can only be centered by the gas flow. For this purpose, it makes sense that the supply of the gas (compressed air) takes place as far as possible on the entire circumference of the nozzle in order to avoid additional turbulence.

Für die Gestaltung des Düsenauslaufbereiches 12 ist zu beachten, daß zum einen eine gute Führung des Lichtwel­ lenleiters gewährleistet sein muß, d. h. es sollen nur geringe Radiusänderungen ausgeführt werden. Außerdem muß die Gefahr einer Vereisung durch zu starke Expansion des Gases berücksichtigt werden.For the design of the nozzle outlet area 12 , it should be noted that, on the one hand, good guidance of the light waveguide must be ensured, ie only small changes in radius should be carried out. In addition, the risk of icing due to excessive expansion of the gas must be taken into account.

In Fig. 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel des Düsenkörpers dargestellt. Dabei ist mit 100 der Düsen­ körper und mit 101 die Düse gekennzeichnet. Die Preßluft wird über einen Gaseinlaufkanal 102, einen Gasverteilungs­ raum 103 und Gaskanälen 104, 104′, 104′′ der Düse zuge­ führt. Die Gaskanäle sind derart am Umfang verteilt, daß in jedem Bereich vier Gaskanäle, verteilt auf 300° vorhan­ den sind, die jeweils unter 45° auf die Düse treffen. In Fig. 3 a practical embodiment of the nozzle body is shown. 100 of the nozzle body and 101 the nozzle is marked. The compressed air is supplied via a gas inlet duct 102 , a gas distribution space 103 and gas ducts 104 , 104 ', 104 ''to the nozzle. The gas channels are distributed on the circumference such that four gas channels, distributed over 300 °, are present in each area, each of which meets the nozzle at 45 °.

Insgesamt werden in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel daher zwölf Gaskanäle verwendet. Durch diese Gaskanäle werden die Fasern zentriert und vorangetrieben. Der Durch­ messer der Gaskanäle liegt etwa bei 1 mm. Der Durchmesser D der Düse 101 sollte etwa dem doppelten Durchmesser d der Glasfaser entsprechen.A total of twelve gas channels are therefore used in the present exemplary embodiment. The fibers are centered and driven through these gas channels. The diameter of the gas channels is approximately 1 mm. The diameter D of the nozzle 101 should correspond to approximately twice the diameter d of the glass fiber.

Mit 105 ist der Düseneinlaufbereich bezeichnet und mit 106 bzw. 106′ sind Dichtungen gekennzeichnet, die den Gasver­ teilungsraum 103 abdichten. Auf einen Düsenauslaufraum wur­ de bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel verzichtet, da dieser unkritisch ist.With 105 of the nozzle inlet area is designated and with 106 and 106 ' seals are marked which seal the gas distribution compartment 103 . A nozzle outlet space was omitted in the present exemplary embodiment, since it is not critical.

Im folgenden wird näher auf die Wirkungsweise der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung eingegangen: Zunächst wird ein Stück der Glasfaser 4 (Fig. 2) durch die Düse 101 hindurch mit der elektronischen Auswertevorrich­ tung 3 (Fig. 1) verbunden. Anschließend wird Druckluft in die Düse 101 durch die Gaskanäle 104, 104′ und 104′′ gebla­ sen. Dabei ist zu beachten, daß die maximal auftretende Luftgeschwindigkeit in der Düse 101 kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit. Dieses ist notwendig, um das Auf­ treten von Verdichtungsstößen im Auslauf der Düse zu ver­ meiden.The mode of operation of the device according to the invention is discussed in more detail below: First, a piece of the glass fiber 4 ( FIG. 2) is connected through the nozzle 101 to the electronic evaluation device 3 ( FIG. 1). Then compressed air is blown into the nozzle 101 through the gas channels 104 , 104 'and 104 ''. It should be noted that the maximum air speed occurring in the nozzle 101 is lower than the speed of sound. This is necessary to avoid the occurrence of compression surges in the nozzle outlet.

Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens beruht nun im wesentlichen darauf, daß durch das Einblasen der Luft die­ se die Faser mitreißt. Die Kraftübertragung erfolgt also bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung im wesentlichen durch die an der Berührungsfläche der Faser 4 mit der Druckluft auftretenden Schubspannung. Es muß hierbei von dem Luftstrom so viel Kraft übertragen werden, wie zur Überwindung des Abzugswiderstandes (z. B. 5 bis 10 cN) und zur Bechleunigung einer gewissen Faserlänge (z. B. 10 g) auf die Endgeschwindigkeit (z. B. 200 m/s) notwendig ist. Für eine vorgegebene Faser muß für diese Kraftübertragung (z. B. 0,1 N) im wesentlichen die Länge 11 des zentralen Düsenbereiches sowie die Geschwindigkeitsdifferenz zwi­ schen der Luftgeschwindigkeit und der Fasergeschwindigkeit ermittelt werden. Dabei muß allerdings, wie bereits be­ tont, berücksichtigt werden, daß die Luftgeschwindigkeit durch die Schallgeschwindigkeit begrenzt ist, um Verdich­ tungsstöße im Auslauf der Düse zu vermeiden. Bei einem Ausführungsbeispiel wurden folgende Werte für eine zu über­ tragende Kraft von 0,1 N abgeschätzt:
Düsendurchmesser D: 8 mm,
Länge des zentralen Bereiches 11 der Düse: 3,4 m,
Differenzgeschwindigkeit u = umax - v = 150 m/s,
Luftmassendurchsatz: 21,8 kg/s.The effect of the method according to the invention is essentially based on the fact that the air entrains the fiber by blowing in the air. The force transmission in the device according to the invention essentially takes place through the shear stress occurring at the contact surface of the fiber 4 with the compressed air. As much force must be transferred from the air flow as to overcome the pull-off resistance (e.g. 5 to 10 cN) and to accelerate a certain fiber length (e.g. 10 g) to the final speed (e.g. 200 m / s) is necessary. For a given fiber, essentially the length 11 of the central nozzle area and the speed difference between the air speed and the fiber speed must be determined for this force transmission (for example 0.1 N). However, as already emphasized, it must be taken into account that the air speed is limited by the speed of sound in order to avoid compression impacts in the outlet of the nozzle. In one embodiment, the following values were estimated for a force to be transmitted of 0.1 N:
Nozzle diameter D: 8 mm,
Length of the central area 11 of the nozzle: 3.4 m,
Differential speed u = u max - v = 150 m / s,
Air mass flow: 21.8 kg / s.

BezugszeichenReference numerals

  1 Glasfaserspule
  2 Leitung
  3 Elektron. Auswertevorrichtung
  4 Glasfaser
  5 Abziehmaschine
  6 Ende der Glasfaser
  7 Düsenkörper
  8 Düse
  9, 9′ Gaskanäle
 10 Düseneinlaufbereich
 11 Zentraler Bereich der Düse
 12 Düsenauslaufbereich
 13 Düsenwand
 14 Grenzschicht an der Düsenwand
 15 Grenzschicht um die Glasfaser
 50 Scheibe
 51 Scheibe
 90 Gas
100 Düsenkörper
101 Düse
102 Gaseinlaufkanal
103 Gasverteilungsraum
104 Gaskanal
104′ Gaskanal
104′′ Gaskanal
105 Düseneinlaufbereich
106 Dichtung
106′ Dichtung 1 glass fiber spool
2 line
3 electron. Evaluation device
4 glass fiber
5 peeling machine
6 end of fiber
7 nozzle body
8 nozzle
9, 9 ′ gas channels
10 nozzle inlet area
11 Central area of the nozzle
12 nozzle outlet area
13 nozzle wall
14 boundary layer on the nozzle wall
15 boundary layer around the glass fiber
50 disc
51 disc
90 gas
100 nozzle bodies
101 nozzle
102 gas inlet duct
103 gas distribution room
104 gas channel
104 ′ gas channel
104 ′ ′ gas channel
105 Nozzle inlet area
106 seal
106 ′ seal

Claims (5)

1. Verfahren zum Abziehen von Glasfasern (4) von einer Spule (1) dadurch gekennzeich­ net, daß in eine Düse (8, 101) ein Gas (90) einge­ blasen wird, welches dann die Glasfaser (4) aufgrund der Schubspannung in der die Faser (4) umgebenden Grenz­ schicht (15) mitzieht.1. A method for withdrawing glass fibers ( 4 ) from a coil ( 1 ) characterized in that a gas ( 90 ) is blown into a nozzle ( 8 , 101 ), which then the glass fiber ( 4 ) due to the shear stress in the the fiber ( 4 ) surrounding boundary layer ( 15 ) pulls. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Gas (90) Druckluft verwendet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that compressed air is used as gas ( 90 ). 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Ge­ schwindigkeit des Gases (90) im zentralen Bereich (11) der Düse (8) kleiner ist als die Schallgeschwindigkeit des Gases.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the Ge speed of the gas ( 90 ) in the central region ( 11 ) of the nozzle ( 8 ) is less than the speed of sound of the gas. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Düse (8) einen zentralen Bereich (11) aufweist, dessen Durchmesser D derart ge­ wählt ist, daß keine wesentliche Beeinflussung der Grenzschicht (15) um die Glasfaser (4) durch die Grenz­ schicht (14) an der Düsenwand (13) erfolgt.4. Device for performing the method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the nozzle ( 8 ) has a central region ( 11 ), the diameter D is selected such that no significant influence on the boundary layer ( 15 ) around the glass fiber ( 4 ) through the boundary layer ( 14 ) on the nozzle wall ( 13 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Durchmesser D des zentralen Bereiches der Düse (8, 101) gleich dem dop­ pelten Durchmesser d der Glasfaser (4) ist.5. The device according to claim 4, characterized in that the diameter D of the central region of the nozzle ( 8 , 101 ) is equal to the double diameter d of the glass fiber ( 4 ).
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