FI75939C - Foerfarande och anordning foer att aostadkomma en oeverlopps fiberlaengd vid sekundaermantling av en optisk fiber. - Google Patents

Description

1 75939

Menetelmä ja laitteisto kuidun ylimääräisen pituuden aikaansaamiseksi optisen kuidun toisiovaippauksessa 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä kuidun ylimää räisen pituuden aikaansaamiseksi optisen kuidun toisiovaippauksessa, jonka menetelmän mukaisesti - päällystetään ensiövaipalla päällystetty optinen kuitu suulakepuristamalla toisiovaipalla, joka sallii kes- 10 kinäisen aksiaalisen liikkeen kuidun ja toisiovaipan välillä, - vedetään vaipattua kuitua aksiaalisesti eteenpäin päällystämisen jälkeen, - venytetään toisiovaippaa aksiaalisesti kuidun suh- 15 teen, - annetaan toisiovaipan venymän palautua yhdessä kuidun kanssa, niin että kuitu muodostuu pitemmäksi kuin toi-siovaippa palautuneessa vaipatussa kuidussa, ja - puolataan palautunut vaipattu kuitu kelalle, jolloin 20 - kuitu ja vaippa lukitaan aksiaalisesti liikkumatto- masti toisiinsa vaipatun kuidun etenemisen aikana ennen toisiovaipan venymän palauttamista, ja - toisiovaippaan kohdistetaan jarrutus vaipatun kuidun etenemisen aikana toisiovaipan venyttämiseksi kuidun 25 suhteen ennen kuidun ja vaipan mainittua lukitsemista.

GB-patenttijulkaisussa 1 538 853 on esitetty eräs menetelmä optisen kuidun varustamiseksi ns. löysällä toisiovaipalla suulakepuristamalla ensiövaipalla päällystetyn kuidun ympäri polymeeriä oleva vaippa ja orientoimalla polymee-30 rivaippa uunissa. Lisäksi vaippaa lämmitetään ja annetaan sen palautua lämpöstabiilisuuden saavuttamiseksi.

Optisen kuidun löysän vaippauksen pääasiallisena tarkoituksena on eristää kuitu kaikilta mekaanisilta rasituksilta ja jännityksiltä. Mainitun patenttijulkaisun mukaises-35 ti tehdään kuitu ja toisiovaippa yhtä pitkiksi mutta toisio- 75939 vaippa niin väljäksi, että kun vaippa joutuu pituussuuntaisesta kutistumaan, pääsee kuitu taipumaan vaipassa niin suurella kaarevuussäteellä, ettei se olennaisesti vaikuta kuidun ominaisuuksiin. Kun vaippa myöhemmissä kaapelointivai-5 heissä ja mahdollisesti asennettunakin valmiissa kaapelissa joutuu voimien ja lämpötilamuutosten alaiseksi, aiheuttaa vaipan venyminen kuitenkin kuituun haitallisen vetojännityksen. Pienestä kuidun lähtöjännityksestä ja vaipan sisäisestä kitkasta johtuen pyrkii kuitu lisäksi, kun se valmistuksen 10 yhteydessä puolataan kelalle, asettumaan vaipan sisällä vaipan sisäkehälle, siis vaipan neutraaliakselin sisäpuolelle. Tästä on seurauksena se, että vaippaa suoristettaessa, esim. kertauksen yhteydessä, kuidun pituus onkin pienempi kuin vaipan neutraaliakselin pituus, minkä johdosta kuitu joutuu 15 vetojännityksen alaiseksi, ja kuidun vaimennus kasvaa.

Tämän epäkohdan välttämiseksi on todettu olevan tarkoituksenmukaista aikaansaada kuidulle pieni ylimääräinen pituus vaippaan nähden, jottei kuitu joutuisi venytykseen, vaikka vaippa hiukan venyykin. Koska vaipan sisähalkaisija 20 kuitenkin on rajallinen, ja muovivaippa kutistuu alhaisissa lämpötiloissa, ei kuidun ylimääräinen pituus myöskään saa olla liian suuri, jottei kuitu joutuisi vaipan kutistuessa puristusjännityksen alaiseksi. On todettu, että kuidun noin 0,3 °/oo:n ylimääräinen pituus vaipan ollessa suorana, on 25 optimi ja että ylimääräisen pituuden on oltava alle 1,0 °/oo.

Koska muovi aina suulakepuristuksen yhteydessä kutistuu jäähdytyksen ja lämpöjännitysten seurauksena, on aikaisemmin ehdotettu aikaansaada kuidulle ylimääräinen pituus säätämällä vaipan kutistumista vaipan määrätystä kohdasta 30 alkaen lämpörelaksaation avulla. Tarpeeksi pienten kutistumien hallitseminen ja mittaaminen on kuitenkin vaikeata ja jos kuidussa on lähtöjännitystä esim. rasvatäytön seurauksena, voi tarpeellisen kutistuman määrittäminen olla hankalaa.

35 On myös aikaisemmin ehdotettu aikaansaada kuidulle 3 75939 ylimääräinen pituus venyttämällä vaippaa tunnetulla voimalla, ns. momenttikäytöllä, jonka mukaan esim. vastaanottoke-laan, jolle toisiovaipattu kuitu puolataan valmistuksen yhteydessä, kohdistetaan määrätty momentti vaipan venyttämi-5 seksi. Tämä edellyttää kuitenkin vaipan tarkan kimmomodulin tuntemista, mikä muoveilla ei aina ole kovin yksiselitteistä. Edelleen rasvatäytteisellä vaipalla ei ole selvää, millä osuudella kuitu osallistuu jännityksen jakautumiseen ja pienentää venymää. Lisäksi on välttämätöntä kelata vastaanotto-10 kela auki, jotta vaipan näin saadulla venymällä olisi mahdollisuus palautua lopulliseen pituuteen ennen vaipatun kuidun käyttöä.

US-patenttijulkaisusta 1 506 967 ja GB-patenttijulkaisusta 1 576 339 on aikaisemmin tunnettua aikaansaada ylimää-15 räinen pituus lukitsemalla kuitu ja vaippa toisiinsa aksiaa-lisesti liikkumattomasti ja jarruttamalla vaippa kuidun etenemisen aikana, niin että vaippa venyy kuidun suhteen. Julkaisut mahdollistavat kylläkin ylimääräisen pituuden synnyttämisen, mutta eivät kuitenkaan mahdollista aikaansaadun pi-20 tuuden tarkkaa säätämistä.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä kuidun ylimääräisen pituuden aikaansaamiseksi, joka välttää edellä mainitut epäkohdat ja mahdollistaa kuidun ylimääräisen pituuden yksinkertaisemman ja luotettavamman aikaan-25 saamisen. Tämä tarkoitus saavutetaan keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, että jarruttaminen ja lukitseminen suoritetaan keskenään pakkokäyttöisesti tahdistettuna siten, että venytys aikaansaa palautumisen jälkeen halutun ylimääräisen pituuden kuituun vaipan suhteen.

30 Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että suulakepu- ristus- ja relaksointivaiheista tulevan, jatkuvasti etenevän vaipatun kuidun lukitseminen ja vaipan jarruttaminen kytketään pakkokäyttöisesti toisiinsa, niin että lukitseminen ja jarruttaminen tapahtuvat pienellä nopeuserolla.

35 Kytkemällä jarrutus ja lukitus pakkokäyttöisesti toi- 75939 siinsa pysyy venytys ja näin ollen lopullinen ylimääräinen pituus jatkuvasti ja tarkasti täysin hallittuna ja säädettynä.

Keksintöä selitetään lähemmin seuraavassa viitaten 5 oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaavamaisesti optisen kuidun toisio-vaippauslinjaa, johon keksinnön mukaista menetelmää on sovellettu, kuvio 2 esittää graafisesti toisiovaipan suhteellista 10 venymistä vaippauksen eri vaiheissa, kuviot 3 ja 4 esittävät suuremmassa koossa keksinnön mukaista venytyslaitteistoa nähtynä sivulta päin ja vastaavasti linjan suuntaisesti kuviossa 1 olevaa viivaa IV-IV pitkin, 15 kuvio 5 esittää suuremmassa koossa laitteiston pla- neettapyörää, ja kuvio 6 esittää laitteiston venytyspyörää ja toisio-vaipattua kuitua aksiaalileikkauksena.

Piirustusten kuviossa 1 on esitetty lähtökela 1, jolta 20 ensiövaipattu optinen kuitu 2 johdetaan suulakepuristimen 3 ja jäähdytyslaitteen 4 läpi ensimmäisen vetolaitteen 5 vetämänä. Suulakepuristin puristaa kuidun ympäri väljän toisiovaipan, jota jäähdytetään jäähdytyslaitteessa. Vaipattu kuitu 6 jatkaa kulkuaan ensimmäisen uunin 7 läpi toisen veto-25 laitteen 8 vetämänä ja edelleen toisen uunin 9 läpi kolmannen vetolaitteen 10 vetämänä, joissa uuneissa aikaansaadaan vaipan lämpörelaksaatio. Kolmannesta vetolaitteesta vaipattu kuitu kulkee venytyslaitteen 11 ja säätövaraajän 12 kautta vastaanottokelalle 13.

30 Kuviossa 2 esitetty käyrä A kuvaa toisiovaipan suh teellista venymää ε kuituun verrattuna, jota kuvaa suora viiva B. Toisiovaippa ympäröi kuitua väljästi kaikissa käsittelyvaiheissa, ja kuitu kulkee olennaisesti jännityksettömänä lähtökelalta vastaanottokelalle venytyslaitteiston 11 vetä- 5 75939 mänä. Mainitut vetolaitteet 5, 8, 10 vaikuttavat pelkästään toisiovaippaan. Käyrästöstä ilmenee, että toisiovaippa kutistuu jäähdytyksen seurauksena kuidun suhteen, mutta jonkin verran venyy kuituun nähden kuumennuskäsittelyiden aikana.

5 Mikäli näin käsitelty vaipattu kuitu tämän jälkeen kelattaisiin suoraan vastaanottokelalle, olisi vaippa mitan ε^ verran pitempi kuin kuitu.

Keksinnön mukaisesti kohdistetaan vaippaan venytys ennen vaipatun kuidun kelaamista vastaanottokelalle. Tämä ai-10 kaansaadaan kolmannen vetolaitteen 10 ja venytyslaitteen 11 avulla, jotka on kytketty pakkokäyttöisesti toisiinsa niiden välisen mekaanisen käyttölaitteen 14 avulla. Käyttölaitteen avulla aiheutetaan vetolaitteen ja venytyslaitteen välille pieni nopeusero, niin että vetolaite pyrkii jarruttamaan 15 vaippaa venytyslaitteen vetovaikutukseen nähden. Venytys-laitteessa aikaansaadaan jäljempänä esitetyllä tavalla kuidun lukitseminen aksiaalisesti liukumattomasti vaippaan. Tällainen venytys aikaansaa vaippaan esivenymän ε . Kun vaippa jättää venytyslaitteen, pääsee vaipan esivenymä lau-20 keamaan ennen kelaamista vastaanottokelalle. Koska vastaan-ottokela estää vaipan ja kuidun aksiaalisen liikkumisen toistensa suhteen, aikaansaa esivenymän laukeaminen eli vaipan kutistuminen sen, että vaippa jää mitan εο verran kuitua lyhyemmäksi. Valitsemalla esivenytys jäljempänä selitet-25 tävällä tavalla sopivan suuruiseksi, aikaansaadaan kuituun näin haluttu ylimääräinen pituus vaippaan nähden.

Em. käyttölaitteena 14 on kuvioiden 3-5 mukaisesti planeettavaihteisto, johon kuuluu sisäryntöinen hammaskehä 15, jonka kannatinakseli 16 on pyörivästi laakeroitu kiin-30 teään runkoon 17 ja planeetankantaja 18, jonka akseli 19 on pyörivästi laakeroitu sama-akselisesti kannatinakselin 16 sisään ja johon on pyörivästi laakeroitu kolme planeetta-pyörää 20 sekä keskeisesti sijaitseva pieni aurinkopyörä 21, ku·/. 5, joka on otteessa planeettapyörien kanssa. Aurinko-35 pyörän akseli 22 on kytketty pieninopeuksiseen tasavirtasäh-kömoottoriin 23.

6 75939

Planeetankantajan akseli 19 on kytketty runkoon kiinnitetyn suurivälityksisen kierukkavaihteen 24 kautta akseliin 25 kiinnitettyyn venytyspyörään 26. Hammaskehän kanna-tinakseli 16 on vuorostaan kytketty hammashihnalla 27 käyt-5 tölaitteeseen 28, joka on käyttömoottorin 29 pyörittämä.

Tämä käyttölaite on kytketty runkoon kiinnitetyn, em. kie-rukkavaihteeseen 24 nähden pienivälityksisen kierukkavaihteen 30 kautta rungon kannattaman vetolaitteen 10 vetopyö-rään 31. Vetolaite on kaksoishihnatyyppiä, kuten kuviossa 10 3 on esitetty.

Käyttömoottorin 29 pyörimisnopeus tuodaan hihnan 27 välityksellä hammaskehälle 15, jolta se siirtyy hiukan alentuneena planeetankantajan akselille 19, joka pyörittää veto-pyörää 26. Kun aurinkopyörää 21 pyöritetään sähkömoottori1-15 la 23 planeetankantajan nopeuteen nähden pienellä nopeudella samaan suuntaan, aikaansaadaan vetopyörään pieni nopeuden lisäys vetolaitteen 10 vetopyörän 31 nopeuteen nähden. Aurinkopyörää käyttävä pienoismoottori on suurivälityksinen ja itsenäisesti säädettävissä. Säätämällä moottoria joko suoral-20 la nopeusohjeella tai ohjaussignaalilla, joka saadaan vaipan jännityksestä venytyspyörän 26 ja hihnavetolaitteen 10 väliin sijoitetusta tensiomittarista, saadaan vaippaan syntymään haluttu esivenymä n. 0,1 °/oo tarkkuudella.

Vaipattu kuitu 6 on kierretty venytyspyörän 26 ympäri 25 niin monta kierrosta, että vaipan sisällä oleva kuitu ei enää pääse luistamaan aksiaalisesti vaippaan nähden kuidun lähtöjännityksestä huolimatta. Jarruttava vetolaite 10 on hihnatyyppinen, eikä siten aikaansaa kuituun mitään lisä-jännitystä.

30 Planeettapyörästön aikaansaama pieni nopeusero aiheut taa vaippaan venytyksen, joka aikaansaa vaippaan em. esive-nymän εe, joka palautuessaan aiheuttaa halutun ylimääräisen pituuden kuituun, kun vaipattu kuitu kelataan pienellä jännityksellä vastaanottokelalle.

7 75939

Halutun esivenytyksen aikaansaamiseksi on tunnettava vaipan ja kuidun halkaisijat, venytyspyörän 26 halkaisija sekä kuidun mahdollinen venymä ennen venytyslaitetta. Kun em. arvot tunnetaan, saadaan esivenytyksen suuruudeksi:

£e “ 1000 [ D t x sv) + dk- + "o M

missä D = venytyspyörän halk. ^mm/ 10 dv = toisiovaipan halk. ^rnm/ sv = vaipan seinämän paks. /im/ d^ = kuidun halk. fimj = kuidun venymä ennen esivenytystä /ooj εο = haluttu kuidun ylim. pituus £°/ooj.

15

Kaavan eri tekijöiden suhteen viitataan kuvioon 6.

Jos kuitua ajetaan täyttämättömään vaippaan ja kuitu on esim. talkilla hyvin liukastettu, ei tekijää ε^ yleensä tarvitse ottaa huomioon sen pienuuden takia.

20 Jos kuidulla halutaan kuitenkin pitää suurehkoa lähtö- jännitystä, aiheutuu siitä venymä ε^, joka on kompensoitava. Tyypillisesti n. 0,9 N:n voima venyttää kuitua 1 °/oo:n. Rasvatäyttö aiheuttaa kuituun tuntemattoman suuruisen venymän, jonka määrittelyyn on kaksi menetelmää: 25 - Vertaava kulkuaikamittaus:

Kuidun pituus voidaan suurella tarkkuudella (n. 0,1 °/oo) mitata sen ajan perusteella, jonka valo käyttää kuidun päästä päähän kulkiessaan. Mitataan kuidun pituus mahdollisimman jännityksettömässä tilassa ennen valppausta. Ajetaan 30 kuitu rasvatäytteiseen vaippaan kompensoimatta mitään tekijää, so. ilman esivenytystä. Mitataan vaipatun kuidun pituus. Vaippauksessa syntynyt venymä on tekijä edellyttäen, että mittauskela on yhtä suuri kuin venytyspyörä.

- Venytysmittaus eli paisuvakela-mittaus: 35 Jos käytettävissä on ns. paisuva mittauskela, so. ke- 8 75939 la, jonka kehää voidaan hallitusti venyttää ja palauttaa esim. ilmanpaineella pieniä määriä (n. 0-5 °/oo), voidaan vaipattu kuitu puolata sille pienellä jännityksellä, kun vaippaa on esivenytetty mielivaltaisella, suurehkolla mää-5 rällä, esim. ε= 5 °/oo. Kytketään kuitu kulkuaikamittauk-seen ja venytetään kelan kehää asteittain. Jos esivenytyk-sessä kuidulle on syntynyt ylimääräistä pituutta, venyy aluksi kehän mukana vain vaippa, eikä mittaus näytä kuidun pituuden kasvua. Jatketaan vaipan venyttämistä, kunnes kui-10 tu osoittaa venymisen merkkejä. Todetaan tätä vastaava vaipan venymä ε'. Rasvatäytön aikaansaama kuidun venymä voidaan nyt laskea kaavasta = ε- ε', mikäli mittakelan kehä on yhtä suuri kuin venytyspyörän. Edellä saatua ε^:η arvoa voidaan nyt käyttää oikean venytyksen laskemiseen muillekin 15 vaipan ja kuidun dimensioille.

Riittävä kierroslukumäärä voidaan varmistaa kokeellisesti siten, että lyhyt pätkä vaipattua kuitua (rasvatäyt-teellä ja/tai ilman) kierretään venytyspyörän ympäri ja vedetään kuidun toisesta päästä voimalla, joka vastaa venymää 20 ε^. Kuitu kierretään vähintään niin monta kierrosta, ettei kuitu tällä voimalla luista vaipasta.

Piirustukset ja niihin liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan voi keksinnön mukainen menetelmä ja laitteisto vaihdel-25 la huomattavastikin patenttivaatimusten puitteissa.

Claims (5)

9 75939

1. Menetelmä kuidun ylimääräisen pituuden aikaansaamiseksi optisen kuidun toisiovaippauksessa, jonka menetel-5 män mukaisesti - päällystetään ensiövaipalla päällystetty optinen kuitu (2) suulakepuristamalla toisiovaipalla, joka sallii keskinäisen aksiaalisen liikkeen kuidun ja toisiovaipan välillä, 10. vedetään vaipattua kuitua (6) aksiaalisesti eteen päin päällystämisen jälkeen, - venytetään toisiovaippaa aksiaalisesti kuidun suhteen, - annetaan toisiovaipan venymän palautua yhdessä kui- 15 dun kanssa, niin että kuitu muodostuu pitemmäksi kuin toi- siovaippa palautuneessa vaipatussa kuidussa, ja - puolataan palautunut vaipattu kuitu kelalle, jolloin - kuitu ja vaippa lukitaan (11) aksiaalisesti liikku- 20 mattomasti toisiinsa vaipatun kuidun (6) etenemisen aikana ennen toisiovaipan venymän palauttamista, ja - toisiovaippaan kohdistetaan jarrutus (10) vaipatun kuidun etenemisen aikana toisiovaipan venyttämiseksi kuidun suhteen ennen kuidun ja vaipan mainittua lukitsemista (11), 25 tunnettu siitä, että jarruttaminen (10) ja lukitseminen (11) suoritetaan keskenään pakkokäyttöisesti tahdistettuna siten, että venytys aikaansaa palautumisen jälkeen halutun ylimääräisen pituuden (ε ) kuituun (2) vaipan suhteen.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että jarruttamisen (10) ja lukitsemisen (11) välillä aikaansaadaan vaippaan nopeusero, joka vastaa kuidun haluttua ylimääräistä pituutta (ε ) palautuneessa kaapelissa (6). ίο 7 5 9 3 9

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitu (2) lukitaan aksiaalisesti luistamattomasti vaippaan johtamalla toisiovaipattu kuitu (6) yksi tai useampia kertoja venytyspyörän (11) ympäri ja 5 että vaippaa venytetään johtamalla toisiovaipattu kuitu (6) vaippaan tarttuvan hihnavetolaitteen (10) läpi.

4. Laitteisto kuidun ylimääräisen pituuden aikaansaamiseksi optisen kuidun toisiovaippauksessa, johon laitteistoon kuuluu toisiovaipan suulakepuristimen (3) ja vaipatun 10 kuidun (6) kelauslaitteen (13) väliin asennettava venytys-laite (10, 11) vaipan aksiaalista venyttämistä varten kuidun (2) suhteen, johon venytyslaitteeseen kuuluu - venytyspyörä (26) kuidun (2) lukitsemiseksi aksiaalisesti luistamattomasti toisiovaippaan ja siirtämiseksi 15 kelauslaitetta (13) kohti, ja - vaipatun kuidun (6) liikesuunnassa ennen venytys-pyörää sijaitseva hihnavetolaite (10) toisiovaipan siirtämiseksi venytyspyörää kohti, tunnettu siitä, että venytyspyörän (26) ja veto- 20 laitteen (10) välillä on käyttölaite (14), joka käyttää ve-tolaitetta (10) ja venytyspyörää (26) keskenään mekaanisesti pakkokäyttöisesti siten, että venytyspyörä siirtää vai-pattua kuitua (6) pienellä lisänopeudella vetolaitteen (10) siirtonopeuteen nähden.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laitteisto, tun nettu siitä, että käyttölaitteena (14) on planeetta-vaihde (15, 18, 20, 22), joka on kytketty käyttömoottorin (29) ja sen käyttämän venytyspyörän (26) väliin, että käyt-tömoottori on kytketty hihnavetolaitteen (10) vetopyörään 30 (31), ja että planeettavaihteen aurinkopyörä (22) on kytket ty pienoismoottoriin (23) aurinkopyörän pyörittämistä varten nopeuseron aikaansaamiseksi vetolaitteen siirtonopeuden ja venytyspyörän siirtonopeuden välille. 11 75939