DE3910122A1 - Verfahren zur einstellung der ueberlaenge einer optischen leitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Einstel­ lung der Überlänge einer mindestens einen Lichtwellen­ leiter (LWL) enthaltenden optischen Leitung gegenüber einer als Metallröhrchen ausgebildeten Umhüllung.

Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise in der US-A 45 79 420 beschrieben. Dort wird die metallische Umhüllung beim Einbringen eines oder mehrerer LWL zunächst elastisch gedehnt und danach entspannt, wodurch sie sich gegenüber dem LWL verkürzt. Eine ähnliche Wirkung ist durch vorherige Erwärmung der Umhüllung erzielbar. Die erwünschte relative Überlänge der LWL beträgt bis zu einigen Promille und muß genau eingehalten werden, damit im Betriebstemperaturbereich mögliche mechanische Beanspruchungen eines optischen Kabels infolge Druck, Zug oder Biegung nicht zu unzulässigen Dämpfungserhöhungen oder gar zu Beschädigungen der LWL führen.

Die Einstellung der gewünschten Überlänge ist mittels der bekannten Verfahren nur ungenau möglich. Hohe elastische Dehnungen metallischer Hüllen erfordern hohe Zugkräfte und entsprechend aufwendige Vorrichtungen. Zur thermischen Einstellung hinreichender Überlängen sind hohe Temperatu­ ren erforderlich, welche im Fertigungsablauf stören.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, welches eine feinstufige und genaue Einstellung des Sollwerts der Überlänge ermöglicht.

Weiterhin soll eine geeignete Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens angegeben werden.

Die Lösung gelingt dadurch, daß das um die optische Leitung geformte Metallröhrchen durch eine plastisch verformende Biegevorrichtung gezogen wird.

Erfindungsgemäß wird eine Kürzung oder Verlängerung des Metallröhrchens durch plastische Verformung von Randteil­ bereichen des Querschnitts erreicht. Durch Biegung mit angepaßtem Krümmungsradius läßt sich ohne nennenswerten Kraftaufwand eine genau dosierbare resultierende Längenän­ derung eines Metallröhrchens erzielen.

Dabei können der oder die LWL bereits mit Überlänge in die Metallhülle eingebracht werden, so daß dann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens nur eine Feineinstellung durchgeführt werden muß. Je nach Vorgabe nachfolgend erläuterter Randparameter können die Metallröhrchen verkürzt oder verlängert werden.

Für die vorliegende Erfindung sind Metallröhrchen nahezu beliebiger Querschnittskontur geeignet. Sie brauchen nicht unbedingt kreisförmig zu sein. Die Erfindung ist besonders typisch geeignet für Röhrchen aus Metall, welche beispielsweise aus einem Metallstreifen um die LWL geformt sind und deren Nahtkanten fest insbesondere durch Schweißen verbunden sind.

Ein Metallröhrchen kann auch Bestandteil einer mehrschich­ tigen Umhüllung sein. Die erfindungsgemäße Wirkung wird auch mit Umhüllungen erreicht, welche aus parallellaufen­ den langgestreckten metallischen Elementen besteht, welche beispielsweise in Kunststoff eingebettet sind.

Schließlich können statt metallischer Werkstoffe auch vergleichbare andersartige Stoffe verwendet werden, sofern diese wie Metallröhrchen eine reversible elastische und eine bei Überschreiten der Streckgrenze irreversible plastische Längenänderung ermöglichen. Mit besonderem Vorteil anwendbar ist die vorliegende Erfindung jedoch für Umhüllungen, welche aus Stoffen mit hohem E-Modul wie typischerweise Edelstahl bestehen.

Versuche haben gezeigt, daß sich mit reiner Biegenachbe­ handlung eines aus weichem Metall bestehenden Röhrchens nur relativ geringe Verlängerungen erzielen lassen. Überraschenderweise hat sich weiterhin gezeigt, daß eine reine Biegenachbehandlung bei aus kaltverformtem Werkstoff bestehenden Metallröhrchen zu einer Verkürzung führt, deren Ausmaß durch den Krümmungsradius der Biegung, die Biege­ haufigkeit und die Anzahl der verschiedenen Biegeebenen beeinflussen läßt. Dabei sind sogar bedeutend höhere Längenänderungen erreichbar, als sie für das erforderliche Gesamtmaß der Überlänge eines LWL benötigt werden. Wenn in einem Metallröhrchen den Biegespannungen homogene Druck- oder Zugspannungen überlagert werden, ist die Verteilung der Druck- und Zugspannungen über den Querschnitt unsym­ metrisch, d. h. die Spannungs-Nullachse verlagert sich von der Mittellinie nach innen bei überlagerter Zugkraft und nach außen bei überlagerter Druckkraft. Deshalb ist gemäß einer vorteilhaften Lösung vorgesehen, daß das Metallröhr­ chen vor und hinter der Biegevorrichtung über Längsan­ triebe wie Band- oder Raupenabzüge geführt wird.

Der Krümmungsradius und die Längskräfte können so gewählt werden, daß entweder nur im äußeren Bogenbereich der Krümmung oder aber nur im inneren Bogenbereich plastische Verformungen entstehen, die im erstgenannten Fall wegen plastischer Dehnung zu einer Verlängerung und im zweiten Fall wegen plastischer Stauchung zu einer Verkürzung des Metallröhrchens führen.

Ein der Überlagerung einer Druckkraft vergleichbarer Effekt ergibt sich trotz reiner Biegenachbehandlung auch bei kaltverformten Metallröhrchen wegen des Hysterese­ verhaltens, da bei Zugbelastung die Streckgrenze erheblich höher als bei Druckbelastung ist. Ein solches Metall­ röhrchen verformt sich also im äußeren Krümmungsbereich nur elastisch, im inneren dagegen auch plastisch, so daß eine resultierende Verkürzung entsteht.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren beginnen ab Unter­ schreitung eines bestimmten Krümmungsradius zunehmend stärkere plastische Verformungen, welche zu entsprechenden Längenänderungen führen. Das Ausmaß der Längen-Änderung kann insbesondere bei kaltverformten Metallröhrchen auch durch mehrmalige gleichartige Biegevorgänge, durch Biege­ vorgänge in verschiedenen Biegeebenen oder durch Hin- und Herbiegen über die gestreckte Lage hinaus gezielt ver­ größert werden. Eine weitere Möglichkeit zur feinstufigen Ansteuerung eines gewünschten Maßes der Überlänge eines LWL bietet die Überlagerung von Längskräften im Druck- oder Zugbereich.

Selbstverständlich sind plastische Verformungen nur als Mittel zur gezielten Einstellung der Überlänge des oder der LWL erwünscht. Damit unter normalen Bedingungen im Verlaufe der Herstellung, Auftrommelung und Verlegung keine unerwünschten plastischen und möglicherweise längen­ ändernden Verformungen entstehen, sind für die Metall­ röhrchen Materialien mit hoher Streckgrenze zu bevorzugen. Besonders gute Ergebnisse wurden mit kalt­ verformtem Edelstahl erzielt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Prinzipaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung, bei welcher das Metallröhrchen über senkrecht zueinander drehende Rollen geführt ist.

Fig. 3 zeigt schematisch eine in ihrer Wirkung verstellbare Biegevorrichtung mit integrierten Längsantrieben.

Fig. 4 zeigt eine Biegevorrichtung mit einem gekrümmten Biegekanal.

Ein Metallröhrchen 1, welches einen oder mehrere nicht dargestellte LWL enthält, wird über 90° um die als Umlenkrolle 2 ausgebildete Biegeeinrichtung gezogen. Dabei wird das Metallröhrchen 1 durchlaufend mit einem durch die Umlenkrolle 2 vorgegebenen Radius gekrümmt und wieder gestreckt. Durch entsprechende Ansteuerung von als Rollen­ antriebe 3 und 4 angedeuteten Längsantrieben ist erreich­ bar, daß zwischen ihnen insbesondere im Krümmungsbereich des Edelstahlröhrchens 1 eine Längskraft ausgebildet wird. Bei einem aus kaltverformtem Edelstahl mit einem Durchmesser von 1,9 und einer Wanddicke von 0,15 bestehenden Metallröhrchen 1 ergaben sich nach der Führung über die Umlenkrolle 2 Verkürzungen, welche ab einem Mindestdurchmesser der Umlenkrolle 2 von etwa 300 mm in etwa der weiteren Durchmesserverkleinerung proportional waren. Bei 160 mm Rollendurchmesser ergab sich eine Verkürzung um etwa 1°/oo.

Bei aufeinanderfolgender Biegung um zwei gemäß Fig. 2 senkrecht zueinander gelagerte Umlenkrollen 5 und 6 ergaben sich bei gleichem Rollendurchmesser wie in Fig. 1 erheblich stärkere Verkürzungen, da das Metallröhrchen 1 dabei in zwei senkrecht zueinander stehenden Biegeebenen gekrümmt wurde.

Nach Glühung des ursprünglich kaltverformten Metall­ röhrchens 1 ergaben sich bei einer Nachbehandlung gemäß den Fig. 1 und 2 keine Kürzungen, sondern geringe Verlängerungen. Durch Überlagerung einer Zugkraft mittels der Längsantriebe 3 und 4 nach Fig. 1 konnte das Ausmaß der Verlängerungen verstärkt und gezielt beeinflußt werden. Durch solche Zugkräfte konnte bei kaltverformten und nicht nachgeglühten Metallröhrchen 1 das Ausmaß der Verkürzung reduziert werden. Bei entsprechend hohen Werten der Zugkraft wurden sogar Verlängerungen erreicht.

Bei einer kombinierten Biegevorrichtung nach Fig. 3, in welche Längsantriebe 10 und 11 integriert sind, wird das Metallröhrchen 1 über Umlenkrollen 7, 8 und 9 gezogen. Dabei erfolgt zunächst eine Krümmung im Uhrzeigersinn um die Umlenkrolle 7, danach eine Krümmung im Gegenuhrzeiger­ sinn um die Umlenkrolle 8 und schließlich wieder eine Krümmung im Uhrzeigersinn um die Umlenkrolle 9. Im Vergleich zu einer Biegung nach Fig. 1 können bei gleichen Durchmessern der Umlenkrollen 2 bzw. 7, 8 und 9 insbe­ sondere bei Verwendung kaltverformter Metallröhrchen 1 vielfach stärkere Längenänderungen hervorgerufen werden. Zur Feineinstellung der Längenänderungen können Zugkräfte durch die Antriebsrollen 10 und 11 erzeugt werden, welche in Verbindung mit ihrem Andruck an die Umlenkrollen 7 und 9 Längsantriebskräfte verschiedener Größe bewirken können.

Krümmungsinduzierte Längenänderungen des Metallröhrchens 1 können durch Verschiebung der Umlenkrolle 8 beeinflußt und bis auf Null (gestrichelte Lage 8′) reduziert werden. Ein kaltverformtes Metallröhrchen 1 kann durch entsprechende Einstellung der Umlenkrolle 8 und durch Vorgabe einer geeigneten Zugkraft in einem weiten Bereich gedehnt oder gestaucht werden.

Die in Fig. 4 angedeutete Biegevorrichtung enthält einen gekrümmten Führungskanal 12, durch welchen das Metall­ röhrchen 1 über Längsantriebe 13 und 14 gefördert wird. Die Form des Führungskanals 12 gestattet die Überlagerung von Druckkräften durch entsprechende Steuerung der Längs­ antriebe 13 und 14, so daß dann im äußeren Krümmungs­ bereich des Metallröhrchens 1 beispielsweise niedrige und nur elastisch dehnende Zugspannungen, im inneren Krümmungsbereich dagegen hohe Druckspannungen entstehen, welche dort auch zu einer plastischen Verformung des Wandungsbereichs führen. Demzufolge wird dann auch ein nicht kaltverformtes Metallröhrchen 1 verkürzt.

Claims (16)

1. Verfahren zur Einstellung der Überlänge einer mindestens einen LWL enthaltenden optischen Leitung gegenüber einer als Metallröhrchen (1) ausgebildeten Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß das um die optische Leitung geformte Metallröhrchen (1) durch eine plastisch verformende Biegevorrichtung (2, 5, 6, 7, 8, 9, 12) gezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallröhrchen (1) vor und hinter der Biegevorrichtung (2, 10, 11, 12) über Längs­ antriebe (3, 4, 10, 11) geführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Metallröhrchen (1) im Bereich der Biegevorrichtung (2, 7, 8, 9, 12) mittels der Längsantriebe (3, 4, 10, 11, 13, 14) eine Zugkraft aufgebracht wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallröhrchen (1) mindestens zwei gleichartigen Biegevorgängen unterworfen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallröhrchen (1) in mindestens einer Biegeebene relativ zur gestreckten Lage in beiden Richtungen abgebogen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallröhrchen (1) vor dem Eintritt in die Biegevorrichtung (2, 5, 6, 7, 8, 9, 12) durch einen abschließenden Bearbeitungsvorgang kaltverformt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein LWL derart in das Metallröhrchen (1) eingebracht wird, daß es vor dem Eintritt in die Biegevorrichtung (2, 5, 6, 7, 8, 9, 12) mit Überlänge in ihm verläuft.

8. Vorrichtung zur Einstellung der Überlänge einer mindestens einen LWL enthaltenden optischen Leitung gegenüber einer als Metallröhrchen (1) ausgebildeten Umhüllung, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine das Metallröhrchen (1) auf gekrümmtem Wege leitende Führungsstrecke (2, 5, 6, 7, 8, 9, 12) enthält.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegekrümmungen der Biege­ vorrichtung (7, 8, 9, 12) zur Anpassung an den Sollwert der Überlänge einstellbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der von der Biege­ vorrichtung (5, 6, 7, 8, 9, 12) bewirkten Biegevorgänge zur Anpassung an den Sollwert der Überlänge veränderbar ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Längenantrieben (3, 4, 10, 11, 13, 14) ausgeübte Längskraft einstellbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie gekrümmte Führungsstrecken (5, 6) enthält, welche in verschiedenen Krümmungsebenen verlaufen.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie Führungsstrecken (7, 8, 9) enthält, welche das Metallröhrchen (1) in einer Krümmungs­ ebene in relativ zur gestreckten Lage gegensinnigen Richtungen krümmen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie an das Metallröhrchen (1) kraftschlüssig gekoppelte Längsantriebe (3, 4, 10, 11, 13, 14) enthält, deren Antriebskräfte auf unterschiedliche Werte steuerbar sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsstrecke durch Umschlingungsrollen (2, 5, 6, 7, 8, 9) gebildet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsstrecke durch eine Gruppe von Umschlingungsrollen (7, 8, 9) gebildet ist, von denen mindestens eine (8) verschiebbar ist.