DE69023740T2 - Faserausgabemaschine. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft die Lichtleitfaser- Technologie. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung Techniken bzw. Verfahren zum Hochgeschwindigkeits-Abhaspeln von Lichtleitfaser.
• Während die vorliegende Erfindung hier unter Bezugnahme auf veranschaulichende Ausführungsbeispiele für besondere Anwendungen beschrieben ist, sollte es verständlich sein, daß die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist. Der Durchschnittsfachmann mit einem Verständnis für die hier erteilte Lehre wird zusätzliche Modifikationen, Anwendungen und Ausführungsformen in deren Rahmen sowie zusätzliche Gebiete, auf denen die vorliegende Erfindung von entscheidendem Nutzen ist, erkennen.
• Die optische Führung von Hochgeschwindigkeitsvehikeln beinhaltet ein Abhaspeln bzw. Abgeben von Lichtleitfaser unter Bedingungen, welche eine beträchtliche Beanspruchung der Faser bewirken. Es wurden daher zahlreiche Techniken entwickelt, die Fähigkeit der Faser zu testen, gegen eine solche Beanspruchung zu widerstehen. Im Idealfall liefert der Test eine genaue Simulation der Beanspruchungsbedingung der Faser in einer realen Anwendung.
• Beispielsweise wurde ein Abhaspeltest für vom Boden abwickelnde, optisch geführte Vehikel bzw. bewegte Objekte oder Flugobjekte entwickelt, welcher das Hochgeschwindigkeits-Abhaspeln von Lichtleitfaser von einer Haspel in die Luft umfaßt. Über die Faser wird ein Signal übertragen, wobei die gewünschten Testmessungen vorgenommen werden. Leider stellte man dabei fest, daß sich die Faser beim Austritt aus der Abgabevorrichtung 20 bis 50 Fuß in einer geraden Linie fortbewegt, bevor aerodynamische Kräfte sie dazu bringt, fast augenblicklich in der Luft zu stoppen. Dies führt dazu, daß die Faser in der Luft eine Schlinge bildet, bevor sie zu Boden fällt. Die in die Faser hervorgerufenen zahlreichen scharfen Biegungen verursachen eine Signalabschwächung und verhindern die Übertragung von Signalen für die Vehikelsteuerung. Es wurde beobachtet, daß dieser unerwünschte "Nestbau" bzw. diese unerwünschte Knäuelbildung der Faser die Signalübermittlung bei Abgabegeschwindigkeiten von mehr als 122 m/s (400 Fuß/s) beeinträchtigt.
• Es besteht somit ein Bedürfnis auf diesem Gebiet, eine Verbesserung an der Hochgeschwindigkeits-Abgabe von Lichtleitfaser von einer stationären Ausgabevorrichtung zur Verfügung zu stellen.
• Die japanische Patentanmeldung Nr. 59-217565 beschreibt eine Abpackvorrichtung mit linearem bzw. geradlinigem Material. Das lineare Material wird von einem drehenden Rad in eine Düse hineinextrudiert. Die Düse ist um einen Angelpunkt drehbar angebracht, und mittels eines Luftstromes wird eine Drehbewegung an der Düsenkante zur Verfügung gestellt, um das Linearmaterial in die Düse hinein auszurichten bzw. zu leiten.
• Die US-4838643 beschreibt eine Doppelmantel-Einfachmoden-Lichtleitfaser mit einem niedergedrückten Innenmantel, welche eine erhöhte Widerstandsfähigkeit aufweist, wenn die Dämpfung infolge von Biegungen mit kleinem Radius zunimmt, sowie eine geringere Dämpfungsanfälligkeit gegen Temperaturwechsel, wenn der Moden-Felddurchmesser weniger als 7 um beträgt und das Verhältnis des Radius des Innenmantels zum Kernradius mindestens 6,5:1 beträgt.
• Das Bedürfnis auf diesem Gebiet wird von der vorliegenden Erfindung gemäß Anspruch befriedigt. Die Erfindung ist für die Verwendung mit einer Abgabevorrichtung mit einem Abgabe- bzw. Haspelrad zum Abziehen einer Lichtleitfaser von einer Haspel und deren Ausgeben in die Luft ausgelegt.
• Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ablenken der Faser in einem Wendelmuster während des Abhaspelns der Faser vom Haspelrad zur Verfügung. Die Erfindung umfaßt einen im Pfad der Faser angebrachten Ablenker, der während des Abhaspelns der Faser gedreht wird, so daß das Wendelmuster erzeugt wird.
• Bei einem spezifischen Ausführungsbeispiel weist der Ablenker eine Hohlwelle auf, durch welche die Faser während des Abgebens bzw. Abhaspelns vom Abgaberad hindurchläuft. Die Hohlwelle weist über ihre Länge einen Tunnel auf. Der Tunnel weist einen ersten Abschnitt auf, der die Faser entlang der Längsachse der Welle ausrichtet, und einen zweiten Abschnitt, der in einem Winkel zum ersten Abschnitt angeordnet ist. Das Aufweiten der Faser durch den drehenden Ablenker mildert die Signalabschwächung.
• Im Idealfall ist die Drehrate bzw. Drehgeschwindigkeit des Ablenkers an die Rate bzw. Geschwindigkeit des Abziehens der Faser von der Haspel angepaßt. Die Drehrichtung des Ablenkers ist gegensinnig zur Abziehrichtung der Faser von der Haspel. Dies hebt die beim Abhaspeln von der Haspel in die Faser eingeführte Verdrehung wirksam auf und verringert des weiteren scharfe Biegungen oder "Ringel" in der Faser.
• Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auf der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnungen.
• Es zeigt:
• Fig. 1 ein Diagramm der Faser-Abgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 2 eine Schnittansicht einer veranschaulichenden Ausführung des Ablenkers;
• Fig. 3(a) eine alternative bevorzugte Ausführungsform des in der Abgabevorrichtung der vorliegenden Erfindungen verwendeten Ablenkers;
• Fig. 3(b) eine Draufsicht auf die alternative bevorzugte Ausführungsform des in der Abgabevorrichtung der vorliegenden Erfindungen verwendeten Ablenkers;
• Fig. 3(c) eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht der alternativen bevorzugten Ausführungsform des in der Abgabevorrichtung der vorliegenden Erfindungen verwendeten Ablenkers;
• Fig. 4 eine alternative Ausführung der Faser-Abgabevorrichtung der vorliegenden Erfindung.
• Es folgt nun eine Beschreibung von veranschaulichenden Ausführungsformen und beispielhaften Anwendungen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnuung zur Darlegung der vorteilhaften Lehren der vorliegenden Erfindung.
• Fig. 1 ist ein Diagramm der verbesserten Faser-Abhaspelbzw. Abgabevorrichtung 10 der vorliegenden Erfindung. Die Vorrichtung 10 weist ein herkömmliches (Luftkörper-) Abgaberad 12 auf, welches die Lichtleitfaser 14 von einer Haspel 16 abzieht und sie in die Luft ausgibt. Ein insbesondere neuartiges Merkmal der Erfindung ist das Vorsehen eines motorisierten Ablenkers 18, welcher einen Ablenker 20 und einen Motor 22 aufweist. Der Motor 22 treibt den Ablenker 20 an, so daß die Faser 14 in einem Wendel- bzw. Helixmuster 32 abgehaspelt bzw. abgegeben wird. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann als Option ein gebogener Stab 33 verwendet werden, um die Faser während des Abhaspelns zu sammeln. Der gebogene Stab 33 ist derart angeordnet, daß er in der Achse der Abgabewendel 32 liegt und die Faser in Kreisen auf dem Boden sammelt.
• Der Motor 22 ist als Hohlwellenmotor dargestellt, obwohl der Fachmann erkennen kann, daß andere Motorenanordnungen verwendet werden können, um den drehenden Antrieb des Ablenkers 20 zur Verfügung zu stellen. Eine solche Alternative ist die Verwendung einer riemengetriebenen Spindel, wie sie in einem Supportschleifer verwendet wird. Ein funktionstüchtiges Modell wurde unter Verwendung eines thermalen Modells des Schleifers Nr. J-2A gebaut.
• Die veranschaulichende Ausführung des Ablenkers 20 ist in der Schnittansicht der Fig. 2 dargestellt. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Ablenker zum Aufsetzen über die Hohlwelle 24 des Motors 22 ausgelegt. Der Ablenker 20 kann aus harteloxiertem Aluminium für gute Abnutzungseigenschaften hergestellt und für geringe Reibung mit Teflon beschichtet sein. Ein Tunnel 26 ist im Ablenker 20 vorgesehen. Der Tunnel 26 weist einen ersten, im wesentlichen parallel zur Längsachse 29 der Motorwelle 24 verlaufenden Abschnitt 28 auf. Der Tunnel 26 weist einen zweiten, in einem Winkel Θ relativ zum ersten Abschnitt 28 angeordneten Abschnitt 30 zum Umlenken bzw. Zurückführen der Faser 14 auf. Der Ablenkungswinkel Θ ist so gewählt, daß er die Helix bzw. Wendel mit dem für die Fasergeschwindigkeit und die Drehgeschwindigkeit des Ablenkers richtigen Durchmesser zur Verfügung stellt.
• Bei der veranschaulichenden Ausführungsform wurde ein 10º- Winkel gewählt, um den erforderlichen Helixdurchmesser zur Verfügung zu stellen. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind der Ablenkungswinkel Θ und die Drehgeschwindigkeit so gewählt, daß der durchschnittliche Radius der Abgabewendel 32 gleich demjenigen der Ausgabewendel ist.
• Fig. 3(a) zeigt eine bevorzugte alternative Ausführungsform des Ablenkers 20. Für diese Ausführungsform ist der Ablenker 20 so ausgeführt, daß er in eine Hohlwelle 24 hineinpaßt. Der Hohlschaft 24 kann dann die Antriebswelle 24 des Motors 22 oder die oben beschriebene Spindelwelle ersetzen. Der Ablenker von Fig. 3(a) weist einen Tunnel 26 mit dem ersten Abschnitt 28 und dem zweiten Abschnitt 30 auf, die oben erwähnt sind. Der Abschnitt 28 weist eine Rampe auf, welche die Faser auf die Mittellinie der Hohlwelle ausrichtet. Der Abschnitt 30 weist einen Deflektor mit einem kreisförmigen Radius auf, der die Faser neu ausrichtet. Jeder dieser Abschnitte ist in Fig. 3(a) gezeigt.
• Fig. 3(b) ist eine Draufsicht auf den Ablenker 20 der Fig. 3(a), und Fig. 3(c) ist eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht davon. Wie in Fig. 3(b) und 3(c) deutlicher gezeigt ist, ist der zweite Abschnitt 30 eine lange, kreisförmig gebogene Rampe, die dazu ausgelegt ist, die Faser 14 sehr allmählich zum Ablenkpunkt zu bringen. Durch leichte Änderung des Winkels der Faser 14 wird die Beanspruchung aufgrund der Ablenkung minimiert. Der gebogene bzw. gekrümmte zweite Abschnitt 30 ist im wesentlichen innerhalb eines ersten Abschnitts 32 mit kleinem Durchmesser des Ablenkers angeordnet, während seine Spitze 36 in einem zweiten Abschnitt 34 mit großem Durchmesser angeordnet ist. Der kleine Querschnittsdurchmesser des ersten Abschnitts 34 ermöglicht das Einsetzen in die hohle Antriebswelle 24. Der Abschnitt 34 mit größerem Durchmesser erstreckt sich über die Hohlwelle hinaus und stellt einen Austritt für die abgelenkte Faser zur Verfügung.
• Im Betrieb wird die Faser 14 von der Haspel 16 über das Abgaberad 12 und den Ablenker 20 geführt. Daraufhin wird das Abgaberad 12 aktiviert und der Motor 22 für den Deflektor 20 aktiviert. Die Aktivierung des Motors 22 veranlaßt den Ablenker 20, um die Längsachse der Faser 14 zu drehen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Motor 22 so ausgelegt, daß die Drehrate des Ablenkers an die Drehrate der Faserwendel beim Verlassen der Haspel angepaßt ist. Beispielsweise ergibt eine Haspel 16 mit einem Durchmesser von 6 Zoll in etwa 0,46 m (1,5 Zoll) Faser bei jeder Windung der Helix. Daher sollte sich der Ablenker bei jeweils 0,46 m (1,5 Zoll) hindurchlaufender Faser um eine Umdrehung drehen. Anders ausgedrückt sollte die Drehabgaberate des Ablenkers 20 an die Helix-Drehabgaberate der Haspel 16 angepaßt sein. In der Praxis hat sich gezeigt, daß die Erfindung zufriedenstellend arbeitet, wenn die Drehabgaberate des Ablenkers bei ±50% der Helix-Drehrate liegt.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Drehrichtung des Ablenkers auch gegensinnig zu der Richtung, in der die Faser von der Haspel abgezogen wird. Dies hebt die während des Abgebens bzw. Abhaspelns von der Haspel in die Faser eingeführte Verdrehung wirksam auf und verringert weiterhin scharfe Biegungen oder "Ringel" in der Faser.
• Fig. 4 ist eine alternative Ausführungsform der Faserabhaspelvorrichtung 10' der vorliegenden Erfindung. Die Ausführungsform von Fig. 4 weist eine von einem Riemen 21' und einem Motor 22' getriebene Ablenkeinheit 20' auf. Die Ablenkeinheit 20' ist auf dem Lager 23' gelagert. Die Ablenkeinheit 20' weist eine flexible Platte 40' auf, die von einem schwenkbar angebrachten Gewicht 42' vorgespannt ist. Vor dem Aktivieren des Motors 22' ist die Platte 40' gerade und die Faser 14' kann leicht dadurch eingeführt werden. Wenn die Einheit 20' vom Motor 22' gedreht wird, bringen die Zentrifugalkräfte das Gewicht 42' dazu, auf die Platte 40' einzuwirken. Dies bewirkt eine Ablenkung in der Faser 14' auf die oben beschriebene Weise. Bei dieser Ausführungsform kann der Ablenkungsgrad, d.h. die Größe der ausgegebenen Helix bzw. Wendel, durch Steuern der Drehrate der Einheit 20' gesteuert werden.

Claims (10)

1. Abgabevorrichtung (10) mit:

einem Abgaberad (12) zum Abziehen einer Lichtleitfaser (14) von einer Haspel (16) und Ausgeben der Faser (14) in die Luft, und

einer Einrichtung (18) zum Ablenken der Faser (14) in einem Wendelmuster (32) während des Abhaspelns der Faser (14) von dem Abgaberad (12), wobei die Einrichtung einen im Pfad der Faser (14) angebrachten Ablenker bzw. Deflektor (20) und eine Einrichtung (22) zum Drehen des Ablenkers (20) aufweist;

wobei die Abgabevorrichtung (10) dadurch gekennzeichnet ist, daß:

der Ablenker (20) eine Hohlwelle aufweist, durch welche die Faser (14) während des Abgebens von dem Abgaberad (12) hindurchläuft, und

die Einrichtung (22) zum Drehen bei Verwendung dazu dient, den Ablenker (20) um eine Längsachse der Welle zu drehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlwelle über ihre Länge einen Tunnel (26) aufweist, wobei der Tunnel (26) einen ersten, entlang der Längsachse des Tunnels (26) angeordneten Abschnitt (28) und einen in einem Winkel zu dem ersten Abschnitt (28) angeordneten zweiten Abschnitt (30) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche des weiteren einen entlang einer Längsachse des Wendelmusters (32) angeordneten gebogenen Stab (33) zum Sammeln der Faser (14) während des Abgebens der Faser (14) aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenker (20) eine flexible Platte (40') ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, welche des weiteren ein in Bezug auf die Platte (40') schwenkbar angeordnetes Gewicht (42') zum Aufbringen einer Kraft auf die Platte (40') als Reaktion auf deren Drehung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welche des weiteren eine Haspel (16) und eine Länge von auf diese aufgewickelter Lichtleitfaser (14) aufweist.

7. Verfahren zur Ausgabe von Faser (14), welches die Schritte aufweist:

Abziehen von Faser (14) von einer Haspel (16),

Ausgeben bzw. Freigeben der Faser (14) durch einen Ablenker (20),

Abgeben der Faser (14) von dem Ablenker (20) in einem Helix- bzw. Wendelmuster (32),

wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch den Schritt:

Drehen des Ablenkers (20) um die Längsachse der Faser (14).

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Drehens des Ablenkers (20) um die Längsachse der Faser (14) den Schritt des Anpassens der Drehgeschwindigkeit des Ablenkers (20) an die Rate, mit welcher Faser (14) von der Haspel (16) abgezogen wird, aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablenker (20) gegensinnig zu der Richtung gedreht wird, in welcher die Faser (14) von der Haspel (16) abgezogen wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, welches den Schritt des Variierens des Ablenkungsgrades als Reaktion auf die Drehrate des Ablenkers (20) aufweist.