DE69015940T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen eines Klebstoffes auf eine optische Faser während eines Aufwindeprozesses. - Google Patents

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gegenstand der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Wickeln einer optischen Faser, um eine Faserpackung zu bilden und insbesondere das Aufbringen eines Klebstoffes auf die optische Faser während des Wickelns.
2. Beschreibung des Standes der Technik
• Optische Fasern und ebenfalls Drahtfasern werden bei Raketen und anderen Flugkörpern als Datenverbindungen verwendet, um sich an Bord befindliche Vorrichtungen mit Vorrichtungen an der Abschußstelle zu verbinden. Im Gebrauch wird die optische Faser, welche auf einem Kanister aufgewickelt und am Bordende des Fahrzeuges ist, mit einem Ende mit einer bordseitigen, elektrischen Vorrichtung verbunden und das andere Ende, das sich von dem Fahrzeug aus erstreckt, wird mit einer Steuervorrichtung an der Abschußstelle verbunden. Nach dem Abschuß wickelt sich die optische Faser von dem sich an Bord befindlichen Kanister ab und hält so eine Datenverbindung mit der Abschußstelle aufrecht.
• Um eine geometrische Integrität und Stabilität der gewikkelten- Packung während der Lagerung und vor dem Abschuß des Fahrzeuges sicherzustellen, ist es allgemein üblich, einen Klebstoff auf die Faser entweder während des Wickelns oder nach der Ausbildung der Packung aufzubringen. Beispiele von bekannten Klebstoff-Aufbringeverfahren beinhalten das Aufsprühen des Klebstoffes, nachdem jede Lage der Faser abgelegt worden ist oder alternativ das Aufbringen des Klebstoffes unter Verwendung eines Spritzen-Applikators mit einem geschlossenen, nadelartigen Ausguß. Es ergeben sich inhärente Probleme beim Aufsprühen, welche zu einer nicht konsistenten und ungleichmäßigen Bedeckung, sowie zu einer relativ zeitaufwendigen Anwendung führen. Die Verwendung einer Spritze ist, obgleich sie eine gleichmäßigere, dicke und konsistente Beschichtung ergibt und schneller als das Sprühen ist, schwierig anzuwenden, da es notwendig ist, daß die Faser durch eine Röhre oder die Spritze verläuft und es notwendig ist, daß die Faser vollständig durch den Applikator gezogen werden muß oder abgebrochen werden muß, wenn die Klebstoffaufbringung unterbrochen oder vorzeitig beendet werden soll.
• Ein erheblicher Anteil der Gesamtkosten eines optischen Faserkanisters ist alleine dem Aufwickeln der Faser auf den Kanister zuzuweisen. Demzufolge ist es wünschenswert, es möglich zu machen, daß der Klebstoff zusammen mit dem tatsächlichen Wickelprozeß aufgebracht wird, um die gesamten Wicklungskosten zu verringern.
• Es ist daher wünschenswert, eine Möglichkeit zu haben, eine völlig verläßliche Klebstoffbeschichtung auf die Faser während des Wickelns derart aufzubringen, daß es möglich ist, die Faser von dem Applikator leicht zu entfernen, um mögliche Wickelfehler zu korrigieren, ohne daß es notwendig ist, die Klebstoffaufbringvorrichtung vollständig abzubauen oder die Faser zu brechen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Ein Führungsrad mit einer eingekerbten Umfangsoberfläche ist in Eingriff mit einer optischen Faser, welche von einer Vorratsspule abgenommen wird, und positioniert die Faser dicht für ein Aufwickeln auf eine Kanistertrommel. Das Führungsrad ist an einer Vorrichtung zur Bewegung desselben entlang bestimmter Pfade sowohl parallel zu der Kanistertrommelachse als auch vertikal zur Trommeloberfläche angeordnet, um den Aufbau von Wicklungslagen zu ermöglichen. Auf der gleichen, sich bewegenden Vorrichtung ist eine sehr feine, endseitig offene Röhre, beispielsweise ähnlich einer Spritzennadel, vorgesehen, welche knapp unterhalb und eng benachbart zu der Unterseite einer optischen Faser knapp vor deren Aufwickeln auf die Kanistertrommel angeordnet ist. Eine Menge von unter Druck stehendem, flüssigem Klebstoff läuft durch die Röhre und bildet eine kontinuierliche Zufuhr von Klebstoff zu derem äußeren Ende hin, der entweder auf der Trommel oder der darunterliegenden Schicht abgelegt wird, und zwar genau da, wo eine neue Wicklung aufgebracht wird, so daß die neue Wicklung in einer von Klebstoff benetzten Fläche aufsitzt. Der Druck auf den Klebstoff wird so aufrechterhalten, daß die auf die Trommel aufgewickelte Faser kontinuierlich an ihrer unteren Oberfläche benetzt wird und derart, daß die Faser geschmiert wird, was es leichter macht, sie auf die Kanistertrommel auf zuwickeln, sowie die Faser mit dem Klebstoff zu versorgen, was zu der Ausbildung einer einheitlich gewickelten Packung führt, die ihre Geometrie während einer Lagerung aufrechterhält und die normalen Vibrationen und Schlägen während der Verwendung vor dem Abschuß widersteht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
• In der beiliegenden Zeichnung ist:
• FIG. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung und zeigt das Wickeln eines Kanisters mit einer optischen Faser;
• FIG. 2 eine Seitenansicht der Vorrichtung aus FIG. 1;
• FIG. 3 eine leicht vergrößerte Teildraufsicht zur Veranschaulichung des Aufbringens eines Klebstoffes gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
• FIG. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und eines elektrischen Steuerschaltkreises hierfür.
BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Gemäß der Zeichnung und insbesondere gemäß FIG. 1 ist eine optische Faser 10 dargestellt, welche von einer Vorratsspule 12 entnommen wird und auf einen zylindrischen Kanister oder eine Trommel 14 für eine letztendliche Verwendung als beispielsweise Raketen- oder Fahrzeugdatenverbindung aufgewickelt wird. Da die gewickelte Trommel 14 eine bestimmte Zeit gelagert werden kann, entweder an Bord des Fahrzeugs oder an einer geeigneten Aufbewahrungsmöglichkeit, ist es allgemein üblich, einen Klebstoff auf die gewickelte Packung 16 aufzubringen, der die abmessungsmäßige und geometrische Unversehrtheit des Stapels aufrechterhält. Wie noch genauer beschrieben werden wird, bringt die insgesamt mit 18 bezeichnete Vorrichtung einen flüssigen Klebstoff auf die Faser an dem Punkt auf, der auf der Trommeloberfläche oder einer darunterliegenden Faserschicht der Trommel liegt.
• Die Vorrichtung 18 zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens weist ein Paar von langgestreckten Stützschienen 20 und 22 auf, welche zwischen der Vorratsspule 12 und der Trommel 14 angeordnet sind und im wesentlichen parallel zu der Zylinderachse der Kanistertrommel verlaufen. Eine sich vertikal erstreckende Führung 24 weist an einem Ende ein Paar von Rollen auf, welche mit einer derartigen Geometrie und Abmessungen hergestellt sind, daß sie in der Lage sind, die oberen Oberfläche der Schienen 20 und 22 aufzunehrnen und entlang hieran zu laufen. Eine Zahnstange 26 ist mit einem Ende an der Führung 24 befestigt und der Rest hiervon erstreckt sich durch eine überdimensionierte Öffnung in einem vertikal verlaufenden Träger 28, der an den Schienen 20 und 22 befestigt ist. Ein Servomotor 30 ist an dem Träger 28 befestigt und weist ein Antriebszahnrad 32 auf, das mit der Verzahnung an der Zahnstange 26 in Eingriff ist, um die Zahnstange an jeder gewünschten Stelle horizontal entlang den Schienen 20 und 22 zu positionieren, wie nachfolgend noch erläutert werden wird. Da die Achse des Kanisters 14 während des Wickelns zumeist horizontal angeordnet ist, wird der Motor 30 nachfolgend als Horizontalmotor bezeichnet.
• Die Führung 24 weist weiterhin einen mittigen Schlitz 34 auf, in welchem eine weitere Zahnstange 36 gleitbeweglich geführt ist. Ein Servomotor 38 ist an dem oberen Ende der Führung angeordnet und weist ein Antriebszahnrad 40 auf, welches mit der Zahnstange 36 in Eingriff ist, um die Zahnstange an jeder gewünschten vertikalen Position entlang der Führung 24 anzuordnen.
• Ein Führungsrad 42 mit einer umfangseitig verlaufenden Ausnehmung 44 ist axial und drehbeweglich an dem Ende eines Stützarmes 46 angeordnet. Ein langgestreckter Schlitz 48 in dem Arm 46 weist ein mit einem Gewinde versehenes Bauteil 50 auf, das eine entfernbare Anbringung des Armes an der Zahnstange 36 erlaubt. Aufgrund des langgestreckten Schlitzes kann der Arm 46 in jeder gewünschten Winkellage und in jedein Abstand von der Führung 24 angeordnet werden, indem das mit dem Gewinde versehene Bauteil 50 gelockert und wieder angezogen wird. Im Betrieb nimmt die Ausnehmung 44 des Führungsrades die Faser 10 auf und positioniert die Faser während des Wickelns auf der Trommel 14 präzise auf eine Weise, welche nachfolgend noch beschrieben werden wird.
• Ein weiterer Arm 52 weist einen langgestreckten Schlitz 54 auf und ist auf ähnliche Weise mit der Zahnstange 36 unterhalb des ersten langgestreckten Armes 46 befestigt und ist mit der Zahnstange mittels eines Gewindebolzens 56 einstellbar verbunden. Am äußeren Ende des Armes 52 ist eine Hohlröhre 58 angeordnet, deren Längsachse im wesentlichen mit derjenigen des Armes 52 fluchtet, wobei die Röhrenöffnung einen Querschnitt in der Größe von 0,25 Millimer (0,01 inch) hat. Die Röhre ist mit einer Zufuhrquelle eines flüssigen Klebstoffes (nicht dargestellt) verbunden, die eine kontinuierliche Zufuhr zu dem äußeren Ende 60 der Röhre aufrechterhält. Genauer gesagt, das Klebstoffvalumen, das unter eine neue Wicklung zugeführt wird, ist eine Funktion der geradlinigen Wicklungsgeschwindigkeit.
• Insbesondere unter Bezug auf FIG. 4 erkennt man, daß der Servomotor-Betrieb unter Steuerung eines Prozessors 62 erfolgt, der auf einen Lichtstrahl anspricht, der von der oberen Oberfläche der Packung 16 und/oder der Trommeloberfläche reflektiert wird. Genauer gesagt, ein Lichtstrahl 64 von einer Quelle 66 wird in Richtung der oberen Oberfläche der Faser (oder wahlweise einer Kerbe zwischen benachbarten Fasern) gerichtet, wo das Licht zu einem Lichtdetektor 68 reflektiert wird, wo ein Signal erzeugt wird, das in den Prozessor 62 eingegeben wird. Der Prozessor erzeugt Treibersignale sowohl für den Horizontal- als auch den Vertikalmotor, um sowohl eine korrekte Spurhaltung der Wicklung in der vorliegenden Schicht und ein Anheben der Wickelvorrichtung zur Kompensation der Hinzufügung von Schichten zu bewirken. Zusätzlich steuert der Prozessor eine Klebstoff- Dosiervorrichtung 70 derart, daß der Klebstoff kontinuierlich der Röhre 58 abhängig von der Wicklungsgeschwindigkeit zugeführt wird, so daß eine sehr geringe Menge des Klebstoffes unterhalb einer neuen Wicklung auf der Trommel oder der darunterliegenden Wicklung abgelegt wird. Das Wickeln einer Faser in ein nasses Klebstoffbett erzeugt auch eine Schmierung, welche die gleichförmige Ablage der Faser unterstützt. Beim anfänglichen Hochfahren der Anordnung kann eine Bedienungsperson Einstellungen von Hand vornehmen müssen, um die Klebstoffaufbringrate für die vorliegenden Betriebsumstände zu optimieren (z. B. Kanisterformgebung, relative Feuchtigkeit, verwendeter Klebstoff).
• Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit der beschriebenen Vorrichtung wird die horizontale Zahnstange 26 an einem Ende der Trommel 14 angeordnet und die vertikale Zahnstange 36 wird auf die Position zum Wickeln der ersten (untersten) Schicht eingestellt. Eine Länge der Faser 10, die von der Vorratsspule abgezogen wurde, wird mit ihrem Ende an der Trommel festgelegt und die Faser wird durch die Ausnehmung des Führungsrades gefädelt. Wenn die Vorrichtung für den betreffenden Betriebszustand eingestellt worden ist, wird mit dem Wickeln begonnen, das im wesentlichen aus dem Ablegen der Faser an einer präzisen Stelle auf der Trommel durch das Führungsrad 42 unter Steuerung des horizontalen Servomotors besteht, der das Führungsrad inkrementierend in Längsrichtung der Trommel bewegt. Zur gleichen Zeit wird der Klebstoff von der Röhre 58 auf die Trommeloberfläche (oder die Faserschicht) unmittelbar unterhalb derjenigen Faser aufgebracht, welche das Führungsrad verläßt. Das Wickeln wird auf diese Weise fortgesetzt, um eine Wicklungsschicht fertigzustellen, wonach der vertikale Servomotor das Führungsrad und die Klebstoffröhre radial nach außen für eine neue Schicht bewegt und eine neue Wicklung wird in umgekehrter Richtung abgelegt.
• Gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch die beschriebene Vorrichtung durchgeführt wird, wird ein kontinuierlicher schmaler Streifen oder ein Bett eines Klebstoffes auf die Trommel oder die darunterliegende Schicht abgelegt, gerade dann, wenn eine neue Wicklung abgelegt werden soll. Der Streifen oder das Bett hat eine Breite annähernd gleich derjenigen der Faser.
• Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben wurde, versteht sich, daß sich dem Durchschnittsfachmann Abwandlungen ohne Abweichungen vom Umfang der Erfindung gemäß der Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen erschließen. Beispielsweise werden, wie beschrieben, die Abgabevorrichtung und das Führungsrad 42 horizontal und vertikal bewegt, während die Trommel 14 stationär ist. Es kann jedoch auch daran gedacht werden, die Abgabevorrichtung und das Führungsrad stationär zu halten und die Trommel horizontal und vertikal um die entsprechenden Beträge zu bewegen, was die gleichen vorteilhaften Ergebnisse bringt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Bilden einer gewickelten Faserpackung auf einer Trommel, wobei einander benachbarte Wicklungsschichten lösbar aneinander geheftet werden, mit den folgenden Schritten:

axiales Drehen der Trommel, wobei ein Ende der Faser hieran festgelegt ist, um die Faser auf die Trommel zu wickeln; und

kontinuierliches Benetzen der Oberfläche der darunterliegenden Wicklung mit einem flüssigen Klebstoff knapp unterhalb und unmittelbar vor dem Ablegen einer Faserwicklung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Klebstoff in einem bettartigen Streifen abgelegt wird, der eine Breite hat, die annähernd derjenigen der Faser ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Klebstoff auf die darunterliegende Wicklung in einer Menge aufgebracht wird, welche funktionell der linearen Faserwicklungsgeschwindigkeit zugeordnet ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Benetzen mit Klebstoff bewerkstelligt wird durch Anordnen des offenen Endes einer Röhre unterhalb einer Faser, die auf die Trommel gewickelt werden soll und durch Drücken des Klebstoffes durch die Röhre, um diesen auf der darunterliegenden Wicklung abzulegen.

5. Verfahren nach Anspruch 4, weiterhin mit dem Schritt des Bewirkens einer Relativbewegung parallel zu der Trommelachse zwischen der Trommel und der Röhre in einer Richtung derart, daß das Benetzen der Trommel synchron mit dem Faserwickeln fortschreitet.

6. Vorrichtung zum Aufbringen eines flüssigen Klebstoffes, während eine optische Faser auf eine Trommel von einer Vorratsspule her aufgewickelt wird, mit:

einem Führungsrad, das die Faser in die Richtung der Trommel führt;

einer hohlen Röhre, die so angeordnet ist, daß ein Ende hiervon zwischen der optischen Faser und der Trommel an einem Punkt angeordnet ist, nach dem diese von dem Führungsrad geführt wurde und bevor die Faser auf die Trommel gewickelt wird; und

einer Quelle eines unter Druck stehenden flüssigen Klebstoffes, der mit dem anderen Röhrenende verbunden ist und eine minimale Menge von Klebstoff erzeugt, um die darunterliegende Oberfläche, auf welche die Faser aufzuwickeln ist, kontinuierlich zu benetzen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei das Führungsrad eine umfangseitige Ausnehmung hat, in welcher die Faser gehalten ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Röhre und das Führungsrad zusammen angeordnet sind und Mittel vorgesehen sind, um eine Relativbewegung zwischen der Trommel und der Einheit aus Führungsrad und Röhre radial zur Trommel und entlang eines Pfades parallel zu der Trommelachse zu erzeugen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Röhre und das Führungsrad einstellbar relativ zueinander anordenbar sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei Mittel vorgesehen sind zur Verbindung der Röhre und der Quelle von unter Druck stehendem Klebstoff, um den Klebstoff in einem kontinuierlichen bettartigen Streifen von dem Röhrenende abzugeben.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Mittel den Klebstoff in einer Menge zuliefern, der funktionell der Faserwickelgeschwindigkeit zugeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Streifen eine Breite hat, welche im wesentlichen gleich derjenigen der Faser ist.