Brevet FR2510629A1 — publié le 19830204

La présente invention concerne un appareil pour toronner des conducteurs formés de fibres optiques pendant qu'ils sont à l'état lâche. Depuis quelques années, les fibres optiques sont utilisées dans les communications, tant terrestres que maritimes Un domaine d'application important et en cours de développement est formé par les câbles à fibres optiques (ou câbes optiques). On sait que, dans certaines applications, les câbles optiques sont soumis à des efforts de traction qui ont tendance à les étirer Ce problème se pose surtout pour les câbles sous- marins mais aussi pour les câbles terrestres Bien entendu, les conducteurs optiques (pouvant être constitués chacun d'une ou plusieurs fibres optiques avec ou sans isolation ou autres revête- ments) sont également exposés à ces efforts de traction Or, si de tels efforts agissent pendant longtemps, on constate des phénomènes de rupture qui sont néfastes à la durée de service du câble. Afin de réduire ou de supprimer complètement les contraintes pendant que le câble est en service, les conducteurs optiques peuvent être disposés de façon lâche ou avec du mou dans le câble pendant la fabrication de celui-ci Différents procédés ont déjà été proposés à cet effet Selon l'un de ces procédés, on utilise des torons comme celui désigné par 1 sur la figure 1 Ce toron comporte des conducteurs optiques 2 disposés chacun avec du mou dans un tube 3; les tubes 3 ont été toronnés après la mise en place des conducteurs optiques Habituellement, les conducteurs 2 sont disposés dans les tubes 3 dans la région de la surface extérieure du toron 1 Si ce dernier est soumis à des efforts de traction qui l'étirent, les conducteurs 2 se déplacent vers le centre du toron, ce qui supprime le mou des conducteurs mais évite leur exposition aux efforts de traction. Le toron 1 a été produit au moyen d'un appareil comme celui représenté sur la figure 2 Dans cet appareil, des bobines 5 délivrant des conducteurs optiques 2 sont disposés autour d'un arbre principal 4 qui est rotatif autour de son axe longitudinal. L'appareil comprend également des bobines 6 qui délivrent des:bandes 3 ' 10629 transformées par des filières 7 en autant de tubes 3 Des galets 8 poussent les conducteurs optiques 2 dans les tubes 3, lesquels sont assemblés en un toron par une filière de torsion 9 portée par l'extré- mité de l'arbre principal 4 Les conducteurs optiques 2 dévidés des bobines 5 sont poussés dans les tubes 3 par les galets 8 de manière qu'ils soient disposés avec du mou dans le toron final. Comme représenté sur la figure 3, les galets pousseurs 8 de cet appareil sont entraînés en rotation avec un couple constant par un moteur électrique 10 par l'intermédiaire d'un embrayage 11 à régulation électrique ou mécanique, de manière que la force sous laquelle les conducteurs optiques 2 sont poussés dans les tubes 3 par les galets 8 reste constante. La force avec laquelle les conducteurs optiques sont poussés dans les tubes est faible, de l'ordre de 10 g ( 0 > 1 N) Si cette force est plus grande, le conducteur est disposé avec des ondulations dans le tube et il est courbé par endroits avec des rayons trop petits Il est cependant difficile de développer des poussées aussi faibles avec cet appareil conventionnel parce que l'énergie transmise par l'embrayage est absorbée pour une partie importante et en outre variable par les paliers dans le système de transmission pour l'entraînement en rotation des galets pousseurs 8. Par exemple, si l'on utilise des roulements d'un diamètre intérieur d'environ 10 mm pour les galets pousseurs, le seul couple nécessaire pour faire tourner chaque roulement à 30 tr/min est d'au moins 8 g cm ( 8 x 10 N m), soit, pour quatre roulements: 32 g cm ( 32 x 10 4 N m). Si le diamètre d'un galet est de 3 cm, la résistance à la rotation, mesurée à la périphérie, devient égale à 21 g ( 0,21 N) Il s'ensuit qu'il est très difficile d'ajuster convenablement la poussée d'envi- ron 10 g ( 0,1 N) que les galets doivent appliquer à chaque conducteur optique, surtout si la vitesse de rotation varie. L'invention vise à supprimer ces difficultés de l'art antérieur et à permettre de pousser des fibres optiques ou des conducteurs constitués de fibres optiques dans des tubes, des entre- toises ou des éléments analogues formant des espaces récepteurs de fibres avec une poussée faible et stable dans une opération de 10629 toronnage, de manière que les fibres ou les conducteurs optiques soient disposés dans ces espaces avec du mou et sans formation de coques ou courbures avec un rayon trop faible. L'invention permet d'obtenir ces résultats par un appareil, servant à pousser des fibres ou des conducteurs optiques avec du mou dans des espaces récepteurs toronnés ou à toronner, qui comporte, sur le parcours des fibres ou conducteurs optiques, un système délivreur utilisant un gaz circulant le long d'un conducteur optique de l'arrière vers l'avant d'un passage traversé par le conducteur Ce gaz confère au conducteur optique une poussée uniforme depuis l'entrée du passage et sur son parcours vers l'un des espaces récepteurs mentionnés ci-dessus Avant son entrée dans ce système délivreur, le conducteur optique est soumis à l'action d'un dispositif pour réduire la tension (effort de traction) sur le conducteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un toron non tendu; la figure 2 est une représentation schématique d'un appareil conventionnel (déjà décrit) pour toronner les conducteurs ou fibres optiques en leur donnant du mou; la figure 3 est une vue détaillée et à plus grande échelle d'une des paires de galets pousseurs de la figure 2 la figure 4 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un appareil selon l'invention; la figure 5 est une coupe axiale verticale d'un dispo- sitif délivreur de conducteur optique de l'appareil de figure 4; la figure 6 est une vue en perspective et à plus grande échelle d'un des dispositifs de l'appareil de la figure 4 pour réduire la tension des conducteurs optiques; la figure 7 est une vue servant à illustrer la diminu- tion de la tension; et la figure 8 est une vue de côté d'une entretoise. 10629 La figure 4 montre un arbre principal 4 qui est monté rotatif dans un support-palier 12 et qui porte à son extrémité arrière une poulie 13 Pour l'entraînement en rotation de l'arbre principal 4 autour de son axe longitudinal, une courroie 16 passe autour de la poulie 13 et autour d'une poulie 15 calée directement sur l'arbre de sortie d'un moteur 14 L'arbre principal 4 est entouré concentriquement d'un certain nombre de bobines 5 montées rotatives sur un support non représenté et de chacune desquelles est dévidée une fibre ou un conducteur optique Le nombre des bobines 5 corres- pond au nombre des conducteurs à toronner L'arbre principal 4 est en outre entouré concentriquement d'un certain nombre de bobines 6, également montées rotatives sur un support non représenté, de chacune desquelles est dévidée une bande Le nombre des bobines de bande 6 est égal au nombre des bobines de conducteur optique 5. Autour de l'extrémité avant de l'arbre principal 4 sont disposées en plus, également de façon concentrique, des filières 7 dont le nombre correspond à celui des bobines 6 Chaque filière 7 est précédée d'un dispositif i 7 délivreur de conducteur optique qui est porté par l'arbre principal 4 L'un de ces dispositifs délivreurs 17 est représenté en détail sur la figure 5. Sur la figure 5, la référence 18 désigne un bloc d'entrée dans lequel est formée une chambre de pression 19 et qui présente une entrée 20 pour l'injection d'un gaz dans la chambre de pression 19. Le bloc d'entrée 18 est traversé de l'arrière vers l'avant dans la direction de défilement du conducteur optique 2 par une tuyère 21. La tuyère présente une ouverture d'entrée 22 de diamètre relativement grand, un ajutage 23 de faible diamètre qui empoche le reflux de gaz, ainsi qu'un canal 24 de diamètre relativement grand et que le gaz et le conducteur optique 2 traversent à peu près suivant l'axe longi- tudinal de la tuyère 21 Comme on peut le voir sur la figure 5, le conducteur optique 2 traverse successivement l'ouverture d'entrée 22, l'ajutage 23 et le canal 24 de la tuyère 21. La tuyère présente en outre des orifices d'injection 25 qui sont dirigés obliquement vers le canal central 24 à l'extrémité d'entrée de celui-ci et par lesquels le gaz introduit dans la chambre de pression 19 est injecté dans le canal 24 A la sortie de la tuyère 21, le canal 24 se raccorde à un tube de sortie 26 qui présente des orifices 27 pour l'échappement de l'air ou d'un autre gaz injecté dans le canal 24 Le tube de sortie 26 est lui-même suivi d'un tuyau flexible 28 pour amener le conducteur optique 2 à la filière 7 correspondante L'entrée 20 du bloc 18 reçoit le gaz, en l'occurrence de l'air comprimé, d'un tube 29 qui traverse l'arbre principal 4 et est branché sur une source d'air comprimé à travers un joint à émerillon 30 à l'extrémité arrière de l'arbre principal 4. La figure 5 montre que la canalisation 29 contient en plus un robinet 31 pour le réglage de la pression. Alors que l'interstice entre la paroi de l'ajutage anti- reflux 23 et la surface du conducteur optique 2 est faible, la distance entre la paroi du canal 24 et la surface du conducteur optique 2 est relativement grande Les orifices d'injection d'air 25 possèdent en plus une orientation déterminée. Il ressort de ce qui précède et de la figure 5 que la vitesse d'écoulement et le débit du gaz s'écoulant le long de la surface extérieure du conducteur 2 dans le sens de défilement de ce conducteur dans le canal 24, de même que la longueur sur laquelle le gaz est en contact avec le conducteur 2 dans ce canal, sont beaucoup plus grands que les valeurs correspondantes dans l'ajutage antireflux 23 De ce fait, si les caractéristiques du conducteur optique 2, telles que sa dimension, la nature de son matériau consti- tutif et ainsi de suite, sont constantes, le conducteur 2 est propulsé vers la sortie de la tuyère par une poussée qui est déterminée par la viscosité du gaz et la différence de vitesse entre le gaz et le conducteur 2 dans la région de la surface extérieure du conducteur. La force de propulsion du conducteur optique 2 étant déterminée par la résistance visqueuse du gaz et de sa vitesse, la poussée exercée sur le conducteur reste constante tant que les propriétés du gaz et son débit restent constants Des variations peuvent être produites par la perturbation de l'écoulement de gaz dans le canal 24 et par le frottement du conducteur 2 sur la paroi de ce canal Cependant, les perturbations dans l'écoulement, susceptibles de provenir de 2 510629 vibrations, sont de très courte durée Pour ce qui concerne la deuxième cause possible de variations dans la poussée, le frottement du conducteur optique 2 sur la paroi du canal 24 est très peu vraisemblable du fait que le gaz sous pression s'écoule uniformément tout autour du conducteur 2 Ainsi, tout frottement de ce dernier sur la paroi du canal sera un frottement très léger Il s'ensuit que, si le débit du gaz et la longueur du canal 24 sont convenable- ment choisis,il devient possible de conférer la poussée stable désirée au conducteur optique 2. Des essais ont montré en particulier qu'il est possible d'obtenir une poussée de 10 g ( 0,1 N) sans variation notable Dans ces essais, le canal 24 utilisé avait un diamètre de 2 mm et une longueur de 30 mm, le gaz était de l'air et sa vitesse d'écoulement était de 300 m/s. Du fait que la poussée stable que le dispositif délivreur 17 peut exercer est si faible, la tension du conducteur optique 2 à l'entrée 22 doit également être très faible,de l'ordre de quelques grammes C'est pourquoi, comme représenté sur la figure 6, l'appareil selon l'invention comporte un système 32 pour réduire la tension à l'entrée du dispositif délivreur de conducteur 17 Le dispositif réducteur de tension 32 est supporté par l'arbre principal 4 et comporte un tambour d'enroulement 33, autour duquel est enroulé le conducteur optique 2 venant de la bobine 5, et un dispositif d'entrai- nement décrit ci-après pour ce tambour L'arbre 34 du tambour est supporté sur l'arbre principal 4 par des paliers 35, 36 et il est muni à une extrémité d'une roue dentée conique 37 qui est en prise avec une roue conique 38 sur une extrémité d'un arbre intermé- diaire 40 monté rotatif dans un support 39 porté par l'arbre princi- pal 4 (voir figure 4) L'autre extrémité de l'arbre intermédiaire 40 porte une roue conique 41 Le support 39 sert également au montage rotatif d'un arbre intermédiaire 43 qui est à peu près parallèle à l'arbre principal 4 et dont l'autre extrémité est supportée sur l'arbre 4 par un bloc-palier 42 Une extrémité de l'arbre intermé- diaire 43 porte une roue conique 44 en prise avec la roue conique 41 et son autre extrémité porte une roue dentée droite qui engrène avec 10629 une couronne dentée droite 47 fixée à un support 46 et traversée concentriquement par l'arbre principal 4. Par conséquent, si l'arbre principal 4 est entraîné en rotation dans le sens indiqué par la flèche A sur la figure 4, la roue droite 45 (tournant avec l'arbre 4) roule sur la couronne fixe 47 et fait tourner l'arbre intermédiaire 43 comme indiqué par la flèche B et, par l'intermédiaire des roues coniques 44, 41, l'arbre intermédiaire 40 comme indiqué par la flèche C De plus, l'arbre 34 du tambour 33 et ce dernier sont entraînés en rotation dans le sens de la flèche D La vitesse de rotation du tambour d'enroulement 33 est ajustée à une valeur supérieure à celle correspondant à la vitesse de défilement du conducteur optique 2 La tension du conduc- teur 2 à l'entrée du tambour varie fortement sous l'effet de varia- tions dans la rotation de la bobine 5 Par exemple, si la valeur moyenne de la tension du conducteur optique 2 à l'entrée du tambour est ajustée à 200 g ( 2 N), la valeur instantanée de cette tension peu varier de plus ou moins 50 g ( 0,5 N) La tension du conducteur optique à la sortie du tambour 33 est acceptable, par exemple, si elle est égale ou inférieure à 2 g ( 0,02 N). On peut obtenir ce résultat en déterminant convenablement le nombre des spires que le condeur optique 2 doit former sur le tambour 33 Si la tension du conducteur 2 à l'entrée du tambour 33 correspond à Fl, voir la figure 7, la tension du conducteur à la sortie du tambour à Ffe l'angle d'enroulement à e (rad) et le coeffi- cient de frottement dynamique entre le conducteur 2 et le tambour 33 à/u, on peut écrire, selon une formule généralement admise pour un frein à tambour F /F = e/u Si F est égal à 2 g ( 0,02 N),Iu égal à 0,2 et F 1 égal à 250 g ( 2,5 N), on obtient e = 24,2 (rad), ce qui correspond à 3, 85 spires, soit 4 spires Autrement dit, si le conducteur optique 2 est enroulé quatre fois autour du tambour 33, il devient possible d'obtenir pour F 2 une valeur égale ou inférieure à 2 g ( 0,02 N), même si F 1 varie Dans l'exemple représenté, la référence 48 (figure 6) désigne un tube qui est installé entre la sortie du tambour 33 et l'entrée du dispositif délivreur 17 pour empêcher le fléchissement du conducteur 2 sous l'effet de son propre 10629 poids Ce tube permet de stabiliser la valeur de F 2 Pour réduire la tension du conducteur optique, il est possible aussi d'utiliser, à la place du système réducteur qui vient d'être décrit, un système à "commande par boucle" dans lequel le conducteur optique 2 est suspendu librement de manière à former une boucle entre la bobine 5 et le dispositif délivreur 17 et dans lequel on varie la rotation de la bobine 5 en fonction de cette boucle ou flèche du conducteur 2. Une filière de torsion 9 est disposée à l'avant de - l'arbre principal 4 Cette disposition entre dans le cadre du système de l'art antérieur. Le toronnage des conducteurs optiques 2 par l'appareil selon l'invention se déroule comme décrit ci-après. Les bandes 3 ' dévidées des bobines 6 sont chacune transformées de façon connue en un tube 3 par la filière 7 corres- pondante La tension de sortie de tambour des conducteurs optiques 2 dévidés des bobines 5 par les tambours est réduite par chacun des systèmes 32 (à une valeur égale ou inférieure à 2 g ( 0,02 N) par exemple) Ensuite, chacun des conducteurs optiques 2 est introduit dans le tube 3 correspondant par une poussée faible et stable (de 10 g ( 0,1 N) par exemple) par le dispositif délivreur de conducteur 17 Ainsi, les conducteurs 2 sont introduits avec du mou dans les tubes 3 Ces derniers, en passant par la filière de torsion 9 à l'extrémité avant de l'arbre principal 4, sont ensuite toronnés pendant la rotation de l'arbre principal. Dans le mode de mise en oeuvre décrit et représenté ici, les espaces récepteurs de conducteurs optiques sont formés par les intérieurs des tubes 3 qui sont assemblés en un toron après que les conducteurs optiques 2 ont été poussés à l'intérieur Toutefois, il est également dans le cadre de l'invention de préformer chaque conduc- teur optique 2 en le poussant dans une rainure en hélice 49 d'une entretoise 40, comme représenté sur la figure 8 La référence 51 désigne une gaine qui entoure l'entretoise 50. Il ressort de ce qui précède que l'invention apporte un appareil qui permet de toronner des fibres optiques ou des conducteurs constitués de fibres optiques à l'état lâche par un système dans 10629 lequel la tension des conducteurs optiques est réduite et les conduc- teurs sont ensuite poussés dans les espaces prévus à cet effet, dans des tubes, des entretoises ou des éléments analogues, sous une poussée faible et stable, par l'utilisation de la résistance visqueuse d'un gaz par des dispositifs délivreurs Il devient ainsi possible d'obtenir des torons dans lesquels les fibres optiques sont disposées avec du mou d'une manière très avantageuse et sans risque de formation de coques ou de courbures de trop faible rayon lors de la mise en place des fibres. R E V E N D I C A T I O N S 1 Appareil pour toronner à l'état lâche des conducteurs optiques formés d'une ou de plusieurs fibres optiques, avec ou sans isolation ou autres revêtements,et disposés chacun dans un tube ou un autre espace récepteur, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif ( 7) pour former un tube ( 3), un dispositif délivreur de conducteur ( 17) traversé d'un passage pour un conducteur optique ( 2), une source de gaz et des conduits pour faire écouler le gaz dans la direction de défilement du conducteur ( 2), le gaz propulsant le conducteur avec une force constante à travers le dispositif délivreur ( 17) et dans le tube récepteur ( 3), ainsi qu'un dispositif ( 32) pour réduire la tension du conducteur optique ( 2) à l'entrée du dispositif délivreur ( 17). 2 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif délivreur ( 17) comporte un bloc d'entrée ( 18) dans lequel est ménagée une chambre de pression ( 19), une tuyère ( 21) montée dans ce bloc d'entrée, cette tuyère présentant un passage axial pour le conducteur optique ( 2),et un ou plusieurs conduits ( 25) établissant une communication entre la chambre de pression et le passage axial. 3 Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le passage axial comporte une première partie ( 23) de faible diamètre et une seconde partie ( 24) qui possède un plus grand diamètre et qui communique avec le ou les conduits d'écoulement ( 25). 4 Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le ou les conduit(s) d'écoulement est ou sont orienté(s), par rapport audit passage axial, de manière à envoyer du gaz sous pression dans une direction d'écoulement correspondant à la direc- tion de défilement du conducteur optique ( 2) à travers le passage axial. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un tube de sortie ( 26) raccordé à la tuyère ( 21) et présentant des orifices d'échappement ( 27), de même 2 510629 qu'un tuyau flexible ( 28) formant une sortie pour le dispositif délivreur ( 17) et menant à une filière ( 7) pour la formation de l'espace récepteur de conducteur optique. 6 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif ( 32) pour réduire la tension du conducteur optique ( 2) comporte un tambour d'enroulement ( 33) pour recevoir le conducteur optique ( 2) et pour la formation d'un certain nombre de spires de ce conducteur sur lui, un arbre principal ( 4) monté rotatif et capable de faire tourner une filière ( 7) pour la formation de l'espace récepteur de conducteur optique, ainsi que des moyens pour faire tourner le tambour ( 33) en fonction de la rotation de l'arbre princi- pal ( 4). 7 Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un premier engrenage ( 47, 45) commandé par la rotation de l'arbre principal ( 4), un premier arbre de sortie ( 43) couplé au premier engrenage et un second engrenage ( 44, 41 38, 37) couplé audit arbre de sortie ( 43) pour faire tourner le tambour ( 33), les engrenages étant agencés pour faire tourner le tambour ( 33) à une vitesse supérieure à celle correspondant à la vitesse d'arrivée du conducteur optique ( 2) sur le tambour ( 33). 8 Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen ( 48) pour supporter le conducteur optique ( 2) entre la sortie du tambour d'enroulement ( 33) et l'entrée du dispositif délivreur ( 17). 9 Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens ( 6) pour alimenter des filières ( 7) en bandes ( 3 ') en vue de la formation d'un certain nombre de tubes ( 3), ainsi qu'un moyen ( 9) pour toronner les tubes ( 3) conte- nant chacun un conducteur optique à un emplacement récepteur de conducteur.