КАРТРИДЖ УСТРОЙСТВА СВАРКИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА

Полезная модель относится к области сварки оптических волокон, а именно к сменным картриджам устройств сварки (сварочных аппаратов), и может быть использована для быстрой замены изнашиваемых элементов устройства - сварочных электродов и опорных элементов с канавками для укладки волокна.
В традиционной концепции сварочного аппарата (см., например, описание сварочных аппаратов Fujikura FSM-60S/50S/17S http://www.fujifujikura-fsm-60s.html) подразумевается, что опорные элементы с выполненными в них направляющими V-образными канавками, в которые укладывается волокно, должны иметь ресурс, равный ресурсу всего аппарата. Это делает указанные элементы крайне дорогими в производстве, а в случае повреждения или сильного загрязнения канавок ведет к дополнительным существенным расходам на ремонт прибора. Помимо этого, применение долговечных керамических элементов с канавками существенно повышает себестоимость прибора, что, в конечном итоге, неблагоприятно сказывается на его рыночной стоимости. Кроме того, традиционный подход предполагает выполнение электродов из дорогостоящих высокопрочных тугоплавких и труднообрабатываемых сплавов, которые выдерживают не менее 500-1000 сварочных циклов, после чего производится их замена квалифицированным персоналом. Для примера, стоимость одного комплекта электродов для аппаратов Fujikura FSM-60S/50S/17S составляет в среднем около 80 долларов США.
Таким образом, недостатком традиционных устройств сварки оптического волокна является высокая стоимость конструктивных элементов и трудоемкость эксплуатационного обслуживания.
Указанный недостаток может быть устранен за счет использования съемных картриджей, объединяющих в своей конструкции изнашиваемые элементы устройства сварки, рассчитанных на меньший ресурс работы.
Из уровня техники известен съемный картридж, включающий основу и установленные в ней электроды (см. патент Китая на полезную модель CN 203178519, 04.09.2013). Данное решение позволяет оперативно заменять электродную часть устройства сварки. Однако после такой замены может потребоваться калибровка положения электродов относительно положения канавок. Кроме того, данный аналог не решает проблему загрязнения канавок.
Из уровня техники известен съемный модуль устройства сварки, содержащий основание, в котором выполнена выемка, установленные в выемке основания опорный элемент с канавками для укладки концов волокна, а также размещенные в основании электроды (см. патент Канады CA 2139789, 10.07.1996). В указанном аналоге опорный элемент жестко прикреплен к основанию посредством болтов, что не позволяет менять положение канавок относительно друг друга, а также относительно оси электродов, т.е. указанный аналог обеспечивает лишь пассивную юстировку волокон.
Из уровня техники известен съемный картридж устройства сварки, содержащий основание в виде пластины, на лицевой поверхности которой по краям одних противоположно лежащих сторон расположены выступающие вверх призматической формы блоки с гнездами для закрепления стержневых электродов. При этом между блоками расположено посадочное место для рабочей площадки (опорного элемента) с канавками для укладки волокна, которая однозначно позиционируется между блоками без необходимости регулировать ее положение на пластине (см. патент РФ 2538448, 10.01.2015 - ближайший аналог). Указанный аналог имеет тот же недостаток, связанный с отсутствием возможности регулировки положения канавок относительно друг друга, а также относительно электродов.
Задачей полезной модели является устранение недостатков аналогов и создание сменного картриджа, имеющего более широкие возможности юстировки и низкую себестоимость.
Технический результат полезной модели заключается в повышении точности позиционирования волокна при сварке.
Кроме того, дополнительно обеспечивается упрощение (снижение трудоемкости) эксплуатационного обслуживания устройства сварки.
Указанный технический результат достигается в заявленной полезной модели за счет того, что сменный картридж устройства сварки оптического волокна содержит основание, по меньшей мере два опорных элемента, связанных с основанием с возможностью перемещения относительно него, при этом опорные элементы снабжены канавками для укладки в них концов волокна и электроды для сварки волокна, установленные в основании и размещенные оппозитно.
Кроме того, указанный технический результат достигается в частных вариантах реализации полезной модели за счет того, что:
- опорные элементы установлены с возможностью вращательного и/или поступательного перемещения относительно основания,
- опорные элементы связаны с основанием посредством гибкой связи,
- картридж дополнительно содержит средства перемещения опорных элементов относительно основания,
- в основании выполнено углубление, при этом опорные элементы размещены в указанном углублении,
- основание содержит две пластины, соединенные между собой ребрами, а упомянутое углубление расположено между указанными пластинами,
- упомянутое углубление образовано сквозным отверстием в основании,
- опорные элементы связаны со стенками углубления, выполненного в основании,
- картридж содержит два опорных элемента, связанных с противоположными стенками углубления, выполненного в основания,
- электроды установлены соосно, и их ось перпендикулярна оси канавок опорных элементов картриджа,
- канавки опорных элементов имеют V-образный или U-образный профиль,
- каждый опорный элемент снабжен вставкой, при этом канавка выполнена в данной вставке,
- упомянутые вставки получены из единой детали, разрезанной после установки опорных элементов на основании,
- электроды выполнены цилиндрическими с заостренными коническими концами,
- картридж дополнительно содержит установленные на основании отражающие элементы оптической системы устройства сварки,
- картридж дополнительно содержит установленные на основании прижимы волокна.
Заявленное устройство представляет собой сменный картридж, в котором опорные элементы с канавками для укладки волокна, а также электроды для создания сварочной дуги связаны единым основанием, что повышает точность позиционирования волокна относительно элементов картриджа, поскольку в случае выхода элементов из строя замене подлежит весь картридж и не требуется калибровка положений электродов относительно канавок. При этом в отличие от ближайшего аналога, в заявленном картридже опорные элементы имеют возможность перемещения относительно основания, что обеспечивает возможность активной юстировки и, следовательно, повышает точность позиционирования концов волокна при сварке относительно друг друга, а также относительно оси электродов. Таким образом, все признаки полезной модели направлены на достижение единого технического результата, заключающегося в повышении точности позиционирования волокна при сварке.
Конструкция картриджа позволяет с минимальными расходами заменить существенную часть системы юстировки прибора при преждевременном загрязнении канавки, повреждении электродов и других проблемах, периодически возникающих при эксплуатации сварочных аппаратов. Кроме того, процесс замены картриджа не подразумевает обращения в сервисные центры за квалифицированным обслуживанием и может выполняться монтажником оптического волокна самостоятельно, в том числе в полевых условиях. Замена картриджа занимает не более одной минуты и не требует каких-либо дополнительных инструментов и приспособлений. Другими словами, конструкция заявленного картриджа позволяет упростить эксплуатационное обслуживание устройства сварки, связанного с заменой элементов с канавками и сварочных электродов, а также их настройку. Кроме того, картридж рассчитан на ресурс не более 500 сварок, что позволяет существенно снизить расходы на эксплуатацию аппарата за счет того, что для такого картриджа не требуется применять дорогие износостойкие материалы и сложные дорогостоящие технологии.
Заявленная полезная модель поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан вид картриджа сверху,
на фиг. 2 показан вид картриджа снизу,
на фиг. 3 показан вариант реализации конструкции картриджа с гибкой связью основания и опорных элементов,
на фиг. 4 показан вариант конструкции вставок опорных элементов.
на фиг. 5 показан общий вид электродов картриджа.
Заявленный картридж представляет собой быстросъемное сменное устройство, содержащее основание (1), связанные с основанием по меньшей мере два опорных элемента (2) и (3) с канавками (4) для укладки в них концов волокна и установленные в основании оппозитные электроды (5) и (6) для сварки волокна.
Основание (1) в предпочтительном варианте реализации полезной модели состоит из двух пластин (7) и (8), соединенных в нижней части ребрами (9) с формированием между пластинами (7, 8) углубления (10), образованного сквозным отверстием основания (1).
Опорные элементы (2) и (3) предпочтительно размещены в указанном углублении (9) и связаны с противоположными стенками углубления (10).
Опорные элементы (2, 3) выполнены подвижными относительно основания и могут иметь возможность вращательного и/или поступательного перемещения, т.е. обеспечивать активную юстировку волокон. Для реализации подвижности опорных элементов (2, 3) может быть использована гибкая связь (11) элементов (2, 3) с основанием (стенками углубления (10)) (см. фиг. 3). В таком варианте опорные элементы (2, 3) и основание (1) выполняются в виде единой детали, при этом опорные элементы (2, 3) могут совершать качательные перемещения относительно основания (1) за счет естественной гибкости (упругой деформации) материала в месте соединения. Возможны и другие варианты обеспечения подвижности элементов (2, 3): использование направляющих, шарниров и т.д. (на чертежах не показаны).
В картридже также могут быть дополнительно предусмотрены средства перемещения опорных элементов относительно основания: толкатели, источники электромагнитных полей и т.д. (на чертежах не показаны).
Канавки (4) опорных элементов могут иметь V-образный, U-образный или другой профиль. При этом канавки (4) могут быть выполнены непосредственно в опорных элементах (2, 3) или в отдельных вставках (12) (фиг. 4), устанавливаемых в опорные элементы (2, 3). Вставки (12) могут быть выполнены из керамики, стекла, пластика. При этом возможно применять дешевые и простые в обработке материалы (боросиликатное стекло, пластик и другие).
Для упрощения монтажа вставок их изначально выполняют в виде единой детали (фиг. 4а), которую затем разрезают на две независимые части (вставки (12)) уже после монтажа в картридж (см. фиг. 4б). Такое решение обеспечивает сохранение соосности двух получившихся канавок (4), выполненных в этих вставках (12).
Электроды (5, 6) смонтированы в основании (1) картриджа соосно и неподвижно, а их ось перпендикулярна оси канавок (4) опорных элементов (2, 3) картриджа. Электроды (5, 6) размещены таким образом, чтобы в зазоре между ними возможно было создать электрическую дугу, в которой происходит сварка двух окончаний оптических волокон. Электроды могут быть выполнены из относительно дешевых и простых в обработке сплавов, например, нержавеющей стали. Подача напряжения на электроды возможна с помощью контактных площадок, разъемных контактных групп и других электротехнических решений. В заявленном картридже могут быть использованы цилиндрические электроды с заостренными коническими концами (фиг. 5). Возможны и другие варианты выполнения электродов.
В картридже также могут быть выполнены дополнительные элементы: отражательные элементы (например, зеркала) оптической системы, прижимы волокна и т.д.
Для установки картриджа в сварочный аппарат (устройство сварки) на корпусе картриджа могут быть предусмотрены цилиндрические выступы, которые при установке входят в соответствующие отверстия, выполненные в корпусе сварочного аппарата. Для фиксации картриджа в сварочном аппарате может быть использована крышка, с помощью которой обеспечивается прижим картриджа к корпусу сварочного аппарата через упругие элементы.
Заявленное устройство работает следующим образом.
Картридж устанавливают в корпусе устройства сварки. При этом в канавки (4) опорных элементов (2, 3) укладывают свариваемые концы волокна. При необходимости осуществляют корректировку положения опорных элементов (2, 3). Затем между электродами (5, 6) зажигают дугу, которая нагревает соединяемые концы волокон, что приводит к их сращиванию. После нескольких сотен циклов сварки картридж заменяется новым.
Процесс замены картриджа занимает не более одной минуты и не требует дополнительных калибровок элементов. При этом по предварительной оценке стоимость заявленного картриджа для конечного потребителя составит не более 10 долларов США.
Таким образом, конструкция заявленного картриджа позволяет снизить трудоемкость и себестоимость обслуживания устройств сварки оптического волокна. При этом конструкция также позволяет повысить качество получаемого сварного соединения, а также расширить технологические возможности сварки.
Следует отметить, что заявленная полезная модель не ограничена примерами реализации, раскрытыми в описании. Возможны также другие модификации конструкции заявленного устройства в объеме предложенной в формуле совокупности существенных признаков.