УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ НАТЯЖЕНИЯ И УКЛАДКИ ОПТОВОЛОКНА
DEVICE AND METHOD FOR STRETCHING AND LAYING OPTICAL FIBER

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет голландской патентной заявки № 2020822, поданной 25 апреля 2018 г., которая в соответствии с §119 действующего патентного законодательства США испрашивает приоритет американских предварительных патентных заявок № 62/639616, поданной 7 марта 2018 г., и № 62/610722, поданной 27 декабря 2017, содержание каждой из которых включено в настоящий документ посредством ссылки во всей их полноте.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Настоящее изобретение в целом относится к оптическому волокну. Более конкретно, настоящее изобретение относится к устройству и способу для натяжения и укладки оптического волокна (оптоволокна).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] В промышленности по производству оптоволокна длинные волокна наматываются с высокими скоростями на вращающиеся машиной приемные катушки для отгрузки и обработки. По мере того, как волокно наматывается на катушку, оно укладывается на катушку последовательными слоями. В производстве оптоволокна намотка волокна как правило происходит в вытяжной башне, где волокно первоначально вытягивается.
[0004] Некоторые системы натяжения и укладки волокна используют аспиратор для укладки и повторной укладки оптоволокна. Аспиратор использует вакуум для получения оптического волокна, которое движется с некоторой скоростью из вытяжной башни (не показано). Аспиратор натягивает волокно, прикладывая к нему воздух высокого давления. Структура воздуха под высоким давлением вызывает завихрение волокна, что создает большую площадь поверхности для воздуха под высоким давлением для приложения усилия к оптическому волокну и создания тем самым натяжения. Высокоскоростной воздушный поток, который может быть обеспечен шлангом, соединенным с аспиратором, транспортирует волокно в емкость для сбора волокна для утилизации.
[0005] Аспиратор способен собирать и накапливать волокно при обычно используемых скоростях вытяжки. Однако аспиратор может быть не в состоянии создавать и поддерживать постоянное натяжение волокна. Структура завихрения, которая создается в волокне высоконапорным воздухом, может заставлять волокно контактировать с оборудованием по пути следования волокна во время укладки. Оборудование, которое может находиться на пути волокна и подвергаться непреднамеренному контакту с волокном при его завихрении, включает в себя технологические шкивы намоточного устройства и входное сопло аспиратора. Контакт между волокном и различными частями оборудования может привести к потере натяжения и разрыву волокна. Соответственно, аспираторная система достигла своей максимальной производительности на текущих скоростях вытяжки. Кроме того, воздух под высоким давлением, необходимый для натяжения волокна, является дорогим и шумным.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] В соответствии с одним вариантом осуществления устройство для натяжения и укладки оптического волокна (далее как «оптоволокна») включает в себя первый ролик, второй ролик, ремень, который обертывается вокруг первого и второго роликов, а также третий ролик. Ремень может находиться в прямом физическом контакте с первым и вторым роликами. По меньшей мере один из первого, второго и третьего роликов приводится в действие таким образом, что оптоволокно захватывается между ремнем и третьим роликом. Первый ролик, второй ролик, третий ролик и ремень имеют такие размеры и расположение, что оптоволокно перемещается через устройство для натяжения и укладки оптоволокна со скоростью по меньшей мере приблизительно 30 м/с.
[0007] В соответствии со вторым вариантом осуществления устройство для натяжения и укладки оптоволокна включает в себя первый ролик, второй ролик, ремень, который обертывается вокруг первого и второго роликов, а также третий ролик. Ремень находится в прямом физическом контакте с первым и вторым роликами. Третий ролик выполнен с возможностью перемещения между зацепленной и расцепленной конфигурацией относительно ремня. Перемещение третьего ролика от расцепленной к зацепленной конфигурации захватывает оптоволокно между третьим роликом и ремнем. Устройство для натяжения и укладки оптоволокна дополнительно включает в себя входное сопло, которое имеет направляющую структуру. Направляющая структура обычно имеет каплевидную форму. Направляющая структура помогает расположить оптическое волокно относительно первого ролика, второго ролика, третьего ролика и ремня для захвата оптоволокна между третьим роликом и ремнем путем приведения третьего ролика в зацепленную конфигурацию.
[0008] В соответствии с третьим вариантом осуществления устройство для натяжения и укладки оптоволокна включает в себя первый покрытый ролик, который покрыт первым материалом, который увеличивает коэффициент трения поверхности первого покрытого ролика, второй покрытый ролик, который покрыт вторым материалом, который увеличивает коэффициент трения поверхности второго покрытого ролика, а также защемляющий ролик. Второй покрытый ролик помещается перед первым покрытым роликом. Защемляющий ролик помещается вблизи от первого покрытого ролика. Защемляющий ролик может перемещаться между зацепленной конфигурацией и расцепленной конфигурацией. Перемещение защемляющего ролика из расцепленной конфигурации в зацепленную конфигурацию выполнено с возможностью захвата оптоволокна между защемляющим роликом и первым покрытым роликом.
[0009] Описанные в настоящем документе варианты осуществления устройства натяжения и укладки волокна могут быть расположены после системы вытягивания волокна и позволяют наматывать длинное вытянутое оптоволокно на высоких скоростях на вращаемые машиной приемные катушки для отгрузки и обработки. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления волокно вытягивается, покрывается, а затем входит в устройство натяжения и укладки волокна на высокой скорости, по меньшей мере 30 м/с (например 30-100 м/с) для того, чтобы позволить наматывать длинное вытянутое оптоволокно на высоких скоростях на вращаемые машиной приемные катушки для отгрузки и обработки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Фиг. 1 представляет собой вид сбоку устройства для натяжения и укладки оптоволокна, иллюстрирующий роликовый узел в расцепленной конфигурации согласно одному варианту осуществления;
[0011] Фиг. 2 представляет собой вид сбоку устройства для натяжения и укладки оптоволокна, иллюстрирующий роликовый узел в зацепленной конфигурации согласно одному варианту осуществления;
[0012] Фиг. 3 представляет собой вид спереди режущего механизма, иллюстрирующий внутренние компоненты пунктирными линиями, согласно одному варианту осуществления;
[0013] Фиг. 4 представляет собой вид сзади части роликового узла, иллюстрирующий множество смещающих элементов и силовых линий, которые соединяются с двигателем, согласно одному варианту осуществления;
[0014] Фиг. 5A представляет собой вид сбоку в перспективе одного варианта осуществления вентилирующего узла, который может использоваться на устройстве согласно одному варианту осуществления, иллюстрирующий клапан в закрытом положении;
[0015] Фиг. 5B представляет собой вид сбоку вентилирующего узла, представляет собой клапан в открытом положении;
[0016] Фиг. 6A представляет собой вид сбоку в перспективе направляющей структуры согласно одному варианту осуществления;
[0017] Фиг. 6B представляет собой вид спереди направляющей структуры согласно одному варианту осуществления; и
[0018] Фиг. 7 представляет собой вид сбоку одного альтернативного варианта осуществления роликового узла.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0019] Далее будут подробно рассмотрены предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, примеры которых иллюстрируются сопроводительными чертежами. По мере возможности одни и те же ссылочные цифры будут использоваться во всех чертежах для обозначения одних и тех же или одинаковых деталей. Один или более примеров устройства для натяжения и укладки оптоволокна показаны на Фиг. 1-7 и обозначены ссылочной цифрой 20.
[0020] В показанных на Фиг. 1-7 различных вариантах осуществления устройство 20 для натяжения и укладки оптоволокна по настоящему изобретению выполнено с возможностью обеспечивать натяжение оптоволокна 24. Натяжение, обеспечиваемое для оптоволокна 24, не относится к натяжению, обычно обеспечиваемому для оптоволокна 24 во время процесса вытяжки оптоволокна 24 на вытяжной башне или узле вытяжной башни. Вместо этого натяжение, обеспечиваемое для оптоволокна 24 в настоящем изобретении, относится к натяжению, которое обеспечивается после того, как оптоволокно 24 было полностью сформировано (например, вытянуто, покрыто и т.д.). Оптоволокно 24 может наматываться на катушку (не показана) на относительно высокой скорости, например, скорости вытягивания больше чем приблизительно 20 м/с, больше чем приблизительно 30 м/с, больше чем приблизительно 40 м/с, больше чем приблизительно 50 м/с, больше чем приблизительно 60 м/с, больше чем приблизительно 70 м/с, больше чем приблизительно 80 м/с, больше чем приблизительно 90 м/с, или больше чем приблизительно 100 м/с. В некоторых примерных вариантах осуществления скорости вытягивания могут составлять от приблизительно 20 м/с до приблизительно 30 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 40 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 50 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 60 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 70 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 80 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 90 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 100 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 110 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 120 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 130 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 140 м/с, или от приблизительно 20 м/с до приблизительно 150 м/с. Волокно 24 также поддерживается под относительно высоким натяжением, чтобы гарантировать успешную укладку волокна на катушку. Волокно 24 может подаваться напрямую из любого известного типа вытяжного устройства (не показано), известного типа растяжителя оптоволокна, экранирующего устройства (не показано), или любого другого источника.
[0021] Как показано на Фиг. 1 и 2, устройство 20 по настоящему изобретению представляет собой механическое устройство, предназначенное для транспортировки движущегося оптоволокна 24 к емкости для утилизации и/или катушке. Устройство 20 может использовать вакуум для получения оптоволокна 24 способом, подобным устройству типа аспиратора. В отличие от устройства типа аспиратора, в устройстве, раскрытом в настоящем документе, не используется высоконапорный воздух в качестве способа создания натяжения или транспортировки волокна 24 к емкости для утилизации и/или катушке. Иначе говоря, устройство 20 по настоящему изобретению работает без использования высоконапорного воздуха. Вместо этого устройство 20 по настоящему изобретению натягивает оптоволокно 24 путем захвата волокна 24 в роликовом узле 28. Роликовый узел 28 включает в себя множество роликов 32. По меньшей мере один из роликов 32 может быть связан с двигателем. Роликовый узел 28 натягивает оптоволокно 24 таким образом, что увеличение вращающего момента двигателя приводит к увеличению натяжения волокна 24. В различных примерах вращающий момент двигателя может регулироваться или варьироваться для поддержания или изменения натяжения, обеспечиваемого для оптоволокна 24 устройством 20. Устройство 20 по настоящему изобретению может использоваться для обеспечения натяжения для той секции волокна 24, которая помещается между вытяжным трактором 34 башни вытяжки волокна и роликовым узлом 28. Вытяжной трактор 34 обычно используется для обеспечения натяжения волокна 24, когда оно вытягивается из вытяжной башни. Вытяжной трактор 34 вытягивает волокно 24 из заготовки волокна 24, которая нагревается, например с помощью печи. Устройство 20 располагается после вытяжного трактора 34.
[0022] В некоторых примерах устройство 20 опирается исключительно на вакуум или отрицательное давление в качестве способа транспортировки волокна 24 к емкости для утилизации после выхода из роликового узла 28. Фиг. 1 показывает один пример устройства 20 по настоящему изобретению. Оптоволокно 24 входит в устройство 20 через входное сопло 36, которое соединено с отрицательным давлением таким образом, что низкое давление создается у входного сопла 36. Соответственно, низкое давление у входного сопла 36 собирает или получает волокно 24. Волокно 24 затем входит в устройство 20 и выходит через противоположный конец устройства 20. В некоторых примерах устройство 20 может быть оборудовано вентилирующим узлом 40. Вентилирующий узел 40 может принимать различные формы, которые включают в себя, не ограничиваясь этим, различные клапанные узлы. Дополнительно к этому, вентилирующий узел 40 может располагаться в различных положениях на устройстве 20 при условии, что вентилирующий узел 40 гидравлически связан (т.е. обеспечивает путь для передачи текучих сред (то есть жидкости и/или газа) между компонентами) с устройством 20. Наконец, волокно 24 проходит через вентилирующий узел 40 к сборной емкости.
[0023] Хотя некоторые примеры могут опираться исключительно на вакуум или отрицательное давление, предполагается, что системы инжектирования (вдувания) воздуха под высоким давлением могут использоваться в сочетании с одной или несколькими возможными конфигурациями роликов роликового узла 28, раскрытых в настоящем документе (например, см. Конфигурацию 1 и Конфигурацию 2 ниже) для создания дополнительного натяжения в устройстве 20, если это необходимо. Когда роликовый узел 28 находится в расцепленной конфигурации, как показано на Фиг. 1, волокно 24 может транспортироваться к емкости для утилизации или сборной емкости вакуумом или отрицательным давлением через вентилирующий узел 40. В некоторых вариантах осуществления может быть желательно избавиться от части волокна 24 перед намоткой. Например, когда вытягивание волокна только началось, и волокно 24, вытягиваемое из вытяжной башни, еще не соответствует требуемым характеристикам целевого волокна 24, тогда та часть волокна 24, которая не соответствует требуемым характеристикам, может быть забракована. После того как намоточная катушка заполнена некоторым количеством волокна 24, зацепленная конфигурация роликового узла 28 может быть использована для транспортировки волокна 24 к следующей катушке для намотки. Зацепленная конфигурация роликового узла 28, проиллюстрированная на Фиг. 2, может быть использована для быстрой и эффективной транспортировки волокно 24 из вытяжной башни к намоточной катушке. Кроме того, зацепленная конфигурация роликового узла 28 может поддерживать натяжение оптоволокна 24, когда волокно 24 покидает вытяжную башню.
[0024] Ролики 32 могут быть организованы в две главные конфигурации, первая конфигурация может упоминаться как ременные ролики, показанные на Фиг. 1 и 2, в то время как вторая конфигурация может упоминаться как покрытые ролики или защемляющие ролики, показанные на Фиг. 7. Далее каждая конфигурация будет описана более подробно. Кроме того, каждая конфигурация может использовать вакуум или отрицательное давление для начального сбора или получения свободного конца оптоволокна 24, которое движется с некоторой скоростью из узла вытяжной башни. Кроме того, обе конфигурации используют сборную емкость (не показанную) и/или катушку для волокна 24. В различных примерах волокно 24 транспортируется от устройства 20 к сборной емкости и/или катушке с помощью вакуума или отрицательного давления.
Конфигурация роликов 1: Ременные ролики
[0025] Как показано на Фиг. 1 и 2, Конфигурация 1 включает в себя множество роликов 32. В изображенном примере используются три ролика 32, где по меньшей мере два из роликов 32 приводятся во вращение двигателем, и по меньшей мере один ремень 44 приводится в движение одним из приводных роликов 32. В то время как в показанном примере используются три ролика 32, могут использоваться более трех роликов 32 без отступления от концепций, раскрытых в настоящем документе. Роликовый узел 28 может быть заключен в отделении 48, как показано на Фиг. 1. Отделение 48 может быть герметизировано, например с помощью воздухонепроницаемого уплотнения. Независимо от варианта осуществления или примера, отделение 48 содержит систему, которая выполнена с возможностью изолировать оптоволокно 24, которое является натянутым, от оптоволокна 24, которое не является натянутым. Оптоволокно 24 входит в отделение 48 через входное сопло 36 и выходит из отделения 48, например, через вентилирующий узел 40, который может быть связан с отделением 48 после роликового узла 28. Роликовый узел 28 способен принимать по меньшей мере две конфигурации. Первая конфигурация является расцепленной конфигурацией (Фиг. 1). В расцепленной конфигурации ролики 32 располагаются таким образом, что волокно 24 свободно перемещается в зазоре между роликами 32, физически не контактируя ни с одним из роликов 32. Вторая конфигурация является зацепленной конфигурацией (Фиг. 2). В зацепленной конфигурации ролики 32 контактируют с волокном 24 и прикладывают натяжение к пряди оптоволокна 24.
[0026] Фиг. 2 показывает один пример зацепленной конфигурации, в которой ремень 44 напрямую связан с первым роликом 52 и вторым роликом 56. В изображенном примере один из первого и второго роликов 52, 56 приводится во вращение двигателем, а другой из первого и второго роликов 52, 56 является свободно вращающимся. Использующийся в настоящем документе термин «свободно вращающийся» означает, что ролик с приводом от двигателя придает вращение к свободно вращающемуся ролику посредством ремня 44, и что свободно вращающийся ролик обеспечивает минимальное сопротивление или препятствие вращению. В некоторых примерах ремень 44 может быть сделан из материала, способного создавать значительное трение о внешнюю поверхность волокна 24. Например, материал с высоким коэффициентом трения, из которого выполнен ремень 44, может быть неопреном. Кроме того, материал, из которого делается ремень 44, может обладать высокой износостойкостью и позволять угол обхвата θ, составляющий по меньшей мере приблизительно двадцать пять градусов (25°), по меньшей мере приблизительно 50°, по меньшей мере приблизительно 75°, по меньшей мере приблизительно 100°, по меньшей мере приблизительно 125°, и/или комбинацию или диапазоны перечисленного. Третий ролик 60 в этом примере может работать независимо от того, активированы или работоспособны ли первый и второй ролики 52, 56. В различных примерах третий ролик 60 может иметь привод от двигателя. Третий ролик 60 может независимо перемещаться между первым положением, которое представляет расцепленную конфигурацию и вторым положением, которое представляет зацепленную конфигурацию. Третий ролик 60 может перемещаться по дорожке 62 перемещения третьего ролика. В различных примерах и конфигурациях первый, второй и третий ролики 52, 56, 60 могут иметь внешний диаметр в диапазоне от приблизительно 10 мм до приблизительно 80 мм. Например, внешний диаметр первого, второго и третьего роликов 52, 56, 60 может составлять приблизительно 10 мм, приблизительно 20 мм, приблизительно 30 мм, приблизительно 40 мм, приблизительно 50 мм, приблизительно 60 мм, приблизительно 65 мм, приблизительно 70 мм, приблизительно 80 мм, и/или комбинацию или диапазоны перечисленного. Первый, второй и/или третий ролики 52, 56, 60 могут работать со скоростью вращения ролика в диапазоне от приблизительно 0 до 40000 об/мин во время периода разгона или прогрева. Например, первый, второй и/или третий ролики 52, 56, 60 во время периода разгона или прогрева могут работать со скоростью вращения ролика приблизительно 0 об/мин, приблизительно 5000 об/мин, приблизительно 10000 об/мин, приблизительно 15000 об/мин, приблизительно 20000 об/мин, приблизительно 25000 об/мин, приблизительно 30000 об/мин, приблизительно 35000 об/мин, приблизительно 40000 об/мин и/или их комбинациями или диапазонами. Первый, второй и/или третий ролики 52, 56, 60 во время периода намотки на катушку могут поддерживаться на скорости вращения в диапазоне от приблизительно 20000 до приблизительно 60000 об/мин. Например, первый, второй и/или третий ролики 52, 56, 60 во время периода намотки на катушку могут поддерживаться на скорости вращения приблизительно 20000 об/мин, приблизительно 30000 об/мин, приблизительно 40000 об/мин, приблизительно 50000 об/мин, приблизительно 60000 об/мин и/или их комбинациях или диапазонах.
[0027] Переход между зацепленной и расцепленной конфигурациями может выполняться исполнительным механизмом, который перемещает третий ролик 60 между зацепленной и расцепленной конфигурациями. Альтернативно исполнительный механизм может перемещать первый и второй ролики 52, 56, которые связаны ремнем 44, между зацепленной и расцепленной конфигурациями таким образом, что третий ролик 60 является вращающимся, не будучи перемещаемым или подвижным (то есть третий ролик 60 не перемещается по дорожке 62). Фиг. 1 показывает расцепленную конфигурацию, в которой третий ролик 60 располагается ниже пути перемещения волокна 24, а первый и второй ролики 52, 56 располагаются выше пути перемещения волокна 24. Фиг. 2 показывает зацепленную конфигурацию, в которой волокно 24 напрямую зацепляется третьим роликом 60 и ремнем 44. При таком расположении волокна 24 в зацепленной конфигурации может быть обеспечена достаточная сила защемления для создания натяжения на той части оптоволокна 24, которая находится перед роликовым узлом 28. Иначе говоря, сила защемления создает натяжение на той части оптоволокна 24, которая движется к устройству 20 и входит во входное сопло 36. Натяжение, обеспечиваемое оптоволокну 24, подготавливает волокно 24 для наматывания намотчиком оптоволокна, который может помочь в помещении волокна 24 на катушку. Когда волокно 24 покидает второй ролик 56, находясь в зацепленной конфигурации, волокно 24 может транспортироваться через вентилирующий узел 40 вакуумом или отрицательным давлением к сборной емкости.
[0028] Для работы устройства 20 может быть полезно обеспечить аккуратное и точное управление двигателем или двигателями, которые приводят в действие роликовый узел 28. Один способ управления двигателем (двигателями) включает в себя стабилизацию любых двигателей на скорости приблизительно на 1 м/с больше, чем скорость оптоволокна 24, приблизительно на 3 м/с больше, чем скорость оптоволокна, приблизительно на 5 м/с больше, чем скорость оптоволокна 24, приблизительно на 7 м/с больше, чем скорость оптоволокна 24, приблизительно на 9 м/с больше, чем скорость оптоволокна 24, и/или комбинации или диапазоны перечисленного. После того, как первый, второй и/или третий ролики 52, 56, 60 перешли из расцепленной конфигурации (Фиг. 1) в зацепленную конфигурацию (Фиг. 2) и успешно захватили или получили волокно 24, двигатель (двигатели) может перейти от поддержания постоянной скорости (например, приблизительно на 5 м/с больше, чем скорость волокна 24) к режиму постоянного вращающего момента, когда двигатель (двигатели) обеспечивает постоянный вращающий момент первому, второму и/или третьему роликам 52, 56, 60. В режиме постоянного вращающего момента двигатель (двигатели) может обеспечивать натяжение оптоволокна 24.
[0029] Для конфигурации, подобной показанной на Фиг. 2, возможно достичь натяжения приблизительно 2,65 Ньютонов (Н), 2,84 Н, 3,04 Н, 3,24 Н, и/или комбинаций или диапазонов перечисленного на той секции оптоволокна 24, которая перемещается «со скоростью». Использующийся в настоящем документе термин «со скоростью» относится к скорости оптоволокна 24, когда оно перемещается через роликовый узел 28. Оптоволокно 24 может перемещаться через роликовый узел 28 со скоростью в диапазоне от приблизительно 20 м/с до приблизительно 120 м/с или больше. Например, оптоволокно 24 может перемещаться через роликовый узел 28 со скоростью приблизительно 20 м/с, приблизительно 30 м/с, приблизительно 40 м/с, приблизительно 50 м/с, приблизительно 60 м/с, приблизительно 70 м/с, приблизительно 80 м/с, приблизительно 90 м/с, приблизительно 100 м/с, приблизительно 110 м/с, приблизительно 120 м/с и/или с комбинацией или диапазонами перечисленного. Примерные диапазоны могут включать в себя от по меньшей мере приблизительно 20 м/с до менее чем приблизительно 120 м/с, от по меньшей мере приблизительно 20 м/с до менее чем приблизительно 100 м/с, от по меньшей мере приблизительно 20 м/с до менее чем приблизительно 80 м/с, от по меньшей мере приблизительно 20 м/с до менее чем приблизительно 60 м/с, от по меньшей мере приблизительно 20 м/с до менее чем приблизительно 40 м/с, от по меньшей мере приблизительно 40 м/с до менее чем приблизительно 120 м/с, от по меньшей мере приблизительно 60 м/с до менее чем приблизительно 120 м/с, от по меньшей мере приблизительно 80 м/с до менее чем приблизительно 120 м/с, от по меньшей мере приблизительно 100 м/с до менее чем приблизительно 120 м/с, и/или комбинации перечисленного. Минимальное натяжение величиной приблизительно 0,50 Н может быть желательным для процесса укладки, когда волокно 24 наматывается на катушку. Однако обеспечение натяжения волокна 24, превышающего 0,50 Н, может обеспечить дополнительную стабильность волокна 24 и улучшить показатели успешности укладки. Например, обеспечиваемое натяжение волокна 24 может составлять приблизительно 0,50 Н, приблизительно 1 Н, приблизительно 3 Н, приблизительно 5 Н, приблизительно 7 Н, приблизительно 9 Н, приблизительно 11 Н, приблизительно 13 Н, приблизительно 15 Н, и/или комбинации или диапазоны перечисленного. Использующийся в настоящем документе термин «укладка» относится к процессу, с помощью которого оптоволокно 24 передается из устройства 20 на катушку.
[0030] Как показано на Фиг. 1, 2 и 4, ремень 44 может поддерживаться в натянутом состоянии вторым роликом 56. Второй ролик 56 может обеспечивать приложение постоянной и конфигурируемой силы к ремню 44 для того, чтобы воздействовать на натянутое состояние. Например, второй ролик 56 может быть смещен или вытянут в выдвинутое положение вдоль второй дорожки 64 перемещения ролика одним или несколькими смещающими элементами 68 (Фиг. 4). Смещающий элемент 68 может быть пружиной, воздушным цилиндром, газовым поршнем и т.п. В примере, изображенном на Фиг. 4, второй ролик 56 может приводиться в движение таким образом, чтобы вращающий момент обеспечивался для второго ролика 56. Например, второй ролик 56 может приводиться в движение с помощью электронно коммутируемого (EC) двигателя с управлением вращающим моментом. Альтернативно второй ролик 56 может приводиться в движение воздушным двигателем, двигателем постоянной скорости, который включает в себя сцепление, которое может управлять вращающим моментом, или может использоваться любой другой подходящий подход для придания движения второму ролику 56. В некоторых примерах первый ролик 52 может быть свободно вращающимся. В одном таком примере питание может быть подведено к задней стороне второго ролика 56, где может быть расположен или присоединен двигатель, с помощью одной или более шин питания 70. В различных примерах смещающие элементы 68 поддерживают постоянную силу на втором ролике 56 роликового узла 28 независимо от того, находится ли роликовый узел 28 в зацепленной или расцепленной конфигурации. Смещающие элементы 68 обеспечивают смещающую силу, которая смещает второй ролик 56 к выдвинутому положению внутри дорожки 64 перемещения второго ролика (например, когда роликовый узел 28 находится в расцепленной конфигурации). Когда третий ролик 60 задействуется таким образом, что роликовый узел 28 принимает зацепленную конфигурацию, тогда взаимодействие, вызванное в ремне 44 третьим роликом 60, сжимает смещающие элементы 68 таким образом, что второй ролик 56 переводится во втянутое положение внутри дорожки 64 перемещения второго ролика. В тех вариантах осуществления, где третий ролик 60 не перемещается в дорожке 62 перемещения третьего ролика, смещающие элементы 68 могут конфигурироваться аналогично описанному выше. Большие стрелки, изображенные на Фиг. 4, указывают направление перемещения второго ролика 56 в дорожке 64 перемещения второго ролика. В конечном счете смещающие элементы 68 обеспечивают натяжение ремня 44.
[0031] Для того, чтобы гарантировать, что волокно 24 достигает правильного положения в устройстве 20 и остается зажатым между ремнем 44 и третьим роликом 60 в зацепленной конфигурации, направляющая структура 72 может быть расположена у отверстия входного сопла 36. Примерный профиль для направляющей структуры 72 показан на Фиг. 6A и 6B. Когда третий ролик 60 переключается между зацепленной и расцепленной конфигурациями, волокно 24 вынуждено следовать форме или контурам направляющей структуры 72. В примере, изображенном на Фиг. 6A и 6B, направляющая структура 72 больше у основания 76 и сужается по мере приближения к верхней части 80 направляющей структуры 72 таким образом, что направляющая структура 72 имеет в целом каплевидную форму. Верхняя часть 80 направляющей структуры 72 находится ближе к ремню 44, чем основание 76. Иначе говоря, верхняя часть 80 располагается вертикально выше основания 76, а ремень 44 располагается вертикально выше направляющей структуры 72.
[0032] В некоторых вариантах осуществления направляющая структура 72 является не более широкой, чем ремень 44, в самой узкой точке направляющей структуры 72. Верхняя часть 80 направляющей структуры 72 может включать в себя направляющий канал 74, который имеет ширину 78 в диапазоне от больше чем внешний диаметр оптоволокна 24 до меньше чем ширина ремня 44. Когда устройство 20 находится в зацепленной конфигурации, если входной угол β, под которым волокно 24 входит во входное сопло 36, изменяется, тогда направляющая структура 72, гарантирует, что волокно 24 останется зажатым между ремнем 44 и третьим роликом 60. Иначе говоря, направляющая структура 72 предотвращает расцепление оптоволокна 24 с ремнем 44 и/или третьим роликом 60, когда роликовый узел 28 находится в зацепленной конфигурации (Фиг. 2). Геометрия направляющей структуры 72 дополнительно может быть использована для уменьшения потока воздуха, и в частности для уменьшения колебаний воздушного потока, которые могут нарушить поведение ремня 44 и/или волокна 24. Кроме того, направляющая структура 72 ограничивает перемещение волокна 24 в направлениях, ортогональных к направлению натяжения волокна 24, так что волокно 24 может оставаться в целом или по существу центрированным по ширине ремня 44.
[0033] В одной альтернативной конфигурации отделение 48, окружающее первый, второй и третий ролики 52, 56, 60, может быть удалено для того, чтобы оставить первый, второй и третий ролики 52, 56, 60 открытыми и невосприимчивыми к эффекту вакуума или отрицательного давления. Преимуществом этой альтернативной конфигурации является уменьшение влияния вакуума или отрицательного давления на ремень 44 и первый, второй и третий ролики 52, 56, 60. Вакуум или отрицательное давление могут оказывать негативное влияние на ремень 44, вызывая его деформацию. Вакуум или отрицательное давление могут привести к тому, что первый, второй и/или третий ролики 52, 56, 60 станут более склонными к блокировке. Хотя при устранении присутствия вакуума или отрицательного давления в области, где расположены ремень 44 и ролики 52, 56, 60, могут быть получены некоторые преимущества, при использовании этой альтернативной конфигурации, возникают сложности с получением и центрированием волокна 24 через роликовый узел 28.
[0034] В другой альтернативной конфигурации устройство 20 может быть оборудовано вентилирующим механизмом, таким как вентилирующий узел 40, проиллюстрированный на Фиг. 5A и 5B. Вентилирующий узел 40 может быть расположен у выхода отделения 48. Вентилирующий узел 40 может использоваться для уменьшения воздействия вакуума или отрицательного давления на ремень 44 и ролики 52, 56, 60. Фиг. 5A и 5B показывают один пример вентилирующего узла 40. Вентилирующий узел 40 включает в себя клапан 84, который может переключаться между открытым и закрытым положениями. Клапан 84 может переключаться между открытым и закрытым положениями, например, с помощью исполнительного механизма 88. Исполнительный механизм 88 может быть вращательным исполнительным механизмом, винтовым исполнительным механизмом или линейным исполнительным механизмом. Когда исполнительный механизм 88 находится во втянутом положении, клапан 84 находится в открытом или в закрытом положении. После выдвижения исполнительного механизма 88 в выдвинутое положение клапан 84 переводится в другое (открытое или закрытое) положение. Когда клапан 84 находится в открытом положении, величина вакуума или отрицательного давления в отделении 48 уменьшается (то есть давление воздуха увеличивается). Уменьшение величины вакуума или отрицательного давления в отделении 48 может быть полезным для уменьшения сил, действующих или испытываемых в отделении 48 ремнем 44 и роликами 52, 56, 60. В большинстве случаев, независимо от того, использует ли конкретный вариант осуществления или пример вентилирующий узел 40, может быть полезным аккуратно и/или точно управлять вакуумом или отрицательным давлением, чтобы избежать повреждения ремня 44 или остановки роликов 52, 56, 60. Предполагается, что альтернативные подходы к уменьшению сил в отделении 48 могут использоваться без отклонения от концепций, раскрытых в настоящем документе. Например, натяжение ремня 44 может быть увеличено вместо вентилирования части вакуума или отрицательного давления.
[0035] Как показано на Фиг. 1, 2 и 4, режущий механизм 92 может располагаться между входным соплом 36 и отделением 48 с целью резки оптоволокна 24 для расцепления волокна 24 с устройством 20 и/или роликовым узлом 28. Режущий механизм 92 выполнен с возможностью быстрой обрезки волокна 24 во время его движения на скорости. Использующийся в настоящем документе термин «на скорости» относится к скорости, с которой движется волокно 24, когда оно наматывается на катушку и/или направляется к емкости для утилизации. Таким образом, скорость волокна 24 не уменьшается перед активацией режущего механизма 92. Работа режущего механизма 92 без снижения скорости волокна является выгодной, потому что в большинстве вариантов осуществления и примеров процесс вытяжки волокна 24 в вытяжной башне не останавливается после начала процесса вытяжки. Фиг. 3 показывает режущий механизм 92 с воздушным цилиндром 96, который перемещает режущее лезвие 98. Приведение в действие воздушного цилиндра 96 перемещает режущее лезвие 98 таким образом, что волокно 24 проталкивается в канал 100. Режущее лезвие 98 связано с воздушным цилиндром 96 плавающим соединением 102, выполненным с возможностью перемещения воздушным цилиндром 96 в вертикальном направлении. Режущее лезвие 98 и канал 100 взаимодействуют для резки или обычно разрушения волокна 24 в желаемом положении на волокне 24. Дополнительно или альтернативно режущий механизм 92 может быть расположен у выхода отделения 48 между отделением 48 и вентилирующим узлом 40. В то время как режущее лезвие 98 описывается как приводимое в действие воздушным цилиндром 96, настоящее изобретение не ограничивается этим. Предполагается, что могут использоваться альтернативные способы приведения в действие режущего лезвия 98 без отклонения от концепций, раскрытых в настоящем документе.
[0036] В другой конфигурации первый, второй и/или третий ролики 52, 56, 60 могут оставаться в зацепленной конфигурации от получения волокна 24 во входное сопло 36, во время накопления оптоволокна 24 после устройства 20, а также во время натяжения волокна 24. Использующийся в настоящем документе термин «натяжение» относится к поддержанию натяжения оптоволокна 24 перед роликовым узлом 28 и после узла вытяжной башни. Иначе говоря, использующийся в настоящем документе термин «натяжение» относится к натяжению волокна 24 после его формования между, например, трактором узла вытяжной башни и роликовым узлом 28. В этой конфигурации сложность устройства 20 уменьшается за счет устранения стадии перемещения третьего ролика 60 между зацепленной и расцепленной конфигурациями. Однако недостатки работы со сконфигурированным таким образом устройством 20 связаны с наличием роликового узла 28, находящегося в постоянно зацепленной конфигурации. Эти недостатки включают в себя, не ограничиваясь этим, неспособность к предпочтительному натяжению только волокна 24, которое не имеет дефектов (например, дефектов покрытия), которые могут повредить ремень 44 или ролики 52, 56, 60, и введение сложной геометрии, которая может быть необходимой для правильного расположения роликов 52, 56, 60 у входного сопла 36, а также у выхода.
[0037] Рабочие характеристики устройства 20, описанного в Конфигурации 1, могут быть проверены как в лабораторных условиях, так и на вытяжной башне. Например, высокоскоростное видео может использоваться для оценки поведения волокна 24. Конфигурация 1 устройства 20 способна получать волокно 24, натягивать волокно 24, позиционировать волокно 24 и выполнять передачу волокна 24 на скоростях, превышающих текущие производственные скорости, когда системы, в которых используется аспиратор, начинают выходить из строя. Использующийся в настоящем документе термин «передача» волокна 24 относится к переносу волокна 24 из устройства 20 на катушку. Во время получения волокна 24 устройство 20 работает с вакуумом или отрицательным давлением, которое может быть измерено в сборной емкости. Примерные параметры в соответствии с различными вариантами осуществления показаны в нижеприведенной Таблице 1. Диапазоны, раскрытые в Таблице 1, являются примерными по своей природе, и никоим образом не ограничивают настоящее изобретение. Предполагается, что значения примерных параметров могут использоваться за пределами приведенных диапазонов без отступления от концепций, раскрытых в настоящем документе.
[0038]
Таблица 1: Примерные параметры
<b>Параметр</b>
<b>Значение</b>
Скорость волокна (м/с)
20-120
Натяжение ремня (Н)
1-20
Ширина ремня (мм)
10-40
Угол обхвата ремня (градусов)
1-180
Давление в сборной емкости (мм рт.ст.)
от -100 до -300
Конфигурация роликов 2: Покрытые ролики
[0039] Как показано на Фиг. 7, Конфигурация 2 устройства 20 включает в себя по меньшей мере два ролика 32, где по меньшей мере один из роликов 32 имеет покрытие 104 или поверхностную обработку (например, пропитанный алмазом никель, дробеструйную обработку или другие процессы, которые придают шероховатость поверхности роликов 32). В изображенном примере используются три ролика 32. В различных примерах покрытие может быть неопреном, уретаном, или подобным материалом, который увеличивает коэффициент трения между оптоволокном 24 и покрытой поверхностью ролика 32. Фиг. 7 показывает одно возможное расположение роликов 32. Ролики 32 могут располагаться таким образом, чтобы угол обхвата θ по меньшей мере одного из роликов 32 составлял по меньшей мере приблизительно 60°, по меньшей мере приблизительно 90°, по меньшей мере приблизительно 120°, по меньшей мере приблизительно 150°, по меньшей мере приблизительно 180° и/или комбинации или диапазоны перечисленного. Ролик 32, имеющий вышеупомянутый угол обхвата θ,  может располагаться перед парой роликов, между которыми защемляется или проходит волокно 24. Ролики 32, выполненные с возможностью защемления волокна 24, могут упоминаться как защемляющие ролики 108. Из двух защемляющих роликов 108 один ролик может быть покрыт неопреном или подобным материалом, который увеличивает коэффициент трения во время защемления волокна 24, так что оптоволокно 24 не проскальзывает через эти два защемляющих ролика 108. Покрытие 104 или поверхностная обработка применяется к внешней поверхности или контактной поверхности, которая взаимодействует с волокном 24. Защемляющий ролик 108, который является покрытым, может упоминаться как первый покрытый ролик 112. Ролики 32, которые покрываются в этой конфигурации, могут быть напрямую связаны с двигателями таким образом, что эти ролики 32 приводятся во вращение двигателем. В отличие от Конфигурации 1, роликовый узел 28 в Конфигурации 2 не обеспечивает изоляцию натянутого волокна 24 у входа на левой стороне Фиг. 7 от волокна 24 у выхода на правой стороне Фиг. 7. Вместо этого компоновка в Конфигурации 2 использует некоторое количество натяжения на выходе роликового узла 28 для поддержания натяжения у входа роликового узла 28.
[0040] Расположение покрытых роликов может определяться желаемым натяжением волокна 24, а также процессом, используемым для укладки волокна 24 на ролики 32. Увеличение угла обхвата θ вокруг второго покрытого ролика 116 дает увеличение натяжения волокна 24. Дополнительные покрытые ролики также могут давать увеличение натяжения волокна 24. Что касается укладки волокна 24 на ролики 32, этот процесс может быть аналогичным примерам, обсужденным выше со ссылкой на ременные ролики в Конфигурации 1. Первый и второй покрытые ролики 112, 116 могут быть заключены в отделение 48. Защемляющие ролики 108 могут быть выполнены с возможностью переключения между защемляющим волокно положением и освобождающим волокно положением таким образом, что волокно 24 первоначально проходит через отделение 48 без контакта с одним или более защемляющих роликов 108. Когда натянутое волокно 24 желательно для данного процесса, защемляющие ролики 108 могут приводиться в действие так, чтобы они напрямую зацеплялись с волокном 24, а затем защемляющие ролики 108 могут вращаться для того, чтобы обеспечить желаемый угол обхвата θ вокруг одного из предшествующих роликов (например, второго покрытого ролика 116). Например, защемляющие ролики 108 могут вращаться вокруг оси, определяемой точкой контакта между защемляющими роликами 108, для обеспечения желаемого угла обхвата θ одного из предшествующих роликов. Фиг. 7 иллюстрирует положение защемления волокна.
[0041] Конфигурация защемляющего ролика или покрытого ролика (то есть Конфигурация 2), будучи способной натягивать оптоволокно 24, может иметь несколько недостатков по сравнению с ременными роликами Конфигурации 1. Первый недостаток заключается в том, что материал, который используется для покрытия первого и второго покрытых роликов 112, 116, может быть подвержен износу во время контакта с оптоволокном 24. В то время как ремень 44 в ременной системе также является подверженным износу, ремень 44 легко удаляется с роликов 52, 56 и заменяется, тогда как первый и второй покрытые ролики 112, 116 требуют удаления всего узла двигателя, на котором установлены первый и второй покрытые ролики 112, 116. Второй недостаток заключается в том, что система покрытых роликов требует поддержания некоторого количества натяжения на выходной стороне роликового узла 28 для создания и/или поддержания тяги в устройстве 20. Причина этого заключается в том, что система покрытых роликов в большой степени полагается на уравнение Эйлера для трения каната по цилиндру, где натяжение является функцией угла обхвата θ и коэффициента трения вокруг связанного ролика (например, первого и/или второго покрытого ролика 112, 116). В Конфигурации 2 защемляющие ролики 108 обеспечивают удерживающую силу, которая удерживает оптоволокно 24 от проскальзывания или расцепления с роликовым узлом 28.
[0042] Различные варианты осуществления, примеры и конфигурации устройства 20 для натяжения и укладки оптоволокна по настоящему изобретению предлагают технические и конкурентные преимущества за счет повышения производительности и экономии затрат. Например, устройство 20 для натяжения и укладки оптоволокна способно натягивать оптоволокно 24, которое перемещается со скоростями большими, чем скорости, используемые в настоящее время в процессе производства, что позволяет увеличить скорости вытягивания и намотки. В то время как предшественники устройства 20 по настоящему изобретению, такие как аспиратор, ограничиваются гидродинамическим сопротивлением и трением, устройство 20 для натяжения и укладки оптоволокна, раскрытое в настоящем документе, не ограничивается гидродинамическим сопротивлением и трением. Однако возможности двигателей, используемых в настоящем изобретении, принимаются во внимание и могут играть роль в достижении оптимальных результатов в конфигурациях, раскрытых в настоящем документе. При этом моторная технология способна обеспечить достаточную скорость и вращающий момент для работы устройства 20 для натяжения и укладки оптоволокна.
[0043] Кроме того, устройство 20 для натяжения и укладки оптоволокна обеспечивает постоянное конфигурируемое натяжение волокна 24 посредством закрепления волокна 24 внутри роликового узла 28. Роликовый узел 28 способен обеспечивать постоянный вращающий момент с или без ремня 44. Приложение постоянного вращающего момента дает улучшенный показатель успешности укладки волокна 24 на скоростях вытяжки, используемых в настоящее время, а также скорости вытяжки, которые превышают используемые в настоящее время. Когда натяжение колеблется или отклоняется во время процесса автоматической укладки, раскрытого в настоящем документе, волокно 24 может входить в контакт с неподвижными поверхностями, что может создавать дефекты в волокне 24, разрушать волокно 24 и приводить к тому, что оптическое волокно 24 не сможет быть продано потребителю. Устройство 20 по настоящему изобретению обеспечивает постоянное натяжение оптического волокна 24, так что колебания натяжения существенно уменьшаются по сравнению с альтернативными подходами.
[0044] Кроме того, устройство 20 для натяжения и укладки оптоволокна подает волокно 24 в устойчивом положении, что улучшает показатель успешности укладки волокна 24 за счет уменьшения взаимодействия между натянутым оптоволокном 24 и неподвижными и/или движущимися объектами на намотчике оптоволокна.
[0045] Кроме того, устройство 20 для натяжения и укладки оптоволокна обеспечивает изоляцию между натянутым оптоволокном 24 и той областью оптоволокна 24, которая удаляется или наматывается во время процесса укладки. В отличие от процессов, которые полагаются на сжатый или высоконапорный воздух при натяжении оптоволокна 24, устройство 20 по настоящему изобретению способно обеспечивать натяжение независимо от того, является ли стабильным волокно 24, выходящее из устройства 20 и движущееся к сборной емкости и/или катушке.
[0046] Кроме того, устройство 20 для натяжения и укладки оптоволокна уменьшает стоимость эксплуатации устройства 20 за счет устранения из процесса по меньшей мере высоконапорного воздуха.
[0047] Описанные варианты осуществления являются предпочтительными и/или иллюстративными, но не ограничивающими. Различные модификации рассматриваются как находящиеся внутри объема и области охвата приложенной формулы изобретения.