NO175470B - Höytetthets filamentvikling og fremgangsmåte for å frembringe forbedrede overkrysninger og innsideutlegging - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for å danne en filamentvikling fra et filament av en gitt diameter på en spindel som har minst en radielt forløpende flens, omfattende å innpakke filamentet i en første innpakkingsretning med ytterste endevinding i kontakt med flensen for å dannet et filamentlag, og å reversere nevnte første innpakkingsretning for slikt filament for å danne ytterligere lag, idet hvert har en ytterste vinding som danner kontakt med flensen, hvorved en filamentvikling dannes.

Denne oppfinnelse er relatert til EP-patent nr. 0300628. Forøvrig skal det vises til den kjente teknikk som hl.a. fremgår av US-patent 2734695 der det heskrives bruk av spor på en spindel for å lede en tråd til og hli viklet på spindelen. I DE-patentpublikasjon 2738665 heskrives det også bruk- av spor.

I US-patent 1504005 omhandles en spindel eller spole der det ikke anvendes noe middel for å lede plasseringen av det første laget av tråd eller kabel på spindelen, og i en utførelse er det en glatt sylindrisk overflate for spolen. DE-patentpublikasjon 2836036 angir basislag med en fiber-diameter som er større enn den på fiberen som skal vikles på basislaget, og den andre basistråden har ikke sine anordnede vindinger adskilte. Fra DE patentpublikasjon 3201019 fremgår det av rekkefølgen som de forskjellige vindinger av fiber vikles av fra spolen at laget av fibervindinger som ligger mot spindelen ikke tjener som et føringslag. Basislaget dannes ikke før de andre lagene, men dannes i stedet delvis ved det tidspunkt som hvert hellende lag dannes. I DE-patentpublikasjon 3101126 er vist en løsning med glatt spindeloverflate uten noe middel for å lede viklingen av fiberen. FR patent 717497 viser en løsning der det ikke finnes et andre føringslag med anbragte vindinger adskilt, og der det heller ikke finnes basistråd som har en diameter som er mindre enn diameteren for fiberen som skal vikles over denne. Til sist nevnes EP-patentpublikasjon 207844 som kun viser spor for å lede viklingen av det første filamentlaget, og uten noen antydning om forholdet mellom diameteren for fiberen og diameteren for hasistråden.

Der finnes situasjoner hvor det er ønskelig å være i stand til å legge ut en metalltråd eller optisk fiber av betydelig lengde for bruk som en dataforbindelse. Eksempelvis innbefatter mange nåværende våpensystemer et utskutt missil med en tråd eller fiberoptisk dataforbindelse viklet på en bobine eller spole som legger ut med en meget høy hastighetstak under bruk.

Flere kriterier må tilfredsstilles for å tilveiebringe en tilfredsstillende vikling som kan virke som en missil-dataforbindelse. For det første må all utlegging skje med et minimum av stramming på filamentet for å hindre brudd og i tilfellet av et optisk fiber endog å hindre mikro-bøyning som reduserer signaltransmisjon. Dernest bør viklingen være stabil for derved å tillate lagring uten kollapsing fra dens viklede konfigurasjon. Til sist bør viklingen være tett og kompakt for derved å ta så lite rom som mulig.

Visse av nåværende høyhastighetsfilamentavgivere har filamentet i ett lag anbragt mellom vindinger i hosliggende lag. Dvs. at et øvre filamentlag har sine vindinger anbragt i det spor som dannes mellom hosliggende vindinger i det underliggende filamentlag. For å opprettholde denne tilstand, blir i visse kjente utdelere hvert lag trinn-forskjøvet tilbake flere vindinger fra det underliggende laget. Dette resulterer i avsmalnede ender for viklingen hvilket reduserer volumetrisk virkningsgrad.

En ulempe som særlig finnes ved sylindrisk lagdelte viklinger er friksjonstrekket på utleggingen som skyldes et ytre lag som fjernes fra et underliggende lag. En måte å redusere dette problem er å tilveiebringe en vikling som har utlegging fra innsideoverflaten av fiberviklingen, slik som vist i fig. 2A som ikke bare tilveiebringer uvanlig volumetrisk virkningsgrad, men tillater viklingen å bli lagret uten å bli utsatt for uønsket høye nivåer av strekk-påkjenning. Dette siste punkt er viktig, særlig for optiske fiberkabler som er utsatt for statisk tretthet og optisk signaldempning på grunn av belastninger som er påført av vikl ingen.

Kjente utledere med utlegging fra innsiden anvender en kurv-vevingslignende viklingsteknikk som resulterer i en vesentlig mengde av tomrom og som reduserer volumetrisk virkningsgrad.

Dessuten vil den relativt store stigning for en slik vikling bevirke en tilsvarende stor modulasjon i den øyeblikkelige utleggingshastigheten som reduserer oppnåelig hastighet for en farkost ved en gitt filamentstyrke.

Det er også ønskelig for viklinger, særlig viklinger der utlegging skjer fra innsiden, å ha rettvinklede ender. Imidlertid er tettpakkede viklinger med rettvinklede ender ikke lett å vikle og tidligere var de ikke oppnåelig ved hjelp av høyhastighets, automatiske teknikker.

De foregående problemer er blitt forverret ved problemet med overkrysninger. Overkrysninger har hittil strukket seg en full stigning ved hver overkrysningsregion av en viklings-vinding og/eller har resultert i viklinger med uregelmessige (ikke rettvinklede) ender. Se i denne forbindelse "Winding Long Slender Coils By The Orthocyclic Method" av Halder W.C. Aamot, Special Report 128, U.S. Army Materiel Command, februar 1969. Slike ukontrollerte overkrysninger har krevet hyppig manuell bearbeidelse eller justering for å mini-malisere vinklingsforstyrrelser, utbulninger og andre uregel-messigheter som kan hindre vellykket vikling og utlegging, og redusere volumetrisk virkningsgrad.

Den foreliggende oppfinnelse tilsikter å løse de ovennevnte problemer, og i denne hensikt kjennetegnes den innledningsvis nevnte fremgangsmåte ved å vikle en basistråd for å danne et basislag på spindelen, idet nevnte basistråd har en diameter som er mindre enn nevnte diameter til filamentet, og i et ytterligere lag å vikle basistråden på spindelen over basislaget med anbragte vindinger adskilt, slik at det dannes et føringslag for filamentene som vikles over føringslaget i rommene mellom føringslagets vindinger.

Ifølge ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten kan man for å oppnå den korrekte avstand mellom vindingene i førings-laget vikle ytterligere en føringstråd i side-ved-side forhold til den førstnevnte føringstråd, idet den ytterligere føringstråden fjernes og således etterlater et rom mellom hosliggende vindinger av den førstnevnte føringstråden.

Det kan være fordelaktig ved utførelse av fremgangsmåten å la den første føringstråden ha mindre diameter enn basistråden og la den andre føringstråden ha større diameter.

I tillegg vil det, ifølge fremgangsmåten være fordelaktig å påføre et klebemiddel på filamentet, og fjerne de viklede basis- og føringsfilamentlagene som en enhet fra spindelen. Minst det innerste filamentlaget kan vikles separat fra de resterende filamentlag og blir separat fjernet forut for fjerning av de resterende filamentlag fra spindelen.

Med fordel kan nevnte basis- og føringslag dannes av en enkelt kontinuerlig basistråd, idet basislaget vikles i en første retning, viklingsretningen så omsnus til å danne føringslaget, og endene av nevnte basistråd festes til spindelen.

Ifølge ytterligere utførelsesform av fremgangsmåten er basis-trådens diameter er en halvdel av viklingsstigningen. Et par flenser kan monteres på spindelen i adskilt forhold, og filamentlagene kan vikles med de ytterste endevindinger dannende kontakt med flensene. Videre kan føringslagets vindinger være adskilt fra hverandre med en hel viklingsstigning.

Ved den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes således en filamentvikling (f.eks. tråd, optisk fiber) der hvert lag har et flertall av vindinger som er lagt mellom vindinger på det underliggende lag, idet hver vindinger krysser over underliggende vindinger i minst to regioner. Hver kryssende filamentvinding har en fremføring i en krysningsregion som i alt vesentlig er på linje med en overkrysningsregion i det underliggende lag. Viklingen som dermed frembringes muliggjør oppnåelse av en vikling som har rettvinklede ender og forbedret volumetrisk virkningsgrad.

Disse viklinger kan lages ved hjelp av høyhastighets, automatiske maskinteknikker. En særlig fordelaktig bruk av viklinger som er beskrevet her og som er laget for utlegging fra innsiden, er å tilveiebringe en dataforbindelse fra et utskutt missil til dets utskytningssted.

Viklingsfremgangsmåten ifølge oppfinnelsen innbefatter således å legge ned basis-trådlaget på spindelen over hvilken føringslaget dannes, idet føringlagvindingen legges i trådlaget og adskilt. Filamentviklingen dannes ved plas-sering i rommene mellom vindinger i føringslaget.

Det klebende bindemidlet tilføres filamentet når det vikles. Etter herding av bindemidlet blir flere filamentlag som kan kastes og som er lagt ned på føringstråden før det virkelige filamentet, fjernet, hvilket tillater viklingen å bli fjernet fra spindelen. På denne måte kan basislaget forbli på spindelen og kan anvendes på ny.

Føringstrådlaget kan legges ned ved hjelp av en bifilær teknikk der to tråder med avvikende diametere (f.eks. 6 og 3 mil over en 5 mil trådbasis) vikles side-ved-side og den større tråden fjernes, hvilket etterlater det ønskede gapet for mottakelse av filamentet.

Oppfinnelsen skal nå nærmere beskrives med henvisning til de vedlagte tegningsfigurer. Fig. IA er et perspektivriss over en tidligere kjent vikling, og Fig. IB er en stilisert illustrasjon av ukontrollerte overkrysninger som fremkommer ifølge tidligere kjente viklinger. Fig. 2A er et perspektivriss over en innsideutleggings-filamentvikling, fig. 2B og 2C er stilisert visning av en vikling ifølge oppfinnelsen som har forbedrede overkrysninger og snittriss av samme, og fig. 2D er en stilisert visning av en alternativ viklingsgeometri. Fig. 3 er et sidevertikalriss av en spindel og vikling ifølge den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er et sidevertikalriss av en spindel med fjernbare flenser. Fig. 5A og 5B er illustrerende riss av viklinger i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 6A og 6B er illustrerende riss som viser viklinger med offerlagene fjernet.

Slik som her anvendt betyr "stigning" (pitch) den aksielle fremføring av viklingen som er knyttet til en vinding.

Slik som anvendt her, betyr uttrykket "filament" optisk fiber, men kan også mere generelt innbefatte ledninger, fibre, rør, slanger og andre gjenstander som skal vikles. Ser man nå på tegningene og særlig fig. IA, er en filament-utdeler 10 ifølge den kjente teknikk vist med avsmalnet konstruksjon for å redusere trekk på filamentet 12 når det fjernes fra en ende. En første mangel er at den avsmalnede konstruksjonen ikke er volumetrisk effektiv. Dessuten, ettersom alternative lag vikles motsatt, foreligger spørs-målet om å opprettholde regelmessig overkrysningsgeometri for å oppnå en presisjonsfilamentvikling. Stiplede linjer 14 definerer området innenfor hvilket overkrysningene typisk skjer på en viklingsspole.

Alternative viklingslag er blitt viklet som høyre og venstre spiraler, hvilket resulterer i at et filament krysser over et underliggende filament to ganger for hver vinding. Tidligere ble presisjonsfilamentvikling kun oppnådd ved å avbryte vikling for manuelt å justere (massere) overkrysninger eller risikere viklingsforstyrrelser som skyldtes ukontrollert overkrysningsmønstre. Et typisk overkrysningsmønster som er oppnådd tidligere er vist i fig. IB. Ikke bare kan feil-aktige overkrysninger (f.eks. stablet i en eller noen få posisjoner) forstyrre vikling, men de kan også hindre dannelse av rettvinklede ender som er ønskelig for anvendelser med utlegging fra innsiden.

Det skal nå vises til figurene 2A-2C som viser filament-viklingene ifølge denne oppfinnelse. Fig. 2A viser en vikling 16 for utlegging fra innsiden med to overkrysnings-regioner 18 og 20 og som har rettvinklede ender 22 og 24. Viklingen har en total sylindrisk form og filamentet 26 trekkes av fra spolens indre i hva som benevnes utlegging fra innsiden. Det vil sees at overkrysningsregionen roterer eller går foran om viklingen som fordeler potensielle overkrysningsoppbygninger i overkrysningsregionene. Fig. 2B og 2C viser den forbedrede overkrysningsløsning i nærmere detalj og særlig når de skjer i henholdsvis tett viklede og dypt anordnede versjoner. Fig. 4 viser en viklingsform 28 som er særlig fordelaktig for å utøve denne oppfinnelse, innbefattende en generelt sylindrisk spindel 30 med to fjernbare flenser 32 og 34 som er festet på de to endene av spindelen på en måte som tillater aksiell posisjon og helning å bli nøyaktig justert til den ønskede posisjon relativt mønsteret på spindelen. Hver flens har en flat flate 36 som strekker seg radielt vekk fra spindelens omkretsmessige overflate. Viklingsrommet 38 som er definert av den omkretsmessige spindeloverflaten og de to flensflatene 36 vil enten være rektangulære eller kvadratiske i tverrsnitt, avhengig av den aksielle avstand av flensene langs spindelen. En filamentvikling utviklet i rom 38 og som avrettes mot flater 36 vil inneha den optimale volumetriske virkningsgrad når alle andre ting er like.

For de nærmere detaljer vedrørende en første utførelsesform av denne oppfinnelse skal det nå vises til fig. 3. Spindelen 30 sees særlig å innbefatte en første eller hovedomkrets-messig overflate 40 med en første diameter, en andre omkretsmessig overflate 42 med en andre diameter som er større enn den første, idet sistnevnte overflate er plassert hosliggende en spindelende og strekker seg over kun en relativt kort aksiell distanse. En konisk vegg 44 møter overflatene 40 og 42, idet vinkelen for forbindelsesstedet med 42 overskrider 90° . Det antas at en vikling skal lages av en optisk fiber 46. Før begynnelse med det optiske fiberens vikling og før lokalisering av flensene 32 og 34 på plass på spindelen, blir ett lag av en basistråd 48 spiral-viklet på spindeloverflaten 40, i alt vesentlig dekkende overflaten med den siste vikling 50 hevet noe på den koniske veggen eller leppen 44 som forkiler basistrådlaget fast på plass. Denne forkiling er alltid under eller nedenfor de deretter viklede føringslag og forstørrer derfor ikke flensene. Ved fullførelse av vinding 50 fortsetter basistråden å bli viklet tilbake på basislaget som danner et føringlag 52 hvor hosliggende vindinger anordnes med basislaget slik at de adskilles fra hverandre med én trådbredde. Basistrådendene festes ved hjelp av konven-sjonelt anker som eksempelvis (ikke vist) fast lokaliserer basis og føringslagene til spindelen. Flensene strekker seg over de første få vindinger av basis- og føringslagene ved hver ende som kan frembringe en viss uregelmessighet ved endene i den endelige viklingen. Et lite rom 54 eksisterer mellom flensenes indre overflate og de ytterste deler av føringslaget, hvilket tillater lett montering og fjerning av flensen uten å forstyrre enten førings- eller basislaget.

På den motsatte side av spindelen er føringstråden i lag 52 forskjøvet med en basistråddiameter på grunn av fremførings-trinnene som har halv stigning. Dette resulterer i halv-viklings-stigningsgapet mellom flensoverflaten 36 og det optiske fiberelementet 46 i lag to 56. Ved hjelp av denne geometri vil hvert optiske fiberlags ender med en halv vinding støtte mot flensoverflaten 36, etterfulgt av en halv vinding, også støtende mot flensen, som heves opp til det neste laget.

Fig. 5A er et illustrerende riss som viser både plan og f ilamentenderiss av en vikling laget på den måte som er beskrevet. For lettere forståelse er en del 58 av basis-trådens 48 lag vist uten dekkende lag, og likeledes er flere føringstråder etterlatt frilagt og benevnt som 60.

Under utvikling av den optiske filamentvikling 64 (fig. 3) blir et klebende bindemiddel påført filamentet som bevirker viklingen til å bli opprettholdt enhetlig. Ved fullførelse av viklingen, blir flensene fjernet og flere av de innerste optiske filamentlag 66 trekkes ut og ødelegges, hvilket tillater selve viklingen å bli tatt av spindelen (fig. 6A og 6B). Basistråd og føringslagene kan forbli på spindelen og kan anvendes på ny. Ikke bare forbedrer fjerning av de kastbare lag 66 viklingsfjerning fra spindelen, men reduserer også filament-strekkpåkjenninger som kan være blitt frembragt under vikling.

Resultanten, eller den endelige vikling som er benevnt som 68 har avrettede ytre overflater som gir et i alt vesentlig rektangulært tverrsnitt som er volumetrisk effektivt (fig. 2A). Dessuten, ettersom overkrysningene er symmetrisk anordnet, kan filamentutlegging under bruk gjøres fra innsiden av viklingen uten å utsette filamentet for for stor påkjenning eller frembringe mikrobøyning som er kjent for å redusere optiske signaltransmisjon.

For den følgende beskrivelse av en andre utførelsesform av oppfinnelsen skal det nå vises til fig. 5B. Den primære forskjell fra den først beskrevne utførelsesformen er måten som føringstråden er lagt ned på basislaget for å oppnå det adskilte forhold som er nødvendig for å anordne filamentviklingen med en større diameter derimellom. Det første eller basislaget 62 kan dannes enten ved å vikle fra venstre mot høyre eller fra høyre mot venstre, bortsett fra at trådenden må festes til spindelen. Det andre laget eller føringslaget er dannet ved en "bi-filar" teknikk der to tråder, en tråd 70 med stor diameter og en tråd 72 med mindre diameter, er viklet side ved side til å danne hele laget. Tråden 70 med den større diameter blir så fjernet, hvilket etterlater tråden 72 med en mindre diameter anordnet i basislaget og adskilt til å motta det optiske fiber 46 i rommene mellom føringstråden. Den mindre tråden får så sine ender festet (ikke vist) og alt forøvrig forblir det samme.

Selv om filamenter og basistråder av andre dimensjoner kan finnes fordelaktige, er utmerkede resultater oppnådd med et optisk fiber som har en diameter lik ca. 0,0254 cm, en basistråd lik 0,0127 cm, en tråd 70 med stor diameter lik 0,01524 cm og en føringstråd 72 med mindre diameter lik 0,00762 cm.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for å danne en filamentvikling fra et filament (46) av en gitt diameter på en spindel (30) som har minst en radielt forløpende flens (32, 34), omfattende å innpakke filamentet i en første innpakkingsretning med ytterste endevinding i kontakt med flensen for å dannet et filamentlag, å reversere nevnte første innpakkingsretning for slikt filament for å danne ytterligere lag, idet hvert har en ytterste vinding som danner kontakt med flensen, hvorved en filamentvikling dannes, karakterisert ved å vikle en basistråd (48, 62) for å danne et basislag på spindelen, idet nevnte basistråd har en diameter som er mindre enn nevnte diameter til filamentet, og i et ytterligere lag å vikle basistråden (52, 72) på spindelen over basislaget med anbragte vindinger adskilt, slik at det dannes et føringslag for filamentene som vikles over føringslaget i rommene mellom føringslagets vindinger.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at man for å oppnå den korrekte avstand mellom vindingene i føringslaget vikler ytterligere en føringstråd (70) i side-ved-side forhold, til den førstnevnte føringstråd (72), idet den ytterligere føringstråden (70) fjernes og således etterlater et rom mellom hosliggende vindinger av den førstnevnte føringstråden (72).

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved dessuten å innbefatte trinnene: å påføre et klebemiddel på filamentet, og å fjerne de viklede basis- og førings-filamentlagene som en enhet fra spindelen.

4 . Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 3, karakterisert ved at minst det innerste filamentlaget er viklet separat fra de resterende filamentlag og blir separat fjernet forut for fjerning av de resterende filamentlag fra spindelen.

5 . Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1, 3 eller 4,karakterisert ved at nevnte basis- og føringslag er dannet av en enkelt kontinuerlig basistråd, idet basislaget er viklet i en første retning og at viklingsretningen så omsnus til å danne føringslaget, og at endene av nevnte basistråd festes til spindelen.

6. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 eller 3-5, karakterisert ved at basis-trådens diameter er en halvdel av viklingsstigningen.

7 . Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 eller 3-6, karakterisert ved at et par flenser monteres på spindelen i adskilt forhold, og at filamentlagene vikles med de ytterste endevindinger dannende kontakt med flensene.

8. Fremgangsmåte som angitt i et hvilket som helst av kravene 1, eller 3-7, karakterisert ved at føringslagets vindinger er adskilt fra hverandre med en hel viklingsstigning.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at den første føringstråden er mindre i diameter enn basistråden og den andre føringstråden er større.