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WO2000037980A1 - Coil form for quickly unwinding an optical fibre and output device for an optical fibre - Google Patents

Coil form for quickly unwinding an optical fibre and output device for an optical fibre Download PDF

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Publication number
WO2000037980A1
WO2000037980A1 PCT/DE1999/003739 DE9903739W WO0037980A1 WO 2000037980 A1 WO2000037980 A1 WO 2000037980A1 DE 9903739 W DE9903739 W DE 9903739W WO 0037980 A1 WO0037980 A1 WO 0037980A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cylinder
thermal expansion
optical waveguide
bobbin according
coefficient
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/DE1999/003739
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Elmar Albert
Kuno Roder
Helmut Braun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Original Assignee
LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH filed Critical LFK Lenkflugkoerpersysteme GmbH
Publication of WO2000037980A1 publication Critical patent/WO2000037980A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H55/00Wound packages of filamentary material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/04Kinds or types
    • B65H75/08Kinds or types of circular or polygonal cross-section
    • B65H75/10Kinds or types of circular or polygonal cross-section without flanges, e.g. cop tubes
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/44Mechanical structures for providing tensile strength and external protection for fibres, e.g. optical transmission cables
    • G02B6/4439Auxiliary devices
    • G02B6/4457Bobbins; Reels

Definitions

  • the present invention relates to a coil former for quickly unwinding an optical waveguide and an output device for optical waveguides.
  • Aircraft are connected to a steering point even after takeoff. This can e.g. B. in a guided missile by an optical transmission chain.
  • An optical waveguide which is wound on a coil former, is usually used for this.
  • the optical fiber is unwound from a container.
  • Such output devices which are constructed from the coil former and from an optical waveguide in the form of a winding package, must be able to extend the optical waveguide over very long lengths, e.g. B. can be 60 km and more to handle at very high speeds.
  • Very high demands are also placed on the strength of the winding package, in order, for. B. not to be destroyed or damaged in the event of vibrations or a mechanical or thermal shock, so that a functional failure occurs when the coil is unwound.
  • the individual turns and the layers are glued together when winding the coil body.
  • the gluing should also avoid that several turns or layers are pulled out simultaneously when the optical waveguide is quickly pulled off. This would lead to the fiber optic being torn off and the system failing.
  • the optical waveguide or the optical fiber essentially consists of a glass body for guiding the light and a coating or plastic coating.
  • the coating serves to protect the vitreous from physical or chemical influences and reduces the microbending, ie the attenuation of the light passed through the optical waveguide due to partial pressures on the optical waveguide.
  • the coating can consist of one or more layers of different types of plastic, which are usually very soft types of plastic.
  • Output device for an optical waveguide to be provided with a bobbin, which is made of an orthotrophic composite material, so that the thermal expansion coefficient of the bobbin corresponds in the circumferential direction to the thermal expansion coefficient of the optical fiber in the longitudinal direction and the axial thermal expansion coefficient of the bobbin corresponds to the lateral thermal expansion coefficient of the optical fiber.
  • a bobbin which is made of an orthotrophic composite material, so that the thermal expansion coefficient of the bobbin corresponds in the circumferential direction to the thermal expansion coefficient of the optical fiber in the longitudinal direction and the axial thermal expansion coefficient of the bobbin corresponds to the lateral thermal expansion coefficient of the optical fiber.
  • EP 0616 237 B1 therefore proposes to provide the coil with a heating device which is connected to a power or heat supply. This is intended to keep the output device with the coil and the winding package within narrow temperature limits, so that the thermal contraction or expansion of the coil body and the optical fiber are limited.
  • this system is very complex, since an additional energy supply is required in the output device carried by the missile.
  • a very high output and an extremely precise adjustment of the heating output before and after the start are required in order to maintain a constant temperature maintain.
  • the bobbin according to the invention for the rapid unwinding of an optical waveguide comprises at least two cylinders which have a different coefficient of thermal expansion, the thermal expansion coefficient of the first cylinder being adapted in the radial direction to the thermal expansion coefficient of a light-guiding part or glass body of the optical waveguide to be unwound from the coil former and the coefficient of thermal expansion of the second cylinder is adapted in the axial direction to the average coefficient of thermal expansion of the optical waveguide.
  • the second cylinder may have one or more slots in the axial direction, the width of the slot advantageously being selected such that it is just closed at the highest possible temperature of the coil system. Through the slot can be a simple. achieve particularly good adaptation of the expansion behavior of the coil body to the expansion behavior of the winding package.
  • the second cylinder or supporting cylinder is preferably slidably slidable on the first cylinder or guide cylinder, wherein a sliding layer, such as silicone, graphite or the like, is advantageously located between the supporting cylinder and the guide cylinder.
  • the first cylinder z. B. movably connected in the axial direction to the second cylinder.
  • the second cylinder is advantageously fixed to the first cylinder at points or along a line.
  • the second cylinder can have a cylindrical or conical surface for winding with the optical waveguide, which is preferably provided with parallel grooves or with a helical groove. This ensures that the first layer of the turns of the optical waveguide sits stably on the coil former due to its inclusion in the groove, whereby the strength of the winding package against shifting of turns is further increased.
  • the surface of the second cylinder for winding with the optical waveguide can also be wound with one or more layers of a material with a similar diameter and in the same arrangement as the optical waveguide.
  • One or more first layers on the support cylinder which do not have the function of signal transmission but are used as blind layers, can further increase security.
  • the second cylinder is advantageously designed in such a way that it has a thin wall in relation to the first cylinder or is thin-walled. This also results in a particularly good adaptation of the coil body to the winding package in the event of temperature fluctuations.
  • the first and / or the second cylinder can e.g. B. made of metal, ceramic, plastic or a combination of the materials.
  • the output device for optical waveguides according to the invention comprises a winding package consisting of an optical waveguide and the coil former according to the invention, which carries the winding package.
  • Figure 1 shows a first embodiment of the bobbin according to the invention with a support and a guide cylinder
  • Figure 2 shows schematically a cross section through a support cylinder with a continuous slot
  • Figure 3 shows a schematic representation of a conical bobbin according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 shows a schematic section of a longitudinal section through a
  • Figure 5 is a schematic diagram of an output device for
  • Optical fiber in a longitudinal section shows
  • FIG. 6 shows the structure of an optical waveguide as it is from the invention
  • Coil body or the output device is worn in operation.
  • FIG. 1 shows a cylindrical coil former 1 with different coefficients of thermal expansion in the radial and axial directions as the first preferred embodiment of the invention.
  • the bobbin 1 has a guide cylinder 12 on which a support cylinder 13 is seated.
  • the support cylinder 13 is arranged on the guide cylinder 12 so that its inner surface slides on the outer surface or outer peripheral surface of the guide cylinder 12. Between the sliding surfaces of Guide and support cylinder is introduced with a lubricant, such as. B. silicone, graphite or the like.
  • the two cylinder elements 12, 13 are point-connected to one another via a fixation 15.
  • the support cylinder 13 can also be connected to the guide cylinder 12 along a diameter line.
  • the coil former 1 serves to receive an optical waveguide 14 or an optical fiber with a core made of glass, which is surrounded by a coating or plastic coating, in the form of a winding package 2.
  • the area. of the bobbin 1, which serves to receive the winding package 2, consists of two parts, as shown in Figure 1.
  • the two parts of the coil former 1 have different coefficients of thermal expansion.
  • the coefficient of thermal expansion of the guide cylinder 12 corresponds to that of the glass body of the optical waveguide or is adapted or approximated to this.
  • the support cylinder 13 is made of a material whose coefficient of thermal expansion is adapted to, or approximates, the average coefficient of thermal expansion of the optical waveguide 14.
  • the support cylinder 13 is designed as a thin shell, i. H. its wall thickness is small compared to that of the guide cylinder 12.
  • the support cylinder 13 has a continuous longitudinal slot 25, as shown in Figure 2.
  • the different thermal expansions of the support and guide cylinders are compensated in the axial direction due to the sliding guidance of the support cylinder 13 on the guide cylinder 12 or due to the play adjustment.
  • the different thermal expansions of the two cylindrical elements 12, 13 are compensated in the radial direction by the slot 25 in the support cylinder 13, which increases or decreases as the temperature changes.
  • the outer surface of the coil former 1, on which the optical waveguide 14 is wound has the thermal expansion coefficient 0.5z of the support cylinder 13 in the axial direction and the thermal expansion coefficient z of the guide cylinder 12 in the radial direction.
  • the coil former Since the coefficient of thermal expansion ⁇ Z of the guide cylinder 12 approximates or corresponds to the coefficient of thermal expansion OQ ⁇ ⁇ S , the coil former has a coefficient of thermal expansion ⁇ $ ⁇ r in the radial direction which approximates or corresponds to that of glass, ie “SK. r S CXGlas (•) ⁇
  • the thermal expansion coefficient of the coil former 1 in the axial direction ⁇ S ⁇ , z corresponds to the thermal expansion coefficient ⁇ sz of the support cylinder 13, which is approximated to the average thermal expansion coefficient of the winding package 2 in the Z direction, ie in the axial direction, or corresponds to it, ie it applies :
  • d L is the outer diameter of the optical waveguide and d G las is the diameter of the glass body of the optical waveguide.
  • d L WL is 250 ⁇ m and d G i as 125 ⁇ m, ie in this case the outer diameter d W L of the optical waveguide 14 is twice as large as the diameter d oias of the glass body. With this ratio of diameters, the average coefficient of thermal expansion of the optical waveguide 14 or of the winding package 2 in the Z direction results
  • ⁇ oi- s is the linear thermal expansion coefficient of the glass used.
  • the soft coating of the optical fiber is insignificant and adapts to the length of the glass. If the glass is placed in a ring, ie on one
  • ⁇ d, d ⁇ glass - ⁇ T (6) .
  • equation (6) also applies to the radial expansion.
  • the expansion behavior of the glass is forced on the coating.
  • the thermal expansion coefficient of the winding package is anisotropic.
  • the coil former 1 is adapted to the anisotropic thermal expansion behavior of the winding package 2. If the temperature of the system, for example, lowered so, the winding package 2-pulling direction Z in order to bridge ⁇ Lwi i package according to the above equation (7) together, and is carried out in the radial direction
  • the coil former 1 is constructed from two nested cylindrical elements 12, 13, which have the thermal expansion coefficients ⁇ oi as and ⁇ z defined above, the movement of the surface of the coil former 1 is adapted to that of the winding package 2 when the temperature changes. Therefore, tensions in the winding package 2, which could lead to tears, are avoided and friction between the layers is prevented. The adhesive connections remain stable and the security of the system is guaranteed.
  • the coil former 1 behaves as follows when the temperature changes ⁇ T:
  • the diameter Dp of the guide cylinder 12 changes according to the equation
  • the bobbin 1 is to be designed so that the relative error F goes to 0.
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the coil former according to the invention, which has different coefficients of thermal expansion in radial and axial directions
  • a support cylinder 23 is arranged on the guide cylinder 12 with a conical or tapered jacket surface 23a, which serves to support the turns of the optical waveguide 14.
  • the fixation 15 can be arranged at any point.
  • a conical coil body 1 which, as described above, is made up of two elements 12, 23 with different coefficients of thermal expansion, the thermal behavior of the coil body 1 is adapted to the anisotropic thermal behavior of the winding package 2.
  • the guide cylinder 12 is screwed on one side directly to a flange, which is not shown in the figures.
  • the flange can also be connected to the guide cylinder 12 by another connection technique. It is also made of a material whose coefficient of thermal expansion approximates or corresponds to that of glass.
  • FIG. 4 shows the surface of a support cylinder 33 in accordance with a further embodiment of the invention in an enlarged, partial longitudinal section.
  • the circumferential or jacket surface of the coil former 1 or support cylinder 33 is provided with grooves 38 which act as a guide for the optical fiber to be wound or unwound 14 serve instead of grooves, a spiral-like groove in the surface 23a of the support cylinder 33 can also be designed as a guide for the optical waveguide 14. As a result, the optical waveguide 14 is secured even better against slipping or damage due to tension or friction
  • the outer surface of the support cylinder 13, 23, 33 can thus be cylindrical, conical, smooth or provided with grooves
  • the first two layers wound on the support cylinders are designed only as blind layers, ie they do not have the function of a signal transmission between a steering point and the moving object. This ensures a particularly high level of security and stability of the data transmission, since any stress that may still occur in the lowermost layers does not impair the signal transmission
  • the support cylinder can also be constructed from several parts and z. B. include several shells, which can be obtained in particular by multiple slits.
  • FIG. 5 schematically shows a longitudinal section through an output device for optical fibers according to the invention.
  • the output device consists of a coil former 1 according to the invention, as described above.
  • the winding package 2, which is formed from a multiplicity of layers of the optical waveguide 14, is arranged on the conical outer surface of the coil former 1.
  • a flange 50 is arranged on the end face of the coil former 1.
  • Coil body 1 and winding package 2 form a coil which is arranged in a sheath 3.
  • the withdrawal direction for the optical waveguide 14 is indicated in FIG.
  • the trigger device according to the invention with the bobbin described above ensures safe and stable carrying and pulling or unwinding of the optical waveguide 14, even at the extremely high speeds such.
  • B. a rocket, which carries the output device or the payout system and is connected to a steering station on the ground when flying through the optical fiber. Even with large temperature changes, such as. B. occur in extreme climatic conditions, the stability of the turns and thus the security of data transmission is guaranteed due to the invention.
  • FIG. 6 shows a cross section of an optical waveguide, as is used in connection with the present invention, in a schematic representation.
  • the optical waveguide 14 has a glass body 14a in its interior, which is surrounded by a coating 14b, which can consist of several layers.
  • a mode field 14c is formed as the actual light-guiding core.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)

Abstract

The invention relates to a coil form (1) for quickly unwinding an optical fibre (14) for transmitting data between a moving object and a control station. Said coil form (1) comprises a guide cylinder (12) on which a support roller (13) is mounted in an axially moveable or sliding manner. The guide cylinder (12) has a thermal expansion coefficient which is adapted or corresponds to the thermal expansion coefficient of a glass body which is arranged in the optical fibre (14). The support roller (13) has a thermal expansion coefficient which corresponds or is approximated to the mean thermal expansion coefficient of the optical fibre (14) which is embodied as a winding unit (2). The movement of the outer surface of the coil form (1) is adapted to the anisotropic thermal behaviour of the winding unit (2) when there is a change in temperature. The support roller (13) has a longitudinal slit and is connected to the guide cylinder (12) via a fixing element (15). Displacement of the windings of the optical fibre (14) and tensions and fractures due to variations in temperature are avoided and the security of data transmission is guaranteed.

Description

Spulenkörper zum schnellen Abwickeln eines Lichtwellenleiters und Ausgabevorrichtung für Lichtwellenleiter Bobbin for the rapid unwinding of an optical fiber and output device for optical fibers

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Spulenkörper zum schnellen Abwickeln eines Lichtwellenleiters und eine Ausgabevorrichtung für Lichtwellenleiter.The present invention relates to a coil former for quickly unwinding an optical waveguide and an output device for optical waveguides.

Zum Austausch von Navigationsdaten ist es oftmals erforderlich, daß Fahrzeuge bzw.To exchange navigation data, it is often necessary for vehicles or

Luftfahrzeuge auch nach dem Start mit einer Lenkstelle verbunden sind. Dies kann z. B. bei einem gelenkten Flugkörper durch eine optische Übertragungskette erfolgen.Aircraft are connected to a steering point even after takeoff. This can e.g. B. in a guided missile by an optical transmission chain.

Üblicherweise wird hierzu ein Lichtwellenleiter verwendet, der auf einem Spulenkörper aufgewickelt ist. Zum Zwecke der Datenübertragung zwischen einem Vehikel und einer davon entfernten Stelle wird der Lichtwellenleiter von einem Behälter aus abgewickelt.An optical waveguide, which is wound on a coil former, is usually used for this. For the purpose of data transmission between a vehicle and a remote location, the optical fiber is unwound from a container.

Dieser kann sich z. B. an einer Rakete, einem Flugkörper, einem Luftfahrzeug, einem sich in der Luft befindlichen Gegenstand, einem Landfahrzeug, einem Wasserfahrzeug oder an einem Unterwassergerät befinden.This can z. B. on a rocket, a missile, an aircraft, an object in the air, a land vehicle, a watercraft or an underwater device.

Derartige Ausgabevorrichtungen, die aus dem Spulenkörper und aus einem Lichtwellenleiter in Form eines Wickelpakets aufgebaut sind, müssen in der Lage sein, den Licht- Wellenleiter über sehr große Längen, die z. B. 60 km und mehr betragen können, bei sehr hohen Geschwindigkeiten abzuwickeln. Auch an die Festigkeit des Wickelpakets werden sehr hohe Anforderungen gestellt, um z. B. bei Vibrationen oder einem mechanischen oder thermischen Schock nicht zerstört bzw. beschädigt zu werden, so daß beim Abwickeln von der Spule ein Funktionsausfall entsteht. Um dem Wickelpaket die notwendige Festigkeit zu verleihen, werden beim Bewickeln des Spulenkörpers die einzelnen Windungen und die Lagen miteinander verklebt. Neben der erhöhten Festigkeit soll die Verklebung auch vermeiden, daß mehrere Windungen oder Lagen beim schnellen Abziehen des Lichtwellenleiters gleichzeitig herausgezogen werden. Dies würde zum Abreißen des Lichtwellenleiters und damit zum Ausfall des Systems führen.Such output devices, which are constructed from the coil former and from an optical waveguide in the form of a winding package, must be able to extend the optical waveguide over very long lengths, e.g. B. can be 60 km and more to handle at very high speeds. Very high demands are also placed on the strength of the winding package, in order, for. B. not to be destroyed or damaged in the event of vibrations or a mechanical or thermal shock, so that a functional failure occurs when the coil is unwound. In order to give the winding package the necessary strength, the individual turns and the layers are glued together when winding the coil body. In addition to the increased strength, the gluing should also avoid that several turns or layers are pulled out simultaneously when the optical waveguide is quickly pulled off. This would lead to the fiber optic being torn off and the system failing.

Der Lichtwellenleiter bzw. die optische Faser besteht im wesentlichen aus einem Glaskörper zum Führen des Lichts und einem Coating bzw. Kunststoffüberzug. Das Coating dient dem Schutz des Glaskörpers vor physikalischen oder chemischen Einflüssen und mindert das Mikrobending, d. h. die Dämpfung des durch den Lichtwellenleiter hindurchgeführten Lichts infolge partieller Drücke auf den Lichtwellenleiter. Das Coating kann dabei aus einer Schicht oder auch aus mehreren Schichten verschiedener Kunststoff arten bestehen, wobei es sich normalerweise um sehr weiche Kunststoffarten handelt. Heute werden zumeist Lichtwellenleiter mit einem Glasdurchmesser von ca. 125 μm und einem Gesamtdurchmesser von ca. 250 μm eingesetzt.The optical waveguide or the optical fiber essentially consists of a glass body for guiding the light and a coating or plastic coating. The coating serves to protect the vitreous from physical or chemical influences and reduces the microbending, ie the attenuation of the light passed through the optical waveguide due to partial pressures on the optical waveguide. The coating can consist of one or more layers of different types of plastic, which are usually very soft types of plastic. Today, mostly optical fibers with a glass diameter of approx. 125 μm and a total diameter of approx. 250 μm are used.

Dabei besteht jedoch das Problem, daß bei Temperaturschwankungen, die z. B. auf¬ grund unterschiedlicher klimatischer Bedingungen auftreten können, im Wickelpaket Spannungen oder Risse auftreten können. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Spulenkörpers einerseits und des Wickelpakets andererseits können auch zur Verschiebung oder zum Lösen von Windungen und damit zum Versagen des Systems führen.However, there is the problem that with temperature fluctuations, the z. B. can occur on ¬ due to different climatic conditions, the winding package may occur stresses or cracks. The different thermal expansion coefficients of the coil body on the one hand and the winding package on the other hand can also lead to displacement or loosening of turns and thus to failure of the system.

In der US 4,995,698 wird zur Lösung des Problems vorgeschlagen, eineNo. 4,995,698 proposes a solution to the problem

Ausgabevorrichtung für einen Lichtwellenleiter mit einem Spulenkörper zu versehen, der aus einem orthotrophen Kompositwerkstoff gefertigt ist, so daß der Wärmeausdehnungskoeffizient des Spulenkörpers in Umfangsrichtung dem Wärmeausdehnungskoeffizienten der optischen Faser in Längsrichtung entspricht und der axiale Wärmeausdehnungs- koeffizient des Spulenkörpers dem lateralen Wärmeausdehnungskoeffizienten der optischen Faser entspricht. Jedoch ist es in der Praxis schwierig und aufwendig, ein geeignetes ortotrophes Material zur Verfügung zu stellen, das den hohen Anforderungen genügt.Output device for an optical waveguide to be provided with a bobbin, which is made of an orthotrophic composite material, so that the thermal expansion coefficient of the bobbin corresponds in the circumferential direction to the thermal expansion coefficient of the optical fiber in the longitudinal direction and the axial thermal expansion coefficient of the bobbin corresponds to the lateral thermal expansion coefficient of the optical fiber. In practice, however, it is difficult and expensive to provide a suitable ortotrophic material which meets the high requirements.

In der EP 0616 237 B1 wird daher vorgeschlagen, die Spule mit einer Heizeinrichtung zu versehen, die mit einer Strom- oder Wärmeversorgung verbunden ist. Dadurch soll die Ausgabevorrichtung mit der Spule und dem Wickelpaket innerhalb enger Temperaturgrenzen gehalten werden, so daß die thermische Kontraktion oder Expansion des Spulenkörpers und der optischen Faser begrenzt werden. Dieses Systeme ist jedoch sehr aufwendig, da eine zusätzliche Energieversorgung in der vom Flugkörper mitgeführten Ausgabevorrichtung erforderlich ist. Darüber hinaus ist bei extremen klimatischen Temperaturschwankungen eine sehr hohe Leistung und eine äußerst genaue Einstellung der Heizleistung vor und nach dem Start erforderlich, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten. Weitere Nachteile dieser Lösung sind, daß das Gerät aufgrund einer notwendigen Aufheizzeit nicht sofort einsetzbar ist, ein zusätzlicher Platz- und Energiebedarf besteht, sowie mögliche Schäden im Wickelpaket beim Abkühlen durch unterschiedliche Wärmeausdehnung zwischen Spulenkörper und Wickelpaket. Beim Einsatz unter erhöhten Termperaturen besteht darüber hinaus keine Kompensationsmöglichkeit.EP 0616 237 B1 therefore proposes to provide the coil with a heating device which is connected to a power or heat supply. This is intended to keep the output device with the coil and the winding package within narrow temperature limits, so that the thermal contraction or expansion of the coil body and the optical fiber are limited. However, this system is very complex, since an additional energy supply is required in the output device carried by the missile. In addition, in the event of extreme climatic temperature fluctuations, a very high output and an extremely precise adjustment of the heating output before and after the start are required in order to maintain a constant temperature maintain. Further disadvantages of this solution are that the device cannot be used immediately due to a necessary heating-up time, there is an additional space and energy requirement, and possible damage to the winding package during cooling due to different thermal expansion between the coil former and the winding package. In addition, there is no possibility of compensation when used under elevated temperatures.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Spulenkörper zum schnellen Abwickeln eines Lichtwellenleiters und eine Ausgabevorrichtung für einen Lichtwellenleiter zu schaffen, der über einen weiten Temperaturbereich eine ausreichende Festigkeit des Wickelpakets gewährleistet und kostengünstig mit den üblicherweise verwendeten Materialien herstellbar ist.It is therefore the object of the present invention to provide a coil former for the rapid unwinding of an optical waveguide and an output device for an optical waveguide which ensures sufficient strength of the winding package over a wide temperature range and can be produced inexpensively using the materials which are usually used.

Diese Aufgabe wird durch den Spulenkörper gemäß Patentanspruch 1 und die Ausgabevorrichtung gemäß Patentanspruch 13 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Details der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.This object is achieved by the bobbin according to claim 1 and the output device according to claim 13. Further advantageous features, aspects and details of the invention result from the dependent claims, the description and the drawings.

Der erfindungsgemäße Spulenkörper zum schnellen Abwickeln eines Lichtwellenleiters umfaßt mindestens zwei Zylinder, die einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Zylinders in radialer Richtung an den Wärmeausdehnungskoeffizienten eines lichtführenden Teils bzw. Glaskörpers des vom Spulenkörper abzuwickelnden Lichtwellenleiters angepaßt ist und der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Zylinders in axialer Richtung an den mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lichtwellenleiters angepaßt ist. Dadurch wird gewährleistet, daß die Verklebung zwischen den Windungen und zwischen den Lagen des Wickelpakets nicht aufgerissen werden, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert. Eine Rißbildung wird verhindert, ohne daß ein besonderes Material oder weitere Stromversorgungs- bzw. Heizeinrichtungen erforderlich sind. Ein stabiles Abwickeln des Lichtwellenleiters ist über einen hohen Temperaturbereich gewährleistet, wodurch die Sicherheit des Systems erhöht wird. Dabei kann der zweite Zylinder in axialer Richtung einen oder mehrere Schlitze aufweisen, wobei die Breite des Schlitzes vorteilhafterweise so gewählt ist, daß er bei der höchstmöglichen Temperatur des Spulensystems gerade geschlossen ist. Durch den Schlitz läßt sich auf einfache Weise eine. besonders gute Anpassung des Ausdehnungsverhaltens des Spulenkörpers an das Ausdehnungsverhalten des Wickelpakets erzielen. Bevorzugt sitzt der zweite Zylinder bzw. Stützzyiinder gleitend verschiebbar auf dem ersten Zylinder bzw._ Führungszylinder, wobei sich zwischen dem Stütz- und dem Führungszylinder vorteilhafterweise eine Gleitschicht, wie beispielsweise Silicon, Graphit o. ä., befindet. Dabei kann der erste Zylinder z. B. in axialer Richtung bewegbar mit dem zweiten Zylinder verbunden sein. Vorteilhafterweise ist der zweite Zylinder punktuell oder entlang einer Linie am ersten Zylinder fixiert. Durch die Spielanpassung zwischen den beiden Zylindern bzw. durch das Gleiten des Stützzylinders in axialer Richtung auf dem Führungszylinder werden die bei Temperaturänderungen auftretenden unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Stütz- und Führungszylinder auch in axialer Richtung auf hervorragende Weise ausgeglichen.The bobbin according to the invention for the rapid unwinding of an optical waveguide comprises at least two cylinders which have a different coefficient of thermal expansion, the thermal expansion coefficient of the first cylinder being adapted in the radial direction to the thermal expansion coefficient of a light-guiding part or glass body of the optical waveguide to be unwound from the coil former and the coefficient of thermal expansion of the second cylinder is adapted in the axial direction to the average coefficient of thermal expansion of the optical waveguide. This ensures that the bond between the windings and between the layers of the winding package is not torn open when the ambient temperature changes. Crack formation is prevented without the need for special materials or additional power supply or heating devices. A stable unwinding of the optical waveguide is guaranteed over a high temperature range, which increases the security of the system. The second cylinder may have one or more slots in the axial direction, the width of the slot advantageously being selected such that it is just closed at the highest possible temperature of the coil system. Through the slot can be a simple. achieve particularly good adaptation of the expansion behavior of the coil body to the expansion behavior of the winding package. The second cylinder or supporting cylinder is preferably slidably slidable on the first cylinder or guide cylinder, wherein a sliding layer, such as silicone, graphite or the like, is advantageously located between the supporting cylinder and the guide cylinder. The first cylinder z. B. movably connected in the axial direction to the second cylinder. The second cylinder is advantageously fixed to the first cylinder at points or along a line. By adjusting the play between the two cylinders or by sliding the support cylinder in the axial direction on the guide cylinder, the different thermal expansions of the support and guide cylinders that occur in the event of temperature changes are also compensated in an excellent manner in the axial direction.

Der zweite Zylinder kann eine zylindrische oder kegelförmige Oberfläche zum Bewickeln mit dem Lichtwellenleiter aufweisen, die bevorzugt mit parallelen Rillen oder mit einer schraubenförmigen Rille versehen ist. Hierdurch wird erreicht, daß die erste Lage der Windungen des Lichtwellenleiters aufgrund seiner Aufnahme in der Rille stabil auf dem Spulenkörper sitzt, wodurch die Festigkeit des Wickelpakets gegenüber einer Verschiebung von Windungen noch erhöht wird. Die Oberfläche des zweiten Zylinders zum Bewickeln mit dem Lichtwellenleiter kann auch mit einer oder mit mehreren Lagen eines Materials mit ähnlichem Durchmesser und in der gleichen Anordnung wie der Lichtwellen- leiter bewickelt sein. Durch eine oder mehrere erste Lagen auf dem Stützzylinder, die nicht die Funktion der Signalübertragung haben, sondern als Blindlagen benutzt werden, kann die Sicherheit noch zusätzlich erhöht werdem.The second cylinder can have a cylindrical or conical surface for winding with the optical waveguide, which is preferably provided with parallel grooves or with a helical groove. This ensures that the first layer of the turns of the optical waveguide sits stably on the coil former due to its inclusion in the groove, whereby the strength of the winding package against shifting of turns is further increased. The surface of the second cylinder for winding with the optical waveguide can also be wound with one or more layers of a material with a similar diameter and in the same arrangement as the optical waveguide. One or more first layers on the support cylinder, which do not have the function of signal transmission but are used as blind layers, can further increase security.

Vorteilhafterweise ist der zweite Zylinder so gestaltet, daß er im Verhältnis zum ersten Zylinder eine geringe Wandstärke hat bzw. dünnwandig ist. Auch hierdurch ergibt sich eine besonders gute Anpassung des Spulenkörpers an das Wickelpaket bei Temperaturschwankungen. Der erste und/oder der zweite Zylinder kann z. B. aus Metall, Keramik, Kunststoff oder eine Kombination der Materialien gefertigt sein. Die erfindungsgemäße Ausgabevorrichtung für Lichtwellenleiter umfaßt ein Wickelpaket aus einem Lichtwellenleiter und dem erfindungsgemäßen Spulenkörper, der das Wickelpaket trägt.The second cylinder is advantageously designed in such a way that it has a thin wall in relation to the first cylinder or is thin-walled. This also results in a particularly good adaptation of the coil body to the winding package in the event of temperature fluctuations. The first and / or the second cylinder can e.g. B. made of metal, ceramic, plastic or a combination of the materials. The output device for optical waveguides according to the invention comprises a winding package consisting of an optical waveguide and the coil former according to the invention, which carries the winding package.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren beschrieben, in denenThe present invention is described below with reference to the figures in which

Figur 1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Spulenkörpers mit einem Stütz- und einem Führungszylinder zeigt;Figure 1 shows a first embodiment of the bobbin according to the invention with a support and a guide cylinder;

Figur 2 schematisch einen Querschnitt durch einen Stützzylinder mit durchgehendem Schlitz zeigt;Figure 2 shows schematically a cross section through a support cylinder with a continuous slot;

Figur 3 eine schematische Darstellung eines kegelförmigen Spulenkörpers gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;Figure 3 shows a schematic representation of a conical bobbin according to another embodiment of the present invention;

Figur 4 einen schematischen Ausschnitt eines Längsschnittes durch einenFigure 4 shows a schematic section of a longitudinal section through a

Spulenkörper gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung zeigt;Coil former according to yet another embodiment of the invention;

Figur 5 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Ausgabevorrichtung fürFigure 5 is a schematic diagram of an output device for

Lichtwellenleiter in einem Längsschnitt zeigt; undOptical fiber in a longitudinal section shows; and

Figur 6 den Aufbau eines Lichtwellenleiters zeigt, wie er vom erfindungsgemäßenFIG. 6 shows the structure of an optical waveguide as it is from the invention

Spulenkörper bzw. der Ausgabevorrichtung im Betrieb getragen wird.Coil body or the output device is worn in operation.

Figur 1 zeigt einen zylindrischen Spulenkörper 1 mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten in radialer und axialer Richung als erste bevorzugte Ausfüh- rungsform der Erfindung. Der Spulenkörper 1 hat einen Führungszylinder 12 auf dem ein Stützzylinder 13 sitzt. Der Stützzylinder 13 ist dabei so auf dem Führungszylinder 12 angeordnet, daß seine Innenfläche auf der Mantelfläche bzw. äußeren Umfangsfläche des Führungszylinders 12 gleitet. Zwischen den aufeinandergleitenden Oberflächen von Führungs- und Stützzylinder ist ein Gleitmittel eingebracht, wie z. B. Silicon, Graphit o. ä. Die beiden Zylinderelemente 12, 13 sind über eine Fixierung 15 punktuelt miteinander verbunden. Der Stützzylinder 13 kann aber auch entlang einer Durchmesserlinie mit dem Führungszylinder 12 verbunden sein. Der Spulenkörper 1 dient zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters 14 bzw. einer optischen Faser mit einem Kern aus Glas, der von einem Coating bzw. Kunststoffüberzug umgeben ist, in Form eines Wickelpakets 2. Der Bereich . des Spulenkörpers 1 , der zur Aufnahme des Wickelpakets 2 dient, besteht somit aus zwei Teilen, wie in Figur 1 dargestellt. Die beiden Teile des Spulenkörpers 1 haben unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Führungszylinders 12 entspricht dabei dem des Glaskörpers des Lichtwellenleiters bzw. ist an diesen angepaßt oder angenähert. Der Stützzylinder 13 ist aus einem Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Lichtwellenleiters 14 angepaßt ist bzw. an diesen angenähert ist.FIG. 1 shows a cylindrical coil former 1 with different coefficients of thermal expansion in the radial and axial directions as the first preferred embodiment of the invention. The bobbin 1 has a guide cylinder 12 on which a support cylinder 13 is seated. The support cylinder 13 is arranged on the guide cylinder 12 so that its inner surface slides on the outer surface or outer peripheral surface of the guide cylinder 12. Between the sliding surfaces of Guide and support cylinder is introduced with a lubricant, such as. B. silicone, graphite or the like. The two cylinder elements 12, 13 are point-connected to one another via a fixation 15. The support cylinder 13 can also be connected to the guide cylinder 12 along a diameter line. The coil former 1 serves to receive an optical waveguide 14 or an optical fiber with a core made of glass, which is surrounded by a coating or plastic coating, in the form of a winding package 2. The area. of the bobbin 1, which serves to receive the winding package 2, consists of two parts, as shown in Figure 1. The two parts of the coil former 1 have different coefficients of thermal expansion. The coefficient of thermal expansion of the guide cylinder 12 corresponds to that of the glass body of the optical waveguide or is adapted or approximated to this. The support cylinder 13 is made of a material whose coefficient of thermal expansion is adapted to, or approximates, the average coefficient of thermal expansion of the optical waveguide 14.

Der Stützzylinder 13 ist als dünne Schale ausgebildet, d. h. seine Wandstärke ist im Vergleich zu der des Führungszylinders 12 gering. Der Stützzylinder 13 hat einen durchgehenden Längsschlitz 25, wie in Figur 2 dargestellt. Die Schlitzbreite b ist möglichst gering gehalten und so ausgelegt, daß der Schlitz 25 bei der oberen Ecktemperatur des Systems, d. h. bei der höchstmöglichen zu erwartenden Temperatur des Spulensystems gerade geschlossen ist, so daß b = 0 ist.The support cylinder 13 is designed as a thin shell, i. H. its wall thickness is small compared to that of the guide cylinder 12. The support cylinder 13 has a continuous longitudinal slot 25, as shown in Figure 2. The slot width b is kept as small as possible and is designed so that the slot 25 at the upper corner temperature of the system, i. H. is just closed at the highest possible temperature to be expected of the coil system, so that b = 0.

Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Stütz- und Führungszylinder werden in axialer Richtung aufgrund der gleitenden Führung des Stützzylinders 13 auf dem Führungszylinder 12 bzw. aufgrund der Spielanpassung ausgeglichen. Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der beiden zylindrischen Elemente 12, 13 werden in radialer Richtung durch den Schlitz 25 im Stützzylinder 13 ausgeglichen, der sich bei Temperaturänderungen vergrößert oder verkleinert. Insgesamt hat somit die äußere Oberfläche des Spulenkörpers 1 , auf die der Lichtwellenleiter 14 aufgewickelt wird, in axialer Richtung den Wärmeausdehnungskoeffizienten 0,5z des Stützzylinders 13 und in radialer Richtung den Wärmeausdehnungskoeffizienten z des Führungszylinders 12. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient α Z des Führungszylinders 12 an den Wärmeausdehnungskoeffizienten O.Q\ΆS angenähert ist bzw. diesem entspricht, hat der Spulenkörper in radialer Richtung einen Wärmeausdehnungskoeffizienten α$κ r der demjenigen von Glas angenähert ist bzw. diesem entspricht, d. h. es gilt «SK.r S CXGlas ( • ) The different thermal expansions of the support and guide cylinders are compensated in the axial direction due to the sliding guidance of the support cylinder 13 on the guide cylinder 12 or due to the play adjustment. The different thermal expansions of the two cylindrical elements 12, 13 are compensated in the radial direction by the slot 25 in the support cylinder 13, which increases or decreases as the temperature changes. Overall, the outer surface of the coil former 1, on which the optical waveguide 14 is wound, has the thermal expansion coefficient 0.5z of the support cylinder 13 in the axial direction and the thermal expansion coefficient z of the guide cylinder 12 in the radial direction. Since the coefficient of thermal expansion α Z of the guide cylinder 12 approximates or corresponds to the coefficient of thermal expansion OQ \ ΆS , the coil former has a coefficient of thermal expansion α $ κ r in the radial direction which approximates or corresponds to that of glass, ie “SK. r S CXGlas (•)

Der Wärmedehnungskoeffizient des Spulenkörpers 1 in axialer Richtung α Sκ, z entspricht dagegen dem Wärmeausdehnungskoeffizienten αsz des Stützzylinders 13, der an den mittleren Wärmeausdehnungskoeffizienten des Wickelpakets 2 in Z-Richtung, d. h. in axialer Richtung, angenähert ist bzw. diesem entspricht, d. h. es gilt:The thermal expansion coefficient of the coil former 1 in the axial direction α S κ , z , on the other hand , corresponds to the thermal expansion coefficient αsz of the support cylinder 13, which is approximated to the average thermal expansion coefficient of the winding package 2 in the Z direction, ie in the axial direction, or corresponds to it, ie it applies :

αSκ,z ≡ αz (2).α S κ, z ≡ α z (2).

Dieser mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient des Wickelpakets 2 in Längs- bzw. Z- Richtung ergibt sich aus der GleichungThis average coefficient of thermal expansion of the winding package 2 in the longitudinal or Z direction results from the equation

(^ L _ <^GIas ) αcoatιnε + ^Glas ' ^Glas (3), αz = υLWL(^ L _ < ^ GIas) α coatιnε + ^ glass ' ^ glass (3), α z = υ fiber

wobei d L der Außendurchmesser des Lichtwellenleiters und d Glas der Durchmesser des Glaskörpers des Lichtwellenleiters ist. Bei den derzeit hauptsächlich verwendeten Lichtwellenleitern in der Telekommunikation beträgt d LWL 250 μm und d Gias 125 μm, d. h. der Außendurchmesser d WL des Lichtwellenleiters 14 ist in diesem Fall doppelt so groß wie der Durchmesser d oias des Glaskörpers. Mit diesem Durchmesserverhältnis ergibt sich der mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient des Lichtwellenleiters 14 bzw. des Wickelpakets 2 in Z-Richtung zuwhere d L is the outer diameter of the optical waveguide and d G las is the diameter of the glass body of the optical waveguide. In the currently mainly used optical waveguides in telecommunications, d L WL is 250 μm and d G i as 125 μm, ie in this case the outer diameter d W L of the optical waveguide 14 is twice as large as the diameter d oias of the glass body. With this ratio of diameters, the average coefficient of thermal expansion of the optical waveguide 14 or of the winding package 2 in the Z direction results

α Z = l αGlas + UCoatιng ) α Z = l α glass + U coating)

2 (4). Bei anderen Durchmesserverhältnissen ist der Faktor V2 in Gleichung (4) entsprechend anzupassen.2 (4). For other diameter ratios, factor V2 in equation (4) must be adjusted accordingly.

Dieses anisotrope Verhalten des Wickelpakets 2 ergibt sich aus der nachfolgenden Betrachtung. Das Ausdehnungsverhalten des Wickelpakets 2 bei einer Temperaturänderung kann allgemein wie folgt beschrieben werden:This anisotropic behavior of the winding package 2 results from the following consideration. The expansion behavior of the winding package 2 in the event of a change in temperature can generally be described as follows:

Er ährt ein gestreckter Lichtwellenleiter der Länge I eine Temperaturänderung um ΔT, so ändert sich seine Länge um Δl, wobei giltIf an elongated optical waveguide of length I undergoes a temperature change by ΔT, its length changes by Δl, where

Δ l = αf ΔT (5).Δ l = α f ΔT (5).

^ Glas^ Glass

Dabei ist αoi-s der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient für das verwendete Glas. Das weiche Coating des Lichtwellenleiters ist dabei unbedeutend und paßt sich der Längen- ausdehnung des Glases an. Wird nun das Glas ringförmig gelegt, d. h. auf einenHere αoi- s is the linear thermal expansion coefficient of the glass used. The soft coating of the optical fiber is insignificant and adapts to the length of the glass. If the glass is placed in a ring, ie on one

Spulenkörper aufgewickelt, so ergibt sich bei einer Temperaturänderung ΔT eine Änderung des Durchmessers d der Windung vonCoil body wound, so there is a change in the diameter d of the winding of at a temperature change ΔT

Δ d, = d αGlas - ΔT (6).Δ d, = d α glass - ΔT (6) .

Auch wenn eine ganze Lage betrachtet wird, die aus mehreren Hundert Windungen bestehen kann, so gilt für die radiale Ausdehnung ebenfalls Gleichung (6). Dem Coating wird das Ausdehnungsverhalten des Glases aufgezwungen.Even if an entire layer is considered, which can consist of several hundred turns, equation (6) also applies to the radial expansion. The expansion behavior of the glass is forced on the coating.

In axialer Richtung bzw. in Z-Richtung, d. h. entlang der Längsachse L der Spule ergibt sich jedoch ein anderes Verhalten, da bei den derzeitig verwendeten Lichtwellenleitern der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glas sehr viel kleiner ist als der des Coatmgs. Hier wirkt das Glas lediglich wie eine Spiralfeder, d. h. das sich stärker ausdehnende Coating rückt das Glas auseinander, wenn die Temperatur erhöht wird. Wird die Temperatur erniedrigt, so verkürzt sich diese Spiralfeder. D. h., in axialer Richtung bzw. in Z-Richtung wird das Ausdehnungsverhalten des Wickelpakets 2 durch den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Coatmgs und des Glases bestimmt. Der mittlere Wärmeausdehnungskoeffizient des in Windungen gelegten Lichtwellenleiters 14 in Z- Richtung ergibt sich in guter Näherung nach der oben aufgeführten Gleichung (3).In the axial direction or in the Z direction, ie along the longitudinal axis L of the coil, however, there is a different behavior, since the coefficient of thermal expansion of glass is very much smaller than that of the coating in the optical waveguides currently used. Here the glass only acts like a spiral spring, ie the coating that expands more expands the glass when the temperature is raised. If the temperature is reduced, this spiral spring is shortened. In other words, in the axial direction or in the Z direction, the expansion behavior of the winding package 2 is determined by the thermal expansion coefficient of the coating and the glass. The middle one The coefficient of thermal expansion of the optical waveguide 14 laid in turns in the Z direction results in a good approximation according to equation (3) listed above.

Wie oben gezeigt, verhält sich der Wärmeausdehnungskoeffizient des Wickelpakets anisotrop. Für die Längenänderung und die Änderung des Durchmessers des Wickelpakets gilt also:As shown above, the thermal expansion coefficient of the winding package is anisotropic. The following applies to the change in length and the change in the diameter of the winding package:

Δl Wickelpaket = ' Wickelpaket ' öz ' Δ (7a)Δl winding package = 'winding package ' ö z (7a)

ΔdW|Cke|pake, = dWlcke|paket|lnnen ' αGlas ' l (7b)Δd W | Cke | pake , = d Wlcke | package | inner ' α glass ' l (7b)

Durch die vorliegende Erfindung ist der Spulenkörper 1 an das anisotrope Wärmeausdehnungsverhalten des Wickelpakets 2 angepaßt. Wird die Temperatur des Systems beispielsweise erniedrigt, so zieht sich das Wickelpaket 2 in Z-Richtung um um ΔLwickeipaket nach der obigen Gleichung (7a) zusammen, und in radialer Richtung erfolgt eineBy means of the present invention, the coil former 1 is adapted to the anisotropic thermal expansion behavior of the winding package 2. If the temperature of the system, for example, lowered so, the winding package 2-pulling direction Z in order to bridge ΔLwi i package according to the above equation (7) together, and is carried out in the radial direction

Verringerung des Durchmessers um Δdwic eipa et nach der obigen Gleichung (7b). Da der Spulenkörper 1 aus zwei ineinander geschobenen zylindrischen Elementen 12, 13 aufgebaut ist, die die oben definierten Wärmeausdehnungskoeffizienten αoias bzw. αz aufweisen, ist die Bewegung der Oberfläche des Spulenkörpers 1 bei einer Temperaturänderung an die des Wickelpakets 2 angepaßt. Daher werden Spannungen im Wickelpaket 2, die zu Rissen führen könnten, vermieden und es werden Reibungen zwischen den Lagen verhindert. Die Klebeverbindungen bleiben stabil erhalten und die Sicherheit des Systems ist gewährleistet.Reduce the diameter by Δdwic eipa et according to equation (7b) above. Since the coil former 1 is constructed from two nested cylindrical elements 12, 13, which have the thermal expansion coefficients αoi as and αz defined above, the movement of the surface of the coil former 1 is adapted to that of the winding package 2 when the temperature changes. Therefore, tensions in the winding package 2, which could lead to tears, are avoided and friction between the layers is prevented. The adhesive connections remain stable and the security of the system is guaranteed.

Der erfindungsgemäße Spulenkörper 1 verhält sich bei einer Temperaturänderung ΔT wie folgt:The coil former 1 behaves as follows when the temperature changes ΔT:

Der Durchmesser Dp des Führungszylinders 12 ändert sich nach der GleichungThe diameter Dp of the guide cylinder 12 changes according to the equation

ΔDF - DF - αGlas - ΔT (8) und die Wandstarke a des Stutzzylinders 13 ändert sich nach der GleichungΔD F - D F - α glass - ΔT (8) and the wall thickness a of the support cylinder 13 changes according to the equation

Δa = a - αsz ΔT (9)Δa = a - α sz ΔT (9)

Somit ergibt sich für die mittlere Durchmesseranderung ΔDs des Spulenkorpers 1 ΔDS = ΔDF + 2 ΔaThis results in 1 ΔD S = ΔD F + 2 Δa for the mean change in diameter ΔDs of the coil former

ΔDS = (DF - αGlas + 2a - αsz ) ΔT (10). Die Änderung des Innendurchmessers D\ des Wickelpakets 2 ergibt sich mit hinreichender Näherung zuΔD S = (D F - α glass + 2a - α sz ) ΔT (10). The change in the inner diameter D \ of the winding package 2 results with a sufficient approximation

kD, = DW l - αGlas - ΔT D α Glas ΔT (1 1) k D, = D W l - α glass - ΔT D α glass ΔT (1 1)

wobei mit D$ der mittlere Durchmesser des Spulenkorpers bezeichnet ist. Der relativewhere D $ denotes the mean diameter of the coil body. The relative

Fehler F bei Änderung des Innendurchmessers des Wickelpakets ΔDy^/, und Änderung des Außendurchmessers des Spulenkorpers Ds ergibt sich demnach zuError F when changing the inner diameter of the winding package ΔDy ^ /, and changing the outer diameter of the bobbin Ds results accordingly

Figure imgf000012_0001
d h der Spulenkorper 1 ist so auszulegen, daß der relative Fehler F gegen 0 geht.
Figure imgf000012_0001
ie the bobbin 1 is to be designed so that the relative error F goes to 0.

Bei der Mateπalauswahl des möglichst dünnwandigen Stutzzylinders 13 muß darauf geachtet werden, daß der Wärmeausdehnungskoeffizient α$z des Stutzzylinders 12 auf keinen Fall großer ist aχ, da im allgemeinen a großer ist als αQ|as Es muß also geltenWhen selecting the material of the support cylinder 13 which is as thin-walled as possible, care must be taken that the coefficient of thermal expansion α $ z of the support cylinder 12 is by no means greater than aχ, since in general a is greater than αQ | as

αsz ≤ (*z ( 13)αsz ≤ ( * z (13)

Bei kurzen Spulenlangen können in dieser Ungleichung die Werte starker abweichen als bei großen Langen. Der absolute Fehler ist dann nicht zu großWith short coil lengths, the values in this inequality can deviate more than with large lengths. The absolute error is then not too big

In Figur 3 ist eine weitere Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Spulenkorpers gezeigt, der unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten in radialer und axialer Richtung aufweist Dabei ist auf dem Fuhrungszyhnder 12 ein Stutzzylinder 23 mit einer kegelförmigen bzw. konisch zulaufenden Mantelflache 23a angeordnet, die zum Tragen der Windungen des Lichtwellenleiters 14 dient. Die Fixierung 15 kann an beliebiger Stelle angeordnet sein. Auch in dieser Ausfuhrungsform mit einem kegelförmigen Spulen- korper 1 , der, wie oben beschrieben, aus zwei Elementen 12, 23 mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufgebaut ist, ist das thermische Verhalten des Spulenkorpers 1 an das anisotrope thermische Verhalten des Wickelpakets 2 angepaßt.FIG. 3 shows a further embodiment of the coil former according to the invention, which has different coefficients of thermal expansion in radial and axial directions In this case, a support cylinder 23 is arranged on the guide cylinder 12 with a conical or tapered jacket surface 23a, which serves to support the turns of the optical waveguide 14. The fixation 15 can be arranged at any point. Also in this embodiment with a conical coil body 1, which, as described above, is made up of two elements 12, 23 with different coefficients of thermal expansion, the thermal behavior of the coil body 1 is adapted to the anisotropic thermal behavior of the winding package 2.

Der Fuhrungszyhnder 12 ist an einer Seite direkt an einem Flansch angedreht, der in den Figuren nicht dargestellt ist. Der Flansch kann aber auch durch eine andere Verbindungstechnik mit dem Fuhrungszyhnder 12 verbunden sein Er ist ebenfalls aus einem Material gefertigt, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem von Glas nahekommt oder entspricht.The guide cylinder 12 is screwed on one side directly to a flange, which is not shown in the figures. However, the flange can also be connected to the guide cylinder 12 by another connection technique. It is also made of a material whose coefficient of thermal expansion approximates or corresponds to that of glass.

In Figur 4 ist die Oberfläche eines Stutzzylinders 33 gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung in einem vergrößerten, teilweisen Längsschnitt gezeigt Die Umfangs- bzw Mantelflache des Spulenkorpers 1 bzw des Stutzzylinders 33 ist mit Rillen 38 versehen, die als Fuhrung für den auf- oder abzuwickelnden Lichtwellenleiter 14 dienen Anstelle von Rillen kann auch eine spiralartige Nut in der Oberflache 23a des Stutz- zyhnders 33 als Fuhrung für den Lichtwellenleiter 14 ausgebildet sein Hierdurch wird der Lichtwellenleiter 14 noch besser gegen ein Verrutschen bzw eine Beschädigung durch Spannungen oder Reibung gesichert4 shows the surface of a support cylinder 33 in accordance with a further embodiment of the invention in an enlarged, partial longitudinal section. The circumferential or jacket surface of the coil former 1 or support cylinder 33 is provided with grooves 38 which act as a guide for the optical fiber to be wound or unwound 14 serve instead of grooves, a spiral-like groove in the surface 23a of the support cylinder 33 can also be designed as a guide for the optical waveguide 14. As a result, the optical waveguide 14 is secured even better against slipping or damage due to tension or friction

Allgemein kann die äußere Oberflache des Stutzzylinders 13, 23, 33 also zylindrisch, kegelförmig, glatt oder mit Rillen versehen seinIn general, the outer surface of the support cylinder 13, 23, 33 can thus be cylindrical, conical, smooth or provided with grooves

In einer weiteren, hier nicht gezeigten Ausfuhrungsform sind die ersten beiden auf den Stutzzylindern aufgewickelten Lagen nur als Blindlagen ausgestaltet, d h , sie haben nicht die Funktion einer Signalubertragung zwischen einer Lenkstelle und dem sich bewegenden Objekt. Dadurch wird eine besonders hohe Sicherheit und Stabilität der Datenübertragung gewährleistet, da eine evtl noch auftretende Beanspruchung der untersten Lagen keine Beeinträchtigung der Signalubertragung zur Folge hat Der Stützzylinder kann auch aus mehreren Teilen aufgebaut sein und z. B. mehrere Schalen umfassen, die insbesondere durch mehrfaches Schlitzen erhalten werden können.In a further embodiment, not shown here, the first two layers wound on the support cylinders are designed only as blind layers, ie they do not have the function of a signal transmission between a steering point and the moving object. This ensures a particularly high level of security and stability of the data transmission, since any stress that may still occur in the lowermost layers does not impair the signal transmission The support cylinder can also be constructed from several parts and z. B. include several shells, which can be obtained in particular by multiple slits.

Figur 5 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausgabe- Vorrichtung für Lichtwellenleiter. Die Ausgabevorrichtung besteht aus einem erfindungsgemäßen Spulenkörper 1 , wie er oben beschrieben ist. Auf der kegelförmigen äußeren Oberfläche des Spulenkörpers 1 ist das Wickelpaket 2 angeordnet, das aus einer Vielzahl von Lagen des Lichtwellenleiters 14 gebildet ist. Zur Erreichung der notwendigen Stabilität und Festigkeit, die für sehr starke Belastungen beim schnellen Abwickeln des Lichtwellenleiters 14 ausgelegt sein muß, sind die einzelnen Lagen des Lichtwellenleiters 14 miteinander verklebt. An der Stirnseite des Spulenkörpers 1 ist ein Flansch 50 angeordnet. Spulenkörper 1 und Wickelpaket 2 bilden eine Spule, die in einer Hülle 3 angeordnet ist. Die Abzugsrichtung für den Lichtwellenleiter 14 ist in Figur 5 durch den Pfeil A gekennzeichnet und verläuft in Richtung der Z-Achse. Die erfindungsgemäße Abzugsvorrichtung mit dem oben beschriebenen Spulenkörper gewährleistet ein sicheres und stabiles Tragen und Abziehen bzw. Abspulen des Lichtwellenleiters 14, selbst bei den extrem hohen Geschwindigkeiten z. B. einer Rakete, die die Ausgabevorrichtung bzw. das Payout-System trägt und beim Flug durch den Lichtwellenleiter mit einer Lenkstation am Boden verbunden ist. Selbst bei großen Temperaturänderungen, wie sie z. B. bei extremen klimatischen Verhältnissen auftreten, ist aufgrund der Erfindung die Stabilität der Windungen und damit die Sicherheit der Datenübertragung gewährleistet.FIG. 5 schematically shows a longitudinal section through an output device for optical fibers according to the invention. The output device consists of a coil former 1 according to the invention, as described above. The winding package 2, which is formed from a multiplicity of layers of the optical waveguide 14, is arranged on the conical outer surface of the coil former 1. In order to achieve the necessary stability and strength, which must be designed for very heavy loads during the rapid unwinding of the optical waveguide 14, the individual layers of the optical waveguide 14 are glued together. A flange 50 is arranged on the end face of the coil former 1. Coil body 1 and winding package 2 form a coil which is arranged in a sheath 3. The withdrawal direction for the optical waveguide 14 is indicated in FIG. 5 by the arrow A and runs in the direction of the Z axis. The trigger device according to the invention with the bobbin described above ensures safe and stable carrying and pulling or unwinding of the optical waveguide 14, even at the extremely high speeds such. B. a rocket, which carries the output device or the payout system and is connected to a steering station on the ground when flying through the optical fiber. Even with large temperature changes, such as. B. occur in extreme climatic conditions, the stability of the turns and thus the security of data transmission is guaranteed due to the invention.

In Figur 6 ist ein Querschnitt eines Lichtwellenleiters, wie er im Zusamenhang mit der vorliegenden Erfindung verwendet wird, in schematischer Darstellung gezeigt. Der Lichtwellenleiter 14 hat in seinem Inneren einen Glaskörper 14a, der von einem Coating 14b, das aus mehreren Schichten bestehen kann, umgeben ist. Im Zentrum des Glaskörpers 14a ist ein Modenfeld 14c als eigentlicher lichtführender Kern ausgebildet. FIG. 6 shows a cross section of an optical waveguide, as is used in connection with the present invention, in a schematic representation. The optical waveguide 14 has a glass body 14a in its interior, which is surrounded by a coating 14b, which can consist of several layers. In the center of the glass body 14a, a mode field 14c is formed as the actual light-guiding core.

Claims

IPatentansprüche IPatent claims 1. Spulenkorper (1) zum schnellen Abwickeln eines Lichtwellenleiters (14), dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenkorper (1) mindestens zwei Zylinder (12, 13, 23,1. coil former (1) for the rapid unwinding of an optical waveguide (14), characterized in that the coil former (1) has at least two cylinders (12, 13, 23, 33) umfaßt, die einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, wobei der Wärmeausdehnungskoeffizient des ersten Zylinders (12) in radialer Richtung an den Wärmeausdehnungskoeffizienten eines lichtfuhrenden Teils (14a, 14b) des abzuwickelnden Lichtwellenleiters (14) angepaßt ist und der Wärmeausdehnungskoeffizient des zweiten Zylinders ( 13, 23, 33) in axialer33) which have a different coefficient of thermal expansion, the coefficient of thermal expansion of the first cylinder (12) being adapted in the radial direction to the coefficient of thermal expansion of a light-guiding part (14a, 14b) of the optical waveguide (14) to be unwound, and the coefficient of thermal expansion of the second cylinder (13, 23, 33) in axial Richtung an den mittleren Warmeausetehnungskoeffizienten des Lichtwellenleiters ( 14) angepaßt istDirection is adapted to the average coefficient of thermal expansion of the optical waveguide (14) 2. Spulenkorper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (13, 23, 33) einen Schlitz (25) in axialer Richtung aufweist2. Bobbin according to claim 1, characterized in that the second cylinder (13, 23, 33) has a slot (25) in the axial direction 3. Spulenkorper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Schlitzes (25) so gewählt ist, daß er bei der höchstmöglichen Temperatur des Spulenkorpers gerade geschlossen ist3. bobbin according to claim 2, characterized in that the width of the slot (25) is selected so that it is just closed at the highest possible temperature of the bobbin 4. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (13, 23, 33) gleitend verschiebbar auf dem ersten Zylinder ( 12) sitzt4. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the second cylinder (13, 23, 33) slidably sits on the first cylinder (12) 5. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem ersten (12) und dem zweiten Zylinder ( 13, 23, 33) eine Gleitschicht befindet5. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that there is a sliding layer between the first (12) and the second cylinder (13, 23, 33) 6. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß der erste Zylinder (12) in axialer Richtung bewegbar mit dem zweiten6. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the first cylinder (12) is movable in the axial direction with the second Zylinder ( 13, 23, 33) verbunden ist Cylinder (13, 23, 33) is connected 7. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (13, 23, 33) punktuell oder entlang einer Linie am ersten Zylinder ( 12) fixiert ist7. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the second cylinder (13, 23, 33) is fixed at certain points or along a line on the first cylinder (12) 8. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder (13, 23, 33) eine zylindrische oder kegelförmige. Oberflache zum Bewickeln mit dem Lichtwellenleiter (14) aufweist8. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the second cylinder (13, 23, 33) is cylindrical or conical. Surface for winding with the optical fiber (14) 9. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß der zweite Zylinder (33) eine Oberflache (23a) zum Bewickeln mit dem Lichtwellenleiter (14) aufweist, die mit parallelen Rillen (38) oder mit einer schraubenförmigen Rille versehen ist9. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the second cylinder (33) has a surface (23a) for winding with the optical waveguide (14), which is provided with parallel grooves (38) or with a helical groove 10. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, daß die Oberflache des zweiten Zylinders ( 13, 23, 33) zum Bewickeln mit dem Lichtwellenleiter ( 14) mit einer oder mehreren Lagen eines Materials mit ähnlichem Durchmesser und in der gleichen Anordnung wie der Lichtwellenleiter (14) bewickelt ist10. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the surface of the second cylinder (13, 23, 33) for winding with the optical waveguide (14) with one or more layers of a material with a similar diameter and in the same arrangement how the optical fiber (14) is wound 1 1. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Zylinder ( 13, 23, 33) im Verhältnis zum ersten Zylinder ( 12) dünnwandig ist1 1. bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the second cylinder (13, 23, 33) in relation to the first cylinder (12) is thin-walled 12. Spulenkorper nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste ( 12) und/oder der zweite Zylinder ( 13, 23, 33) aus12. Bobbin according to one of the preceding claims, characterized in that the first (12) and / or the second cylinder (13, 23, 33) Metall und/oder Keramik und/ oder Kunststoff gefertigt istMetal and / or ceramic and / or plastic is made 13. Ausgabevorrichtung für Lichtwellenleiter mit einem Wickelpaket (2) aus einem Lichtwellenleiter ( 14), gekennzeichnet durch einen Spulenkorper ( 1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der das Wickelpaket (2) tragt 13. Output device for optical fibers with a winding package (2) made of an optical fiber (14), characterized by a coil former (1) according to one of the preceding claims, which carries the winding package (2)
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