DE102017119798A1

DE102017119798A1 - Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt

Info

Publication number: DE102017119798A1
Application number: DE102017119798.2A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hämmerle; Jörg Kötzing
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: J Fiber GmbH
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2037-08-30
Also published as: US11242276B2; WO2019042877A1; US20200180995A1; CN111051258A; CN111051258B; DE102017119798B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt unter Anwendung einer Rod-in-Tube-Methode mit den Verfahrensschritten: Bereitstellen eines Kernstabs mit einem polygonalen Kernstabquerschnitt, Fertigen eines sektorierten Sandwichrohres aus einem Ausgangsrohr, wobei die Mantelfläche des Ausgangsrohres in Längsrichtung in eine Reihe von Mantelabschnitten geschlitzt wird, so dass der Rohrquerschnitt des Ausgangsrohres in eine Reihe von Kreissektoren unterteilt wird, Einfädeln und Ausrichten des Kernstabs in das sektorierte Sandwichrohr und bei einer Ausführungsform Einfädeln des Kernstabs und des sektorierten Sandwichrohres in ein äußeres Mantelrohr mit vollständigem Kreisringquerschnitt, Aufschmelzen des sektorierten Sandwichrohres und gegebenenfalls des äußeren Mantelrohres auf das sektorierte Sandwichrohr, wobei dabei ein Verschmelzen der Mantelabschnitte des sektorierten Sandwichrohres mit jeweiligen Seitenflächen des Kernstabes erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt. Der polygonale Kernquerschnitt weist beispielsweise eine rechteckige Form auf, er kann aber auch grundsätzlich beliebig polygonal ausgebildet sein.
Glasfaser-Preformen mit polygonalem Kernquerschnitt sind Glasstäbe, deren Durchmesser im Zentimeter-Bereich und deren Länge bis in den Meter-Bereich reicht. Diese werden in einem Faserziehturm zu Polygonalkern-Fasern, insbesondere Rechteckkern-Fasern gezogen. Der Faser-Durchmesser liegt schließlich im Bereich von ca. 50 bis ca. 500 µm. Wie bei allen optischen Fasern muss zwischen dem Faserkern und dem umgebenden Fasercladding eine hinreichend hohe Brechzahldifferenz vorhanden sein, um im Kernbereich eine Wellenleitung zu ermöglichen. Dabei ist die Brechzahl im Kern höher als im umgebenden Cladding.
Die Herstellung von Polygonalkern-Preformen und insbesondere Rechteckkern-Preformen erfolgt derzeit prinzipiell nach zwei unterschiedlichen Verfahren:
Bei dem so genannten Rod-in-Tube-Verfahren wird ein Stab (rod) in einen röhrenförmigen Glaskörper (tube) eingeführt und mit diesem anschließend verschmolzen oder auf andere Weise zur Preform vereinigt. Dabei besteht der Stab im hier vorliegenden Fall aus einem Glasmaterial, insbesondere Quarzglas, mit dem polygonalen Querschnitt. Über den Stab wird dann das Rohr (tube) geschoben und beide Komponenten werden anschließend blasenfrei in einem Graphitofen oder in einer Knallgasflamme verschmolzen.
Um eine Wellenleitung in der späteren Glasfaser zu ermöglichen, muss der Stab eine höhere Brechzahl als das Rohr aufweisen. Die Brechzahl von Stab und Rohr kann hierbei geeignet mittels brechzahlerhöhende und brechzahlerniedrigende Dotanden eingestellt werden. Häufig wird auch nur einer des Preformteile brechzahlverändernd dotiert. So ist es insbesondere auch möglich, Rechteckkern-Preformen aus einem undotierten Quarzglaskern und einem Fluor-dotierten und somit brechzahlerniedrigten Cladding herzustellen.
Für eine dämpfungsarme Wellenleitung in der späteren Glasfaser muss die Claddingschicht eine hinreichend große Schichtdicke aufweisen. Eine Schichtdicke von mindestens der 10-fachen der Übertragungswellenlänge ist hierfür im Allgemeinen ausreichend. Üblicherweise wird aus Kostengründen die Claddingschichtdicke um den Übertragungskern herum nur so dick wie nötig gewählt.
Das Hauptproblem beim Rod-in-tube Verfahren besteht darin, dass das Rohr zu Beginn des Verfahrens über den polygonalen, insbesondere rechteckförmigen, Kernstab geschoben werden muss. Bei Berücksichtigung der Querschnittsverhältnisse zwischen Kernstab und Rohr und bei der sich daraus ergebenden Bemessung der beiden Komponenten für ein problemloses Zusammenschieben muss die Länge des inneren Kreisbogens des Ummantelungsrohres immer deutlich größer als der Umfang des polygonalen Kerns sein. Diese Abweichung ist vor allem bei Rechteckkernen sehr deutlich ausgeprägt.
Beim nachfolgenden Ummantelungsprozess schrumpft die Länge des inneren Kreisbogens des Rohres niemals so stark, dass beim Verschmelzen eine homogene und blasenfreie Grenzfläche zwischen Kern und Ummantelungsrohr entsteht. Stattdessen faltet sich beim Ummanteln das Rohr auf der polygonalen Kernoberfläche und es bildet sich keine saubere Grenzfläche aus. Dieses Problem wird umso stärker, je stärker der polygonale Kern von der Kreisform abweicht und je weniger Ecken er hat. Rechteckkerne sind somit von diesen Nachteilen besonders betroffen. Aber auch bei höherzahligen Polygonquerschnitten der Kerne tritt dieses Problem in der Regel auf.
Die Grenzfläche zwischen Kern und Ummantelung enthält somit im allgemeinen noch eine Vielzahl von Blasen. Die Schichtdicke der Claddingschicht, die durch die Rohrwanddicke bestimmt wird, ändert sich außerdem durch die Faltenbildung. Zusätzlich verändert sich durch die mit der Faltenbildung einhergehenden mechanischen Spannungen im Glasmaterial auch die Brechzahl des Rohres. Während des Ummantelungsprozesses berührt außerdem das Ummantelungsrohr den Rechteckkernstab zuerst an den Rechteckkern-Ecken und übt auf diese Ecken einen Druck aus. Die Folge davon ist, dass die Ecken abgerundet werden. Eine solche Kantenverschleifung ist unerwünscht, denn sie verfälscht letztlich den Kernquerschnitt in beträchtlicher Weise.
Das Rod-in-Tube-Verfahren wird beispielsweise in der DE 10 2009 004 756 A1 beschrieben.
Auch das Direktabscheideverfahren stellt keine günstige Alternative zum Rod-in-Tube-Verfahren dar.
Bei dem Verfahren der Direktabscheidung wird zunächst ein polygonaler, insbesondere ein in seinem Querschnitt rechteckförmiger Kernstab, gefertigt. Dieser Kernstab dient dann z.B. in einem POVD-Prozess als Substratmaterial und wird in einer POVD-Anlage direkt ummantelt. Der Plasma-Außenprozess (POVD) weist gegenüber anderen Außenabscheideprozessen (OVD, VAD) den Vorteil auf, dass mittels Plasma-Prozess hinreichend hohe Dotandenkonzentration in den abgeschiedenen Schichten erreicht werden können. Während des Plasma-Abscheideprozesses rotiert der Rechteckkernstab und der Abstand der Staboberfläche zum Plasmabrenner ändert sich periodisch. Durch den veränderlichen Abstand des Plasmabrenners zur Kernstaboberfläche ändern sich die Abscheidebedingungen auf dem Rechteckkernstab über dem Stabumfang.
An den Stabkanten erreicht die Oberflächentemperatur so hohe Werte, dass die Stabkanten in unerwünschter Weise abgerundet werden. Im mittleren Bereich der Stabflächen sind demgegenüber die Oberflächentemperaturen so gering, dass die abgeschiedene Glasschicht nicht vollständig transparent aufschmilzt. In diesen Stabbereichen können später beim Faserziehen Blasen auftreten, die die Faser unbrauchbar machen. Das Verfahren der Direktabscheidung wird beispielsweise in der DE 10 2012 107 344 B3 beschrieben.
Es besteht somit die Aufgabe, ein Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt anzugeben, bei dem die genannten Nachteile nachhaltig reduziert und beseitigt sind. Das Verfahren soll insbesondere eine hohe Homogenität und Qualität der Grenzfläche zwischen polygonalem Kern und Preform-Cladding sichern und eine Deformation des Kerns, insbesondere ein Abrunden der Kernecken im Kernquerschnitt ausschließen.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt unter Anwendung einer Rod-in-Tube-Methode mit folgenden Verfahrensschritten gelöst.
Es erfolgt ein Bereitstellen eines Kernstabs mit einem polygonalen Kernstabquerschnitt. Weiterhin erfolgt ein Fertigen eines sektorierten Sandwichrohres aus einem Ausgangsrohr. Dabei wird die Mantelfläche des Ausgangsrohrs in Längsrichtung in eine Reihe von Mantelabschnitten geschlitzt, so dass der Rohrquerschnitt des Ausgangsrohres in eine Reihe von Kreissektoren unterteilt wird. Es erfolgt dann ein Einfädeln und Ausrichten des Kernstabs in das sektorierte Sandwichrohr. Es erfolgt dann ein Aufschmelzen des sektorierten Sandwichrohres auf die Seitenflächen des Kernstabs.
Das erfindungsmäße Verfahren geht von dem Grundgedanken aus, den Kernstab mit dem polygonalen Querschnitt in einem sektorierten Sandwichrohr einzuschließen und dabei anstelle eines gesamten umhüllenden Rohres nur die einzelnen Sektoren des Sandwichrohres auf den Kernstab aufzuschmelzen. Hierdurch werden die aufzuschmelzenden Abschnitte passend auf die entsprechenden Flächen des polygonalen Kernstabs aufgebracht, wodurch die Verformung der Ecken des Kernstabquerschnitts zuverlässig vermieden werden kann.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt ein Einfädeln des sektorierten Sandwichrohres und des darin befindlichen Kernstabes in ein äußeres Mantelrohr mit einem vollständigen Kreisringquerschnitt. Dabei erfolgt bei dem nachfolgenden Aufschmelzschritt ein Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf das sektorierte Sandwichrohr mit einem hierdurch wiederum bewirkten Verschmelzen der Mantelabschnitte des sektorierten Sandwichrohres mit den jeweiligen Seitenflächen des Kernstabes.
Bei dieser Abwandlung des Verfahrens erfolgt das Aufschmelzen somit über das äußere Mantelrohr. Bei dem Aufschmelzvorgang drückt das äußere Mantelrohr das sektorierte Sandwichrohr gleichmäßig auf die Kernstabflächen auf.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens weist das Ausgangsrohr für das sektorierte Sandwichrohr eine Innenschicht mit der Brechzahl des Kernstabes, einen Rohrkörper mit einer erniedrigten Brechzahl und/oder eine Außenschicht mit der Brechzahl des äußeren Mantelrohres auf, wobei die Innenschicht und/oder die Außenschicht als verschmelzungsfördernde Hilfsschichten für die einzelnen Mantelabschnitte dienen.
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Ausgangsrohr so geschlitzt, dass an dessen Rohrenden ungeschlitzte, die Lage der Mantelabschnitte fixierende Endbereiche verbleiben. Hierdurch bildet das Sandwichrohr eine in der Position seiner Teile genau definierte Anordnung.
Das Schlitzen des Ausgangsrohres kann insbesondere mittels eines Laserschneidverfahrens erfolgen. Hierdurch sind hochpräzise und saubere Schnittführungen möglich.
Zweckmäßigerweise entspricht die innere Bodenlänge jedes Kreissektors der jeweiligen Mantelabschnitte im Wesentlichen der Breite einer entsprechenden Seitenfläche des polygonalen Kernstabs.
Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird bei dem Aufschmelzen unter der Verwendung des äußeren Mantelrohres ein Unterdruck in das Innenvolumen des äußeren Mantelrohres angelegt. Dieser angelegte Unterdruck kann insbesondere im Bereich von mindestens 5 mbar liegen. Bevorzugt wird ein Unterdruck mit mindestens 10 mbar angelegt.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die fertige Glasfaser-Preform nach dem Aufschmelzvorgang auf eine vorgesehene Querschnittsform geschliffen. Hierdurch kann eine gegebenenfalls durch die polygonale Form des Kernstabs bestimmte Querschnittsform der gefertigten Preform auf eine geforderte Querschnittsform nachkorrigiert und somit ein später angestrebter Faserquerschnitt vorweggenommen werden.
Bei einer Ausführungsform weist der Kernstab einen rechteckigen Kernquerschnitt auf.
Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf das sektorierte Sandwichrohr in einem Graphitofen oder in einer Flammeneinrichtung.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand beispielhafter Ausführungsformen und Ausgestaltungen näher erläutert werden. Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten Figuren. Es zeigt:

1 eine Darstellung eines Kernstabs mit einem ersten beispielhaften polygonalen rechteckigen Kernstabquerschnitt mit einem zugehörigen Sandwichrohr im Querschnitt,
2 das zu dem Sandwichrohr aus 1 gehörende Ausgangsrohr mit den Positionen zum Einbringen der Trennstellen zum Realisieren der Schlitzungen im Querschnitt,
3 die Anordnung aus Kernstab und Sandwichrohr aus 1 in einem äußeren Mantelrohr im Querschnitt,
4 eine Darstellung eines Kernstabs mit einem polygonalen Kernstabquerschnitt in Form eines gleichseitigen Fünfecks mit einem zugehörigen Sandwichrohr im Querschnitt,
5 das zu dem Sandwichrohr aus 4 gehörende Ausgangsrohr mit den Positionen zum Einbringen der Trennstellen zum Realisieren der Schlitzungen im Querschnitt,
6 die Anordnung aus Kernstab und Sandwichrohr aus 4 in einem äußeren Mantelrohr im Querschnitt,
6a eine Ausführungsform des sektorierten Sandwichrohres mit einem Schichtaufbau aus Innenschicht, Rohrkörper und Außenschicht im Querschnitt,
6b eine Darstellung eines mit seinen Ecken in den Bereich des sektorierten Sandwichrohres teilweise hineinragenden Kernstabquerschnitts,
7 eine aus der Anordnung aus 1 nach dem Aufschmelzen erreichte Glasfaser-Preform im Querschnitt,
8 der in 7 gezeigte Preform-Querschnitt nach einer abschließenden Nachbearbeitung,
9 ein Sandwichrohr in einer Seitenansicht und eine Darstellung des Einfädelns des Sandwichrohres in das äußere Mantelrohr,
10 eine Darstellung des Aufschmelzens der Gesamtanordnung.

1 zeigt eine Darstellung eines Kernstabs mit einem ersten beispielhaften polygonalen Kernstabquerschnitt mit einem zugehörigen Sandwichrohr im Querschnitt. Der Kernstab 1 weist einen polygonalen Kernquerschnitt 2 auf, der im hier vorliegenden Fall rechteckig ausgebildet ist. Der polygonale Kernquerschnitt muss jedoch nicht zwingend rechteckig sein, die Anzahl der Ecken und Seitenflächen ist grundsätzlich beliebig. Es können insbesondere auch sechs- oder dreizählige Polygonquerschnitte vorgesehen sein und der polygonale Kernquerschnitt kann insbesondere auch ein Fünfeck sein, wie weiter unten in einem weiteren Beispiel verdeutlicht wird.
Der Kernstab mit dem rechteckigen Polygonquerschnitt ist hier in ein Sandwichrohr 3 eingefädelt. Das Sandwichrohr ist hier bereits sektoriert. Es wird gemäß 2 aus einem Ausgangsrohr 4 gefertigt, das einen hier kreisringförmigen Rohrquerschnitt 5 aufweist. Das Ausgangsrohr 4 wird entlang einer Reihe von Trennlinien 6 in Längsrichtung aufgeschnitten und wird hierdurch aufgeschlitzt. Dabei kann insbesondere auf ein Laserschneidverfahren zurückgegriffen werden. Im Ergebnis dieses Schlitzvorganges ist der kreisringförmige Querschnitt 5 des Ausgangsrohres 4 in eine Reihe von Kreissektoren 7 geteilt. Bei dem Ausführen des Schlitzvorganges werden einige der Kreissektoren 7 aus dem Rohrquerschnitt 5 entfernt. Ein Vergleich der Darstellung aus 1 mit der Darstellung aus 2 zeigt dies, wobei die entfernten Kreissektoren 7 in 1 zur Illustration des Schlitzvorgangs mit einem überzeichneten Kreuz gekennzeichnet worden sind.
Das so sektorierte Sandwichrohr 3 besteht somit in seinem Querschnitt aus den nach dem Schlitzvorgang verbleibenden Kreissektoren 7 und in seiner Längsrichtung aus einer alternierenden Folge aus geschlitzten Abschnitten und verbleibenden Mantelabschnitten 8, die den verbleibenden Kreissektoren entsprechen. Jedem der verbleibenden Mantelabschnitte 8 ist bei der ineinander gefädelten Anordnung aus Kernstab 1 und Sandwichrohr 3 somit jeweils eine Seitenfläche 9 des Kernstabes 1 zugeordnet.
Diese Gesamtanordnung aus sektoriertem Sandwichrohr 3 und eingefädeltem Kernstab 1 kann anschließend in dieser Konfiguration durch einen Aufschmelzprozess vereinigt werden, wobei die verbleibenden Mantelabschnitte 8 mit der jeweiligen Seitenfläche 9 des Kernstabes 1 verschmelzen.
In dem hier vorliegenden Beispiel wird die Anordnung aus dem sektorierten Sandwichrohr 3 und dem darin befindlichen Kernstab 1 vor dem abschließenden Verschmelzen in ein äußeres Mantelrohr 10 eingefädelt, wie in 3 in der Querschnittsdarstellung gezeigt ist.
Diese schließlich in 3 gezeigte Gesamtanordnung wird miteinander verschmolzen. Für die Geometrie des Kernstabes und der Mantelabschnitte muss die Bedingung erfüllt sein, dass die inneren Bogenlängen L1 bzw. L2 der jeweiligen Mantelabschnitte 8 jedes Kreissektors der Breite B1 bzw. B2 der jeweils zugehören Seitenfläche 9 des Kernstabes 1 entsprechen und mit ihr im Wesentlichen übereinstimmen.
Es erfolgt bei dem Verschmelzen ein Aufschmelzen des Mantelrohres 10 auf die Mantelabschnitte 8 des sektorierten Sandwichrohres 3, wobei die Mantelabschnitte 8 wiederum im Zuge dieses Vorgangs auf die Seitenflächen 9 des Kernstabes 1 aufgeschmolzen werden und sich so mit diesen Seitenflächen verbinden. Im Ergebnis dieses Aufschmelzvorganges entsteht eine Glasfaserpreform mit einem polygonalen Kernquerschnitt und einem den polygonalen Kernquerschnitt umgebenden Cladding aus dem Material des sektorierten Sandwichrohres und einer umgebenden Ummantelung aus dem Material des äußeren Mantelrohres 10.
Es ist darauf hinzuweisen, dass das äußere Mantelrohr für den Verschmelzungsprozess an sich nicht zwingend notwendig ist. Die Verschmelzung zwischen den Mantelabschnitten und den Seitenflächen des Kernstabs kann auch an einer nicht ummantelten Anordnung aus dem Kernstab und dem sektorierten Sandwichrohr erfolgen. Im Zuge des Verschmelzungsprozesses erweichen die Mantelabschnitte und werden auch ohne die komprimierende Einwirkung des Mantelrohres gegen die Seitenflächen getrieben und mit diesen verschmolzen.
Die 4, 5 und 6 illustrieren die vorhergehend erläuterten Fertigungsschritte in ihrer Anwendung auf einen Kernstab 1 mit einem Kernstabquerschnitt mit einer fünfzähligen polygonalen Kontur. Alle vorhergehenden Fertigungsschritte erfolgen dabei in gleicher Form auch in dem hier vorliegenden Beispiel. Für einen Kernstab mit einem fünfzähligen Kernstabquerschnitt werden entsprechend zusätzliche Trennschnitte 6 im Ausgangsrohr 4 benötigt, weil in diesem Fall fünf Mantelabschnitte 8 auf die Seitenflächen 9 des Kernstabs 1 aufgeschmolzen werden müssen. Außerdem sind die Seitenflächen 9 des Kernstabs 1 infolge der fünfzähligen und gleichseitigen Querschnittgeometrie gleich groß. Daher sind auch die Mantelabschnitte 8 in diesem Fall gleich groß ausgebildet. Das äußere Mantelrohr 10 kann dabei wie in dem vorhergehenden Beispiel erwähnt, auch entfallen oder je nach Erfordernis bei der Fertigung der Glasfaser-Preform verwendet werden.
Das sektorierte Sandwichrohr 3 kann einen Schichtaufbau wie in 6a gezeigt aufweisen. In dem hier gezeigten Beispiel weist das sektorierte Sandwichrohr und somit jeder der Mantelabschnitte 8 eine Innenschicht 11, einen Rohrkörper 12 und eine Außenschicht 13 auf. Die Innenschicht sowie die Außenschicht werden zweckmäßigerweise auf das Ausgangsrohr 4 vor dem Schlitzen des Ausgangsrohres aufgebracht. Sowohl die Innenschicht als auch die Außenschicht dienen als verschmelzungsfördernde Hilfsschichten. Die Innenschicht weist insbesondere die Brechzahl des Materials des Kernstabes auf, die Außenschicht die Brechzahl des äußeren Mantelrohres, sofern das Mantelrohr verwendet wird. Die Außenschicht kann auch entfallen, sofern das äußere Mantelrohr entfällt.
Der Rohrkörper 12 weist die für eine spätere Lichtleitung im Faserkern erforderliche Brechzahl auf, die gegenüber der Kernbrechzahl erniedrigt ist. Zur Brechzahlbeeinflussung in den einzelnen Schichten können Beschichtungs- und Dotierverfahren auf den Ausgangsstab angewendet werden. Als brechzahlerniedrigender Dotant für den Rohrkörper des Ausgangsstabes kann insbesondere Fluor verwendet werden.
6b illustriert den vorteilhaften Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Querschnitt des Kernstabs 1 im sektorierten Sandwichrohr 3 größer ausgeführt sein kann, als dies bei einem nicht sektorierten umhüllenden Rohr bei den aus dem Stand der Technik bekannten rod-in-tube-Verfahren möglich ist. Bei der Anwendung des sektorierten Sandwichrohres können die Eckenbereiche E des Querschnittes des Kernstabs 1 bis in die Zwischenräume 8a zwischen den einzelnen Mantelabschnitten hinreichen. In einem solchen Fall ist das Ausgangsrohr für zur Herstellung des sektorierten Sandwichrohres zumindest in einem der nicht geschlitzten Endabschnitte in einem Innendurchmesser so aufgeweitet, dass der vergrößerte Kernstab hindurchgeführt werden kann. Diese Aufweitungen können insbesondere nutenartig ausgebildet sein und eine Positionierung und Führung für den Kernstab bei dessen Einfädeln ermöglichen.
Durch die in 6b gezeigte Konfiguration ist der von den Mantelabschnitten 8 zu überwindende Abstand zu den Seitenflächen 9 des Kernstabes verringert, sodass das passgenaue Verschmelzen zwischen Kernstab und sektoriertem Sandwichrohr erheblich erleichtert wird.
7 zeigt die verschmolzene Glasfaser-Preform, ausgehend von der Anordnung der Komponenten aus den 1 bis 3 im Querschnitt. Der Kernstab 1 bildet nun den Kern der Preform, die einzelnen Mantelabschnitte 8 bedecken die Seitenflächen 9 des Kernstabes und schließen somit an den Kern in Form eines umgebenden Claddings an. Das äußere Mantelrohr bildet dann ein äußeres Jacketing der Glasfaser-Preform.
An diesem Aufbau wird deutlich, warum es bei der Ausführung des Verfahrens sehr wichtig ist, dass die innere Bogenlänge der Mantelabschnitte jeweils mit der dazu gehörenden Breite der Seitenfläche des Kernstabes übereinstimmt. In einem solchen Fall wird ein blasenfreies Aufschmelzen der einzelnen Mantelabschnitte auf den Seitenflächen des Kernstabes erreicht, während die Ecken E des Kernstabes im Querschnitt beim Verschmelzungsprozess nicht verrunden, sondern in ihrer Ursprungsform erhalten bleiben.
7 zeigt ebenso, dass die Außenkontur des Querschnitts der beim Aufschmelzprozess erzeugten Preform wegen der rechteckigen Form des Kernquerschnitts von einer Kreisform abweicht. Sofern eine kreisförmige Kontur der Preform gefordert ist, können entsprechend die von der Kreisform abweichenden Abschnitte 14 in einem nachfolgenden Bearbeitungsschritt entfernt werden, sodass ein kreisrunder Preformquerschnitt wie in 8 erreicht wird.
9 und 10 zeigen wesentliche Verfahrensschritte und die dabei verwendeten Komponenten in einer Seitenansicht. 9 zeigt das sektorierte Sandwichrohr 3, das Einfädeln des Kernstabes 1 in das Sandwichrohr und das Einfädeln des Sandwichrohrs 3 und des darin befindlichen Kernstabes in das äußere Mantelrohr 10. 10 zeigt den sich daran am Mantelrohr und den eingefädelten Komponenten vollziehenden Verschmelzungsprozess.
Wie bereits erwähnt, ist das Sandwichrohr 3 in seiner Längsrichtung geschlitzt und in einzelne Mantelabschnitte 8 unterteilt. Die die Mantelabschnitte 8 voneinander teilenden geschlitzten Abschnitte 15 reichen nicht bis zu den Enden des sektorierten Sandwichrohres. Die Endabschnitte des Sandwichrohres weisen ungeschlitzte und damit die Anordnung der Mantelabschnitte in ihrer Position stabilisierende Endbereiche 16 auf. Die Länge der Endbereiche richtet sich beispielsweise nach der Gesamtlänge des Sandwichrohres, dem Anteil und der Länge der geschlitzten Abschnitte 15 und der Wanddicke des sektorierten Sandwichrohres.
Beim Einfädeln des Kernstabes 1 in das sektorierte Sandwichrohr 3 werden zunächst die Querschnitte des Kernstabes und des sektorierten Sandwichrohres azimutal so zueinander justiert, dass die Mantelabschnitte 8 des Sandwichrohres genau gegenüber den entsprechenden Seitenflächen des Kernstabes zu liegen kommen. Nach diesem ersten Einfädelschritt wird die Gesamtanordnung aus Sandwichrohr und Kernstab in dem hier vorliegenden Beispiel in das äußere Mantelrohr 10 berührungslos eingeführt.
Beim abschließenden Aufschmelzprozess gemäß 10 wird diese gesamte Anordnung beispielsweise in einem Graphitofen oder mittels einer Knallgasflamme 17 oder einer vergleichbaren Flammeinrichtung erhitzt. Zusätzlich wird ein Unterdruck im Bereich von mindestens 5 mbar, bevorzugt jedoch mindestens 10 mbar an das Innenvolumen des äußeren Mantelrohrs angelegt, um das Kollabieren der aufgeschmolzenen Anordnung zu erreichen. Unter diesen Bedingungen kollabiert im Bereich der Mantelabschnitte 8 dieser Aufbau zur Glasfaser-Preform. Die so kollabierte Glasfaser-Preform wird anschließend in den Abschnitten, in welchen sich die nichtsektorierten stabilisierenden Endbereiche 16 des sektorierten Sandwichrohres 3 befinden, gekürzt. Dieses Kürzen kann vor oder auch nach einer möglichen Nachbearbeitung des Preformmantels und dessen Vereinheitlichung auf eine kreisrunde Querschnittsperipherie erfolgen. Im verbleibenden Mittelbereich 18 der kollabierten Preform liegt dann der angestrebte Aufbau des Querschnitts der Preform vor.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde beispielhaft erläutert. Weitere Ausfürungsformen ergeben sich im Rahmen fachmännischen Handelns und aus den Unteransprüchen.
Bezugszeichenliste

1: Kernstab
2: Polygonaler Kernquerschnitt
3: Sektoriertes Sandwichrohr
4: Ausgangsrohr
5: Kreisringförmiger Querschnitt
6: Trennlinie
7: Kreissektor
8: Mantelabschnitt
8a: Zwischenraum
9: Seitenfläche des Kernstabs
10: Äußeres Mantelrohr
11: Innenschicht
12: Rohrkörper
13: Außenschicht
14: von Kreisform abweichender Abschnitt
15: geschlitzter Abschnitt
16: stabilisierender Endbereich
17: Knallgasflamme
18: Mittelbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009004756 A1 [0010]
DE 102012107344 B3 [0013]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Glasfaser-Preform mit einem Kern mit einem polygonalen Kernquerschnitt unter Anwendung einer Rod-in-Tube-Methode mit folgenden Verfahrensschritten: - Bereitstellen eines Kernstabs mit einem polygonalen Kernstabquerschnitt, - Fertigen eines sektorierten Sandwichrohres aus einem Ausgangsrohr, wobei die Mantelfläche des Ausgangsrohres in Längsrichtung in eine Reihe von Mantelabschnitten geschlitzt wird, so dass der Rohrquerschnitt des Ausgangsrohres in eine Reihe von Kreissektoren unterteilt wird, - Einfädeln und Ausrichten des Kernstabs in das sektorierte Sandwichrohr, - Aufschmelzen der Mantelabschnitte des sektorierten Sandwichrohres auf die jeweiligen Seitenflächen des Kernstabes.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einfädeln des sektorierten Sandwichrohres und des darin befindlichen Kernstabes in ein äußeres Mantelrohr mit einem vollständigen Kreisringquerschnitt erfolgt, wobei bei dem nachfolgenden Aufschmelzschritt ein Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf das sektorierte Sandwichrohr mit einem Verschmelzen der Mantelabschnitte des sektorierten Sandwichrohres mit den jeweiligen Seitenflächen des Kernstabes erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsrohr für das sektorierte Sandwichrohr eine Innenschicht mit der Brechzahl des Kernstabs, einen brechzahlerniedrigten Rohrkörper und/oder eine Außenschicht mit der Brechzahl des äußeren Mantelrohres aufweist, wobei die Innenschicht und/oder die Außenschicht als verschmelzungsfördernde Hilfsschichten für die einzelnen Mantelabschnitte und/oder das äußere Mantelrohr dienen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsrohr so geschlitzt wird, dass an dessen Rohrenden ungeschlitzte, die Lage der Mantelabschnitte stabilisierende Endbereiche verbleiben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlitzen des Ausgangsrohres mittels eines Laserschneidverfahrens erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Bogenlänge jedes Kreissektors der jeweiligen Mantelabschnitte im Wesentlichen der Breite einer entsprechenden Seitenfläche des Kernstabs entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres ein Unterdruck in das Innenvolumen des äußeren Mantelrohres angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der angelegte Unterdruck im Innenvolumen des äußeren Mantelrohres zumindest 5 mbar, bevorzugt zumindest 10 mbar beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fertige Glasfaser-Preform nach dem Aufschmelzvorgang auf eine vorgesehene Querschnittsform geschliffen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernstab einen rechteckigen Kernquerschnitt aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufschmelzen des äußeren Mantelrohres auf die Anordnung aus dem Kernstab und dem sektorierten Sandwichrohr in einem Graphitofen oder in einer Flammeneinrichtung erfolgt.