DE1496568A1 - Verfahren zur Herstellung von Glasfaserbuendeln - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Glasfaserbuendeln

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Description

Patentanwalt -^**0**, "V\J^* id-***'*'
^'-ώ«** \>- T496568
MOSAIO FABRICATIONS, IHO., 205 Chapin Street, SOUTHBRIBGE,
Massachusetts, U.S.A.
Verfahren zur Herstellung von Glasfaserbündeln
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glasfaserbündeln·
Biegsame und starre Bündel aus relativ dünnen Glasrohrsträngen, Glassträngen und aus mit Metallseele versehenen Glassträngen finden vermehrte Verwendung als Licht— und/oder Bild- und/oder Elektroenergie-Übertragungsvorrichtungen. Bündel aus dünnen Glasröhren werden in Gasdiffusionskammern zur Trennung und Reinigung, z. B. von Helium von anderen Gasen, verwendet.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dafl ein schwer ätzbares Glasrohr mit einem leicht ätzbaren Glasrohr , umhüllt wird und solche zusammengesetzten Bohren zu einem Bündel zusammengefaßt und dessen Enden abgedichtet werden und sodann zwischen den abgedichteten Enden des Bündels die umhüllenden Glasröhren duroh Ätzung entfernt werden·
An Hand der Zeichnung wird die Erfindung erläutert.
Es zeigen?
Pig. 1 eine teilweise geschnittene Vorrichtung zur Herstellung von röhrenförmigen !Fasern gejoäS derErfindung,
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Fig. 2 einen geänderten Teil der Vorrichtung gemäß Pig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung von Glasfasern mit Metalldrahtseele,
Fig. 4 eine räumliche Darstellung eines elektrisch leitenden Faserbündels,
Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnittes a in Fig» 4,
Fig« 6 einen Schnitt nach Linie a-b in Fig· 4 in vergrösserter Darstellung,
Zwei Glasröhren 22 und 24 sind in einer mit 26 bezeichneten Vorrichtung so angeordnet, daß sie konzentrisch zueinander mit gesteuerter Geschwindigkeit durch eine Heizzone, die durch einen ringförmigen Erhitzer 28 gebildet ist, geschoben werden, in dem das Rohrpaar bis auf Ziehtemperatur erhitzt und sodann zu einer relativ dünnen doppelwandigen Faser 44 ausgesogen wird Die Bohre 22 und 24 sind verschieden starKätzbar. Das innere Glasrohr 22 kann z. B. aus Ho. 7070 Pyrex-Glas bestehen, während das äußere Bohr 24 z. B. aus Lanthan-Silicat-Glas besteht, das von Salpetersäure stark angegriffen wird. Sin solches lanthan-Silicat-Glas enthält beispielsweise in Gewichtsprozenten
SiO2 - t2jl|; BaO - 47*J B2O5 - 18j(fZhO2--'1OjCf IaO5 Eisen- und Aluminiumoxyde —
Sin z· B· für Helium durchlässiges Glas, das durch Salpetersäure nicht ätzbar ist, enthält beispielsweise: SiO2 - 80,6jf} B2O3 - 13,OJij Ha2O - 3,83t| K2O - 0t4#| Al2O3 - 2,2ji.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das
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J -Jit -
Verhältnis vom inneren Durchmesser des Glasrohres 22 zu seinem äußeren Durohmesser 1 : 1,2 und das entsprechende Verhältnis de.S:>äußeren Rohres 24 1,2 ι 1^4.
Ein Spannring 30 greift am oberen Ende des Rohres 24 an und ist am Arm 32 befestigt, der durch die Einrichtung 34 parallel verschoben werden kann, die im wesentlichen aus einer Spindel 36 besteht, deren eines Ende mit einem Zahnrad oder einem Kettenrad 35? verbunden ist, das durch einen nicht dargestellten regelbaren Antrieb angetrieben wird* Durch diesen Antrieb wird das Glas 24 durch die Heizzone 28 abgesenkt. Der Arm 32 weist ferner eine Verlängerung 38 mit einem Lagerauge 40 auf, das auf einer Führungsstange 42 gleitet und dadurch eine Drehbewegung des Armes 32 verhindert«
Das obere Ende des Glasrohres 22 wird von einem Spannring 30* umschlossen, der an einem Arm 32f einer Absenkeinrichtung 34· befestigt ist« In dieserEinrichtung wird eine Spindel $61 von einem Zahnrad- oder Kettenantrieb 35* angetrieben. Auch bei dieser Einrichtung 3.4 · ist eine Ftihrungsstange 421 vorhanden, auf der ein Lagerauge 40f Führung hat, das am Ende der Verlängerung 38* des Armes 32 vorgesehen ist.
Die Geschwindigkeit, mit der das Rohr 22 abgesenkt wird, kann von der des Rohres 24 verschieden sein. Dadurch kann die Stärke des Rohres 22 und der Umhüllung in der Gesamtfaser 44, die entsteht, gesteuert werdenο
Es entsteht also eine Hohlfaser 44 von etwa 0,5 mm Durchmesser. Sie wird in lange Stücke geschnitten, gestapelt und wiederum durch eine Heizzone gezogen. So wird eine Vielfachfaser gebildet, die aus etwa 50 Röhren besteht, von denen jede einen Innendurchmesser von 5 Mikron hatο
Nach dem zweiten Ziehen wird die Vielfachfaser wiederum auf bestimmte Längen abgeschnitten, übereinandergestapelt und in
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dieser Form in eine Metallform mit beweglicher Formoberfläche eingebracht, in dieser bis zur Schmelztemperatur erwärmt und unter leichtem Druck in eine feste Anordnung gebracht ·
Mit jinderungen kann das oben beschriebene Verfahren bei der Herstellung von äußerst gleichmäßigen und wirksamen. Filtern benutzt werden, deren Öffnungen in Größenordnungen gehalten werden, die kleiner und gleichmäßiger sind als bei üblichen Filtern« Man kann in dieser Weise auch Druckplatten und gedruckte Schaltungen für elektrische und elektronische Vorrichtungen herstellene
Statt der Glasrohre 22 gemäß Fig. 1 kann gemäß Fig. 2 ein Lanthan-Silicat-Glasstrang 50 von dem Arm 32* gehalten und zusammen mit einem Rohr 52 mit wesentlich höherer Ätzfestigkeit duroh eine Heizzone abgesenkt und zu einer zusammengesetzten Faser ausgezogen werden. Die zusammengesetzte Faser wird geschnitten, gestapelt und, wenn die Fasern noch nicht' den gewünschten Durchmesser haben, aufs Keue gezogen, wie es bereits beschrieben ist. Die so verschmolzene Vielfachfasereinheit kann daraufhin in Scheiben geschnitten werden. Wenn dann durch Salpetersäureätzung die Lanthan-Silicat-Stränge 50 aus den einzelnen zusammengesetzten Fasern entfernt werden, so ergibt sich eine Struktur 54 (siehe Figo 7), die eine Vielzahl von Löchern 56 aufweist, die von einem Glasgefüge umgeben sind, das aus den ursprünglichen Röhren 52 entstanden ist«
Diese Scheiben können dann z« B8 als Filter benutzt werden. Sdß weisen ein sehr großes Öffnungeaasverhältnis bis zu S&fo auf, während die durch Ziehen und Vereinigen von Röhren hergestellten Filter nur ein Öffnungsverhältnis von 3Qfo bis 50$ aufweisen«.
Ein Anwendungsbeispiel solcher geätzten Scheiben sind Druckplatten (Figo 8), wobei ein Teil der Löcher 56 entsprechend einem bestimmten Muster bei 58 verschlossen werden« Wird dann die
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Scheibe in einem Stempel 60 montiert, der eine obere Einlaß-Öffnung 62 aufweist, durch die Drucktinte auf die obere fläche 64 der Scheibe 54 gelangen kann, so kann das Muster, entsprechend dem die Löcher in.der Scheibe verschlossen oder offen sind, gedruckt werden, weil auf Grund der KapillarwirküKC die Tinte von der oberen Fläche 64 zur Druckfläche 66 ' durch die Löcher 56 gelangt«
Auch können die Scheiben zur Herstellung gedruckter Schaltungen verwendet werden« Dazu füllt man bestimmte oder alle Löcher 56 mit einem elektrisch leitenden Material« Damit sind elektrische Verbindungen von der einen Seite zur anderen Seite der Scheibe hergestellt.
Das beschriebene Verfahren kann ferner zur Herstellung von Inf rar oijs tirnplatten benutzt werden» Dabei werden die geätzten Löcher der Scheiben mit AsS,, AgGl oder Germanium ausgefüllt. Dieses Material wird in geschmolzenem Zustand auf die Oberfläche der Soheiben aufgebracht und gelangt durch Kapillarwirkung in die Löcher 56·
Ohne wesentliche Änderung des Verfahrens lassen sich, auoh Mikrodrahtbündel herstellen, wobei ;jeder der feinen Drähte mit einem elektrisch isolierenden Glasüberzug versehen istο Wie Figo 3 zeigt, ist ein Stück Metalldraht 80 an seinem oberen Ende in einer Klemmhalterung 82 gehalten, die^ zu einer ^senkeinrichtung, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist» gehört«. Konzentrisch zum Metalldraht wird ein Glasrohr 84 von einer Klemmhalterung 86 gehalten. Das Glasrohr 84 ist: schließlich von einem weiteren Glasrohr 88 umgeben, das von einer Klemmhalterung 90 gehalten wird. Die Halterung der Eohre 84 und 88 und des Metalldrahtes 80 gewährleistet eine konzentrische iHihruiig der Teile ineinander. Die Teile werden durch ein ringförmiges Heizelement tOO hindurch abgesenkt, das die Glasröhren bis auf Ziehtemperatur und den Metalldraht 80 bis zum Erreichen des flüssigen Zustandes erhitzt. Wie Fig. 3 zeigt, schmilzt der Metalldraht
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bei.102 und benetzt die innere Oberfläche des Glasrohres 84
In dem beschriebenen erhitzten Zustand der Glasrohre 84 88 und des Metallstranges 80 werden die Glasrohre ausgezogen und bilden eine relativ dünne Glasfaser 106 mit Metallseele» Der endgültige Durchmesser der Faser 106 hängt im wesentlichen von der Zuführungsgeschwindigkeit des Drahtes und des Glases und von der Ziehgeschwindigkeit ab. Bei einer Einrichtung gemäß Fig« 1, jedoch mit drei Absenkeinrichtungen, nämlich für die beiden Glasröhren und den Metalldraht, kann das Verhältnis von Metall und Glas im fertigen Produkt gesteuert werden.
Bei der Herstellung der zusammengesetzten Glasfaser 106 mit Metallseele werden für die Glasrohre 84 und 88 Glassorten unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet, um zu erreiden, daß das äußere Glasrohr 88 beim Itzen stärker angegriffen wird als das innere, zur Metallisolierung dienende Glasrohr 84»
Folgende Zusammensetzungen sind für den Metalldraht 80, das Glasrohr 84 und das Glasrohr 88 geeignet:
Metalldraht 80
Silber 1535
Kupfer
Phosphor
Glasrohr 84
SiO2 80,6ji
ITa2O 3.8*
K2O 0.4*
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7-.
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Glasrohr 88
SlO2 12%
BaO 47%
B2O3
ThO2
Eisen und Aluminiumoxyd 5%
Vfird ausgegangen von einem Metalldraht mit einem Durchmesser von 2,4 mm, einem Glasrohr. 84 mit einem äußeren Durchmesser von 6,25 mm und einem inneren Durchmesser von 5»1 mm und einem Glasrohr 88 mit einem inneren Durohmesser von 9|4 mm und einem äußeren Durohmesser von 12,5 mm und werden die Röhren und der Metalldraht auf eine Temperatur von etwa 120O0O erhitzt und dann ausgezogen, so ergibt sich eine Faser, deren Metallseele einen Durchmesser von etwa 0,03 mm aufweist ο
Die ausgezogene Faser 106 wirdin Stücke einer bestimmten Länge geschnitten und die Stücke werden übereinandergestapelt, so daß sie im wesentlichen parallel liegen.. Die so gebündelte Struktur wird wiederum erhitzt und ausgezogen, so daß ddß Metalldrähte dann nur noch einen Durchmesser zwisohen -5 und etwa 0,25 Mikron haben. Die Enden des so entstandenen Faserbündels werden, dann beispielsweise mit 3?oIyäthylenwachs versiegelt und dann in Salpetersäure geätzt. Dabei wird die äußere Glasumhüllung 88 von jeder der einzelnen Fasern vollständig weggeätzt6 Es entsteht so eine Struktur, wie sie in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellt ist. Der auf diese Weise gebildete Teil 108 besteht aus einer Vielzahl verlitzter elektrisch leitender Drähte 80, von denen jeder mit einer isolierenden Glashülle 84 umkleidet ist. Die EnIteile 110 und 112 halten die Mikrodrahtlitze in fester Anordnung* Wenn es erforderlich ist, können blanke Drahtenden freigeätzt werden', Zo Bo mit Flußsäure ο
Patentansprüche 90985 1 /0544 " 8 -

Claims (1)

  1. rarer.ranwait £ <2, / /ί. (s
    . 6 — Ku: 652 96 56
    Patentan Sprüche
    Verfahren zur Herstellung von verlitzten Glasfaserbündeln, dadurch gekennzeichnet, daß ein schwer ätzbares Glasrohr mit einem leicht ätzbaren Glasrohr umhüllt wird und solche zusammengesetzten Röhren zu einem Bündel zusammengefaßt und dessen Enden abgedichtet werden und sodann zwisohen den abgedichteten Enden des Bündels die umhüllenden Glasröhren durch Ätzung entfernt werden<>
    Verfahren nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Rohre aus Lanthan-Silicat-Glas besteheno
    3. Verfahren nach Anspruoh 1, dadurch gekennzeichnet, daß sioh der Innendurchmesser zum Außendurchmesser beim inneren Rohr etwa 1 : 1,2 und beim äußeren Rohr etwa wie 1,2 ϊ 1,4 verhält«
    4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ziehgeschwindigkeiten der Rohre unabhängig vonein ander veränderbar sind»
    ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr nach erfolgtem Ziehen einen Innendurchmesser von ca« 5 Mikron aufweist.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ^ündel geschnitten, gestapelt und unter Druck in eine gewünschte !form gebracht werden.»
    Τ« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß im inneren Rohr eine Metallseele angeordnet ist.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch .gekennzeichnet, daß im inneren Rohr ein Infrarot energie leitendes Mittel angeordnet ist.
    9098 5 1/0 54 4
    Le e r s e i t e
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