DE19801700A1 - Vorrichtung zum Beschichten einer Faser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beschichten einer Faser, insbesondere einer optischen Glasfaser, mit einer Beschichtungskammer zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf die Faser sowie wenigstens einer eine Durchgangsbohrung zum Hindurchführen der Faser aufweisenden Düse.

Eine solche Vorrichtung zum Beschichten einer Faser ist in der DE 93 17 617 U1 beschrieben und wird beispielsweise bei der Herstellung einer aus einer Glasvorform, einer sogenannten Preform, gezogenen optischen Glasfaser für die Nachrichtenübertragung verwendet. Diese dünnen Glasfasern weisen eine sehr geringe Festigkeit auf und sind mechanisch sehr empfindlich. Bereits die Führung der Glasfaser über Umlenkrollen macht es erforderlich, die Faser mit einer Beschichtung zu versehen, um sie so vor Beschädigungen zu schützen. Zu diesem Zweck werden eine oder mehrere Überzüge, beispielsweise aus einem polymeren Material, auf die Glasfaser aufgebracht, wobei beim Aufbringen mehrerer Schichten diese sich regelmäßig in ihren mechanischen Eigenschaften unterscheiden.

Das Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf die Faser erfolgt in einer Beschichtungskammer, die in Durchlaufrichtung der Faser gesehen an ihrem unteren Ende durch eine eine enge Durchgangsbohrung zum Hindurchführen der Faser und zum Abstreifen von überschüssigem Beschichtungsmaterial von der Faser aufweisende Auslaufdüse abgeschlossen ist.

Eine in Durchlaufrichtung der Faser vor der Beschichtungskammer angeordnete Einlaufdüse wird in der Regel ebenso wie die Auslaufdüse aus einem Hartmetall oder aus einer Keramik ausgebildet.

Insbesondere beim Anfahren des Faserziehprozesses besteht die Gefahr, daß die gezogene und noch nicht mit einer schützenden Beschichtung versehene Faser mit der Düsenwandung der Einlaufdüse oder auch der zunächst noch nicht mit Beschichtungsmaterial benetzten Auslaufdüse in Berührung kommt und dabei beschädigt wird. Bei Verwendung eines zu weichen Werkstoffes für die Düsen kann es an der nicht oder nur in geringem Maße mit Beschichtungsmaterial benetzten Einlaufdüse, aber auch an der beim Anfahren des Prozesses noch unbenetzten Auslaufdüse, zu durch die durchlaufende Faser verursachten Fasereinschnitten in der Düsenwandung kommen.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zum Beschichten einer Faser zu schaffen, die die Herstellung einer Faser mit gleichbleibend guter Qualität bei einer langen Betriebszeit der verwendeten Düsen ermöglicht, ohne daß es zu Beschädigungen der Faser kommt.

Dieses Problem wird gelöst, indem die wenigstens eine Düse aus einem Glaskohlenstoff ausgebildet ist.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Verwendung dieses bruchfesten und hochtemperaturbeständigen, ein günstiges Gleit- und Verschleißverhalten sowie eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweisenden Werkstoffs für die wenigstens eine Düse eine hohe und gleichbleibende Qualität der beschichteten Faser gewährleistet werden kann. Die Gefahr, daß die harte Faser in die Wandung der Düse einschneidet, oder beim Hindurchlauf durch die Düse beschädigt wird, wird zuverlässig vermieden. Ebensowenig sind durch einen Reibungskontakt der Faser an der Düsenwandung Beschädigungen an der Faseroberfläche zu befürchten. Eine aus Glaskohlenstoff ausgebildete Düse eignet sich daher insbesondere als Einlaufdüse einer Beschichtungskammer, die auch im laufenden Beschichtungsprozeß nicht oder nur in geringem Umfang mit schützendem Beschichtungsmaterial benetzt ist und durch die die noch unbeschichtete Faser hindurchgeführt wird, da hier die Gefahr einer durch einen Kontakt mit der Düsenwandung verursachten Beschädigung der Faser am größten ist. Sie ist aber ebenfalls hervorragend als Auslaufdüse geeignet.

Da aus glasartigem Kohlenstoff ausgebildete Düsen elektrisch leitfähig sind, werden unter Umständen an der Oberfläche der Faser vorhandene statische Aufladungen abgebaut. Vagabundierende Strahlen ultravioletten Lichts z. B. einer hinter der Beschichtungskammer angeordneten UV-Lichtquelle werden absorbiert, so daß es zu keiner unerwünschten Voraushärtung von UV-reaktivem Beschichtungsmaterial in der Beschichtungskammer kommen kann. Zudem können mit Glaskohlenstoff- Düsen lange Betriebszeiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielt werden, ohne daß die Düsen wegen zu hohem Verschleiß ausgetauscht werden müßten. Düsen aus Glaskohlenstoff sind darüber hinaus einfach und kostengünstig durch eine Temperaturbehandlung eines als Ausgangsstoff dienenden Kunstharzes herstellbar, die unter Sauerstoffabschluß erfolgt. Dabei wird der Ausgangsstoff, bei dem es sich vorzugsweise um ein dreidimensional vernetztes Polymer wie ein Phenolharz handelt, z. B. zunächst in die gewünschte Form gebracht und gehärtet. Der im gehärteten Zustand spanabhebend bearbeitbare Körper wird dann einer Pyrolyse bei Temperaturen von bis zu 1000°C und anschließend einer Höchsttemperaturbehandlung bei Temperaturen von bis zu 3000°C unterworfen. Dieser Prozeß kann unter Umständen über Wochen andauern und führt zu einem glasähnlichen Werkstück mit einem aus Kohlenstoff-Ketten gebildeten Kohlenstoffgifter mit ausgeprägter struktureller Fehlordnung. Derart hergestellte Düsen haben eine gute Formbeständigkeit bis zu Temperaturen von etwa 550°C an Luft bzw. von über 3000°C im Vakuum oder unter Inertgas, eine hohe Oberflächengüte und eine große Dauerfestigkeit.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung möglich.

Für eine kostengünstige Herstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einen leichten Austausch der Düse ist es von Vorteil, wenn die Düse in einen Haltering eingesetzt ist.

Dabei ist es für eine besonders einfache Montage und Demontage der Düse von Vorteil, wenn der Haltering aus einem fluorhaltigen Polymer wie Polytetrafluorethylen, Tetrafluorethylen-Perfluorpropylen-Copolymer oder Perfluoralkoxy-Copolymer ausgebildet ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Figur vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die in der Figur beispielhaft dargestellte Vorrichtung zum Beschichten einer Faser 1, insbesondere einer aus einer Glasvorform gezogenen optischen Glasfaser, weist ein rohrförmiges Gehäuse 3 mit einer gestuften Durchgangsbohrung 7 auf. Ein rohrförmig ausgebildetes Aufnahmeteil 9 ist in ein Ende dieser Durchgangsbohrung 7 in axialer Richtung teilweise eingeschoben. Konzentrisch zu der durch einen Pfeil angedeuteten Durchlaufrichtung der Faser 1 durch die Vorrichtung weist das Aufnahmeteil 9 eine durchgehende Längsbohrung 11 auf, in die ein rohrförmiger Düsenhalter 13 eingesetzt ist. Auf eine an dem dem Aufnahmeteil 9 abgewandten Ende des Gehäuses 3 gebildete Stirnseite 15 ist eine sich in der Durchlaufrichtung der Faser 1 etwa kegelstumpfförmig erweiternde Gaskappe 17 aufgesetzt. So läuft die zu beschichtende Faser 1 durch eine sich kegelstumpfförmig erweiternde Durchgangsbohrung 19 der Gaskappe 17 in die Vorrichtung ein und tritt an dem der Gaskappe 17 abgewandten Ende des Gehäuses 3 aus der Vorrichtung in beschichtetem Zustand aus. Zum Beispiel an dem der Gaskappe 17 zugewandten Ende des Gehäuses 3 ist ein Gaszufuhrstutzen 21 in eine sich durch die Wandung des Gehäuses hindurch erstreckende Gewindebohrung 23 eingeschraubt. Durch den Gaszufuhrstutzen 21 ist ein Gas in die Durchgangsbohrung 7 des Gehäuses 3 zuführbar, mit dessen Hilfe die von der Faser 1 mitgeführte Luft sowie gegebenenfalls an der Faser anhaftende Partikel im Gegenstromverfahren abgestreift werden.

Konzentrisch zu der Durchlaufrichtung der Faser 1 erstreckt sich bei diesem Ausführungsbeispiel in dem Düsenhalter 13 eine durchgehende, gestufte Aufnahmebohrung 25. An ihrem der Gaskappe 17 zugewandten Ende hat die Aufnahmebohrung 25 einen sich in Durchlaufrichtung der Faser 1 kegelstumpfförmig verjüngenden Trichterabschnitt 27 sowie der Gaskappe 17 abgewandt einen Parallelabschnitt 29. In Durchlaufrichtung der optischen Faser 1 zwischen dem Trichterabschnitt 27 und dem Parallelabschnitt 29 ist in der Aufnahmebohrung 25 ein in radialer Richtung nach innen weisender, eine kleinere lichte Weite als der Parallelabschnitt 29 aufweisender Halteabsatz 31 ausgebildet. In dem Parallelabschnitt 29 der Aufnahmebohrung 25 des Düsenhalters 13 sind eine eine Durchgangsbohrung 35 zum Hindurchführen der Faser 1 aufweisende Einlaufdüse 33 sowie eine eine Durchgangsbohrung 45 zum Hindurchführen der Faser 1 aufweisende Auslaufdüse 43 angeordnet. In axialer Richtung zwischen der Einlaufdüse 33 und der Auslaufdüse 43 ist eine Beschichtungskammer 51 zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf die Faser 1 gebildet.

Sowohl die Einlaufdüse 33 als auch die Auslaufdüse 43 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils in einen äußeren Haltering 39 bzw. 47 eingesetzt, die z. B. aus einem elastischen Kunststoff mit niedriger Gleitreibungszahl wie Polytetrafluorethylen (PTFE) bestehen. Mit diesen beiden Halteringen 39 und 47 sind die beiden Düsen 33 und 43 in den Parallelabschnitt 29 der Aufnahmebohrung 25 eingesetzt, beispielsweise eingepreßt, wobei der Haltering 39 mit seiner einen Stirnseite 37 an dem Halteabsatz 31 der Aufnahmebohrung 25 anliegt. Einlaufdüse 33 und Auslaufdüse 43 wie in dem hier vorliegenden Fall in Form von Düseneinsätzen auszubilden, die in Halteringe eingesetzt werden, vereinfacht die Montage und Demontage der beiden Düsen. Die Elastizität der Halteringe 39 und 47 gewährleistet eine gute Abdichtung in radialer Richtung zwischen dem Umfang der Einlaufdüse 33 bzw. der Auslaufdüse 43 und der Wandung der Aufnahmebohrung 25. Es ist aber ebenfalls möglich, die Halteringe 39 und 47 beispielsweise aus einem Stahl auszubilden oder auf die Halteringe zu verzichten und die Einlaufdüse 33 sowie die Auslaufdüse 43 unmittelbar in die Aufnahmebohrung 25 des Düsenhalters 13 einzusetzen.

Die Einlaufdüse 33 und die Auslaufdüse 43 sind bei diesem Ausführungsbeispiel beide aus einem Glaskohlenstoff, der beispielsweise unter Verwendung eines Phenolharzes als Ausgangsstoff durch eine Temperaturbehandlung bei hohen Temperaturen unter Sauerstoffabschluß hergestellt ist, ausgebildet. Die Bezeichnung Glaskohlenstoff oder glasartiger Kohlenstoff ist auf seinen isotropen Aufbau mit ausgeprägter struktureller Fehlordnung und sein glasartiges Bruchbild zurückzuführen. Durch die Verwendung von glasartigem Kohlenstoff als Düsenwerkstoff wird die Faser 1 im Fall einer Berührung der Wandung der Einlaufdüse 33 oder der Auslaufdüse 43, wie sie sich insbesondere beim Einfädeln der Faser 1 zu Beginn des Herstellungsprozesses nicht immer vermeiden läßt, wirkungsvoll vor mechanischen Beschädigungen geschützt. Dies ist insbesondere für die Einlaufdüse 33 von großer Bedeutung, da die Wandung ihrer Durchgangsbohrung 35 auch im laufenden Prozeß nicht oder nur in geringem Maße mit Beschichtungsmaterial benetzt ist und zudem die Faser 1 selbst noch keine schützende Schicht aufweist. Fasereinschnitte in den Wandungen der Durchgangsbohrungen 35 und 45 der beiden Düsen 33 und 43 werden zuverlässig vermieden. Zudem wird die von der Faser 1 abgegebene Wärme gut abgeführt und statische Aufladungen an der Faseroberfläche werden sicher abgebaut. Darüber hinaus wird ultraviolettes Licht, das beispielsweise von zur Aushärtung des auf die Faser 1 aufgebrachten Beschichtungsmaterials verwendeten UV-Lampen abgestrahlt wird, sicher absorbiert, so daß es zu keiner unerwünschten Voraushärtung von Beschichtungsmaterial in der Beschichtungskammer 51 kommen kann.

Das zur Beschichtung der Faser 1 dienende und unter Druck stehende flüssige Beschichtungsmaterial, z. B. ein unter Einfluß von UV-Strahlung vernetzbarer und/oder aushärtbarer Lack, wird bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in die Beschichtungskammer 51 über einen in eine Gewindebohrung 53 des Aufnahmeteils 9 eingeschraubten Lackzufuhrstutzen 55 eingebracht. Zur gleichmäßigen Zufuhr des Beschichtungsmaterials in die Beschichtungskammer 51 sind in dem Düsenhalter 13 z. B. vier in radialer Richtung verlaufende Kanäle 57 ausgebildet. An dem Umfang des Düsenhalters 13 ist im Bereich der Kanäle 57 eine mit der Gewindebohrung 53 in Verbindung stehende umlaufende Ringnut 59 vorgesehen. In axialer Richtung zwischen der Einlaufdüse 33 und der Auslaufdüse 43 ist in der Beschichtungskammer 51 eine Ringdüse 61 mit mit den Kanälen 57 in Verbindung stehenden Zufuhrbohrungen 63 angeordnet. Durch die Gewindebohrung 53, die Ringnut 59, die Kanäle 57 und die Zufuhrbohrungen 63 der Ringdüse 61 gelangt das flüssige Beschichtungsmaterial in die Beschichtungskammer 51.

Zwischen dem Aufnahmeteil 9 und dem Gehäuse 3 ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Kammer 65 vorgesehen, die die Temperierung des Beschichtungsmaterials mittels eines flüssigen Mediums und damit das Einhalten eines vorgegebenen Temperaturniveaus des Beschichtungsmaterials in der Beschichtungskammer 51 ermöglicht.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Beschichten einer Faser (1), insbesondere einer optischen Glasfaser, mit einer Beschichtungskammer (51) zum Aufbringen eines Beschichtungsmaterials auf die Faser (1) sowie wenigstens einer eine Durchgangsbohrung (35; 45) zum Hindurchführen der Faser (1) aufweisenden Düse (33; 43), dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Düse (33; 43) aus einem Glaskohlenstoff ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Durchlaufrichtung der Faser (1) vor der Beschichtungskammer (51) angeordnete Einlaufdüse (33) aus einem Glaskohlenstoff ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (33; 43) aus Glaskohlenstoff durch eine Temperaturbehandlung eines Kunstharzes ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (33; 43) aus Glaskohlenstoff durch eine Temperaturbehandlung eines Phenolharzes ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (33; 43) in einen Haltering (39; 47) eingesetzt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (39; 47) aus einem fluorhaltigen Polymer ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Haltering (39; 47) aus Metall ausgebildet ist.