DE2621508A1

DE2621508A1 - Faser sowie verfahren und vorrichtung zu deren ummantelung

Info

Publication number: DE2621508A1
Application number: DE19762621508
Authority: DE
Inventors: Lynden Ashbrooke Jackson
Original assignee: Post Office
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1975-05-14
Filing date: 1976-05-14
Publication date: 1976-11-25
Also published as: AU501561B2; FR2311324B1; SE428729B; DE2621508C2; JPS6012292B2; CA1088263A; NL181182B; JPS52435A; SE7605526L; AU1387276A; GB1538853A; NL181182C; NL7605089A; FR2311324A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Ummanteln von Pasern, insbesondere optischen Fasern, die als dielektrische Lichtwellenleiter verwendet werden.

Optische Fasern bestehen aus lichtleitendem Werkstoff und leiten das Licht durch Vielfachreflexion in der Faser. Die Fasern haben sehr kleine Durchmesser, üblicherweise ca. 100 /um, und sind daher leicht zerbrechlich. Sie werden beschichtet bzw. ummantelt, um sie gegen axiale Verformung

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zu schützen, die zu einer verstärkten Dämpfung durch Abstrahlung führt, ferner als Schutz gegen Abrieb und atmosphärische Korrosion, so daß sie ihre ursprüngliche Festigkeit behalten und zusätzlich gefestigt werden. Bei einem bereits entwickelten Verfahren zum Ummanteln optischer Fasern wird eine optische Faser zwischen zwei Bändern eingeschlossen, die längs ihren Randverbindungsstellen anhaftend miteinander verbunden werden. Die Faser ist lose in den miteinander verbundenen Bändern, die einen gesonderten Mantel bilden, gehalten, so daß zwischen ihr und dem Mantel Spiel vorhanden ist.

Bei einem anderen bereits entwickelten Verfahren wird eine optische Faser mit einer Lage eines extrudierfähigen Polymers durch direktes Extrudieren des Polymers unter Verwendung eines Extrudierers mit Querspritzkopf ummantelt. Der so hergestellte Mantel berührt die Faser und ist anhaftend mit ihr verbunden, so daß die Faser nicht lose in dem Mantel verläuft. Die Faser und der Polymermantel haben unterschiedliche Wärmeausdehnungszahlen, so daß sie sich beim Härten des Polymers mit unterschiedlicher Geschwindigkeit zusammenziehen. Dies kann zu einem Verbiegen der Faser führen, wodurch eine licht·· abstrahlung auftreten kann. Dadurch werden die längs den Fasern übertragenen Signale stärker gedämpft, was unerwünscht ist.

!lach der Erfindung ist eine Faser mit einem rohrförmigen Mantel aus einem Polymer vorgesehen, wobei die Polymer-I-foleküle in Längsrichtung der Faserachse ausgerichtet sind.

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Die Paser kann eine optische Paser zur Verwendung als dielektrischer Lichtwellenleiter sein. Der Kantel umschließt die Paser lose, und das Polymer ist z, B. Polypropylen.

In weiterer Ausbildung der Erfindung hat die Paser einen sie lose umschließenden rohrförmigen Mantel mit einem relativ hohen Elastizitätsmodul in Längsrichtung und einem relativ niedrigen Elastizitätsmodul in einer Querebene.

Der Begriff "lose umschließen" bedeutet, daß zwischen der Paseroberfläche und der Innenwand des Kanteis ein kleines, aber ausgeprägtes Spiel vorhanden ist. Die Paser klebt nicht an dem Mantel und ist daher in diesem axial verschiebbar. Der Durehmesser des Fanteis ist größer als der Paserdurchmesser, so daß im Pail einer geringen in Längsrichtung auftretenden Kontraktion des Mantels in bezug auf die Paser eine etwaige Verformung der Paser über einen hinreichend großen Krümmungsradius erfolgt und keine merklich stärkere Dämpfung auftritt.

Als "Polymere" werden extrudierfähige synthetische Polymere bezeichnet, wobei bevorzugt Polypropylen verwendet wird; die Bezeichnung Polymere umfaßt alle Werkstoffe, deren Moleküle so ausrichtbar sind, daß sie zur Achse eines aus dem Polymer mit dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Mantels in Längsrichtung liegen.

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Das Verfahren nach der Erfindung zum Ummanteln einer Paser ist gekennzeichnet durch Formen eines Polymermantels durch Extrudieren, Einbringen der Faser in den Kantel während dessen Formens, wobei der Innendurchmesser des Mantels wesentlich größer als derjenige der Faser ist, und Verringern des Innendurchmessers des Mantels durch dessen Ziehen, damit er die Faser lose umschließt.

Das Verfahren dient insbesondere dem Ummanteln optischer Fasern. Während des Ziehens des Mantels tendieren die Ι·7οIeMiIe des Polymers dazu, sich in Hantellängsrichtung auszurichten. Der Hantel xfird normalerweise während des Ziehens durch einen. Ofen geführt, um die Ausrichtung der Moleküle in Längsrichtung zu fördern. Durch die Längsausrichtung der Moleküle erhält der Mantel in einer Längsebene eine relative Festigkeit und in einer Querebene eine relative Schwäche. Diese Kombination erhöhter Längs- und verringerter Querfestigkeit trägt wesentlich dazu bei, daß der Mantel die Faser gegen axiale Verzerrungen schützt. Die Festigkeit in der Längsebene verbessert die Gesamtfestigkeit und schützt die Faser während der Herstellung von Lichtleiterkabeln. Die Schwäche in der Querebene erleichtert das Abstreifen des Mantels von den Faserenden zum Verbinden mit weiteren Fasern.

Der Mantel umschließt die optische Faser lose, und bei dem Verfahren nach der Erfindung treten keine Mikrobiegungen auf. Auch ist es relativ einfach, die Faser in den Polymermantel einzubringen, da der Durchmesser des Mantels vor dem Verringern durch Ziehen wesentlich größer als der Faserdurchmesser ist.

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Der Mantel wird während des Durchmesserverrxngerns in einem Ofen erwärmt. Er wird nach dem Extrudieren und vor dem Durchmesserverringern durch ein Kühlbad geführt.

Nach dem Ziehen des Mantels wird die ummantelte Paser durch einen weiteren Ofen geleitet, um ein Eachschwinden des Mantels nach dem Extrudieren und Ziehen im wesentlichen auszuschalten.

Die Vorrichtung nach der Erfindung zum Ummanteln einer Faser ist gekennzeichnet durch einen Extrudierer zum Extrudieren eines Polymermantels, eine Einheit zur Zufuhr der Faser in den Mantel während dessen Formens, wobei der Durchmesser des Mantels wesentlich größer als der Faserdurchmesser ist, und Zieheinheiten zum Verringern des Innendurchmessers des Mantels, damit dieser die Faser lose umschließt.

Der Extrudierer weist eine Schneckenpresse auf, die einen Querspritzkopf speist; die Schneckenpresse weist ein beheiztes Zufuhrrohr auf, das mit dem Querspritzkopf durch eine Einspanneinheit verbunden ist, die an eine Heizeinheit angeschlossen ist. Der Querspritzkopf weist auf: eine Durchgangsbohrung, deren Ende die Austrittsöffnung zum Extrudieren des Polymers bildet, ein erstes Rohr, das sich in die Bohrung von deren anderem Ende bis zu einer Stelle nahe der Austrittsöffnung erstreckt und dort einen konischen Endabschnitt hat, ein zweites Rohr koaxial im ersten Rohr und ein drittes Rohr, das koaxial mit dem ersten und dem zwei-

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ten Rohr angeordnet ist und sich in das zweite Rohr nahe dem anderen Ende des Querspritzkopfs erstreckt, durch den konischen Endabschnitt des ersten Rohrs geführt ist und nahe der Austrittsöffnung des Querspritzkopfs endet, wobei eine das dritte Rohr durchlaufende Faser in bezug auf das erwärmte Pol3nner im Quer spritzkopf über einen wesentlichen Längsabschnitt ihrer Bewegungsbahn durch den Querspritzkopf aufgrund der Rohreinheit wärmeisoliert ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung hat die Vorrichtung eine Reinigungseinheit vor dem Extrudierer zum Reinigen der !raser vor dem Ummanteln, die zwei gegenüberliegende Pilzkissen, zwischen denen die Paser durchläuft, und einen Blasring zum Aufblasen von Kaltluft auf die Paser umfaßt.

Ferner besitzt die Vorrichtung eine Abwickeltrommel, von der die Paser dem Extrudieren zuführbar ist, und eine Spanneinheit, die die Paser unter einer im wesentlichen konstanten Spannung hält. Dabei besteht die Spanneinheit BXLE zwei in Plorizontalrichtung beabstandeten Scheiben und einer schwebenden Scheibe, die auf der Paser aufliegt, so daß diese zwischen den Scheiben U-förmig verläuft, und aus zwei, in Vertikalrichtung beabstandeten lichtempfindlichen Elementen, die so angeordnet sind, daß bei richtiger Spannung der Paser das eine über unö das andere unter der schwebenden Scheibe liegt, wobei .jedes lichtempfindliche Element von einer Lichtquelle bestrahlt wird und mit einem Stromkreis des Antriebs der Abwickeltrommel verbunden ist, so daß beim Heben

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der schwebenden Scheibe und Unterbrechen des zum oberen lichtempfindlichen Element gerichteten Lichts die Drehzahl der Abwickeltrommel erhöht und beim Senken der schwebenden Scheibe und Unterbrechen des zum unteren lichtempfindlichen Element gerichteten lichts die Drehzahl der Abwickeltrommel verringert wird«

Ferner hat die Vorrichtung ein unmittelbar nach dem Extrudierer angeordnetes Kühlbad, das viereckig ist und ein in Längsrichtung verlaufendes Leitrohr aufweist, durch das die ummantelte Faser leitbar ist, wobei das Kühlbad eine Ein- und eine Austrittsöffnung für die ummantelte Faser aufweist. Eine Platte ist parallel zu und im Abstand von der die Eintrittsöffnung aufweisenden Kühlbadwand angeordnet, die eine Öffnung besitzt, deren Größe und Lage der Eintrittsöffnung entsprechen, wobei die Größe der Öffnungen so bemessen ist, daß beim Eintritt einer ummantelten Faser in das Kühlbad Wasser aus dem Kühlbad durch die Eintrittsöffnung ausströmt, jedoch aufgrund seiner Oberflächenspannung nicht durch die Öffnung in der Platte einströmt.

Nach der Erfindung umfassen die Zieheinheiten ein erstes Paar umlaufende Riemen, die einen im wesentlichen dem Durchmesser des extrudierten Mantels entsprechenden Abstand voneinander haben, und ein zweites Paar umlaufender Riemen, die dem ersten Paar nachgeschaltet sind und einen Abstand voneinander haben, der wesentlich kleiner als der Abstand zwischen dem ersten Riemenpäar ist.

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Zwischen dem ersten und dem zweiten Riemenpaar ist ein Ofen angeordnet, den der Mantel während seines Durchmess erverringerns durchläuft. Dem zweiten Riemenpaar ist ein weiterer Ofen naehgesehaltet, der eine erste Wärmzone mit relativ hoher Temperatur und eine zweite Wärmzone mit relativ niedriger Temperatur aufweist; ferner hat der weitere Ofen Luftdüsen, durch die Luft auf den Mantel "beim Verlassen des Ofens aufblasbar ist.

Schließlich weist die Vorrichtung eine dem weiteren Ofen nachgeschaltete Abzugseinheit mit zwei Scheiben auf, deren eine mit einer etwas geringeren Geschwindigkeit als das zweite Riemenpaar getrieben wird zur Anpassung an ein Schwinden des Mantels nach Verlassen des weiteren Ofens.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 die Vorrichtung zum Ummanteln einer optischen Faser;

Pig. 2 eine seitliche Schnittansicht eines Querspritzkopfs und eines Zühlbads der Vorrichtung nach Pig. 1;

Pig.'3 einen Schnitt IH-III nach Pig. 2;

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Pig. 4 eine seitliche Schnittansielrfc IY-I? nach Fig. 2, die die Schneckenpresse der Vorrichtung nach Pig. 1 verdeutlicht ;

Pig. 5 eine Draufsicht auf eine "beheizte

Einspanneinheit, die mit dem Extrudierer nach Pig. 4 verwendet wird;

Pig. 6 eine Endansicht der beheizten Einspanneinheit ; und

Pig. 7 eine Draufsicht auf eine in der

Vorrichtung nach Pig. 1 verwendete Einheit.

Die Vorrichtung zum Ummanteln einer Glasfaser umfaßt eine Trommel 10, auf die zu ummantelnde Glasfaser gewickelt ist. Die Trommel 10 wird von einem Motor (nicht gezeigt) gedreht, so daß Glasfaser 11 von ihr abgewickelt wird.

Zwei in Horizontalrichtung voneinander "beanstandete Scheiben 12 und 14 sind von der Trommel 10 ebenfalls in Horizontalrichtung beabstandet. Von der Trommel 10 abgewickelte Glasfaser 11 läuft zur Scheibe 12 und auf einer U-förmigen Bahn zwischen beiden Scheiben 12 und 14 über eine schwebende Scheibe 16, die am Grund des U auf der Glasfaser liegt.

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- ίο -

Zwei Fotozellen 15, 17 sind in einer Vertikalebene voneinander "beanstandet, die zu der die Scheibe 16 enthaltenden Vertikalebene seitlich versetzt ist. Die Fotozelle 15 liegt oberhalb und die Fotoselle 17 unterhalb der Scheibe 16. Jede Fotozelle wird von einer Lichtquelle (nicht gezeigt) beleuchtet: die Lichtquellen liegen in einer Vertilcalebene und sind so angeordnet, daß die die Scheibe 16 enthaltende Ebene zwischen der die Fotozellen und der die Lichtquellen enthaltenden Ebene liegt. Jede Fotozelle ist mit einem Drehzahlregler des die Trommel 10 treibenden Motors verbunden. Wenn die Scheibe 16 sich nach oben bewegt und das zur Fotozelle 15 übertragene Licht unterbricht, wird die Motordrehzahl erhöht. Wenn umgekehrt die Scheibe 16 sich nach unten bewegt und das zur Fotozelle 17 übertragene Licht unterbricht, wird die Motordrehzahl vermindert. Dadurch bleibt die Scheibe 16 in einer im wesentlichen gleichbleibenden Vertikalstellung und unterhalt in der Glasfaser eine im wesentlichen konstante Spannung.

Von der Scheibe 14 läuft die Glasfaser 11 zu einem Querspritzkopf 18, der mit einer Schneckenpresse 19 verbunden ist. Die Achse des Querspritzkopfs 18 liegt in bezug auf die Scheibe 14 auf einer horizontalen Tangente. Eine Faserreinigungseinheit, bestehend aus zwei gegenüberliegenden Filzkissen 21 und 22 und einem Blasring 24, liegt zwischen der Scheibe 14 und dem Querspritzkopf 18. Der Blasring 24 besitzt mehrere Düsen, die sich an seiner Innenumfangsfläche öffnen.

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verbunden

Die Düsen sind mit einer Druckluftversorgung/und so angeordnet, daß Druckluft von den Düsen radial nach, innen zur Ringmitte geblasen werden kann.

Von der Scheibe 14 kommende Glasfaser durchläuft die Pilzkissen 21 und 22 und die Mittenöffnung des Blasrings 24, "bevor sie in den Querspritzkopf 18 eintritt. Die Pilzkissen 21 und 22 sind eng beanstandet, so daß sie die Glasfaser während des Durchlaufs berühren. Sie entfernen Verschmutzungen oder ähnliche kleine Teilchen von der Paseroberfläche. Der Blasring bläst Druckluft auf die Paser, wodurch noch darauf befindliche Staub- oder Schmutzteilchen weggeblasen werden.

Der Querspritzkopf 18 umfaßt einen Hauptteil 25 mit einem Einlaßkanal 26, der radial mit einer axial durch den Hauptteil verlaufenden Bohrung 27 in Verbindung steht. Die Bohrung 27 umfaßt einen zylindrischen ersten Abschnitt 28, einen im wesentlichen zylindrischen zweiten Abschnitt 28 mit größerem Durchmesser als der erste Abschnitt, und einen zylindrischen dritten Abschnitt 30, der koaxial mit dem ersten und zweiten Abschnitt ist. Der zylindrische dritte Abschnitt 30 dient als Querspritzkopfauslaß. Der Einlaßkanal 26 ist an der Schneckenpresse 19 in noch zu erläuternder Weise festgelegt. Die Schneckenpresse 19 enthält Polypropylen, das durch den von dem zylindrischen dritten Bohrungsabschnitt 30 gebildeten Auslaß extrudiert wird.

Die Wandung des zylindrischen ersten Bohrungsabschnitts 28 haltert eine Wärmeisoliereinheit 35, die ein uner-

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wünschtes Erwärmen der G-lasfaser, während diese den Quersprit zkopf 18 durchläuft, verhindert. Die Wärmeisoliereinheit 35 umfaßt ein äußeres, im wesentlichen rohrförmiges Glied 36, das durch die Wand des ersten Bohrungsabschnitts 28 gehaltert ist. Das rohrförmige Glied 36 verläuft von einer Stelle außerhalb des Querspritzkopfs 18 durch den Bohrungsabschnitt 28 in den Bohrungsabschnitt 29. Das Ende 38 des rohrförmigen Glieds im Bohrungsabschnitt 29 ist konisch und definiert eine zylindrische Bohrung 39, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der des Hauptabschnitts des rohrförmigen Glieds 36 ist. Die Bohrung 39 endet an dem zylindrischen Bohrungsabschnitt 30. Das andere Ende 40 des rohrförmigen Glieds 36 weist einen radial nach innen sich erstreckenden Ringflansch 41 auf, und nahe der TJmfangswand des rohrförmigen Glieds 36 ist ein radial nach außen verlaufender Auslaßkanal 42 ausgebildet.

Ein zweites oder Zwischenrohr 44 ist koaxial mit dem rohrförmigen Glied 36 vorgesehen. Das Zwischenrohr 44 ist an seinem Ende 45 vor dem Ringflansch 41 und an seinem anderen Ende 46 vor einem dreieckigen Abstandsglied 47, das im rohrförmigen Glied 36 angeordnet ist, gehalten. Das Zwischenrohr 44 hat an seinem Ende 45 einen radial nach außen verlaufenden Einlaßkanal 48.

Ein drittes oder Innenrohr 50 ist koaxial mit dem ersten und dem zweiten Rohr 36, 44 angeordnet. Es erstreckt sich durch das Zwischenrohr 44 tmd die Bohrung 39 und endet in dem dritten Bohrungsabschnitt 30 der Bohrung 26.

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Von der Reinigungseinheit kommende Glasfaser durchläuft das Innenrohr 50. Luft von einer geeigneten Luftversorgung wird durch den Einlaßkanal 48 eingeführt, zirkuliert zwischen den Rohren 36, 44 und 50 und tritt aus dem Auslaßkanal 42 aus. Durch diese Anordnung wird das Innere des Innenrohrs 50 über einen wesentlichen Teil der Länge des Innenrohrs 50 wirksam von erwärmtem Polypropylen im Querspritzkopf 18 isoliert. Dadurch wird eine unerwünschte Erwärmung der Glasfaser während ihrer Bewegung durch das Innenrohr 50 verhindert.

Wenn die Glasfaser 11 das Innenrohr 50 verläßt, wird Polypropylen in Form eines Mantels 51 um die Glasfaser zwischen dem Äußeren des Innenrohrs 50 und der Wand des zylindrischen dritten Bohrungsabschnitts 30 extrudiert. Der Innendurchmesser des extrudierten Mantels 51 ist wesentlich größer als der Außendurchmesser der Glasfaser.

Ein Kühlbad 55 ist nach dem Querspritzkopf 18 angeordnet. Es umfaßt einen kleinen, im Querschnitt viereckigen Behälter. Die gegenüberliegenden Endwände des Behälters weisen je eine Öffnung 57, 58 auf, wobei die Achse jeder Öffnung koaxial mit der Achse des Bohrungsabschnitts 30 ist. Ein in Längsrichtung verlaufendes Leitrohr 60 ist im Behälter so angeordnet, daß seine Achse mit der Achse der Öffnungen 57, 58 koaxial ist. Das Leitrohr 60 weist in der Mitte zwei diametral gegenüberliegende, radial.verlaufende Öffnungen 61, 62 auf. Eine Platte ist in nahem Abstand von der Endplatte 65, die dem Querspritzkopf 18 zunächst liegt, angeordnet. Die Platte

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weist eine Kreisöffirang 67 auf, die mit der Öffnung 57 in der Wand 65 koaxial und im wesentlichen gleich groß ist. Ein Ablaufkanal 69 ist vertikal unterhalb der Platte 64 angeordnet.

Der Behälter 55 ist auf zwei parallelen Leitschienen 70, von denen nur eine gezeigt ist, angeordnet. Er ist auf den Leitschienen in "bezug auf den Querspritzkopf 18 verschiebbar. Im iiormalbetrieb ist der Behälter relativ nahe dem Austritt des Querspritzkopfs 18 angeordnet.

Der Behälter 55 wird so weit mit Wasser gefüllt, daß das Leitrohr 60 vollständig eintaucht. Die Glasfaser und ihr Mantel treten in den Behälter durch die Öffnungen 67 und 57 in das Leitrohr 60 ein und durch die Öffnung 58 aus. Wasser strömt durch die Öffnungen 61, 62 längs dem Leitrohr um den Polypropylenmantel und kühlt diesen. Es ist zu beachten, daß das Leitrohr 60 den Mantel führt, ohne ihn zu berühren, da zwischen dem Mantel und dem Leitrohr 60 Wasser strömt. Das Wasser strömt durch die Öffnung 57 um die Außenfläche des Polypropylenmantels aus in den Ablaufkanal 69. Der Durchmesser der Öffnungen 67 und 57 ist so gewählt, daß bei richtiger Einstellung des Durchsatzes das Wasser zwar aus dem Behälter durch die Öffnung 57 strömen kann, jedoch durch seine Oberflächenspannung an einem Ausströmen aus der Öffnung 67 gehindert wird. Das durch die Öffnung 57 ausströmende Wasser fällt durch den Zwischenraum zwischen der Platte 64- und der Endwand 65 in den Ablaufkanal 69.

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Ein erstes Riemenpaar 75, 76 ist in Horxzontalrichtiing vom Kühlbad 55 "beanstandet. Der Riemen 75 ist um Scheiten 78, 79, 80 und der Riemen 76 um Scheiben 81, 82 und 83 geführt. Der Abstand zwischen "benachbarten Abschnitten der Riemen 75 und 76 ist im wesentlichen gleich dem Außendurchmesser des das Kühlbad 55 verlassenden Mantels. Jede Scheibe 78 und 81 wird durch einen geeigneten Antrieb getrieben und treibt die Riemen 75 und 76.

Ein erster Ofen 90 ist nach den Riemen 75, 76 vorgesehen. Er ist im wesentlichen zylindrisch und weist eine zylindrische Mittenbohrung 91 auf, deren Achse koaxial mit der Bohrung im Querspritzkopf 18 ist. Die von der ersten Riemengruppe 75, 76 geförderte ummantelte Glasfaser tritt längs der Mittenbohrung 91 in den Ofen 90 ein.

Ein zweites Paar Riemen 94, 95 ist dem ersten Ofen 90 nachgeschaltet. Der Riemen 94- ist um Scheiben 96, 97, 98 und der Riemen 95 um Scheiben 99, 100 und 101 geführt. Die Scheiben 96 und 99 werden von geeigneten Antriebsmitteln gedreht und treiben die Riemen 94 und 95. Der Abstand zwischen benachbarten Abschnitten der Riemen 94 und 95 ist beträchtlich kleiner als derjenige zwischen den Riemen 75 und 76. Nahe den Scheiben 96 und 99 ist eine Einheit 104 vorgesehen, die die vom Ofen 90 zu den Riemen 94, 95 geführte ummantelte Glasfaser hin- und herbewegt.. Die Einheit 104 umfaßt zwei Rollen 106, 107, deren Achsen vertikal verlaufen. Die Rollen bewegen sich senkrecht zur Achse der Riemen mittels eines

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Steuerkurvenkörpers 108, der vom Antrieb der Scheiben 96 und 99 gedreht wird. Der Steuerkurvenkörper 108 kontaktiert eine Welle 102 und bewegt diese in axialer Richtung; die Welle 102 verschiebt eine Befestigung 109 der Rollen 106, 107 gegen die Vorspannkraft von Federn 105.

Ein zweiter Ofen 110 ist nach den Riemen 94, 95 angeordnet. Er ist im wesentlichen zylindrisch und hat eine zylindrische Bohrung 111, deren Achse koaxial mit der Bohrung des Ofens 90 ist. Der Ofen 110 hat zwei Wärmzonen. Die eine Wärmzone an dem den Riemen 94, 95 zunächstliegenden Ofenende ist auf eine höhere Temperatur erwärmbar als die andere Wärmzone an dem den Riemen 94, 95 fernliegenden Ofenende. Ein Ringglied mit einer Anzahl Düsen 112 ist an dem von den Riemen 94, 95 entfernten Ofenende angeordnet. Die Düsen sind mit einer Luftversorgung verbunden, so daß der Mantel beim Verlassen des Ofens 110 durch Aufblasen von Kaltluft gekühlt wird.

Eine Abzugseinheit 115 ist nach dem Ofen 110 vorgesehen. Sie umfaßt zwei gegenüberliegende Scheiben 116, 117, zwischen denen die ummantelte Glasfaser durchläuft. Eine der Scheiben wird getrieben. Eine Aufwickeltrommel 118 für die ummantelte Glasfaser ist nach der Abzugseinheit 115 angeordnet.

Die Schneckenpresse (vgl. die Fig. 4-6) hat einen Trichter 120, in den granulierter Kunststoff, in diesem

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Pall Polypropylen, zugeführt wird. Das Polypropylen wird vom Trichter 120 über eine Leitplatte 123 in ein horizontal verlaufendes Zufuhrrohr 124 geführt. Das Zufuhrrohr 124- weist eine axial verlaufende archimedische Schnecke 125 auf, die von einer Welle 126 getrieften wird. Das Zufuhrrohr 124 hat vier Bereiche. Ein erster Bereich 127 ist wassergekühlt, und die anschließenden drei Bereiche werden von drei elektrischen Heizelementen 128, 129, 130 "beheizt. Das Polypropylen schmilzt beim Durchlaufen der von den Heizelementen 128, 129, 130 "beheizten Bereiche.

In dem vom Trichter 120 fernen Ende des Zufuhrrohrs 124 ist eine Unter.brecherplatte 132 angeordnet, die den durch die archimedische Schnecke erzeugten schraubenförmigen Polypropylenfluß «glättet und außerdem einen Gegendruck für die Schnecke erzeugt. Dieses Ende des Zufuhrrohrs 124 ist am Einlaßkanal 26 des Querspritzkopfs 18 befestigt. Die Verbindung zwischen dem Zufuhrrohr 124 und dem Einlaßkanal 26 ist durch eine beheizte Einspanneinheit 134 gebildet.

Nach den Fig. 5 und 6 besteht die Einspanneinheit 134 aus zwei gleich ausgebildeten Hälften 136, 137, die auf einer Seite durch eine Gelenkvorrichtung 139 verbunden sind. Jede Hälfte 136, 137 hat eine Halbkreisfläche bzw. 142, die so angeordnet ist, daß sie bei Gegenüberliegen der beiden Hälften 136 und 137 eine Kreisöffnung für die Verbindung zwischen dem Zufuhrrohr 124 und dem Einlaßkanal 26 bilden. Die Flächen 141, 142 sind

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bei 143 ausgespart, so daß Plansche am Ende des Zufuhrrohrs 124 und am Ende des Einlaßkanals 26 darin anliegen können. Die "beiden Hälften 136 und 137 sind mittels einer Mutter 144 und einer Schraube 145 zusammenspannbar. Jede Hälfte 136, 137 weist eine Heizpatrone 147 "bzw. 148 auf.

Die beheizte Einspanneinheit 134 verhindert einen zu großen Wärmeverlust, der in ihrer Uähe auftreten und einen ITiedrigtemperaturpunkt zwischen dem Zufuhrrohr 124 und dem Einlaßkanal 26 "bilden könnte. Bei Auftreten eines solchen Hiedrigtemperaturpunkts könnte eine Schwankung des Durchmessers des aus dem Querspritzkopf extrudierten Kanteis auftreten.

Vor "Verwendung der "beheizten Einspanneinheit betrug die temperatur im Querspritzkopf selbst 205 ⁰C und in der ilähe der Einspanneinheit 200 ⁰C +10 ⁰C. Bei Verwendung der beheizten Einspanneinheit beträgt die Temperatur im Querspritzkopf 200 ⁰C und in der Nähe der Einspanneinheit 195 ⁰C.

G-lasfaser wird von der Vorratstrommel 10 durch die aus den Pilzkissen 21, 22 und dem Blasring 24 bestehende Reinigungseinheit zum Querspritzkopf 18 geführt. Wenn die G-lasfaser den Quer spritzkopf verläßt, wird Polypropylen aus diesem um die G-lasfaser extrudiert und bildet einen Mantel. Der Innendurchmesser des Mantels ist in der Größenordnung von 0,5-1 mm, sein Außendurch- · messer liegt bei 2 mm. Der Innendurchmesser des PoIy-

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propylenmantels ist wesentlich, größer als der Durchmesser der Glasfaser, der ublicherweise 125 /um "beträgt. Der Polypropylenmantel wird dann während des Durchlaufens des Kührbads 55 gekühlt. Mantel und Glasfaser werden von den Riemen 94, 95₁ die ^mi"t wesentlich höherer Geschwindigkeit als der der Riemen 75, 76 getrieben werden, durch den Ofen 90 gezogen. Typischerweise werden die Riemen 94, 95 mit zehnfach höherer Geschwindigkeit als die Riemen 75, 76 getrieben. Dies hat zur Folge, daß der Querschnitt des Mantels Terringert wird, während er den Ofen 90 durchläuft. In dieser Phase hat das Polypropylen einen halhviskosen Zustand. Der Ofen 90 arbeitet "bei einer Temperatur von ca. 120-130 ⁰G. lach der Querschnitt sverringerung liegt der Außendurchmesser des Mantels "bei 600 /um und sein Innendurchmesser im Bereich von 160-300 /um. ITaeh der Querschnittsverringerung hat also der Polypropylenmantel einen Innendurchmesser, der etwa zweimal so groß wie derjenige der Glasfaser ist, so daß der Mantel die Glasfaser lose umschließt, jedoch nicht an ihr haftet. Die Glasfaser ist im Mantel längsverschiebhar, der Manteldurchmesser ist jedoch hinreichend klein, um ein Knicken der Glasfaser im Mantel im wesentlichen auszuschließen.

Während des Extrudierens des Polypropylenmantels aus dem Querspritzkopf werden die Moleküle des Mantels geringfügig so ausgerichtet, daß sie dazu tendieren, sich in Richtung der Längsachse des Mantels anzuordnen. Die Moleküle werden stark ausgerichtet, wenn der Mantel den Ofen 90 durchläuft. Aufgrund der Molekülausrichtung hat

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der erzeugte Mantel 150 in einer Längsebene eine relativ hohe Festigkeit und ist in einer Querebene relativ schwach. Die Festigkeit in der Längsachse trägt in hohem Maß zur mechanischen Isolierung der Glasfaser gegenüber axialen Verformungen bei und gibt der Glasfaser Festigkeit. Die Schwäche in der Querebene ist günstig, wenn die Enden der Glasfaser freigelegt werden müssen, um sie mit weiteren Glasfasern zu verbinden.

ITach dem Durchlaufen zwischen den Riemen 94, 95 durchläuft die ummantelte Glasfaser den Ofen 110. Die erste Wärmzone dieses Ofens, die den Riemen 94-, 95 am nächsten liegt, hat eine Betriebstemperatur von 250-300 ⁰C, während die zweite, von den Riemen 94, 95 ferne Wärmzone eine Betriebstemperatur von 120-130 ⁰C hat. Dadurch wird der in den Ofen eintretende Mantel in der ersten Wärmzone schnell auf eine Temperatur erwärmt, in der er spannungsfrei wird, und in der zweiten Wärmzone wird er auf dieser Temperatur gehalten. Der Ofen 110 wirkt als Glühofen und beseitigt im wesentlichen eine ITachschwindung des Polypropylens nach dem Extrudieren. Wenn der Mantel nicht durch den Ofen 110 geführt wird, kann sich ein Schwindmaß von 5-10 % ergeben, und dies kann zu unerwünschten Verbiegungen der Glasfaser führen.

Die ummantelte Glasfaser wird aus dem Glühofen durch die Abzugseinheit 115 gezogen und dann auf die Aufwickeltrommel 1.18 gewickelt. Die Scheiben 116, 117 der Abzugseinheit laufen mit einer Geschwindigkeit um, die ca.

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8 % geringer als diejenige der Riemen 94, 95 ist. Dieser Geschwindigkeitsunterschied dient zur Anpassung an die Schwindung des Mantels während des Durchlaufens des Glühofens 110. Diese Schwindung liegt im Bereich von 8%,

Die Einheit 104, die den Mantel 51 quer zur Achse der Riemen 94, 95 hin- und herbewegt, dient dazu, die Abnutzung der Riemen 94, 95 klein zu halten.

Das Verfahren läuft wie folgt an; Das Kühlbad 55, das sich normalerweise relativ nahe an der AustrittsÖffnung des Querspritzkopfs 18 befindet, wird in axialer Richtung davon wegbewegt. Ein kurzes Mantelstück wird aus dem Querspritzkopf extrudiert und manuell durch das Kühlbad, zwischen die Riemen 75, 76, durch den Ausrichtofen und in die Riemen 94, 95 geführt. Danach wird das Kühlbad 55 in eine Stellung nahe dem Auslaß des Querspritzkopfs 18 zurückgebracht, so daß das Verfahren normal weiterlaufen kann. Der Mantel wird durch den Glühofen 110, die Abzugseinheit 115 und auf die Aufwickeltrommel 118 geführt. Dann wird in den Mantel Glasfaser 11 eingebracht und an der Innenfläche des Mantels befestigt. Der von den Riemen 94, 95 getriebene Mantel zieht die Glasfaser mit sich, so daß diese beginnt, sich auf die Aufwickeltrommel zu wickeln. Nachdem die ummantelte Glasfaser auf die Aufwickeltrommel gewickelt ist, sorgt die Reibung zwischen der Glasfaser und dem Mantel auf der Trommel dafür, daß die Glasfaser zusammen mit dem Mantel durch die Vorrichtung gezogen wird.

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Eine andere Anlaufmöglichkeit, die sehr zufriedenstellend ist, "besteht in folgendem: Der Mantel wird wie vorher erläutert extrudiert. Nachdem er bis zur Aufwickeltrommel 118 geführt wurde, wird Glasfaser 11 mit einer etwas unter der Geschwindigkeit der Riemen 75, 76 liegenden Geschwindigkeit in den Mantel 51 eingebracht. Diese Geschwindigkeit wird durch die Abwickeltrommel 10, die von einem Servomotor getrieben wird, geregelt, bis das Faserende sich im Bereich des Glühofens 110 befindet (die Faserlänge im Mantel wird durch Messen der in ihn eingebrachten Faser bestimmt). Dann wird die Abwickeltrommel 10 schnell ungefähr auf die Geschwindigkeit der Scheiben der Abzugseinheit 115 beschleunigt.

Die nach diesem Verfahren hergestellte ummantelte Faser ist eine optische Faser in einem lose umschließenden Mantel; dabei ist der Innendurchmesser des Mantels gering größer als der Faserdurchmesser, so daß die Faser im Mantel längsverschiebbar ist. Der Mantelwerkstoff hat in Richtung der Mantelachse einen relativ hohen Elastizitätsmodul, während dieser in einer Querebene relativ niedrig ist. Die Anordnung ist somit biegefest, kann jedoch senkrecht zu ihrer Längsachse zusammengedrückt werden.

Es wurde gefunden, daß innerhalb von Versuchsfehlern das Ummanteln der Glasfaser in dieser Weise keinen beachtenswerten zusätzlichen Verlust der Glasfaser mit sich bringt.

Anstelle einer Schneckenpresse kann auch eine Kolbenstrangpresse verwendet werden.

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Vorstehend wurde zwar das Ummanteln eines dielektrischen Lichtwellenleiters erläutert; selbstverständlich kann das Verfahren aber auch zum Ummanteln anderer Faserarten, die einen Schutzmantel "benötigen, angewandt werden.

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Claims

2621SQ8 Patentansprüche

1. Faser, insbesondere optische Faser zur Verwendung als dielektrischer Lichtwellenleiter, mit einem rohrförmigen Polymer-Mantel,

dadurch gekennzeichnet, daß die Polymer-Moleküle in Längsrichtung der Faserachse ausgerichtet sind.

2. Paser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel die Faser lose umschließt.

3. Faser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polypropylen ist.

4. Faser, insbesondere optische Faser zur Verwendung als dielektrischer Lichtwellenleiter, mit einem sie lose umschließenden Mantel,

dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel in Längsrichtung einen relativ hohen Elastizitätsmodul und in einer Querebene einen relativ niedrigen Elastizitätsmodul hat.

5. Faser nach Anspruch 4_f dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel ein extrudierter Polymermantel ist, dessen

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Moleküle in Längsrichtung der Faserachse ausgerichtet sind.

6. Faser nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer Polypropylen ist.

7. Verfahren zum Ummanteln einer Faser, gekennzeichnet durch Formen eines Polymermantels durch Extrudieren, Einbringen der Faser in den Mantel während dessen Formens, wobei der Innendurchmesser des Mantels wesentlich größer als derjenige der Faser ist, und

Verringern des Innendurchmessers des Mantels durch dessen Ziehen, damit er die Faser lose umschließt.

8, Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel während des Durchmesserverringerns erwärmt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel nach dem Extrudieren und vor dem Durchmesserverringern durch ein Kühlbad geschickt wird.

10, Verfahren nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß die ummantelte Faser nach dem Verringern des Manteldurchmessers durch einen Glühofen geschickt wird.

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11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Paser vor dem Ummanteln gereinigt wird.

12. Vorrichtung zum Ummanteln einer Faser, gekennzeichnet durch einen Extrudierer (18, 19) zum Extrudieren eines Polymermantels (51),

eine Einheit zur Zufuhr der Paser (11) in den Mantel (51) während dessen Formens, wobei der Durchmesser des Mantels (51) wesentlich größer als der Paserdurchmesser ist, und

Zieheinheiten (75, 76, 94, 95) zum Verringern des Innendurchmessers des Mantels (51), damit dieser die Paser (11) lose umschließt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Extrudierer eine Schneckenpresse (19) aufweist, die einen Querspritzkopf (18) speist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneckenpresse (19) ein "beheiztes Zufuhrrohr (124) aufweist, das mit dem Querspritzkopf (18) durch eine Einspanneinheit (134) verbunden ist, die an eine Heizeinheit (147, 148) angeschlossen ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder I4, dadurch gekennzeichnet, daß der Querspritzkopf (18) aufweist:

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eine Burchgangsbohrung (27), deren eines Ende die Austrittsöffnung zum Extrudieren des Polymers bildet, ein erstes Rohr (36), das sich in die Bohrung (27) von deren anderem Ende Ms zu einer Stelle nahe der Austrittsöffnung erstreckt und dort einen konischen Endabschnitt (39) hat, ein zweites Rohr (44) koaxial im ersten Rohr (36) und ein drittes Rohr (50), das koaxial mit dem ersten und dem zweiten Rohr (36, 44) angeordnet ist und sich in das zweite Rohr (44) nahe dem anderen Ende des Querspritzkopfs (18) erstreckt, durch den konischen Enda"bschnitt (39) des ersten Rohrs (36) geführt ist und nahe der Austrittsöffnung des Querspritzkopfs (18) endet, wobei eine das dritte Rohr (50) durchlaufende Faser (11) in bezug auf das erwärmte Polymer im Quer spritzkopf (18) ü"ber einen wesentlichen längsabschnitt ihrer Bewegungs"bahn durch den Querspritzkopf (18) aufgrund der Rohreinheit (36, 44, 50) wärmeisoliert ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-15, gekennzeichnet durch eine Reinigungseinheit (21, 22, 24) vor dem Extrudierer (18, 19) zum Reinigen der Paser (11) vor dem Ummanteln.

17» Vorrichtung nach' Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinheit zwei gegenüberliegende Filzkissen (21, 22), zwischen denen die Faser (11) durchläuft, und einen Blasring (24) zum Aufblasen von Kaltluft auf die Faser (11) aufweist.

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18. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 12-17, gekennzeichnet durch eine Äbwicke!trommel (10), von der die Paser (11) dem Extrudierer (18, 19) zuführbar ist, und eine Spanneinheit (12, 14, 16), die die Faser (11) unter einer im wesentlichen konstanten Spannung hält.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinheit zwei in Horizontalrichtung beabstandete Scheiben (12, 14) und eine schwebende Scheibe (16), die auf der Paser (11) liegt, so daß diese zwischen den Scheiben (12, 14) U-förmig verläuft, und zwei in Vertikalrichtung beabstandete lichtempfindliche Elemente (15, 17) aufweist, die so angeordnet sind, daß bei richtiger Spannung der Paser (11) das eine über und das andere unter der schwebenden Scheibe (16) liegt, wobei jedes lichtempfindliche Element (15, 17) von einer Lichtquelle bestrahlt wird und mit einem Stromkreis des Antriebs der Abwickeltrommel (10) verbunden ist, so daß beim Heben der schwebenden Scheibe (16) und Unterbrechen des zum oberen lichtempfindlichen Element (15) gerichteten Lichts die Drehzahl der Abwickeltrommel (10) erhöht und beim Senken der schwebenden Scheibe (16) und Unterbrechen des zum unteren lichtempfindlichen Element (17) gerichteten Lichts die Drehzahl der Abwickeltrommel (10) verringert wird.

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20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-19, gekennzeichnet durch ein unmittelbar nach dem Extrudierer (18, 19) angeordnetes Kühlbad (55).

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlbad (55) viereckig ist und ein in Längsrichtung verlaufendes Leitrohr (60) aufweist, durch das die ummantelte Faser leifbar ist, wobei das Kühlbad (55) eine Ein- und eine AustrittsÖffnung (57, 58) für die ummantelte Easer aufweist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß eine Platte (64) parallel zu und im Abstand von der die EintrittsÖffnung (57) aufweisenden Kühlbadwand (65) angeordnet ist, die eine Öffnung (67) besitzt, deren Größe und Lage der EintrittsÖffnung (57) entsprechen, wobei die Größe der Öffnungen (57, 67) so bemessen ist, daß beim Eintritt einer ummantelten Faser in das Kühlbad (55) Wasser aus dem Kühlbad durch die Eintrittsöffnung (57) ausströmt, jedoch aufgrund seiner Oberflächenspannung nicht durch die Öffnung (67) in der Platte (64) einströmt .

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zieheinheiten umfassen; ein erstes Paar umlaufende Riemen (75, 76), die einen im wesentlichen dem Durchmesser des extrudierten Mantels

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(51) entsprechenden Abstand voneinander haften, und ein zweites Paar umlaufende Riemen (94, 95), die dem ersten Paar (75, 76) nachgeschaltet sind und einen Abstand voneinander haben, der wesentlich kleiner als der Abstand zwischen dem ersten Riemenpaar (75, 76) ist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch einen zwischen dem ersten und dem zweiten Riemenpaar (75, 76 und 94, 95) angeordneten Ofen (90), den der Mantel (51) während seiner Durchmesserverringerung durchläuft.

25. Torrichtung nach Anspruch 24, gekennzeichnet durch einen dem zweiten Riemenpaar (94, 95) nachgeschalteten weiteren Ofen (110).

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ofen (110) eine erste Wärmzone mit relativ hoher Temperatur und eine zweite Wärmzone mit relativ niedriger Temperatur aufweist.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ofen (110) Luftdüsen (112) enthält, durch die auf den Mantel (51) beim Verlassen des Ofens (110) luft ausblasbar ist.

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28. Vorrichtung nach, einem der Ansprüche 24-27, gekennzeichnet durch eine dem weiteren Ofen (110) nachgeschaltete Abzugseinheit (115) mit zwei Scheiben (116, 117), deren eine mit einer etwas geringeren Geschwindigkeit als das zweite Riemenpaar (94, 95) getrieben wird zur Anpassung an ein Schwinden des Mantels (51) nach Verlassen des weiteren Ofens (110).

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