DE2703706A1 - METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING A MESSAGE TRANSMISSION LIGHT GUIDE - Google Patents
METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING A MESSAGE TRANSMISSION LIGHT GUIDEInfo
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Description
Patentanwalt
Dipl.-Phys.Leo Thul
StuttgartPatent attorney
Dipl.-Phys. Leo Thul
Stuttgart
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines NachrichtenUbertragungslichtleitersMethod and device for producing a message transmission optical fiber
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nachrichtenübertragungs-Lichtleiters unter Verwendung eines Doppeltiegels, der das Glas für den Kern und die HUlIe des herzustellenden Lichtleiters enthält.The invention relates to a method of manufacturing a communications optical fiber using a double crucible that contains the glass for the core and the envelope of the light guide to be produced.
Beim Doppeltiegel-Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern sind zwei konzentrisch zueinander angeordnete Behälter, vorzugsweise aus Platin, vorhanden, die mit Schmelze aus Kern- und Hüllglas gefüllt sind, und der Lichtleiter wird aus dem Ende der im Boden der Behälter angeordneten Düsen gezogen. Wenn die Behälter auf einer konstanten Temperatur und in einem festen räumlichen Abstand zueinander gehalten werden, dann ist das Verhältnis von Kern- zu Hüllendurchmesser eine Funktion der Schmelzpegel der Kern- und HUllenglasschmelze, Werden die Behälter nicht kontinuierlich aufgefüllt, dann sinken die Pegel in der Weise wie sich die Behälter entleeren. In derIn the double crucible process for the production of light guides, two are arranged concentrically to one another Containers, preferably made of platinum, are present, which are filled with melt from core and cladding glass, and the Light guide is drawn from the end of the nozzles located in the bottom of the container. When the containers are on a constant temperature and at a fixed spatial distance from each other, then the ratio from core to shell diameter a function of the melt level of the core and shell glass melt, the containers become if not continuously replenished, the levels will decrease as the containers empty. In the
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27.1.1977Bo / Scho
January 27, 1977
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Regel führt dies zu einer Veränderung des Verhältnisses von Kern- zu Hilllendurchmesser.Usually this leads to a change in the ratio from core to shell diameter.
Unter bestimmten Voraussetzungen 1st es möglich, die Ausgangsbedingung so zu wählen« daß die Schmelzpegel "im Gleichschritt" fallen, so daß das Verhältnis von Kern- zu HUllendurchmesser konstant bleibt. Ein bedeutender Nachteil dieses Verfahrens besteht jedoch darin, daß der Lichtleiter in Chargen hergestellt wird.Under certain conditions it is possible to use the Select the initial condition so that the melting level fall "in lockstep" so that the ratio of core to shell diameter remains constant. A significant one However, the disadvantage of this method is that the light guide is manufactured in batches.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Lichtleitern anzugeben, bei dem die Pegel der geschmolzenen Gläser ohne Messung der Schmelzpegel konstant gehalten werden.The object on which the invention is based is therefore to provide a continuous process for Manufacture of light guides to indicate the level of the molten glasses without measuring the melting level be kept constant.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Lichtleiter an der Auslaßöffnung des Doppeltiegels in einer Menge abgezogen wird, die eine gekrümmte Oberfläche des Oases an der Auslaßöffnung sicherstellt, und die Schmelzen für das Kern- und Hüllenglas in konstanten, vorher festgesetzten, von den Schmelzpegeln unabhängigen Mengen ergänzt werden.According to the invention, this object is achieved in that the light guide is at the outlet opening of the double crucible withdrawn in an amount to ensure a curved surface of the oasis at the outlet port, and the melts for the core and cladding glass in constant, predetermined, independent of the melt levels Quantities to be added.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 enthalten, welche nachstehend anhand der Fig.1 bis 3 beschrieben wird. Es zeigenFurther advantageous details of the invention are in contained in claims 2 to 4, which is described below with reference to FIGS. Show it
Fig.1 ein Schnittbild des Doppeltiegels Fig.2 und Fig.3 Meßdiagramme.FIG. 1 shows a sectional view of the double crucible, FIG. 2 and FIG. 3 measuring diagrams.
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Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet die Verwendung von Schmelzpegel-Meßeinrichtungen und beruht stattdessen auf der Tatsache, daß sich der Schmelzpegel selbst anpaßt bis der hydrostatische Druck einen solchen Wert erreicht, daß er einen die Nachfüllmenge genau ausgleichenden Fluß erzeugt, wenn der im Behälter befindlichen Glasschmelze Glas in konstanten Mengen zugeführt wird.The inventive method avoids the use of melt level gauges and is based instead on the fact that the melt level adapts itself until the hydrostatic pressure reaches such a value, that it generates a flow that precisely balances the replenishment amount when the glass melt in the container Glass is fed in constant quantities.
In einer Anordnung, in der die Schmelzpegel konstant gehalten werden, ist das Verhältnis Kern- zu HUllendurchmesser beim fertigen Lichtleiter eine komplexe Funktion des hydrostatischen Druckes, der Viskosität und der Fließfähigkeit. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren jedoch ist das Verhältnis von Kern- zu Hüllendurchmesser nur von den zugefUhrten Mengen abhängig und nicht von der Viskosität und der Fließfähigkeit. Ist nämlich einmal Gleichgewicht hergestellt, d.h. wird dem Tiegel ebenso viel Material zugeführt, wie ihm als Lichtleiter abgezogen wird, so besteht zwischen dem Verhältnis von zugeführtem Kernglasvolumen zu zugeführtemIn an arrangement in which the melt levels are kept constant, the ratio is the core to the shell diameter in the finished light guide a complex function of the hydrostatic pressure, the viscosity and the flowability. In the method according to the invention, however, the ratio of core to shell diameter is only depends on the amount added and not on the viscosity and flowability. is namely, once equilibrium is established, i.e. as much material is added to the crucible as there is to it Light guide is withdrawn, there is between the ratio of supplied core glass volume to supplied
und Hüllendurchmesser eine einfache quadratische Beziehung.and envelope diameter have a simple quadratic relationship.
Wenn Glasrohre mit konstantem Querschnitt als Nachfüllmaterial fUr das Auffüllen der Schmelze zur Verfügung stehen, dann kann das Nachfüllen in der Weise vonstatten gehen, daß die Rohre mit konstantem Vorschub in die Schmelze eingeschoben werden. Falls solche Glasrohre nicht zur Verfügung stehen, besteht ein bevorzugtes When glass tubes with constant cross-section are used as refill material are available for topping up the melt, then topping up can take place in the same way go that the tubes are pushed into the melt at a constant feed rate. If such glass tubes are not available, there is a preferred one
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Vorgehen zur Erzielung konstanter Speisemengen darin, das NachfUllmaterial an einem Belastungsfühler aufzuhängen, der Teil einer Regeleinrichtung ist, die den Vorschub des BelastungsfUhlers derart steuert, daß dieser eine linear abnehmende Belastung feststellt.Procedure to achieve constant amounts of food in hang the refill on a load sensor that is part of a control system that controls the Controls the advance of the load sensor in such a way that it detects a linearly decreasing load.
Welche Art der Zuführung des Nachfüllmaterials auch angewandt wird, ist es erforderlich, eine weitere Nachfüllvorrichtung vorrätig zu haben, damit bei einem ununterbrochenen Betrieb des Doppeltiegels das verbrauchte Nachfüllmaterial rasch gegen ein neues ausgetauscht werden kann.Whichever way of supplying the replenishing material is also used, a further replenishing device is required to have in stock so that the used one in the event of uninterrupted operation of the double crucible Refill material can be quickly exchanged for a new one.
In Fig.1 hat der innere Behälter aus 0,5 mm dickem Platin eine Düse 10 mit 3,7 mm Durchmesser, die 4 mm lang ist. Oberhalb der Düse befindet sich das sich verjungende Teil 11, das 8 mm hoch ist und die Düse mit dem sich ebenfalls leicht verjüngenden Behälterteil verbindet, das 69 mm hoch ist und dessen Durchmesser von 29,2 mm am oberen Ende auf 27,2 mm am unteren Ende abnimmt.In Figure 1, the inner container made of 0.5 mm thick platinum has a nozzle 10 with a 3.7 mm diameter, the 4 mm is long. Above the nozzle is the tapering part 11, which is 8 mm high, and the nozzle with it the also slightly tapered part of the container, which is 69 mm high and its diameter decreases from 29.2 mm at the top to 27.2 mm at the bottom.
Der innere Behälter ist konzentrisch in dem äußeren Behälter mit der Düse 14 angeordnet. Der äußere Behälter besteht ebenfalls aus 0,5 mm dickem Platin. Die Spitze der Düse 10 des inneren Behälters ist 2 mm oberhalb des Endes der Düse 14 des äußeren Behälters fixiert, welche einen Durchmesser von 5 mm und eine Länge von 8 mm besitzt. Oberhalb der Düse 14 befindet sich dasThe inner container is concentric with the outer one Container with the nozzle 14 arranged. The outer container is also made of 0.5 mm thick platinum. The summit the nozzle 10 of the inner container is fixed 2 mm above the end of the nozzle 14 of the outer container, which has a diameter of 5 mm and a length of 8 mm. Above the nozzle 14 is the
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verjüngende Teil 15, das 17 mm hoch ist und die Düse mit dem Behälterteil 16 verbindet.tapered part 15 which is 17 mm high and the nozzle connects to the container part 16.
Das Behälterteil 16 verjüngt sich ebenfalls leicht von einem Innendurchmesser von 62 mm am oberen Ende auf 60 mm unmittelbar oberhalb der Stufe, die 6 mm oberhalb des unteren Endes des Behälterteils 16 angeordnet ist. An dieser Stufe wird der Innendurchmesser auf 56,3 mm vermindert. Die Gesamthöhe des Behälterteils 16 beträgt 56 mm. Diese Angaben sollen lediglich einen Eindruck von der Größe des Doppeltiegels vermitteln; sie stellen keine kritischen Größen dar. Die Verjüngungen der Behälterteile rühren lediglich von ihrer Herstellung her, weil sie dadurch besser vom Dorn abzuziehen waren. Die Stufe im äußeren Behälterteil ist ursprünglich zur Aufnahme eines Stützwerkes vorgesehen gewesen, um die konzentrische Lage des inneren im äußeren Behälterteil zu gewährleisten. Jedoch hat sich eine solche Maßnahme als nicht notwendig erwiesen, denn es ergab sich eine ausreichende Konzentrizitat durch das Verbinden der Behälterteile am oberen Ende.The container part 16 also tapers slightly from an inner diameter of 62 mm at the upper end to 60 mm immediately above the step which is arranged 6 mm above the lower end of the container part 16. At at this stage the inside diameter is reduced to 56.3 mm. The total height of the container part 16 is 56 mm. This information is only intended to give an impression of the size of the double crucible; they provide are not critical variables. The tapering of the container parts stem only from their manufacture, because it was easier to pull them off the mandrel. The step in the outer part of the container is originally intended to accommodate a Supporting structure had been provided to ensure the concentric position of the inner in the outer container part. However, such a measure has not proven to be necessary, because it resulted in sufficient concentration by connecting the container parts at the top.
Der innere Behälter enthält eine Menge Kernglas 20 und der äußere Behälter eine Menge Hüllglas 21 mit einem Brechungsindex, der geringfügig kleiner ist als derjenige des Kernglases.The inner container contains a lot of core glass 20 and the outer container contains a lot of cladding glass 21 with a Refractive index that is slightly smaller than that of the core glass.
Die übrigen physikalischen Eigenschaften sind weitgehend einander angepaßt, um eine gute Verträglichkeit zu gewährleisten. Als Beispiel für die Zusammensetzung verträglicher Gläser seien 23 Gew % Na2O, 40 Gew % B3O3 und 35 Gew % SiO2 The other physical properties are largely matched to one another in order to ensure good compatibility. Examples of the composition of compatible glasses are 23% by weight Na 2 O, 40% by weight B 3 O 3 and 35% by weight SiO 2
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als Kernglas und 27 Gew % Na2O, 13 Gew % B3O3 und 60 Gew % SiO2 als HUllglas genannt. Der Doppeltiegel ist in einem (nicht gezeigten) Ofen angeordnet, der bei den genannten Gläsern auf einer Temperatur von 800° C gehalten wird. Bei dieser Temperatur schmelzen die Gläser und fließen aus dem Doppeltiegel. Die beiden Schmelzen werden ergänzt durch das Zuführen der Rohre 22 und 23 aus Kern- bzw. HUllglas mit konstantem Vorschub.named as core glass and 27% by weight Na 2 O, 13% by weight B 3 O 3 and 60% by weight SiO 2 as cladding glass. The double crucible is arranged in a furnace (not shown), which is kept at a temperature of 800 ° C. in the case of the glasses mentioned. At this temperature the glasses melt and flow out of the double crucible. The two melts are supplemented by feeding the tubes 22 and 23 made of core or shell glass at a constant feed rate.
so sind diese an dem (nicht gezeigten) beweglichen Teil eines Spindelantriebes befestigt, der von einem (nicht gezeigten) Synchronmotor angetrieben wird. Bei Rohren mit einem Querschnitt von einigen Quadratmillimeter liegt die Vorschubgeschwindigkeit in der Größenordnung von 1 bis 10 Millimeter pro Minute. Das aus dem Doppeltiegel austretende Glas wird unter dieser Voraussetzung von einer (nicht gezeigten) Aufwickelvorrichtung zum Lichtleiter gezogen, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit zwischen 10 und 20 Meter pro Minute angetrieben wird.so these are attached to the (not shown) movable part of a spindle drive, which is of a Synchronous motor (not shown) is driven. For pipes with a cross-section of a few square millimeters the feed rate is in the order of 1 to 10 millimeters per minute. That from the double crucible escaping glass is under this condition of a (not shown) winding device for Light guide drawn, which is driven at a peripheral speed of between 10 and 20 meters per minute.
£)ie gewählte Abzugsgeschwindigkeit hat einen Einfluß auf die Abmessungen des Lichtleiters aber so gut wie keinen Einfluß auf den Fluß des Glases aus dem Doppeltiegel, vorausgesetzt die Geschwindigkeit ist groß genug um eine gekrümmte Oberfläche am Auslaß des£) i e chosen take-off speed has an influence on the dimensions of the light guide but virtually no effect on the flow of glass from the double crucible, provided that the speed is large enough to a curved surface at the outlet of
Ist die Abzugsgeschwindigkeit dafür zu gering, tritt eine Neigung zur Tropfenbildung auf, die einen Fluß aus der Düse 10 verhindert.If the take-off speed is too low for this, there is a tendency to form droplets, creating a flow from the nozzle 10 prevented.
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Bei einem Ausführungsbeispiel wurde ein Glasrohr aus Kernglas mit einem Durchmesser von 3/7 mm mit einem Vorschub von 10 mm pro Minute in die Kernglasschmelze eingeführt, während das Rohr aus Hüllglas mit einem Durchmesser von 5,3 mm mit einem Vorschub von 3,6 mm pro Minute in die Hüllglasschmelze eingeführt wurde. Unter diesen Bedingungen wurde ein 1,5 km langer Lichtleiter gezogen. Die Abmessungen des hergestellten Lichtleiters wurden in regelmäßigen Abständen entlang des Lichtleiters gemessen. Dabei wurde festgestellt, daß der Kerndurchmesser zwischen 69 und 75 pm schwankte. Die Stärke der Abmessungsstreuung wurde bei einem anderen AusfUhrungsbeispiel dadurch etwas verringert/ daß bei gleichen Vorschubgeschwindigkeiten geringfügig anders dimensionierte Rohre mit einem gleichmäßigeren Querschnitt verwendet wurden. Bei diesem Ausführungsbeispiel war die gemessene Schwankung des Kern- und Hüllendurchmessers auf - 2 um erniedrigt. Die Meßwerte und ihre Streuung sind in dem Diagramm der Fig.2 aufgezeichnet, wobei jeder senkrechte Strich die Streubreite von 40 Meßwerten wiedergibt, die in regelmäßigen Abständen auf einem zwei Meter langen Teilstück des Lichtleiters ermittelt wurden. Das Ergebnis eines solchen Satzes von 40 Meßwerten ist als Beispiel in Fig.3 gezeigt. Zum Vergleich enthält Fig.2 auch Meßergebnisse (Kreuze), die dann ermittelt wurden, wenn der Lichtleiter aus dem Doppeltiegel gezogen wurde, ohne daß dessen Schmelze ergänzt wurde. Diese Messungen zeigen, wie sich Kern- und HUllendurchmesser beide ver-In one embodiment, a glass tube was made Core glass with a diameter of 3/7 mm with a feed rate of 10 mm per minute into the core glass melt introduced, while the tube made of clad glass with a diameter of 5.3 mm with a feed of 3.6 mm was introduced per minute into the cladding glass melt. Under these conditions, a 1.5 km long light guide was made drawn. The dimensions of the manufactured light guide were measured at regular intervals along of the light guide measured. It was found that the core diameter varied between 69 and 75 μm. The strength of the dimensional spread has been reduced somewhat in another exemplary embodiment slightly differently dimensioned tubes with a more uniform cross-section at the same feed rates were used. In this embodiment, the measured variation in core and shell diameters was to - 2 um lowered. The measured values and their scatter are recorded in the diagram of FIG vertical line shows the spread of 40 measured values, which are at regular intervals on a two meter long section of the light guide were determined. The result of such a set of 40 measured values is as Example shown in Fig.3. For comparison, Fig. 2 contains also measurement results (crosses) that were determined when the light guide was pulled out of the double crucible, without its melt being replenished. These measurements show how the core and shell diameters both differ
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mindern, welches zu einer Änderung des Verhältnisses von Kern- zu HUllendurchinesser von 0,88 zu 0,66 führt.which leads to a change in the ratio of core to shell diameter from 0.88 to 0.66.
Wenn Rohre aus Kern- und Hüllglas mit gleichmäßigem Querschnitt nicht erhältlich sind, muß der Rohreinführ-Mechanismus geändert werden. In diesem Fall besteht ein bevorzugtes Verfahren der Rohreinführung darin, das Rohr an einen BelastungsfUhler anzuhängen, der ein Ausgangssignal erzeugt, das in einen die Motordrehzahl steuernden Regelkreis eingespeist wird. Die Regelung ist so ausgelegt, daß die vom BelastungsfUhler gemessene Last gleichmäßig abnimmt. Die prinzipielle Wirkungsweise besteht darin, daß in dem Maße wie das untere Ende des Rohres durch Berührung mit der Oberfläche der Schmelze abschmilzt, der Gewichtsverlust des angehängten Rohres die abgeschmolzene Masse ausgleicht.If tubes made of core and clad glass with a uniform cross-section are not available, the tube insertion mechanism be changed. In this case, a preferred method of tube insertion is to use the Tube to attach to a load sensor that generates an output signal that the engine speed controlling control loop is fed. The control is designed in such a way that the load measured by the load sensor Load decreases evenly. The principle mode of operation is that in the same degree as the lower End of the tube by contact with the surface of the melt melts, the weight loss of the attached Rohres compensates for the melted mass.
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Claims (4)
für das Kernglas angehängten Halter für das Kernglas und einem an dem BelastungsfUhler fUr das Hüllglas angehängten Halter fUr das Hüllglas besteht, wobei jeder Belastungsfühler Teil einer Regeleinrichtung 1st, welche die Halter mit geregelter Geschwindigkeit in die Tiegel einführt.4. Apparatus according to claim 3, characterized in that the feed device consists of one on the load sensor
for the core glass attached holder for the core glass and a holder for the cladding glass attached to the load sensor for the cladding glass, each load sensor being part of a control device which introduces the holder into the crucible at a controlled speed.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |