DE3235465C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innenbeschichten eines Glasrohres nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Diese Vorrichtung findet speziell Anwendung bei der Herstel­ lung von Lichtleiter-Vorformen. Um in der aus einer so herge­ stellten Vorform gezogenen Lichtleiterfaser einen gewünschten Brechungsindex-Verlauf zu erhalten, wird das Glasrohr von Reaktionsmitteln durchströmt, bevor es kollabiert wird.

Das im allgemeinen eingesetzte Verfahren zum Herstellen von Lichtleiter-Vorformen ist das sogenannte MCVD-Verfahren (Dampfreaktions-Niederschlagsverfahren), wie es z. B. in der US-PS 42 17 027 beschrieben ist. Als Reaktionsmittel, das an der Innenseite des Glasrohres niedergeschlagen wird, kommen Dämpfe aus beispielsweise GeCl₄, SiCl₄, POCl₃ oder derglei­ chen, von einem Trägergas geführt, in Betracht. Während die Dämpfe durch das gedrehte Glasrohr geleitet werden, wird ein Sauerstoff/Wasserstoff-Brenner wiederholt entlang dem Rohr geführt. Wenn die Dampfströmung das Rohr durchströmt, findet in der durch den Brenner erhitzten Zone eine Oxidations- Reaktion statt. Die Oxide schlagen sich dann an der Innen­ fläche des Glasrohrs nieder. Nach mehreren Brennerdurch­ läufen in Längsrichtung des Rohrs wird dann das Rohr durch erhöhte Brennertemperatur geschrumpft und schließlich zum Kollabieren gebracht.

Es hat ich nun gezeigt, daß sich im Verlauf dieses Verfah­ rens nicht die gesamte Reaktionsproduktmenge innerhalb des Glasrohres niederschlägt, sondern daß vielmehr ein Teil der Stoffe in pulvriger Form zusammen mit dem Trägergas aus dem Rohr ausgeleitet werden. Bislang wurden die nicht niederge­ schlagenen Reaktionsprodukte aus dem Glasrohr über ein Reaktionsproduktsammelrohr ausgetragen, welches als ein­ stückige Verlängerung am Ende des Vorform-Glasrohres ausge­ bildet wurde. Gase und Reaktionsmittel, die aus dem Glas­ rohr ausgetreten waren, wurden in einem Gas-Wascher aufbe­ reitet.

Ein Teil der pulvrigen Reaktionsprodukte schlägt sich jedoch nach dem Austreten aus dem Vorform-Glasrohr im Sammelrohr nieder. Diese Ansammlung bildet im Verlauf des Verfahrens eine immer enger werdende Durchströmstelle für das die Reaktionsprodukte mitführende Gas. Dadurch wird der Druck der Dampfströmung innerhalb des Vorform-Glasrohrs abträg­ lich beeinflußt. Kleine Änderungen des Drucks und in der Strömungsform am Austrittsende des Glasrohrs können den Nie­ derschlagungsprozeß wesentlich beeinträchtigen, da unbe­ dingt erforderlich ist, die angelieferten Dämpfe mit präzise gesteuerten Massendurchsätzen durch das Vorform-Glasrohr streichen zu lassen. Sonach beeinflussen die Änderungen im Strömungsmuster innerhalb des Austragrohrs den Niederschla­ gungsprozeß im Vorform-Glasrohr abträglich, da es sich um nicht beherrschbare Effekte handelt.

Man kann innerhalb des Reaktionsmittelsammelrohrs einen Quarz­ stab-Schaber anordnen, der bei Drehung des Sammelrohrs die Reaktionsprodukte von den Innenwänden des Sammelrohrs löst. Es läßt sich mit dieser Maßnahme jedoch nicht verhindern, daß immer noch Reaktionsprodukte an bestimmten Stellen ange­ sammelt werden, mit der Folge, daß der Niederschlagungspro­ zeß abträglich beeinflußt wird. Sogar bei Rührung haben die Reaktionsprodukte die Neigung, stromaufwärts zu diffundieren und Anomalien in den niedergeschlagenen Schichten innerhalb des Vorform-Glasrohrs hervorzurufen. Die Anordnung mit einem Quarzglas-Schieber ist z. B. in der US-PS 42 78 459 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß ein praktisch gleichförmiges Strömungsmuster und ein konstanter Druck am stromabwärtigen Ende des Glasrohres gewährleistet sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfin­ dung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird gewährleistet, daß die Stellvorrichtung - ansprechend auf die von der Druckmeß­ einrichtung gelieferten Druck-Werte - die Auslaßöffnung so vergrößert oder verengt, daß der gewünschte gleichförmige Druck am stromabwärtigen Ende in der Reaktionsproduktaus­ tragsanlage aufrechterhalten wird.

Die US-PS 42 80 829 beschreibt ein Verfahren zum Konstanthal­ ten des Drucks in einem Glasrohr. Am stromabwärtigen Ende des Glasrohrs ist eine Reaktionsproduktaustragsanlage ange­ schlossen, die ihrerseits über eine Durchflußmengensteuerung an eine Gasdruckquelle angeschlossen ist. Die Durchfluß­ mengensteuerung empfängt Regelsignale, um den Druck in der Reaktionsproduktaustragsanlage und mithin innerhalb des Glasrohrs auf einem bestimmten Wert zu halten. Allerdings wird bei dem bekannten Verfahren zur Druck-Überwachung inner­ halb des Glasrohrs dessen Durchmesser gemessen. Auf der einem am Glasrohr entlangstreichenden Brenner gegenüberlie­ genden Seite des Glasrohrs befindet sich eine mit einer Optik versehene Überwachungseinrichtung, die ständig den Glasrohr-Durchmesser überwacht. Vergrößert sich oder ver­ kleinert sich der Glasrohr-Durchmesser, so empfängt die zwi­ schen Druckgasquelle und Reaktionsproduktaustragsanlage be­ findliche Durchflußmengensteuerung ein entsprechendes Stell­ signal, um den Gasdruck, der die Austragsanlage beaufschlagt, zu verringern oder zu erhöhen und dadurch den Gasdruck in dem Glasrohr auf einen konstanten Wert einzuregeln. Dieses Verfahren unterscheidet sich also von dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß nicht direkt der Druck am stromab­ wärtigen Ende des Rohrs in der Reaktionsproduktaustragsanlage gemessen wird, sondern statt dessen ein aufwendiger Weg mit der Durchmesserüberwachung des Glasrohrs beschritten wird.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Skizze einer nach dem sogenannten MCVD-Verfahren arbeitenden Vorrichtung zum Beschichten eines Lichtleiter-Vorform-Glasrohres,

Fig. 2 eine Skizze einer Reaktionsproduktaustragsanlage, die in Verbindung mit der Vorrichtung nach Fig. 1 einge­ setzt wird,

Fig. 3 eine Schnittansicht eines Austragsrohrs,

Fig. 4 zwei Ansichten einer Fassung zur Ankopplung des Austragsrohrs an eine Gasquelle und

Fig. 5 eine schematische Teilschnittansicht einer Reaktionsprodukt­ sammelkammer.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer bekannten An­ lage zur Herstellung einer Lichtleitervorform im MCVD- Verfahren. Eine Glasdrehbank 10 trägt ein beidendig in gegenüberstehenden Einspannfuttern 14-14 drehbar be­ festigtes Vorform-Glasrohr 12. Ein Brenner 16 ist auf einem Support 18 befestigt, der längs des Drehbankbet­ tes 22 in Richtung der Pfeile 24-24 verschiebbar ist.

Zusätzlich ist ein Pyrometer 28 auf dem Support 18 an­ geordnet, um die Temperatur desjenigen Teils des Rohrs 12 zu überwachen, welcher der Flamme 29 des Brenners 16 ausgesetzt ist. Der Ausgang des Pyrometers 28 ist über die Leitung 31 mit einer Rechner-Steuerein­ heit 32 verbunden, die eine Mehrzahl Zufuhrleitungen von ausgewählten Gasquellen 33 steuert. Die Steuereinheit 32 steuert auch über die Ausgangsleitung 34 die Bewegungs­ geschwindigkeit des Brennersupports 18.

Reaktionsmittel und Trägergase werden in der Rechner- Steuereinheit 32 in bekannter Weise zugeordnet und ge­ mischt und in die Bohrung des sich drehenden Rohrs 12 gerichtet, wie dieses durch den dick ausgezogenen Pfeil 36 angedeutet ist. Ein Teil der Reaktionsmittel werden sich auf der Innenfläche des Rohrs 12 niederschlagen, wenn der Brenner 16 längs der Außenfläche des Rohrs be­ wegt wird, wie dieses im einzelnen in der obenerwähnten US-PS 42 17 027 beschrieben ist. Der Brenner 16 liefert eine Heizzone, die sich langsam, beispielsweise mit 0,3 cm/Sekunde, von links nach rechts bewegt, kehrt dann rasch nach links zurück, um den Durchgang zu wiederholen, und verursacht den Niederschlag einer gleichförmigen Schicht aus dotiertem Quarz auf der Innenfläche des Rohrs. Eine Vielzahl solcher Schichten werden niedergeschlagen, um das richtige Rohr/Kern-Massenverhältnis und Bre­ chungsindexprofil zu erzeugen.

Mehr als 50% der Reaktionsmittel schlagen sich auf der Innenfläche des Vorformrohrs 12 nicht nieder, sondern passieren dieses sowie ein nachgeschaltetes Sammelrohr 42, das an das Ende des Vorformrohrs angeschmolzen ist, und werden über eine Leitung 44 einem Gaswascher (nicht dargestellt) zugeführt. Der Rest der Reaktionsmittel wird sich innerhalb des Sammelrohrs 42 ansammeln. Diese Ansammlung bildet eine fortschreitend zunehmende Ein­ schnürung, die zu geänderten Strömungsmustern und Druck­ schwankungen führt, welche das MCVD-Verfahren nachteilig beeinflussen und die Wiederholbarkeit des Verfahrens blockieren können.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Reaktionsmittelaustrag­ apparatur 50 (Fig. 2) überwindet die vorstehenden Probleme im wesentlichen. Die Apparatur 50 besitzt im wesentlichen ein doppelwandiges Austragrohr 52 (siehe auch Fig. 3), eine Reaktionsmittelsammelkammer 54 (siehe Fig. 5) und eine Drucksteuereinrichtung 56. Die Reaktionsmittel werden in das Rohr 12 in praktisch derselben Weise einge­ führt, wie dieses in Verbindung mit Fig. 1 beschrieben wurde.

Das im einzelnen in Fig. 3 dargestellte Austragrohr 52 ist ein Glasrohr mit einem ersten Ende 58 kleinen Durchmessers, das einen sich auf ein äußeres Rohr 64 erweiternden Abschnitt 62 besitzt. Ein Innenrohr 66 kleineren Durchmessers ist innerhalb des Außenrohrs 64 koaxial montiert und ist mit seinem ersten Ende 68 an das Außenrohr 64 dichtend angeschmolzen, während sein zweites Ende 69 mit dem anderen Ende 70 des Außenrohrs 69 bündig abschließt. Das Innenrohr 66 hat eine Mehr­ zahl im Abstand gelegener Öffnungen 72-72 in der Nähe des ersten Endes 68 des Innenrohrs 66.

Fig. 4 zeigt in Schnittansicht und Aufsicht eine im we­ sentlichen zylindrische Fassung 74 mit einer Zentral­ bohrung 76 und einem Paar Kanäle 78-78, die in Längs­ richtung beidseitig der Zentralbohrung 76 verlaufen. Die Fassung 74, die aus Polytetrafluorethylen hergestellt sein kann, ist innerhalb eines Austrag-Gehäuses 82 (Fig. 2) angeordnet und hat eine erste und eine zweite Ringnut 84 und 86, die konzentrisch zueinander verlaufen und zur dichtenden Aufnahme der Enden 69 und 70 des Austragsrohrs 52 dienen, während die Drehbarkeit des Rohrs erhalten bleibt. Ein Paar Leitungen 88-88 (Fig. 2) gehen durch die Wand des Gehäuses 82 und endigen bei den Kanälen 78-78 in der Fassung 74, um eine Gasquelle 92 (z. B. Sauerstoff, Stickstoff) hieran anzu­ schließen. Das Ausgangsende 94 des Austrag-Gehäuses 82 steht mit der Reaktionsmittelsammelkammer 54 über ein flexibles Rohr 96 in Verbindung.

Die Reaktionsmittelsammelkammer 54 ist in Fig. 5 im einzelnen dargestellt und hat einen Einlaß 101, einen freien Abschnitt 102, einen Prallflächenabschnitt 104, der durch eine gemeinsame Wand 106 vom Abschnitt 102 getrennt ist. Die Wand 106 hat eine Verbindungsöffnung 108 im unteren Teil. Der Prallplattenabschnitt 104 hat eine Vielzahl abwärts weisender, ineinandergeschachtelter Prallplatten 112-112, die sich von den Wänden aus erstrecken und eine serpentinenförmige Passage definieren. Ein Ventilgehäuse 114 befindet sich direkt oberhalb des Prallplattenabschnitts 104. Das Ventilge­ häuse 114 hat einen konischen Ventilkörper 116 am Ende eines Gewindeschafts 118, der in einer Gewindebohrung 122 gelagert ist. Ein Motor 124 steuert eine erste und eine zweite Riemenscheibe 126, 128, die über einen Treib­ riemen 129 miteinander gekoppelt sind. Beim Motor 124 wird der Gewindeschaft 118 in Richtung auf eine als Ventilsitz dienende auf der Oberseite des Prallplattenabschnitts 104 vorgesehene kreisförmige Öffnung 132 hin bewegt oder von dieser wegbewegt. Ein Auslaß­ rohr 134 (siehe Fig. 2) verbindet das Ventilgehäuse mit einem Gaswascher (nicht dargestellt).

Die Drucksteuereinrichtung 56 (Fig. 2) hat einen Ein­ gang 142 von einem Drucksensor 144, der im Austrag-Ge­ häuse 82 befestigt ist, und eine Ausgangsleitung 146, die mit dem Motor 124 verbunden ist.

Beim Betrieb (siehe Fig. 2) wird das Glasrohr 12 mit dem ersten Ende 58 des Austragsrohrs 52, das einen kleinen Durchmesser besitzt, bei der Grenzfläche 148 ausgerichtet, wo sie erhitzt und miteinander verschmolzen werden. Das Austragrohr 52 wird dann innerhalb des Austraggehäuses 82 eingesetzt, wobei die konzentrischen Enden 70 und 69 von den Ringnuten 84 bzw. 86 der Fassung 74 aufgenommen werden. Das entfernte Ende des Rohrs 12 wird in einem drehbaren Einspannfutter 14 einer Glasdrehbank einge­ spannt. Gase und Reaktionsmittel werden in das Rohr 12 eingeführt, und die Temperatur und die seitliche Bewe­ gung des Brenners 16 durch die Rechner-Steuereinheit ge­ steuert, wie dieses in Fig. 1 dargestellt ist. Eine Vielzahl Glasschichten werden auf der Innenfläche des Rohrs 12 niedergeschlagen, und nicht-niedergeschlagene Reaktionsmittel gehen durch das Rohr in der oben be­ schriebenen Weise durch. Wie in Fig. 2 dargestellt, wird eine Flamme 149 auf den Halsteil 62 gerichtet, um einen Niederschlag der bisher nicht-niedergeschlagenen Reaktionsmittel auf der Innenfläche dieses Teils des Austragsrohrs 52 zu vermeiden.

Die das Rohr 12 verlassenden nicht-niedergeschlagenen Reaktionsmittel strömen zunächst durch das erste Ende 58 des Austragsrohrs 52 in das Innenrohr 66. Gleichzeitig wird Sauerstoff der Quelle 92 veranlaßt, längs der Lei­ tungen 88-88 über die Kanäle 78-78 in der Fassung 74 und längs des von Außenrohr und Innenrohr 64 und 66 des Austragsrohrs 52 definierten Ringraumes zu strömen. Eine gleichförmige, unter Druck stehende Sauerstoffströmung geht daher radial durch die Öffnungen 72-72 und strömt zusammen mit einem wesentlichen Teil der nicht-niederge­ schlagenen Reaktionsmittel unter Mitnahme derselben durch das Innenrohr 66, die Bohrung 76 der Fassung 74, durch das Austraggehäuse 82 in die Reaktionsmittelsam­ melkammer 54 über die flexible Leitung 96. Zur weiteren Verbesserung des Wirkungsgrades des vorliegenden Aus­ trag-Systems kann ein zylindrischer Glasstab 152 im In­ nenrohr 66 angeordnet werden, wie dieses in Fig. 3 dargestellt ist. Wie oben beschrieben, wird der Stab 152 dazu beitragen, Reaktionsmittel aufzulockern, die sich auf der Innenseite des Rohrs 66 niedergeschlagen haben.

Die Reaktionsmittel werden in das offene Volumen 102 der Reaktionsmittelsammelkammer 54 ausgetragen (siehe Fig. 5), wo die schweren, partikelförmigen Reaktionsmittel bzw. Produkte auf die Bodenfläche 172 fallen und die restli­ chen (leichteren) Partikel in den Prallplattenabschnitt 104 über die Öffnung 108 eintreten. Der Prallplattenabschnitt 104 mit seinen ineinandergeschachtelten Prallplatten 112-112 wirkt als eine Pufferzone zwischen dem nicht dargestellten Wascher und dem Austragrohr 52, und bildet einen rela­ tiv langen, serpentinenförmigen Weg. Das Durchtrittsge­ biet zwischen der Oberfläche des Ventilkonus 116 und der Oberfläche der Ventilsitzöffnung 132 kann unter der Steuerung der Drucksteuereinrichtung 56 durch Aktivie­ rung des Motors 124 eingestellt werden, um die Welle 118 in Richtung auf die Öffnung 132 oder von dieser weg zu bewegen.

Demgemäß kann der Druck innerhalb der Reaktionsmittel­ austraganlage 50 durch Verschieben des Ventilkonus 116 dadurch gesteuert werden, daß das Querschnittsgebiet der Öffnung 132 in Abhängigkeit vom Drucksensor 144 geändert wird. Zusätzlich kann der Druck in der Reaktionsmittel­ austraganlage 50 auch durch Ändern der Sauerstoffströ­ mung von der Quelle 92 in das Austragsrohr 52 eingestellt werden. Durch Aufrechthalten sowohl eines praktisch konstanten Druckes (beispielsweise von 0,5 cm ± 0,02 cm Wassersäule) als auch eines Sauerstoffdurchsatzes (z. B. von 1 Liter pro Minute) in der Reaktionsmittel­ austraganlage 50, wobei dieser Druck niedriger ist als der am Ausgang des Rohrs 12, konnte mit Vorteil ein hoher Reproduzierungsgrad für den Brechungsindex von Vorfor­ men erreicht werden. Zusätzlich wird unter Verwendung einer rechnergesteuerten Gas-Reaktinsmittel-Zufuhranlage, wie diese bei 32 dargestellt ist, zusammen mit der vor­ liegenden Reaktionsmittelaustrag-Anlage 50 eine prak­ tisch vollautomatische Anlage erhalten.

Des weiteren wird ein Teil der feinkörnigen Reaktions­ mittel auch auf den Platten 112-112 niedergeschlagen. In periodischen Zeitabständen wird die Glasruß-Sammelkammer 54 geöffnet und gesäubert, wobei die niedergeschlagenen Reaktionsmittel auf den Platten 112-112 und auf der Bodenfläche 172 gesammelt werden. Diese hochreinen und relativ teuren Reaktionsmittel können chemisch behandelt und wiederverwendet werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Innenbeschichten eines Glasrohres, in der in einem Trägergas Reaktionsmittel in das stromaufwärtige Ende des Reaktionsrohres zur Bildung eines feinteiligen Niederschlages im Rohr eingeführt werden, mit einer an das stromabwärtige Ende angeschlossenen Reaktionsprodukt­ austragsanlage, die eine Auslaßöffnung veränderli­ cher Größe aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Reaktionsproduktaustragsanlage eine Druckmeßein­ richtung (144, 142, 56) angeordnet ist und der Auslaß­ öffnung (132) eine Stellvorrichtung (116, 118, 122, 124, 126, 128) zugeordnet ist, die in Abhängigkeit des gemes­ senen Drucks betätigt wird, um in der Anlage einen kon­ stanten Druck aufrechtzuerhalten.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Einführungen (88, 92) für die kontinuierliche reak­ tionsproduktfreie Gasströmung in der Nähe des stromab­ wärtigen Endes des Rohres.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ende (58) des Austragsrohres (52 ) mit dem stromabwärtigen Ende des Reaktionsrohrs (12) zur Aufnahme des austretenden Reaktionsproduktes in Verbindung steht und die Reaktinsproduktsammelkammer (54) einerseits mit ihrem Einlaß (101) mit dem zweiten Ende des Austragsrohrs (52) und andererseits mit der Ausgangsöffnung (132) variabler Größe verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Austragsrohr (52) besteht aus

• a) einem äußeren Glasrohr (64), das auf einer Seite (58) den gleichen Durchmesser und auf der gegenüberliegen­ den Seite (70) einen größeren Durchmesser wie das Re­ aktionsrohr besitzt und
• b) einem inneren Glasrohr (66), das koaxial innerhalb des Rohres (64) sitzt und beim Ende (58) mit diesem ver­ schmolzen ist, während das andere Ende (70) mit dem äußeren Glasrohr fluchtet, wobei das innere Glasrohr (66) eine Vielzahl von Öffnungen (72) in der Nähe des Endes (68) aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Reaktionsproduktsammelkammer (54) einen freien Ab­ schnitt (102) und einen Abschnitt (104) mit Prallflä­ chen (102) aufweist, die durch eine gemeinsame, mit einer Verbindungsöffnung (108) versehene Wand getrennt sind,
• - der freie Abschnitt (102) an das Austragsrohr (52) an­ geschlossen ist,
• - die Prallflächen (112) abwärtsgeneigte, ineinanderge­ schachtelte Platten (112) sind und
• - an der Oberseite des Prallplattenabschnittes (104) ein Regelventil (132, 116) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckmeßeinrichtung (144) im Austragsrohr (52) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des inneren Glasrohres (66) ein Glasstab (152), zur Lockerung des auf der Oberfläche des inneren Glasrohres niedergeschlagenen Reaktionsproduktes, ange­ ordnet ist.

8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Herstellung von Lichtleitervorformen.