DE3301788C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überziehen einer Lichtleiterfaser mit einer im wesentlichen blasenfreien Hülle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie die Verwendung einer solchen Vorrichtung.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US-PS 42 46 299 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung befindet sich die Form zentrisch am Boden des Behälters, und durch radiale Kanäle gelangt Überzugsmaterial in die Form, um an der Faser beim Austritt aus der Austrittsöffnung haften zu bleiben. Das Überziehen von Lichtleiterfasern mit einer Hülle hat sich als zweck­ dienlich erwiesen, um die Widerstandsfähigkeit der Faser gegenüber mechanischen Beanspruchungen, z. B. während des Transports und bei der Montage, zu erhöhen. Die Fasern be­ sitzen typischerweise einen Außendurchmesser von 0,13 mm. Ohne zusätzliche Hülle entstehen in den Lichtleitfasern erhebliche mechanische Spannungen, die zu Oberflächenrissen führen, die eine erhebliche Zugfestigkeitsverringerung be­ deuten. Als Material für die Schutzhülle wird z. B. ein Polymer verwendet. Durch dieses Polymer wird verhindert, daß aus der Luft stammende Teilchen auf die Oberfläche der ge­ zogenen Faser auftreffen und an ihr haften bleiben. Solche Verschmutzungen aus der Luft würden die Faser schwächen. Die fertige Faser wird dann von dem Überzug gegen Oberflächenab­ rieb und andere mechanische Belastungen geschützt.

Bei der bekannten Vorrichtung wird typischerweise eine rela­ tiv kleine, kokillenartige Ziehöffnung an der Austrittsöff­ nung der Form verwendet.

Anders als bei der obenerwähnten bekannten Vorrichtung zum Überziehen einer Lichtleiterfaser mit einem Überzugsmaterial, in der die Faser von oben nach unten durch die Form gezogen wird, gibt es Überzugsvorrichtungen, bei denen ein mit einer Hülle zu überziehendes Strangmaterial von unten nach oben durch einen Behälter gezogen wird (US-PS 27 87 980). Zweck dieser Vorgehensweise ist es, ein Austreten von Material aus dem Behälter zu verhindern.

Bei der bekannten Vorrichtung nach der US-PS 42 46 299 ist die Form in Bewegungsrichtung der Faser verjüngt ausgebildet. Dadurch, daß der Pegel des Überzugsmaterials in der Form konstant gehalten wird, sollen Turbulenzen und damit das Einfangen von Luftbläschen verhindert werden.

Die gleichmäßige Benutzung der Faser während des Überziehens wird stark durch das Verhalten eines Eintrittsmeniskus' beein­ flußt, der sich dort bildet, wo die Faser durch die freie Obefläche des Überzugsmaterials in den Behälter gelangt. Bekanntlich hängt das Benetzungsverhalten zweier Materialien, wie z. B. eines Überzugsmaterials und Glas, von der Ober­ flächenspannung und chemischen Bindungen ab, die sich zwi­ schen den beiden Materialien einstellen.

Das Benetzungsverhalten wird dadurch beeinflußt, daß Luft in den Meniskus gepumpt wird. Während des Überziehens bewegen sich sowohl die Oberfläche der Faser als auch die Ober­ fläche des Polymers mit relativ hoher Geschwindigkeit. Die sich bewegenden Oberflächen scheren die sie umgebende Luft und veranlassen, daß sie in den Punkt des Meniskus' strömt. Die gezogene Faser zieht eine beträchtliche Luftmenge in das Überzugsmaterial herein, wenn sie in die freie Ober­ fläche des Reservoirs eintritt. Somit wird in der Überzieh­ vorrichtung der Eingangsmeniskus mit der sich bewegenden Faser nach unten gezogen und steigt nicht an der Faserober­ fläche nach oben, wie er es unter statischen Bedingungen tut.

Es wurde herausgefunden, daß bei einer Ziehgeschwindigkeit von mehr als etwa 0,2 m/sec (dies ist weniger als die übli­ che Ziehgeschwindigkeit von etwa 1 m/sec) diese Pumpwirkung veranlaßt, daß sich der Meniskus nach unten erstreckt und sich zu einer relativ langen, dünnen Luftsäule ausbildet, die die Faser umgibt und durch die Oberflächenspannung in dem Überzugsmaterial begrenzt wird. Tests haben gezeigt, daß die Viskosität von Luft groß genug ist, um eine Luftsäule beträchtlicher Tiefe aufrechtzuerhalten.

Eine Mitnahme von Luft in Blasenform beim Bewegen der Faser erfolgt dann, wenn relativ dünne Luftvolumina von der Säule abreißen und entlang der Faser auf deren Oberfläche getragen werden. Sie bleiben - ähnlich einer Haut - auf der Faser, bis sie einen Bereich eines Druckgradienten in der Nähe der Form-Austrittsöffnung erreichen, wo sie komprimiert werden. Hierdurch werden die Luftvolumina ausgebaucht und bilden Blasen, die von den sie umgebenden, von der Faser wegführenden Strömungslinien entfernt werden können. Sollte ein Luft­ volumen weiter stromabwärts komprimiert werden, wo sämtliche Strömungslinien mit der Faser aus der Form herausführen, kann die Blase zusammen mit der Faser austreten. Je mehr die Anzahl dieser Blasen wächst, desto mehr Blasen gelangen durch die Austrittsöffnung und bleiben in dem Überzug auf der Faser.

Wird die Ziehgeschwindigkeit erhöht, wird der Meniskus instabil und oszilliert zwischen einem vollständig ausge­ bildeten Zustand mit Zirkulation und einem relativ schwach entwickelten Zustand mit wenig oder überhaupt keiner Zir­ kulation. Bei höheren Geschwindigkeiten kann sich die Säule vollständig durch das Polymer-Überzugsmaterial erstrecken. In einem solchen Fall berührt die Faser das Polymer nicht mehr, der Meniskus kollabiert, und die Faser verläßt die Form ohne Überzugsmaterial oder nur mit einer unterbrochenen, perlförmigen Hülle.

Größere Blasen können durchdringen und dadurch die Faser be­ züglich der Umgebung und mechanischen Einflüssen wie z. B. Abrieb freilegen, wohingegen kleinere Blasen Übertragungs­ verluste hervorrufen. Bei einer perlförmigen Struktur können Abschnitte der Faser unzureichend beschichtet sein, während die Perlen selbst Mikrobiegeverluste beim Einpacken der Faser in eine Bandanordnung erhöhen können. Wenn die Faser nicht innerhalb der Hilfe zentriert ist, können Umfangsteile der Faser unzureichend vor der Umgebung geschützt sein. In­ stabilitäten, die mit dem Mitreißen von Luft einhergehen, können Fehlausrichtungen der Faser innerhalb der Hülle sowie Durchmesserschwankungen der Hülle hervorrufen. Außerdem kann wie bei kleineren Bläschen eine mangelhafte Zentrierung Übertragungsverluste bedeuten.

Mit dem Fortschreiten des Überziehens sammeln sich Blasen in dem Reservoir. Es wurde herausgefunden, daß sich diese Blasen schnell mit den Strömungslinien in der Flüssigkeit bewegen und sich zu größeren Blasen vereinigen. Diese treten mechanisch mit der Faser in Wechselwirkung und verursachen Instabilitäten der Ausrichtung zwischen Faser und Form.

Es wird die Faser z. B. durch eine Öffnung einer in dem Be­ hälter angeordneten Prallplatte befördert, um das Mitreißen von Luft und demzufolge die Bildung von Blasen in dem Faser­ überzug abzuschwächen.

In einer anderen Vorrichtung wird Überzugsmaterial unter Druck radial nach innen auf einen zylindrischen Durchgang gerichtet, durch den die Faser transportiert wird. Über die Länge des Durchgangs wird der Druck ausreichend hoch gehalten, um zu verhindern, daß Luft in den Durchgang eintritt, wenn die Faser hindurchgezogen wird. Der Durchmesser des Durch­ gangs hat ausreichende Größe, um eine Berührung zwischen seinen Seitenwände und der Faser zu verhindern.

Bei der an sich bekannten Extrudierbeschichtung von Kupfer mit Kunststoff zur Herstellung eines isolierten Leiters wird der Leiter durch ein eng sitzendes Kernrohr, durch einen Formhohlraum und durch die Formverengung gezogen, wo­ bei unter hohem Druck eine Polymerbeschichtung aufgebracht wird. Bei dem Überziehen von Lichtleiterfasern jedoch muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß eine Berührung der gezogenen Faser mit der Beschichtungsvorrichtung vermieden wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, bei der Blasen in der Hülle wesent­ lich verringert, wenn nicht ganz verhindert werden. Jede aus Überzugsmaterial bestehende Hülle soll eine kontinuierliche, bezüglich der Lichtleitfaser gut zentrierte Schicht gleich­ förmiger Dicke sein.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Maß­ nahmen gelöst.

Der Druck in dem Überzugsmaterial nimmt von der Austritts­ öffnung der ersten Form zur freien Oberfläche hin ab und nimmt von innerhalb der Kammer zu einer vor einer Austritts­ öffnung der zweiten Form gelegenen Stelle hin zu. In die Kammer wird Überzugsmaterial bei einem Druck eingeströmt, der den Druckgradienten zwischen den Abschnitten der ersten Form ausreichend erhöht, um zu bewirken, daß die Luft­ volumina auf dem länglichen Material zu Blasen werden. Das Einführen des Überzugsmaterials in die Kammer schafft außerdem einen Volumenstrom des Überzugsmaterials von der Kammer in das in dem Behälter befindliche Reservoir. Dies hat die Wirkung, daß die Blasen gelöst werden und das Über­ zugsmaterial in der Kammer und auf dem beschichteten läng­ lichen Material im wesentlichen blasenfrei ist.

Als Folge hiervon wandern gelöste Blasen in das Reservoir, wo sie sich mit anderen Blasen vereinigen und auflösen oder durch einen Überlauf wegfließen. Das Überzugsmaterial in der zweiten Form ist im wesentlichen blasenfrei, was zu einer im wesentlichen blasenfreien Hülle der Faser führt.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Ziehen einer Lichtleiterfaser von einem vertikal aufge­ hängten Rohling und zum Überziehen der gezogenen Faser,

Fig. 2 eine Seiten-Querschnittansicht einer Vorrichtung zum Überziehen der gezogenen Lichtleitfaser,

Fig. 3 eine vergrößerte Schnittansicht des linken Teils der Überziehungsvorrichtung nach Fig. 2, zusammen mit einer graphischen Darstellung des Druckverlaufs in dem Überzugs­ material entlang der Transportrichtung der Lichtleiterfaser durch die Überziehungsvorrichtung,

Fig. 4A und 4B graphische Darstellungen des Drucks in dem Überzugsmaterial und des Druckgradienten bezüglich eines Abschnitts der in Fig. 2 dargestellten Überziehungsvorrichtung, und

Fig. 5A und 5B graphische Darstellungen von Druckgradienten bei einer herkömmlichen Überziehungsvorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung (20) zum Ziehen einer Licht­ leiterfaser 21 von einem speziell vorbereiteten zylindrischen Rohling 22 und zum anschließenden Überziehen der Faser. Die Lichtleiterfaser 21 wird dadurch gebildet, daß der Rohling 22, der typischerweise einen Durchmesser von 17 mm und eine Länge von 60 cm aufweist, bei einer Temperatur von etwa 2000°C lokal und symmetrisch erhitzt wird. Wenn der Rohling in und durch einen Ofen 23 befördert wird, wird die Faser 21 aus dem geschmolzenen Material gezogen.

Wie man in Fig. 1 erkennt, enthält die Ziehvorrichtung den Ofen 23, in dem der Rohling auf Fasergröße gezogen wird, wonach die Faser 21 aus der Heizzone herausgezogen wird. Der Durchmesser der Faser 21 wird an einem unweit hinter dem Ofen 23 gelegenen Punkt von einer Meßvorrichtung 24 gemessen und in ein Regelsystem eingegeben. In dem Regelsystem wird der gemessene Durchmesser mit dem Sollwert verglichen, und es wird ein Ausgangssignal erzeugt, um die Ziehgeschwindig­ keit so einzustellen, daß der Faserdurchmesser dem Sollwert angenähert wird.

Nachdem der Durchmesser der Faser 21 gemessen ist, wird von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 25 ein Schutzüberzug aufgebracht. Dann läuft die beschichtete Faser 21 durch ein Zentrierkaliber, eine Vorrichtung 27 zum Behandeln der Be­ schichtung und eine Vorrichtung 28 zum Messen des Außen­ durchmessers der beschichteten Faser. Danach wird die Faser über eine Andrückanordnung 29 bewegt und zur Prüfung und Speicherung vor dem Endverbrauch aufgewickelt.

Eine Hülle schützt die frisch gezogene Faser vor abträglichen Einflüssen der Atmosphäre. Dieser Überzug muß so aufgebracht werden, daß eine Beschädigung der Oberfläche der Faser 21 vermieden wird.

Wie man aus Fig. 2 ersieht, enthält die Vorrichtung 25 zum Überziehen der gezogenen Lichtleiterfaser 21 als Behälter ein zylindrisches Gehäuse 30 mit einem von diesem herabhängenden Ansatz 32 und einem Einsatz 34. Ein unteres Ende des Einsatzes 34 enthält eine als die erste Form bezeichnete Form oder Kokille 35, die aus festem Material wie z. B. Messing besteht. Das Ge­ häuse 30 ist so ausgebildet, daß es den Einsatz 34 unter Bildung eines Reservoirs des Überzugsmaterials, sowie einen Überlauf hält. Das Überzugsmaterial wird permanent rezirkuliert und nachgefüllt.

Außerdem erkennt man in Fig. 2, daß das Gehäuse 30 einen konstante Dicke aufweisenden Wandabschnitt 41 enthält, der mit einem zusammenlaufenden Wandab­ schnitt 42 verbunden ist. Der zusammenlaufende Ab­ schnitt 42 bildet einen kegelstumpfförmigen Hohl­ raum 44, der mit einem unteren Abschnitt 46 im wesentlichen konstanten Durchmessers in Verbindung steht.

Der Einsatz 34 enthält einen oberen Abschnitt 51 mit einem Flansch 52, der von dem Wandabschnitt 41 getragen wird. Ein Abschnitt 53 konstanten Durch­ messers wird von dem Abschnitt 41 konstanten Durch­ messers des Gehäuses aufgenommen, und er steht mit einem konischen Abschnitt 54 in Verbindung, der eine nach unten zunehmende Wandstärke aufweist. Ein unte­ res Ende 56 des konischen Abschnitts 54 ist an einen Abschnitt 57 konstanten Durchmessers angeschlossen, der sich in einen zylindrischen Hohlraum 58 des nach unten abstehenden Abschnitts 32 erstreckt. Ein Ende des Abschnitts 57 ist mit einer abgeschrägten Kante 59 versehen.

Der Einsatz 34 ist so ausgebildet, daß eine Strömungs­ verbindung des Überzugsmaterials von einer Speise­ leitung 61 durch eine Kammer 62 unterhalb des Ein­ satzes 34 zu einem Reservoir 65 des Einsatzes vor­ handen ist. Dementsprechend besitzt der Einsatz 34 einen vertikalen Durchgang 63, der sich von der Kammer 62 durch den Abschnitt 57 hindurch erstreckt. Der Durchgang 63, der einen Durchmesser von etwa 0,30 cm und eine Länge von etwa 4 cm be­ sitzt, kann als ein Abschnitt eines Hohlraums der ersten Form 35 betrachtet werden. Eine Einschnürung 64 der Form 35, die eine Länge von etwa 0,6 cm be­ sitzt, steht mit dem Durchgang 63 über einen sich verjüngenden Abschnitt 66 in Verbindung. Die Einschnürung 64 enthält eine Austrittsöffnung 67, deren Durchmesser etwa 0,076 cm beträgt. Wie man am besten aus Fig. 2 erkennt, öffnet sich die Austrittsöffnung 67 innerhalb des nach unten ab­ stehenden Teils 32 des Gehäuses zur Kammer 62 hin.

Der Hohlraum 58 und der Durchmesser der Kammer 62 im Inneren des abstehenden Teils 32 sind so ge­ wählt, daß ein Strömungsdurchgang 71 konstanten Querschnitts von der Nähe einer Öffnung 72 der Speiseleitung 61 zu der Nähe der Austrittsöffnung 67 der Form 35 geschaffen wird. Ein unterer Ab­ schnitt 76 des Hohlraums 58 ist verjüngt ausge­ bildet und steht in Verbindung mit einem Abschnitt 77 konstanten Durchmessers der Kammer 62.

Von dem abstehenden Teil 32 erstreckt sich eine mit ihm verbundene konische zweite Form 81 nach unten. Die zweite Form 81 kann aus einem halb­ festen Material wie z. B. Fluorsilicon-Gummi be­ stehen. Sie enthält einen kegelstumpfförmigen Hohlraum 82, der über eine zylindrische Öffnung 83 einer Verengung 84 der zweiten Form mit einer Aus­ trittsöffnung 86 strömungsverbunden ist. Typischer­ weise schließt der konische Abschnitt des Durchgangs zwischen seinen Seitenwänden einen Winkel von etwa 30° ein. Die Verengung 84 des zylindrischen Abschnitts 83 besitzt einen Durchmesser von etwa 0,025 cm, was dem Durchmesser der beschichteten Faser entspricht, und eine Länge von etwa 0,10 cm. Die Kammer 62 kann als ein Abschnitt des Formhohlraums 82 betrachtet werden.

Erfindungsgemäß wird ein Kontinuum, d. h., eine ständig vorhandene Menge des Überzugsmaterials 90 bereitgestellt, durch welches die Lichtleitfaser 21 transportiert wird. Beginnend an der freien Ober­ fläche 91 des Reservoirs 65 innerhalb des Einsatzes 34 erstreckt sich das Überzugsmaterial 90 durch den Durchgang 63, den sich verjüngenden Abschnitt 66 und die Einschnürung 64 der ersten Form 35, durch die Austrittsöffnung 67 und in die Kammer 62 sowie durch die zweite Form 81.

Es sind Vorkehrungen getroffen, um den von der Speiseleitung 61 nach oben gerichteten Strom des Überzugsmaterials abzudichten. Der konische Ab­ schnitt des Einsatzes 34 enthält eine Umfangsnut 96, in der eine O-Ringdichtung 97 angeordnet ist, die an der am Einsatz 34 anliegenden Oberfläche des Gehäuses 30 angreift.

Außerdem sind Vorkehrungen für einen Überlauf des Überzugsmaterials 90 in dem Reservoir 65 getroffen, um einen im wesentlichen konstanten Pegel des Über­ zugsmaterials aufrecht zu erhalten. Hierzu durch­ setzt eine Öffnung 98 den Abschnitt 53 konstanten Durchmessers des Einsatzes sowie den oberen Abschnitt der Wand 51. Eine Leitung 99 verbindet das Reservoir über ein Ventil 101 mit einem (nicht gezeigten) Sammelbehälter. Die Leitung 61 ist an einen Vor­ ratstank 103 angeschlossen (vgl. Fig. 1).

Die Faser 21 wird mit einer Geschwindigkeit trans­ portiert, die veranlaßt, daß Luft mit in das Reservoir 65 gerissen wird. Der Druck an jedem Punkt entlang des Wegs der Faser 21 ist durch die in Fig. 3 dar­ gestellte Kurve veranschaulicht. Das Transportieren der Faser 21 bewirkt außerdem, daß entlang des Transportwegs zwischen der freien Oberfläche des Reservoirs und der Austrittsform 35 ein Druckgradient entsteht, der an der Austrittsöffnung 67 der Form 35 ein Maximum annimmt.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, nimmt der Druck des Überzugsmaterials 90 von der Austrittsöffnung 67 der ersten Form 35 zu einem Ausgang 110 des zylin­ drischen Durchgangs 63 abrupt ab, um dann bis zum Eingang 111 des Durchgangs nach und nach und dann mit einer weiteren Steigung bis zur freien Ober­ fläche 91 abzunehmen. Im Gegensatz zu Anordnungen mit einer einzelnen Form oder zu Anordnungen, die eine langgestreckte Erhöhung aufweisen, nimmt der Druck auch von der Kammer 62 im Anschluß an die Austrittsöffnung 67 der ersten Form 35 bis zu einem Punkt 113 in der Nähe der zweiten Form 81 zu. Da­ nach fällt der Druck an der Austrittsöffnung 86 der zweiten Form 81 auf null ab.

Das Überzugsmaterial aus dem Vorratstank 103 (siehe Fig. 1) wird dadurch in die Kammer 62 gelenkt, daß es durch die Leitung 61 und anschließend in den Strömungsdurchgang 71 und durch den abgewinkelten Durchgang 76 geströmt wird. Wenn das Überzugsmate­ rial in die Kammer 62 gelangt, erhält es genügend Überdruck, um einen Volumenstrom von Überzugsmate­ rial nach oben durch die erste Form 35 hindurch in das Reservoir 65 zu bewirken. Ein geeigneter Druck liegt in dem Bereich von etwa 40 Newton pro cm². Wenn die Faser durch das Kontinuum des Überzugs­ materials 90 befördert wird, wird etwas von der Flüssigkeit durch die erste Form 35 nach unten in die Kammer 62 gezogen. Der auf die Flüssigkeit in der Kammer 62 durch die hineingelangende Flüssig­ keit aufgebrachte Gegendruck verursacht einen nach oben gerichteten Gegenstrom durch die erste Form 35. In einer bevorzugten Ausführungsform ergibt sich insgesamt eine nach oben gerichtete Netto­ strömung.

Fig. 4A und 4B zeigen Kurven 121 und 123, die den Druck bzw. den Druckgradienten von dem Eingang 111 des Durchgangs 63 zu der ersten Form 35 für einen Gegendruck von etwa 48 Newton/cm² und für die einen Durchmesser von 0,076 cm aufweisende Austrittsöffnung 67 der ersten Form zeigen. Man erkennt, daß der Druck und der Druckgradient über einer z-Achse aufgetragen sind, die den in vertikaler Richtung zunehmenden Abstand von einem Wert null an der Austrittsöffnung 67 der ersten Form 35 darstellt. In jeder graphischen Darstellung sind Punkte, die den Punkten entlang der Vorrichtung 25 entsprechen, entlang der z-Achse aufgetragen. Der Druckgradient ist die Änderung des Drucks, d. h., die Steigung der Kurve an jedem Punkt der z-Achse. Das negative Vorzeichen der Werte des Druckgradienten bedeutet in der üblichen Weise, daß der Druckgradient in Richtung ansteigender z-Werte abnimmt. Da der Druck bei größeren Werten von z kleiner ist als für kleinere Werte von z entlang der Kurve 121, ist die durch die Entfernung zwischen ihnen dividierte Differenz ein negativer Wert.

Fig. 5A und 5B zeigen ähnliche Kurven 126 und 128 des Drucks bzw. des Druckgradienten für eine einzelne Form. Die einzelne Form, für die die Kurven 126 und 128 gelten, war identisch ausgebildet wie der Einsatz 34, wobei sich die Form 35 zur Umgebung hin öffnet.

Anhand der Kurve in Fig. 4A erkennt man, daß der Druck an der Austrittsöffnung 67 der ersten Form 35 einen Maximalwert annimmt. Für eine Entfernung bis zum Austrittsende 110 des zylindrischen Durchgangs 63 nimmt der Druck rasch ab, anschließend nimmt der Druck nach und nach bis zum Eingang 111 ab. Obschon dies in Fig. 4A nicht dargestellt ist, nimmt der Druck dann noch schwächer zwischen dem Eingang 111 und der freien Oberfläche 91 ab.

In Fig. 5A erkennt man, daß bei einer einzelnen Überzugsform ohne Gegendruck der Druck in der Form von einem z-Wert von etwa 52 mm an, was dem Eingang 111 des Durchgangs 63 entspricht, zunimmt, speziell in einem zusammenlaufenden Abschnitt. Dort steigt der Wert auf einen Maximaldruck von etwa 13 Newton/cm² an und fällt dann an der Formöffnung auf null ab.

Der Druck steigt in der Nähe der Austrittsöffnung der Form aufgrund des Zusammenlaufens stark an, fällt aber dann an der Austrittsöffnung auf null ab.

Ein Vergleich der Kurven in Fig. 4A und 5A zeigt nicht nur die Wirkung der Einführung von unter Druck stehendem Überzugsmaterial, sondern außerdem, daß die Wirkungen über eine größere Entfernung in Erscheinung treten. Beispielsweise tritt bei der erfindungsgemäßen Doppelformanordnung der steilste Abschnitt der Druckkurve 121, der dem Abschnitt der höchsten Gradienten entspricht, zwischen z- Werten von null und etwa 10 mm auf. Demgegenüber liegt der steilste Abschnitt der Kurve 126, der dem Abschnitt mit den höchsten Gradienten entspricht, zwischen z-Werten von 5 und etwa 10 mm auf.

Gemäß der in Fig. 4B für die Form 35 gezeigten Kurve liegt der Druckgradient bei etwa minus 7,5 Newton/cm²/mm in der Nähe der Austrittsöffnung 67, wonach er zum Ausgang 110 des Durchgangs 63 hin ab­ nimmt. Danach ist er bis zum Eingang 111 des Durch­ gangs 63 im wesentlichen konstant.

Andererseits erkennt man aus Fig. 5B, daß der Druck­ gradient etwa +4,3 Newton/cm²/mm neben der Austritts­ öffnung beträgt und etwa 5 mm von der Öffnung ent­ fernt einen Wert von nur -1,5 mm erreicht, was den Maximalwert hinsichtlich der Blasenabstreifung darstellt. Dann nimmt der Druckgradient auf etwa 0,2 am Ausgang 110 des Durchgangs 63 ab und ist anschließend im wesentlichen konstant. Es ist offen­ sichtlich, daß das Einführen von unter Druck stehendem Überzugsmaterial in die Kammer 62 den Druckgradienten in der ersten Form 35 zwischen der Öffnung 67 und dem Ausgang 110 des Durchgangs 63 wesentlich er­ höht.

Ein Punkt, der hier beachtet werden sollte, ist der, daß aufgrund der in den graphischen Darstellungen befolgten Vorzeichenregelung ein negativer Druck­ gradient dazu beiträgt, von der Faser 21 Blasen abzustreifen, wo hingegen ein positiver Druckgradient insofern nachteilig ist, als er die Wirkung zeigt, Blasen entlang der Faser aus der einzelnen Form herauszustoßen. Folglich hat der maximale positive Temperaturgradient von +4,6 Newton/cm²/mm gemäß Fig. 5B, obschon er absolut gesehen mehr als die Hälfte des maximalen Druckgradienten gemäß Fig. 4B ausmacht, abträglichen Einfluß auf das Ziel, Blasen von der Faseroberfläche zu entfernen.

Als Ergebnis der erfindungsgemäßen Doppelforman­ ordnung gibt es zwei Druckgradientbarrieren, die funktionsmäßige Bedeutung erhalten. Die eine Barriere ist die, die zwischen den Abschnitten innerhalb der ersten Form 35 auftritt, während die andere Barriere zwischen der Kammer 62 und einem Punkt kurz vor der Öffnung 86 der zweiten Form 81 auftritt. Das Einströmen von unter Druck stehendem Überzugsmaterial in die Kammer 62 vergrößert den ersten Druckgradienten zwischen Abschnitten der ersten Form 35. Der in Fig. 3 dargestellte, kurz vor der ersten Form 35 liegende Abschnitt repräsen­ tiert den erhöhten Druck entlang Abschnitten der ersten Form aufgrund der Einführung des unter Druck stehenden Überzugsmaterials in die Kammer 62.

Jede dieser Barrieren trägt zum Entfernen von Blasen aus der Nachbarschaft der transportierten Faser bei. Der erhöhte Druckgradient zwischen den Abschnitten der ersten Form zwischen dem Ausgang 110 des Durch­ gangs 63 und der Austrittsöffnung 67 der ersten Form 35 bewirkt, daß mit der Faser 21 mitgetragene Luft­ pakete sich zu Blasenform ausweiten und an auseinander­ laufenden, rezirkulierenden Strömungslinien haften. Als Ergebnis des Gegendrucks in dem Überzugsmaterial, das in die Kammer 62 eingeführt wird, bewegen sich die rezirkulierenden Stromlinien dichter an der transportierten Faser. Demzufolge brauchen Blasen nicht soviele Stromlinien zu kreuzen, bevor sie eine rezirkulierende Stromlinie erreichen, was dazu beiträgt, daß die Blasen von der Faser 21 entfernt werden. Der erhöhte Druckgradient zwischen Abschnitten der ersten Form 35 wirkt mit dem Volumen­ strom des Überzugsmaterials nach oben zusammen, um die Luftpakete und sämtliche sich ergebenden Luft­ blasen von der transportierten Faser zu entfernen.

Blasen, die durch die erste Form 35 entfernt werden und in die Stromlinien gelangen, werden nach oben in das Reservoir 65 getragen. Die nach oben in das Reservoir 65 zurückkehrenden Blasen vereinigen sich, lösen sich auf oder strömen durch die Leitung 99 aus dem Reservoir ab. Demzufolge ist sämtliches Überzugsmaterial in der Kammer 62 im wesentlichen blasenfrei. Als zusätzliche Sicherheit für eine blasenfreie Beschichtung wirkt eine zweite Barriere zwischen einem Punkt innerhalb der Kammer 62 und einem Punkt vor der Austrittsöffnung 86 der zweiten Form 81 so, daß sie die Blasen abstreifen, die möglicher­ weise in der Kammer 62 zwischen den Formen 35 und 81 vorhanden sind.

Die Einführung eines unter Druck stehenden Über­ zugsmaterials in die Kammer 62 zwischen den beiden Formen 35 und 81 ändert auch die abrupte Änderung des Druckgradienten zwischen Abschnitten der ersten Öffnung. Es sei daran erinnert, daß, während der Druckgradient in den üblicherweise verwendeten, die Form einer offenen Schale aufweisenden Be­ schichtungsvorrichtungen über eine Länge von etwa 5 mm am größten ist, die Druckgradienten dieser erfindungsgemäßen Anordnung über einem Bereich von 10 mm in Erscheinung treten. Dies ist vorteilhaft, da die Wirksamkeit der Blasenabstreifung direkt proportional zu der Strecke ist, über der der Druckgradient angewendet wird. Weiterhin ist die absolute Größe des Druckgradienten bei der vor­ liegenden Anordnung größer als bei dem üblicher­ weise verwendeten offenen, schalenförmigen Be­ schichtungsapparat.

Es ist von Bedeutung, daß es der Gradient und nicht die absolute Größe des Drucks ist, der das Ab­ streifen bewirkt. In der Tat kann das Vorhanden­ sein lediglich eines hohen Drucks nachteilig sein, da der hohe Druck das Zusammendrücken von Blasen in dem Überzugsmaterial bewirkt, die sich in der endgültigen Beschichtung bei nicht vorhandendem Druck ausdehnen und aufbrechen können, so daß in der Faseroberfläche Krater entstehen können.

Die Anwendung eines gesteuerten Gegendrucks ge­ stattet die Steuerung des Netto-Volumenstroms durch die 0,076 cm große erste Form 35 und führt zu wesentlich verschiedenen Druckgradienten im kri­ tischen Bereich in der Nähe der Formöffnung 67. In bisher verwendeten Beschichtungsanordnungen liegt nur ein statischer Druckkopf vor, der ohne Geometrieänderung diese Art von Steuerung nicht ermöglicht.

Bei einer gegebenen Transportgeschwindigkeit und der Aufbringung eines speziellen Gegendrucks wird ein spezieller Netto-Volumenstrom von Überzugs­ material durch die 0,076 cm große Öffnung der ersten Form 35 erhalten. Weiterhin erhält man bei dem speziellen Druck einen charakteristischen Druck­ gradienten. Um eine geeignete Beschichtungsanordnung für mehrere Produktserien zu erhalten, kann ein Bereich von Gegendrücken für eine gegebene Trans­ portgeschwindigkeit bereitgestellt werden, um eine Gruppe von Netto-Volumenströmen und Druckgradient­ profilen zu erhalten.

Die Blasen, die von der Faser 21 abgestreift werden und nach oben in das Reservoir 65 wandern, um sich zu größeren Blasen zu vereinigen, können dazu führen, daß die Faser nicht korrekt in der Mitte des Überzugs liegt. Eine gewisse Neigung zur Fehl­ zentrierung hat die Faser 21, wenn sie durch die erste Form 35 gelangt, dem wird jedoch durch die zweite Form 81 mit dem Ergebnis entgegengewirkt, daß der Überzug im wesentlichen konzentrisch be­ züglich der Faser liegt. Der Druck in der 0,076 cm großen Öffnung der ersten Form 35 und das ankommende Überzugsmaterial wirken zusammen als ein Dämpfungs­ mittel zum Stabilisieren der Faser 21. Der lang­ gestreckte Durchgang 63 und andere Abschnitte des Formhohlraums der ersten Form können als ein "Kern­ rohr" betrachtet werden, durch das die Faser 21 zu der Form 81 weitertransportiert wird. Dadurch, daß von dem Beschichtungsmaterial hervorgerufene Kräfte in der ersten Form 35 lokalisiert werden, werden die von den sich vereinigenden großen Blasen in dem Reservoir 65 verursachten Vibrationen in der Endform 81 nicht wahrgenommen. Die erste Form 35 wurde als ein geschmiertes "Kernrohr" bezüglich der zweiten Form 81 bezeichnet. Es ist geschmiert, da im Gegensatz zu dem dicht anliegenden Kernrohr eines herkömmlichen Kunststoffextruders für Kupfer­ draht das Überzugsmaterial durch das Rohr hindurch­ strömt.

Außerdem dient die erste Form 35 zum Vorzentrieren der Faser 21. Da der Durchmesser der Öffnung der ersten Form 35 0,076 cm beträgt und der Faserdurch­ meser 0,013 cm beträgt, kann die Faser 21 maximal nur 0,032 cm ausweichen. In einer Beschichtungs­ vorrichtung mit einer einzigen Form kann die Faser 21 bei ihrem Durchlauf durch die Beschichtungsschale vor dem Erreichen der Form stark auswandern.

Wichtig ist, daß der Durchgang 63 der oberen Kammer eine beträchtliche Länge aufweist, um das Kollabieren eines Meniskus zu verhindern. Bei einer solchen Anordnung könnte der Meniskus noch kollabieren, jedoch verhindert der relativ lange, einen Durch­ messer von 0,30 cm aufweisende Abschnitt vor der 0,076 cm großen Form ein solches Kollabieren.

Während die bevorzugte Ausführungsform der Doppel­ formanordnung zusammen mit den zusammenlaufenden Formen der abrupten hydrodynamischen Erhöhungen bei den herkömmlichen Anordnungen, die geometrisch gesteuert wurden, verhindert, kann es mmanchmal vorkommen, daß ein abrupter Anstieg wünschenswert ist. Auch dies kann von der erfindungsgemäßen Vor­ richtung dadurch erreicht werden, daß der Druck des injizierten flüssigen Überzugsmaterials in geeigneter Weise gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt unabhängig von der Geometrie der Vor­ richtung.

Ein weiterer Vorteil dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, daß das Reservoir 65 als Aufbewahrungs­ ort für die von der Faser entfernten Blasen dient. In einigen herkömmlichen Vorrichtungen erfolgt das Überziehen entlang einer langge­ streckten zylindrischen oder sich verjüngenden Erhebung in einer Einzelform. Ohne Speicherung der Blasen erhöht sich die Möglichkeit, daß sie entlang der Faser strömen. Das kontinuierliche Auffüllen des Überzugsmaterials in dem Reservoir 65 stellt sicher, daß die überzogene Faser im wesentlichen blasenfrei ist.

Die Überlaufanordnung ermöglicht die Verwendung der bevorzugten Gegenströmungsdrücke, ohne daß das Material aus dem Gehäuse 30 überläuft. Ohne die Überlaufanordnung müßte der Gegendruck ver­ ringert werden, was eine Beeinträchtigung beim Abstreifen von Blasen durch die Doppelformanordnung bedeuten würde.

Untersuchungen haben die Wirksamkeit der erfindungs­ gemäßen Doppelformanordnung gezeigt. Bei einem Durchlauf mit sieben Faserlängen wurde ermittelt, daß etwa 30% der Fasern etwa 36 Bläschen pro Meter aufwiesen, etwa 28% besaßen null Blasen pro Meter, während etwa 42% gleichmäßig verteilt 3, etwa 12 und 30 Blasen pro Meter aufwiesen. Bei der oben beschriebenen Vorrichtung 25 wurde ermittelt, daß 100% von siebenundfünfzig Faserlängen null Blasen pro Meter besaßen. Wie man sieht, wird die Anzahl von Blasen derart drastisch verringert, daß das Auftreten von Blasen praktisch ausgeschaltet wird. Es sei darauf hingewiesen, daß bei dem Messen bzw. Zählen der Blasen nur solche Blasen berücksichtigt wurden, die mindestens 0,025 mm groß waren.

Das erfindungsgemäße Beschichtungsverfahren eignet sich in erster Linie zum Überziehen von Glas- oder Kunststoff-Lichtleiterfasern, in zweiter Linie zum Beschichten solcher Fasern, die bereits mit einem Überzug versehen sind. Das Verfahren kann Anwendung finden bei einem oder beiden Schritten eines gleichzeitigen Doppel- oder Mehrfachbeschich­ tungsverfahrens oder bei irgendeinem Schritt eines sequentiellen Mehrfachbeschichtungsverfahrens, bei dem die Faser zwischen den Beschichtungsschritten aufgewickelt wird. Das Verfahren eignet sich außer­ dem für das Aufbringen von Fluiden auf die Faser zwecks Oberflächenmodifikation vor der Beschichtung, für das Aufbringen von Färbemitteln oder Farb­ tönungen für die Farbkodierung oder für das Auf­ bringen von Fluidmaterialien zu anderen Zwecken. Das Verfahren ist außerdem nützlich beim Be­ schichten von Fasern, die aus anderem Material als Glas bestehen, beispielsweise von Polymerfasern, Kristallfasern und Metallfasern.

Claims (11)

1. Vorrichtung zum Überziehen einer Lichtleiterfaser mit einer im wesentlichen blasenfreien Hülle, mit

• - einem Behälter für das Überzugsmaterial,
• - einer mit dem Behälter in Verbindung stehenden ersten Form, die an ihrem einen Ende eine Austrittsöffnung aufweist, und
• - einer Einrichtung zum Befördern der Faser durch die Vorrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine zweite Form (81) vorgesehen ist, die an ihrem einen Ende mit der Austrittsöffnung der ersten Form in Verbindung steht und an ihrem gegenüberliegenden Ende eine Austrittsöffnung (86) aufweist, die mit der Aus­ trittsöffnung (67) der ersten Form (35) fluchtet und
• - zwischen der ersten und der zweiten Form eine Kammer (62) liegt, die das Überzugsmaterial bei einem Druck auf­ nimmt, der ausreicht, den Druckgradienten in der ersten Form zu erhöhen und einen ausreichenden Volumenstrom von der Kammer (62) in die erste Form erzeugt, welcher die Luftblasen neben der Faser entfernt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung der ersten Form (35) größer ist als die der zweiten Form (81).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Form (35) einen Durchgang (63) aufweist, der einen mit einem Reservoir zur Aufnahme des Überzugsmate­ rials in Verbindung stehenden Eingang (111), einen Aus­ gang (110), eine Einschnürung (64), die in der Austritts­ öffnung (67) der ersten Form (35) endet, und einen sich verjüngenden Abschnitt (66) aufweist, der zwischen dem Ausgang des Durchgangs (63) und der Einschnürung (64) liegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des zylindrischen Durchgangs (63) größer ist als die Länge der Einschnürung (64) der ersten Form (35).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zwischen den Seiten des sich verjüngenden Abschnitts (66) eingeschlossene Winkel etwa 30° beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Reservoir in Verbindung steht mit einem Überlaufan­ schluß, der oberhalb des Eingangs des zylindrischen Durch­ gangs gelegen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung des Durchgangs und die Öffnung der ersten Form (35) jeweils wesentlich größer sind als der Quer­ schnitt der Faser.

8. Verwendung der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Überziehen einer Lichtleiterfaser mit einem Überzugsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser durch ein Kontinuum aus flüssigem Überzugsma­ terial, welches von einer freien Oberfläche in einem Reservoir durch die erste und die zweite Form reicht, befördert wird, wobei in der ersten Form ein erster Druck­ gradient und zwischen der Kammer und der zweiten Form ein zweiter Druckgradient besteht, und durch das in die Kammer einströmende Überzugsmaterial der Druckgra­ dient in der ersten Form erhöht und ein Volumenstrom von der Kammer in das Reservoir erzeugt wird.

9. Verwendung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Überzugsmaterial mit einem Druck von etwa 40 Newton/cm² in die Kammer (62) eingeströmt wird.

10. Verwendung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckgradient zwischen der Austrittsöffnung (67) der ersten Form und dem Ausgang (110) des Durchgangs größer als der Druckgradient zwischen dem Ausgang (110) und dem Eingang (111) des Durchgangs (63) gehalten wird.