DE3430197A1

DE3430197A1 - Verfahren zur herstellung einer glasfaser-vorform, sowie vorrichtung zur durchfuehrung desselben

Info

Publication number: DE3430197A1
Application number: DE19843430197
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. 8000 München Katzschner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1984-08-16
Filing date: 1984-08-16
Publication date: 1986-02-27

Description

Verfahren zur Herstellung einer Glasfaser-Vorform,
sowie Vorrichtung zur Durchführung desselben Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform zum Ziehen einer Glasfaser, wobei ein Rohr von außen erhitzt und eine Innenbeschichtung durch Kondensation von Reaktionsprodukten eines Gasgemisches erreicht wird, sowie eine Vorrichtung zu dessen Durchführung.
Dieses sogenannte "nnenabscheideverfahren" kommt bevorzugt bei der Herstellung hochwertiger, dämpfungsarmer Glasfasern zur Anwendung. Es ist weit verbreitet und wird beispielsweise im Telcom Report 6 (1983), Beiheft "Nachrichtenübertragung mit Licht", Seite 29 bis 32, beschrieben. Dabei werden gasförmiges Silizium- und Germaniumtetrachlorid in ein Quarzrohr geblasen, gelangen in eine Heizzone, werden oxidiert und kondensieren an der Rohrinnenwand. Im selben Arbeitsgang wird das Kondensat überschmolzen, worauf es eine hochreine Glasschicht bildet.
Die gezielte Dotierung erfolgt durch gleichzeitiges Miteinblasen gasförmiger Metallchloride. Der Brenner, der die Heizzone erzeugt, wird am Rohr entlangbewegt.
Wird nun das Beschichtungsgasgemisch, beispielsweise von links nach rechts durch das Quarzrohr geblasen, so ist es, wenn es am rechten Ende ankommt und dort der Brenner steht, bereits auf seinem Weg durch das Quarzrohr vorerhitzt und weist andere Niederschlags- und Reaktionseigenschaften auf, als wenn es noch kalt am linken Ende in das Quarzrohr eintritt und bereits dort auf die Heizzone trifft. Auf diese Weise ändert sich die Zusammensetzung des dotierten Kondensates innerhalb einer Schicht ungewollt etwas in der Längsrichtung.
Ferner ist aus der DE-AS 25 31 237 eine Vorrichtung zum Ziehen von Lichtleitern bekannt, die ein Zuführungsrohr aufweist, das in das Innere eines Quarzrohres ragt und aus mindestens zwei koaxialen Rohren besteht, deren Austrittsöffnungen in der Höhe gegeneinander versetzt sind.
Durch dieses Zuführungsrohr werden gasförmige Dotierungssubstanzen eingeleitet. Hierbei wird aber nicht nach dem Innenabscheideverfahren gearbeitet, sondern es werden alle Schichten gleichzeitig in einer Heizzone niedergeschlagen.
Das Quarzrohr wird auch sofort kollabiert und somit laufen alle Verfahrensschritte nicht wohlgeordnet nacheinander ab, sondern werden zu einem einzigen zusammengefaßt. Das Zuführungsrohr gemäß dem Stande der Technik soll es ermöglichen, mehrere übereinanderliegende Schichten auf der Innenwandung eines Quarzrohres aufzubringen, während es gleichzeitig zu einer Lichtleitfaser ausgezogen wird.
Hier tritt das Problem einer unterschiedlichen Vorwärmung des Beschichtungsgasgemisches nicht auf, da die Heizzone mit den in ihr ablaufenden Reaktionen räumlich stationär ist und dafür das Quarzrohr hindurchbewegt wird.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, bei einem Verfahren gemäß dem klassifizierenden Teil des Patentanspruches 1 die Innenabscheidung in Längsrichtung zu homogenisieren und dadurch die optischen Eigenschaften der danach hergestellten Glasfasern weiter zu verbessern. Darüberhinaus ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindunosgemäßen Verfahrens zur Verfügung zu stellen.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform zum Ziehen einer Glasfaser, wobei ein Rohr von außen erhitzt und eine Innenbeschichtung durch Kondensation von Reaktionsprodukten eines Gasgemisches erreicht wird,das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Beschichtungsgasgemisch bis in das Innere des Rohres hineingeleitet und in einem definierten Bereich aus einer Führungsleitung in das Rohr eingeblasen wird. Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung, eine Rohrhalterung, ein Rohr und mindestens eine Führungsleitung, die mit einem bewegbaren Ende in das Innere des Rohres hineinragt.
Dadurch wird erreicht, daß die thermisch ausgelösten Reaktionen innerhalb des Beschichtungsgasgemisches zeitlich und örtlich konstant bleiben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens, sowie der Vorrichtung zur Durchführung desselben, finden sich in den entsprechenden Unteransprüchen. So wird beispielsweise die Kondensation der Reaktionsprodukte räumlich eng begrenzt und in anderen Teilen des Rohres wirkungsvoll verhindert.
Zur Erläuterung der Erfindung mit Hilfe eines Ausführungsbeispieles wird nachfolgend auf Zeichnungen Bezug genommen.
Es zeigen: Fig. 1 den Schnitt durch ein Quarzrohr, das gemäß der Erfindung beschichtet wird, Fig. 2 die dazugehörige gesamte Vorrichtung.
Eine Glasfaser-Vorform wird gemäß dem Innenabscheideverfahren hergestellt. Dabei wird ein Beschichtungsgasgemisch in ein Quarzrohr 1 geblasen. Ein Brenner 6, beispielsweise mit Knallgas betrieben, erhitzt es von außen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel gelangt das Beschichtungsgasgemisch erfindungsgemäß über eine Führungsleitung 4 in die Heizzone. Durch eine Öffnung 8 wird es radial zur Rohrinnenwand hin eingeblasen. Da nur mit einer einzigen Brennerflamme erhitzt wird, ist nur eine Öffnung 8 vorhanden, die direkt zu dem Brenner 6 weist. Das Quarzrohr 1 ist in einer Drehbank 7 eingespannt und rotiert. Dadurch wird der gesamte Mantel des Quarzrohres im Bereich des Brenners 6 radialsymmetrisch erhitzt und die Beschichtung erfolgt gleichmäßig. Um dies auf der gesamten Länge des Quarzrohres 1 zu erreichen, wird der Brenner 6 an ihm entlangbewegt. In Fig. 1 erfolgt dies von links nach rechts.
In diesem Beispiel ist die Führungsleitung 4 über ein Gestänge 9 mit dem Brenner 6 verbunden, um zu gewährleisten, daß die Öffnung 8 sich mit diesem synchron bewegt und das Beschichtungsgasgemisch immer zu ihm hin eingeblasen wird. Es reagiert in der Heizzone, die flüchtigen Chloride werden oxidiert und die Reaktion-sprodukte 3 (Siliziumdioxid und/oder Germaniumdioxid, Dotierungsstoffe) kondensieren vor dem Brenner 6 an der Innenwand des Quarzrohres 1. Im Zuge seiner Weiterbewegung werden sie zur kompakten Innenbeschichtung 2 verschmolzen. Reste des Beschichtungsgasgemisches und nicht kondensierter Reaktionsprodukte werden über eine Absaugleitung 5 aus dem ouarzrohr 1 entfernt. Diese ist gleichfalls über das Gestänge 9 mit dem Brenner 6 verbunden, so daß sie sich gleichfalls mitbewegt. Die Öffnung der Absaugleitung 5 ist vorzugsweise trichterförmig erweitert. Sie soll sich stets im unmittelbaren Bereich der Kondensationszone befinden, um ein undefiniertes Ausbreiten der Reaktionsprodukte 3 innerhalb des Quarzrohres 1 zu verhindern. Verschlüsse 10 haben die Aufgabe, eine Verunreinigung des Inneren des Quarzrohres 1 von außen möglichst zu vermeiden. Sie weisen eng anliegende Öffnungen zur Durchführung der Führungs- und Absaugleitung 4, 5 auf. Außen befinden sich Vorratstanks 11, die die möglichst reinen Bestandteile des Beschichtungsgasgemisches enthalten. Sie sind über Ventile 12 abscnließbar, sowie in ihrem Zuführungsdruck regulierbar. Über beispiels- weise flexible Schläuche 13 sind sie mit der Führungsleitung 4 verbunden. Dadurch wird seine Längsbewegung ausgeglichen. An die Absaugleitung 5 ist gleichfalls flexibel eine Abluftaufarbeitungseinrichtung 14 angeschlossen.
Die gegenständliche Erfindung beinhaltet aber auch noch zahlreiche andere Ausgestaltungsmöglichkeiten. So ist es durchaus sinnvoll, anstelle der abgeschlossenen Führungsleitung 4 mit Öffnung 8'diese zur Rohrinnenwand hin zu krümmen und das Ende parallel zu ihr abzuschneiden, so daß eine elliptische Öffnung entsteht. Ein derartiges gekrümmtes Ende der Führungsleitung 4 kann auch einfach offen ausgeführt sein. Dadurch erzielt man eine gewisse Steuerung des Beschichtungsgasgemisches nicht nur zur Rohrinnenwand, sondern auch noch in Richtung zur Kondensationszone. Das beugt einem Niederschlagen von Reaktionsprodukten 3 auf der fertigen Innenbeschichtung 2 hinter dem Brenner 6 vor. Wenn ein Ringbrenner zum Einsatz kommt, der das Quarzrohr 1 ganz oder teilweise umschließt, können mehrere Öffnungen 8 ihm gegenüber angeordnet werden.
Auf eine ähnliche Weise ist eine Anpassung des Endes der Führungsleitung 4 an verschiedenste Brennerformen durchführbar.
nicht Es ist unbedingt notwendig, die Führungs- und Absaugleitung 4, 5 über eine Halterung 9 fest mit dem Brenner 6 zu verbinden. Sie können auch von diesem unabhängig durch eigene Antriebsmechanismen snychron geführt werden.
Ferner besteht die Möglichkeit, die Führungs- und Absaugleitung 4, 5 teleskopartig auszuführen, wobei sie der Brennerbewegung entsprechend eingezogen bzw. ausgefahren werden. Dem höheren apparativen Aufwand steht der Vorteil gegenüber, daß die Beweglichkeit und der Spielraum der äußeren Zu- und Abführungseinrichtungen entfällt.
Das erfindungsgemäße Verfahren macht auch eine neue Modifikation des Innenabscheideverfahrens möglich. Das Quarzrohr 1 kann auf ganzer Länge gleichmäßig erhitzt werden, da das definierte Aufschmelzen der Innenbeschichtung 2 über die Führungs- und Absaugleitung 4,5 steuerbar ist. Selbstverständlich sind sie auch durch jeweils mehrere, kleinere Leitungen ersetzbar. Bei all diesen Ausführungsbeispielen ist sichergestellt, daß das Beschichtungsgasgemisch stets in der gleichen Zusammensetzung und mit der gleichen Temperatur auf jeden Punkt des erhitzten Quarzrohres 1 trifft. Dadurch ist die Zusammensetzung der kondensierten Reaktionsprodukte 3 nicht mehr längenabhängig.
18 Patentansprüche 2 Figuren

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Vorform zum Ziehen einer Glasfaser, wobei ein Rohr (1) von außen erhitzt und eine Innenbeschichtung (2) durch Kondensation von Reaktionsprodukten (3) eines Gasgemisches erreicht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß das Beschichtungsgasgemisch bis in das Innere des Rohres (1) hineingeleitet und in einem definierten Bereich aus einer Führungsleitung (4) in das Rohr (1) eingeblasen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtungsgasgemisch radial in Richtung zur Rohrinnenwand eingeblasen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschichtsgasgemisch schräg in Richtung zur Rohrinnenwand eingeblasen wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste des Beschichtungsgasgemisches und die nicht kondensierten Anteile der Reaktionsprodukte (3) mit einer Absaugleitung (5) aus einem definierten Bereich des Rohrinneren abgeleitet werden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorhandensein einer begrenzten Heizzone diese am Rohr (1) entlangbewegt und das Beschichtungsgasgemisch in deren Bereich eingeblasen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Reste des Beschichtungsgasgemisches und die nicht kondensierten Anteile der Reaktionsprodukte (3) aus einer, sich vor der Heizzone befindlichen, Kondensationszone abgeleitet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungs- und Absaugleitung (4, 5) synchron mit Heizzone längsbewegt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) vor Beginn des Beschichtungsprozesses bis auf enge Durchführungen für die Führungs- und Absaugleitung (4, 5) verschlossen wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Heizeinrichtung (6), eine Rohrhalterung (7), ein Rohr (1) und mindestens eine Führungsleitung (4), die mit einem bewegbaren Ende in das Innere des Rohres (1) hineinragt.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Führungsleitung (4), deren in das Rohr (1) ragende Ende abgeschlossen ist, wobei sich unmittelbar davor mindestens eine Öffnung (8) befindet, die das Beschichtungsgasgemisch radial zur Rohrinnenwand bläst.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine Führungsleitung (4), deren in das Rohr (1) ragende Ende schräg in Richtung zur Rohrinennwand gebogen ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, gekennzeichnet durch mindestens eine Absaugleitung (5) zur Ableitung der Reste des Beschichtungsgasgemisches und der nicht kondensierten Anteile der Reaktionsprodukte (3).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Absaugleitung (5), deren in das Rohr (1) ragende Ende trichterförmig erweitert ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch eine Führungs- und eine Absaugleitung (4, 5), die durch Ausziehen und Zusammenschieben in dem Rohr (1) längsbewegbar sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, gekennzeichnet durch eine Führungs- und eine Absaugleitung (4, 5), die starr und von außen her im Rohr (1) längs-bewegbar sind.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, gekennzeichnet durch eine längs-bewegbare Heizeinrichtung (6), die das Rohr (1) nur in einem begrenzten, radialsymmetrischen Bereich erhitzt.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch eine Führungs- und eine Absaugleitung (4, 5), deren längsbewegbare in das Rohr (1) ragende Enden sich im Bereich der Heiz- und Kondensationszone befinden.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, gekennzeichnet durch einen längs bewegbaren Brenner (6), eine Drehbank (7), ein Quarzrohr (1) und je eine Führungs- und eine Absaugleitung (4, 5), die mit dem Brenner (6) über Halterungen (9) verbunden sind, wobei sich das Ende der Führungsleitung (4) auf dessen Höhe und das Ende der Absaugleitung (5) sich gegen Schluß der Kondensationszone befindet.