DE3919953A1 - Vorrichtung zum abkuehlen einer lichtwellenleiterfaser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Hohl­ körper zum Abkühlen einer Lichtwellenleiterfaser nach dem Ziehen der Faser aus einer Vorform und zum Schutz der Faser vor einer Verunreinigung durch Partikel.

Lichtwellenleiterfasern, die auch optische Fasern ge­ nannt werden, werden bekanntlich dadurch hergestellt, daß eine Vorform zur Lichtwellenleiterfaser ausgezogen wird. Die Vorform wird beispielsweise dadurch herge­ stellt, daß ein Rohr aus dem Mantelmaterial mit Kern­ material innenbeschichtet wird und das innenbeschichtete Mantelrohr zur Vorform kollabiert wird. Eine andere Mög­ lichkeit zur Herstellung einer Vorform besteht darin, daß ein Stab aus dem Kernmaterial mit Mantelmaterial außenbeschichtet wird.

Das Ausziehen einer Vorform zu einer Faser erfolgt bei­ spielsweise dadurch, daß die Vorform in ein Futter ein­ gespannt wird und ein Bereich der Vorform mittels eines die Vorform umgebenden Ofens auf die Ziehtemperatur er­ wärmt wird. Die Vorform wird dabei senkrecht gehalten. Ist die Vorform in dem vom Ofen umgebenen Bereich auf die Ziehtemperatur erwärmt, so schmilzt das Glas der Vorform in dem vom Ofen umgebenen Bereich, es entsteht eine sogenannte Ziehzwiebel, und aus der Ziehzwiebel ent­ steht infolge der Schwerkraft die Glasfaser. Die Glas­ faser muß nach dem Ziehen zum Schutz des Glasmaterials mit einem Überzug (Coating) versehen werden.

Um den Überzug aufbringen zu können, muß die Glasfaser von der relativ hohen Temperatur (z.B. 800°C) im Be­ reich der Ziehzwiebel nach dem Austritt aus dem Ofen in einem relativ kurzen Längenabschnitt auf ca. 50 bis 100°C abgekühlt werden. Die Abkühlung erfolgt auf einer sogenannten Faserkühlstrecke. In diesem Bereich durch­ läuft die gezogene Faser ein Kühlrohr, in dem sich ein Kühlgas (Reinstgas) befindet, welches eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, damit das Kühlgas die Wärme von der das Rohr durchlaufenden Faser möglichst gut und schnell an die Innenwand des Kühlrohres ableiten kann. Das Kühlrohr selbst wird zur Verbesserung der Kühlwirkung gekühlt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zum Abkühlen einer Lichtwellenleiterfaser nach dem Ziehen anzugeben, die innerhalb einer vorgegebenen Kühl­ strecke einen möglichst großen Kühleffekt erzielt und dadurch eine hohe Ziehgeschwindigkeit ermöglicht. Außer­ dem soll durch die Vorrichtung nach der Erfindung ein Schutz der Faser vor Partikelkontamination gewährlei­ stet sein. Diese Aufgabe wird bei einer Kühlvorrichtung der eingangs erwähnten Art nach der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Ziehvorrichtung, eine erfindungs­ gemäße Vorrichtung sowie eine Beschichtungsanlage, in der ein Überzug auf die Faser aufgebracht ist. Zum Zie­ hen einer Faser aus einer Vorform wird die Vorform 1 gemäß der Fig. 1 senkrecht in ein Futter 2 eingespannt. Der untere Bereich der Vorform 1 wird gemäß der Fig. 1 durch einen Ofen 3, der beispielsweise aus Graphit be­ steht und ein Widerstandsofen sein kann, auf die Zieh­ temperatur erwärmt. Dabei schmilzt das Glas in dem vom Ofen umgebenen Bereich, es entsteht eine Ziehzwiebel 4 und aus der Ziehzwiebel 4 entsteht infolge der Schwer­ kraft eine Glasfaser 5. Die Glasfaser 5 durchläuft ein Kühlrohr 6, damit die Faser 5 nach ihrer Entstehung aus der Ziehzwiebel möglichst schnell abgekühlt wird. Die schnelle Abkühlung ist deshalb erforderlich, weil die Faser 5 mit einem Überzug versehen werden muß, dessen Aufbringung jedoch nur dann möglich ist, wenn die Faser 5 nach dem Durchlaufen des Kühlrohres beim Erreichen des Überzugsbereichs (Überzugsbehälter 7) bereits auf eine Temperatur von 50 bis 100°C abgekühlt ist. Die UV-Lampe 8 dient zum Trocknen des mittels des Behälters 7 auf die Faser aufgebrachten Überzugs. Die Rollen 9′ und 9′′ die­ nen zur Führung und zum Umlenken der gezogenen Faser 5.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die Kühlwirkung des Kühlrohres 6 umso besser ist, je gerin­ ger der Abstand zwischen der durch das Kühlrohr 6 ge­ führten Faser und der Innenwand des Kühlrohres 6 ist. Bei der Bemessung des Kühlrohres muß jedoch die Tatsache berücksichtigt werden, daß beim Ziehen der Faser nicht nur im Bereich des Ofens 3 eine Ziehzwiebel vorhanden ist, sondern daß gemäß der Fig. 2 auch das Anfangsstück 10 der Faser 5 die Konfiguration einer Ziehzwiebel mit relativ dickem Querschnitt aufweist. Diesem relativ dicken Anfangsstück 10, mit einem Durchmesser von z.B. 120 mm, muß der Querschnitt des Kühlrohres 6 angepaßt werden, damit neben der dünnen Faser 5 zunächst auch das Anfangsstück 10 durch das Kühlrohr 6 laufen kann.

Die Erfindung sieht eine wesentlich andere Lösung vor, und zwar die Verwendung eines Kühl-Hohlkörpers mit ver­ änderlichem Querschnitt, der dem Durchmesser des Anfangs­ stückes 10 sowie dem Durchmesser der dem Anfangsstück folgenden, wesentlich dünneren Faser 5 angepaßt werden kann. Ein veränderlicher Querschnitt des Kühlkörpers 6 wird beispielsweise gemäß der Fig. 3 durch zwei Rohr­ hälften 11 und 12 erzielt, deren Innendurchmesser im zusammengesetzten Zustand dem Durchmesser der Faser entspricht. Anstelle von nur zwei Rohrhälften können natürlich auch mehrere Rohrteilstücke verwendet werden.

Die Fig. 4 zeigt diejenige Ziehphase, in der das An­ fangsstück 10 der Faser durch das Kühlrohr 6 geführt wird. In diesem Zustand sind die beiden Rohrhälften 11 und 12 nicht zu einem geschlossenen Rohr zusammengefügt, sondern sie haben einen solchen Abstand voneinander, daß das Anfangsstück 10 durch die im Abstand voneinander befindlichen Rohrhälften 11 und 12 geführt werden kann.

Die Fig. 5 zeigt diejenige Ziehphase, bei der das An­ fangsstück 10 bereits durch das Kühlrohr 6 geführt ist und die sich an das Anfangsstück 10 anschließende Faser 5 mit wesentlich geringerem Querschnitt durch das Kühl­ rohr 6 geführt wird. In dieser Ziehphase sind die beiden Rohrhälften 11 und 12 gemäß der Fig. 5 zu einem ge­ schlossenen Kühlrohr 6 zusammengeführt bzw. zusammenge­ fügt. Die Erfindung bietet durch die Verwendung der bei­ den Rohrhälften 11 und 13 die Möglichkeit, durch Zusam­ menfügen der beiden Rohrhälften zu einem geschlossenen Kühlrohr 6 nach dem Passieren des Anfangsstückes 10 den Innendurchmesser des Kühlrohres 6 dem Durchmesser bzw. Querschnitt der Faser 5 optimal anzupassen und auf diese Weise den Abstand zwischen der Faser 5 und der Innen­ wand des Rohres 6 zur Verbesserung des Kühlwirkungsgra­ des möglichst gering zu halten. Je geringer der Abstand zwischen der durch das Kühlrohr 6 geführten Faser 5 und der Innenwand des Kühlrohres 6 ist, desto besser ist die Wärmeableitung von der Faser 5 zur Wand des Kühlrohres 6. Da das Anfangsstück 10 beispielsweise einen Durch­ messer von 120 mm und die darauffolgende Faser beispiels­ weise einen Durchmesser von nur 125 µm hat, ist eine Querschnittsanpassung des Kühlrohres von anfänglich 120 mm auf weiterhin 125 µm erforderlich. Wie bereits zum Ausdruck gebracht, wird die Kühlwirkung des Kühl­ rohres durch ein im Kühlrohr befindliches, gut wärmelei­ tendes Gas wie z.B. Helium oder Argon erhöht. Je gerin­ ger der Abstand zwischen der das Kühlrohr durchlaufenden Faser 5 und der Innenwand des Kühlrohres 6 ist, desto geringer ist aber auch der Durchsatz des im Kühlrohr 6 befindlichen Kühlgases. Zwar braucht das Kühlgas das Kühlrohr nicht zu durchströmen, sondern kann als statio­ näres Gas im Kühlrohr untergebacht werden, doch läßt es sich nicht verhindern, daß ein Teil des stationären Kühl­ gases an den Enden des Kühlrohres austritt, weil diese Enden infolge der durch das Kühlrohr laufenden Faser nicht 100%ig abgedichtet werden können. Das an den En­ den des Kühlrohres entweichende Kühlgas muß also ständig ersetzt werden.

Die Erfindung ermöglicht eine sehr effektive Kühlung der Faser nach dem Ziehen und damit eine relativ hohe Zieh­ geschwindigkeit bei relativ geringem Kühlgasdurchsatz, weil die erfindungsgemäß vorgesehene Möglichkeit der Querschnittsveränderung des Kühlrohres (Anpassung an das relativ dicke Anfangsstück und an die wesentlich dünnere Faser) einen sehr geringen Abstand zwischen der durch das Kühlrohr laufenden Faser und der Innenwand des Kühl­ rohres ermöglicht. Außerdem wird durch die Vorrichtung nach der Erfindung ein Schutz der Faser vor unerwünsch­ ten Partikelverunreinigungen erzielt.

Die Kühlung der Rohrhälften des Kühlrohres kann bei­ spielsweise dadurch erfolgen, daß Kanäle in die Rohr­ teile eingebracht werden, die beispielsweise von Wasser durchflossen werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung mit einem Hohlkörper zum Abkühlen einer Lichtwellenleiterfaser nach dem Ziehen der Faser aus einer Vorform und zum Schutz der Faser vor Verunreini­ gungs-Partikeln, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohl­ körper aus mehreren Teilen besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper als Kühlrohr ausgebildet ist, welches aus mehreren Rohrteilen besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr aus zwei Rohrhälften besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrteile des Kühlrohres derart ausgebildet sind, daß sie im zusammengefügten Zustand ein geschlossenes Kühlrohr ergeben, dessen Innenwand einen möglichst geringen Abstand von der das Kühlrohr durchlaufenden Faser hat.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlrohr aufklappbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrteile durch Scharniere mit­ einander verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Hohlkörper von einem zwei­ ten Hohlkörper umgeben ist, der zur Kühlung des ersten Hohlkörpers dient.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlkörper nach außen thermisch isoliert ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Hohlkörper doppelwandig ausgebildet ist und daß der dadurch gebildete Raum zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit dient.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem ersten Hohlkörper und dem zweiten Hohlkörper zur Auf­ nahme eines Kühlgases dient.