DE3921086A1 - Verfahren zur herstellung von lichtwellenleitern mit aufschmelzen eines ueberwurfrohres auf eine roh-vorform - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist vielfach bekannt, z. B. aus der DE-A1 33 15 156. Ein Problem beim Aufschmelzen eines Überwurfrohres auf eine Roh-Vorform besteht darin, dafür zu sorgen, daß der Kern der Roh-Vorform möglichst genau im Zentrum der durch das Aufschmelzen des Überwurfrohres entstehenden Vorform liegt, d. h., daß der Kern möglichst wenig exzentrisch in bezug auf die Vorform ist. Eine zu große Kernexzentrizität in der Vorform reproduziert sich nämlich in dem daraus zu ziehenden Lichtwellenleiter, so daß dieser die gestellten hohen Geometrieanforderungen nicht erfüllt. Die Kernexzentrizität bei Lichtwellenleitern muß deshalb gering sein, weil ansonsten in Spleißstellen und in Lichtwellenleiter-Steckern eine zu hohe Dämpfung auftritt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Lösung für das geschilderte Problem anzugeben.

Die Aufgabe wird wie im Patentanspruch 1 angegeben gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 5 und dessen Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Maßnahme der Rohr-Vorbehandlung, die für jedes auf eine Roh-Vorform aufzuschmelzende Überwurfrohr anzuwenden ist, führt überraschenderweise zum Ergebnis, daß 97% aller nach dem beschriebenen Verfahren hergestellten Lichtwellenleiter die ausgezeichnete Eigenschaft haben, daß ihre Kernexzentrizität geringer als 0,5 µm ist.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Anordnung eines Überwurfrohres und einer darin befindlichen Roh-Vorform zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung und

Fig. 2 eine Anordnung zur Durchführung der erfindungsgemäßen Rohr-Vorbehandlung.

In Fig. 1 ist als gestrichelt markierter Kreisring die Querschnittsfläche eines Überwurfrohres 1 dargestellt und als als gestrichelt markierte Kreisfläche die Querschnittsfläche einer in dem Überwurfrohr 1 befindlichen Roh-Vorform 2. Beide Teile sind in dem Zustand gezeigt, in dem das Überwurfrohr 1 über die Roh-Vorform 2 geschoben worden ist, jedoch mit dem Aufschmelzen jedoch noch nicht begonnen worden ist. Sie zeigt also die Ausgangs-Anordnung für den Aufschmelzvorgang. Dabei werden beide Teile so gehandhabt, daß sich die Roh-Vorform zentral in der Mitte des Überwurfrohres befindet und ein Ringspalt, in Fig. 1 der nicht markierte zwischen der Roh-Vorform 2 und der Innenwand des Überwurfrohres 1 befindliche Kreisring, voneinander getrennt sind.

Das Prinzip der Erfindung besteht nun darin, das Rohr 1 derart vorzubehandeln, nämlich aufzuweiten oder schrumpfen zu lassen, daß der Ringspalt zwischen dem Rohr 1 und der Roh-Vorform 2 eine bestimmte Breite Δ hat. In anderen Worten: Es wird der Außendurchmesser d_v der Roh-Vorform 2 gemessen, dann wird der Innendurchmesser d_R des Rohres 1 gemessen und, falls erforderlich, durch Aufweiten oder Schrumpfen des Rohres so verändert, daß er um einen vorgegebenen Betrag 2Δ größer ist als der gemessene Außendurchmesser d_v der Roh-Vorform 2.

Daß die Einstellung einer optimalen Breite des Ringspalts die Lösung des eingangs geschilderten Problems der Kernexzentrizität ist, ist die Grundidee der Erfindung. Eine Erklärung für die durchaus überraschende Erkenntnis, daß eine bestimmte Spaltbreite die Voraussetzung für eine geringe Kernexzentrizität ist, besteht darin, daß bei zu großer oder zu kleiner Spaltbreite das Rohr ungleichmäßig auf die Roh-Vorform aufschrumpft.

Welcher Wert der Spaltbreite Δ in Abhängigkeit vom Außendurchmesser der Roh-Vorform 2 und von der Geometrie des zur Verfügung stehenden Überwurfrohres 1 der optimale Wert ist, läßt sich durch Versuchsreihen ermitteln. Beispielsweise ist bei einer Roh-Vorform mit einem Durchmesser von 17,5 bis 18,0 mm und einem Überwurfrohr mit einem Außendurchmesser von 25 und einem Innendurchmesser von 19 mm eine Spaltbreite von 0,7 mm die optimale Spaltbreite.

Anhand der Fig. 2 wird nun erläutert, auf welche Weise das Aufweiten oder Schrumpfen des Überwurfrohres 1, im folgenden zur Vereinfachung als "Rohr" bezeichnet, durchgeführt wird. Es ist dies ein Verfahren, bei dem das Rohr durch einen an seiner Außenseite entlang bewegten Brenner erhitzt wird, so daß es unter Wirkung seiner Oberflächenspannung abhängig von der Differenz zwischen dem Druck im Rohr-Innenraum und dem der Außenumgebung entweder sich aufweitet oder schrumpft, d. h., daß sein Innendurchmesser sich entweder vergrößert oder verkleinert. Der Druck im Innenraum des Rohres 1 wird dabei dadurch bestimmt, daß man von der einen Seite einen Gasstrom durch das Rohr leitet, während man von der anderen Seite des Rohres ein Hilfsgas hineinbläst und dessen Durchflußmenge so steuert, daß sich im Rohr der gewünschte Druck ergibt.

Das Verfahren der Drucksteuerung in einem Rohr durch einen Gasstrom und einen diesem entgegenströmenden steuerbaren Hilfsgasstrom ist für das Verfahren der Rohr-Innenbeschichtung und das Verfahren des Kollabierens eines innenbeschichteten Rohres aus einem Glasstab an sich bekannt aus der DE-A1 29 07 731 oder der DE-A1 35 27 017.

Anhand von Fig. 2 werden nun Einzelheiten des neuen Verfahrens und einer zu seiner Durchführung geeigneten Vorrichtung erläutert. Das Rohr 1, das man in bestimmtem Maße aufweiten oder schrumpfen lassen will, wird in eine an sich bekannte Glasdrehbank, wie sie üblicherweise zur Innenbeschichtung von Glasrohren für die Lichtwellenleiter-Vorform-Herstellung verwendet wird, eingespannt und darin um seine Längsachse gedreht. In einen linken Spindelstock 3 der Glasdrehbank ist das eine Ende des Rohres selbst eingespannt, und in einen rechten Spindelstock 4 der Glasdrehbank ist ein an das andere Ende des Rohres 1 angeschweißtes Abgasrohr 6 eingespannt, dessen Durchmesser sich von der Stelle 5, an der es an das Rohr 1 angeschweißt ist, in Richtung der Verlängerung des Rohres 1 auf einen deutlich größeren Durchmesser vergrößert.

In das vom Abgasrohr 6 entfernte Ende des Rohres 1 wird ein Gasstrom, z. B. aus Gasen (CCl₂F₂ oder andere fluorierte Kohlenwasserstoffe und O₂), mit denen unter Einwirkung von Hitze die Innenwand des Rohres 1 gereinigt werden kann, aus einem Gas-Einlaßrohr 7, dessen Ende mit dem in der Drehbank sich drehenden Rohr 1 durch eine Rotationsdichtung 8 verbunden ist, eingeleitet. In Gegenrichtung wird in das Abgasrohr 6 ein Hilfsgasstrom eingeleitet. Dies geschieht mittels eines in das offene Ende des Abgasrohres 6 hineinragenden Hilfsgas-Rohres 9. Als Hilfsgas wird zum Beispiel Sauerstoff oder auch Stickstoff verwendet, und seine Durchflußmenge wird mittels eines Massenflußreglers 10 geregelt. Das aus dem vorderen Ende des Hilfsgas-Rohres 9 austretende Hilfsgas trifft dort auf das in Gegenrichtung durch das Rohr 1 geströmte Gas und strömt zusammen mit diesem durch den zwischen dem Hilfgas-Rohr 9 und dem Abgasrohr 6 bestehenden Zwischenraum aus dem Abgasrohr 6 hinaus. Das Hilfsgas-Rohr hat an seinem offenen Ende einen Bereich mit erweitertem Durchmesser. Auf diesem Abschnitt des Zwischenraums zwischen dem Abgasrohr 6 und dem Hilfsgas-Rohr 9 erfährt das hindurchströmende Gas einen Druckverlust, so daß der Gasdruck am Austrittsende des Hilfsgas-Rohres 9 größer ist als der das Rohr 1 umgebende Luftdruck. Dieser Druckunterschied ist abhängig von der Durchflußmenge, d. h., dem pro Zeiteinheit durchströmenden Gasvolumen, des Hilfsgases.

Damit das aus dem vorderen Ende des Hilfsgas-Rohres 9 austretende Hilfsgas nicht direkt dem durch das Rohr 1 strömenden Gas entgegenströmt und dessen Strömung bereits im Rohr 1 stören kann, ist vor dem Austrittsende des Hilfsgas-Rohres 9 ein Prallteller 11 angeordnet, der für eine Umkehrung der Strömungsrichtung des Hilfsgasstromes sorgt. Dieser Prallteller 11 sitzt auf dem vorderen Ende eines zur Druckmessung dienenden Röhrchens 12, das durch das Hilfsgas-Rohr 9 hindurchgeführt ist und dessen vorderes Ende als Druckmeßstelle 13 sich in der Mitte des Pralltellers 11 befindet. Das Röhrchen 12 ist mit einem Anzeigeinstrument 14 zum Anzeigen des Drucks und einer Druck-Regeleinrichtung 15 verbunden. In diese Druck-Regeleinrichtung 15 wird der gewünschte Druck eingegeben, und die Regeleinrichtung 15 steuert daraufhin den Massenflußregler 10 so, daß der gemessene Druck dem gewünschten Druck gleich ist.

Das Abgasrohr 6 ragt in eine Absaugvorrichtung 16 hinein, in die von einer Seite Luft eingesaugt und aus der an der anderen Seite die Luft mit den aus dem Abgasrohr austretenden Abgasen abgesaugt wird.

Während auf die beschriebene Weise im Rohr 1 ein bestimmter Druck eingestellt wird, wird ein Brenner 17 parallel zur Strömungsrichtung des Gases bewegt, so daß in dem Bereich, wo der Brenner das Rohr zur Verformbarkeit erhitzt, je nach dem im Rohr herrschenden Druck ein Aufweiten oder Schrumpfen des Rohres erfolgt. Es läßt sich leicht durch Versuche ermitteln, welchen Druck man einstellen muß, um eine bestimmte Aufweitung oder ein bestimmtes Schrumpfen zu erreichen.

Ein günstiger Nebeneffekt der vorstehend beschriebenen Rohr-Vorbehandlung liegt darin, daß die Außenfläche flammenpoliert wird, d. h., daß mechanische Oberflächenverletzungen verschmelzen und Verunreinigungen der Außenflächen weitgehend verbrannt werden oder verdampfen. Gleiches geschieht mit der Innenfläche, insbesondere wenn, wie im Beispiel, das am linksseitigen Ende eingeleitete Gas Sauerstoff enthält.

Gleichzeitig kann bei der beschriebenen Rohr-Vorbehandlung die Innenfläche des Rohres auch einer Ätzung, die in der Gasphase stattfindet, unterzogen werden, wie sie zur Vorbehandlung von Rohren für eine Innenbeschichtung aus der DE-C2 30 00 954 oder als begleitende Behandlung im Zusammenhang mit dem Kollabieren eines Rohres aus der DE-A1 30 31 160 bekannt ist. Dazu werden ein oder mehrere fluorhaltige Verbindungen dem durch das Rohr strömenden Gas beigemischt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Lichtwellenleitern, bei dem eine stabförmige Roh-Vorform mit einem Kern und einem Mantel hergestellt, auf diese mindestens ein Überwurfrohr aufgeschmolzen wird und die so erhaltene Vorform zum Lichtwellenleiter ausgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Herstellung der Roh-Vorform deren Außendurchmesser gemessen wird und daß man das aufzuschmelzende Überwurfrohr in einem Vorbehandlungsschritt, abhängig von dem gemessenen Außendurchmesser der Roh-Vorform, derart aufweitet oder schrumpfen läßt, daß sein Innendurchmesser um einen vorgegebenen Betrag größer ist als der gemessene Außendurchmesser der Roh-Vorform.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwurfrohr zum Aufweiten oder Schrumpfen in einer Glasdrehbank um seine Längsachse gedreht wird, während an seiner Außenseite eine Wärmequelle entlang bewegt, von der einen Seite ein Gas durch das Rohr geleitet und von der anderen Seite ein Hilfsgas in das Rohr geblasen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Regeln der Durchflußmenge des in das Rohr geblasenen Hilfsgases ein bestimmter Druck im Rohr eingestellt wird, der gewährleistet, daß die gewünschte Aufweitung oder Schrumpfung stattfindet.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das durch das Rohr strömende Gas Bestandteile enthält, die eine Reinigung und/oder Ätzung der Rohrinnenfläche bewirken.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, bestehend aus einer Glasdrehbank, in der das Überwurfrohr (1), verlängert durch ein an seinem Ende angeschweißtes Abgasrohr größeren Durchmessers um seine Längsachse drehbar ist, aus einer an seiner Außenseite bewegbaren Wärmequelle, aus einem Einlaßrohr zum Einleiten eines Gases in das Rohr und einem in das Abgasrohr hineinragenden Hilfsgas-Rohr zum Einleiten eines dem Gas entgegenströmenden Hilfsgases, dadurch gekennzeichnet, daß am Austritts-Ende des Hilfsgas-Rohres (9) ein Prallteller (11) angeordnet ist, der die Strömungsrichtung des aus dem Hilfsgas-Rohr (9) austretenden Hilfsgases umkehrt, so daß es, vermischt mit dem durch das Rohr (1) geströmten Gas durch einen Zwischenraum zwischen dem Abgasrohr (6) und dem Hilfsgas-Rohr (9) aus dem Abgasrohr hinausströmt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prallteller (11) auf einem durch das Hilfsgas-Rohr (9) geführten zur Druckmessung dienenden Röhrchen (12) befestigt ist.