DE3925945A1 - Preform chemical vapour deposition process - for optical fibres by specified planetary gear drive - Google Patents

Preform chemical vapour deposition process - for optical fibres by specified planetary gear drive

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DE3925945A1 DE19893925945 DE3925945A DE3925945A1 DE 3925945 A1 DE3925945 A1 DE 3925945A1 DE 19893925945 DE19893925945 DE 19893925945 DE 3925945 A DE3925945 A DE 3925945A DE 3925945 A1 DE3925945 A1 DE 3925945A1
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Abstract

When a glass tube, used as the preform of an optical fibre, is to be coated internally with core and sheath layers, a furnace is moved downwards for the deposition cycle slowly and upward fast for the return. This is carried out by a motor with a planetary gear and a clutch at the gear input and gear output. One of them blocks a sun pinion for the slow speed and the second blocks a sun pinion for the fast speed. Pref. planetary gear has a motor (10) with a clutch for the sun pinion (12) at the input. A clutch (17) acts on output sun pinion (13) which is joined by planet wheels (14,15) to the input sun pinion. For a fast travel, the two clutches (11,17) are actuated to drive the shaft (18) by the gears (14,15,16). For the slow travel, they are controlled to fix the input sun pinion for the gears (14,15) to revolve around it and to drive the shaft (18) by the pinion in the reverse direction and slowly. ADVANTAGE - Provides a uniform and easy motion with a uniform high torque.

Description

Bei der Herstellung von Glasfasern, die als Lichtwel­ lenleiter dienen, geht man beispielsweise von einem Glasrohr aus und beschichtet die Innenwand des Glas­ rohres mit Mantel- und Kernglasschichten. Eine Innenbe­ schichtung des Glasrohres (Vorform) erfolgt mittels des sogenannten CVD-Verfahrens, bei dem ein Reaktionsgas durch das innen zu beschichtende Glasrohr geleitet und durch entsprechende Erwärmung zur Reaktion gebracht wird. Durch die Reaktion entsteht Glaspulver mit be­ stimmten Zusätzen, welches an der Rohrinnenwand abge­ schieden und verglast wird. Anstelle einer Innenbe­ schichtung kann auch eine Außenbeschichtung erfolgen. Außerdem kann auch anstelle eines Glasrohres ein Glas­ stab als Ausgangskörper für die Beschichtung verwendet werden. Bei der Innenbeschichtung eines Glasrohres mit Mantel- und Kernglasschichten wird das innenbeschichte­ te Glasrohr zu einem Glasstab kollabiert und der Glas­ stab zu einer Glasfaser ausgezogen, die als Lichtwel­ lenleiter dient.In the production of glass fibers, which are used as light wel serving as a conductor, one starts from one Glass tube and coated the inner wall of the glass tubes with cladding and core glass layers. An interior The glass tube (preform) is layered using the So-called CVD process, in which a reaction gas passed through the glass tube to be coated on the inside and reacted by appropriate heating becomes. The reaction creates glass powder with be agreed additives, which matched to the inner wall of the pipe divorced and glazed. Instead of an interior layering can also be carried out on the outside. In addition, a glass can be used instead of a glass tube stab used as the starting body for the coating will. When coating the inside of a glass tube with The cladding and core glass layers are coated on the inside The glass tube collapsed into a glass rod and the glass rod pulled out to a glass fiber, which as Lichtwel lenleiter serves.

Bei der Innenbeschichtung des Glasrohres wird nicht das gesamte Glasrohr erhitzt, sondern es wird ein Wärmeofen (elektrischer Widerstandsofen) an der äußeren Oberflä­ che des Glasrohres entlang geführt. Die Bewegung des Wärmeofens bei der Innenschichtung erfolgt relativ langsam, und zwar beispielsweise mit einer Geschwindig­ keit von 20 bis 150 mm/min. Da eine Vielzahl von Mantel- und Kernglasschichten aufgebracht werden muß, muß der Innenbeschichtungsprozeß laufend wiederholt werden und deshalb der Wärmeofen nach jeder Schichther­ stellung wieder in seine Ausgangsposition zurückge­ fahren werden. Da der Gesamtprozeß natürlich in mög­ lichst kurzer Zeit ablaufen soll, erfolgt der Rücklauf des Wärmeofens in seine Ausgangsposition nach jedem Beschichtungsvorgang mit relativ hoher Geschwindigkeit, die beispielsweise 3000 mm/min beträgt.When it comes to the inner coating of the glass tube, that won't be the case entire glass tube is heated, but it becomes a heating furnace (electric resistance furnace) on the outer surface surface of the glass tube. The movement of the The heating furnace in the internal layering is done relatively slowly, for example at a speed speed from 20 to 150 mm / min. Because a variety of  Cladding and core glass layers must be applied the internal coating process must be repeated continuously and therefore the heating furnace after each shift position back to its starting position will drive. Since the overall process is of course possible should run for as short a time as possible, the return occurs the stove in its starting position after each Coating process at relatively high speed, which is, for example, 3000 mm / min.

Die Vorschubbewegung des Ofens während der Beschichtung sowie die Eilgangbewegung des Ofens während des Rück­ laufs in die Ausgangsposition erfolgt bei einer Pre­ formanlage (Bezeichnung für die Beschichtungsanlage) über einen Gleichstrommotor mit vorgeschaltetem ein­ fachen Stirnrad-Untersetzungsgetriebe. Dabei muß der Motor der Preformanlage für die Vorschubbewegung in seinem unteren Drehzahlbereich und für den Eilgang in seinem oberen Drehzahlbereich arbeiten. Außerdem muß der Motor für die langsame Vorwärtsbewegung (Abwärtsbe­ wegung) und die schnelle Rückswärtsbewegung (Aufwärts­ bewegung) laufend umgepolt werden. Die Antriebe werden bei Preformanlagen so ausgelegt, daß beim Eilgang die maximale Motordrehzahl erreicht wird (z.B. 3000 Umdre­ hungen/min entsprechend 3000 mm/min), während der Motor beim kleinsten Vorschub für die Innenbeschichtung nur noch 30 Umdrehungen/min macht, die 30 mm/min entspre­ chen. Ein 24 V-Gleichstrommotor arbeitet unter diesen Bedingungen im mV-Bereich. Bei solchen Bedingungen kommt es durch äußere Einflüsse in der elektronischen Steuerung häufig zu ungleichmäßigen Vorschubbewegungen. Außerdem ist das Motor-Drehmoment im niedrigen Dreh­ zahlbereich sehr klein. Zudem muß der Motor durch das Umpolen jedesmal das Brems- und Anlaufmoment überwin­ den. Diese Faktoren wirken sich schädlich auf den An­ fang und das Ende der Preform aus. The movement of the furnace during coating as well as the rapid movement of the furnace during the return run into the starting position takes place at a pre molding machine (name for the coating machine) via a DC motor with an upstream one fold spur gear reduction gear. The Motor of the preform system for the feed movement in its lower speed range and for the rapid traverse in work in its upper speed range. In addition, must the motor for slow forward movement (downward movement) and the rapid backward movement (upward movement) are reversed. The drives are designed for preforming systems so that the rapid traverse maximum engine speed is reached (e.g. 3000 revs speed / min corresponding to 3000 mm / min) while the motor at the smallest feed for the inner coating only still makes 30 revolutions / min, which corresponds to 30 mm / min chen. A 24 V DC motor works among them Conditions in the mV range. In such conditions it comes from external influences in the electronic Control often leads to uneven feed movements. In addition, the engine torque is in low revs number range very small. In addition, the engine must go through Always reverse the polarity of the braking and starting torque the. These factors have a detrimental effect on the appearance start and end the preform.  

Es entsteht ein sogenannter Teper, der den Anfang und das Ende der Preform unbrauchbar macht.The result is a so-called taper, which is the beginning and makes the end of the preform unusable.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Beschichtung einer Vorform für Lichtwellen­ leiter anzugeben, die gewährleistet, daß die Vorschub­ bewegung des Wärmeofens, die für die Beschichtung der Vorform erforderlich ist, möglichst gleichmäßig und störungsfrei verläuft, und die außerdem dafür sorgt, daß das Drehmoment an der für den Antrieb vorgesehenen Spindel für den gesamten Drehzahlbereich nahezu mög­ lichst gleich und außerdem relativ hoch ist. Außerdem sollen die Anlauf- und Bremsmomente möglichst kleinge­ halten werden, um den "Teper" am oberen und unteren Ende der Preform so kurz wie möglich zu halten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The invention has for its object a Vorrich device for coating a preform for light waves specify ladder that ensures the feed Movement of the heating furnace used for coating the Preform is required to be as uniform and as possible runs smoothly, and which also ensures that the torque on the intended for the drive Spindle almost possible for the entire speed range Lich the same and is also relatively high. Furthermore the starting and braking torques should be as small as possible will keep the "teper" at the top and bottom Keep the end of the preform as short as possible. These The object is achieved by a device with solved the features of claim 1.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungs­ beispiel erläutert.The invention is based on an embodiment example explained.

Die Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Be­ schichtungsvorrichtung zur Herstellung der Beschichtung einer Vorform für Lichtwellenleiter. Bei der Beschich­ tungsvorrichtung der Fig. 1 ist das innen zu beschich­ tende Glasrohr (Vorform) mit der Bezugsziffer 1 be­ zeichnet. Wie bereits erwähnt, wird während des Be­ schichtungsvorganges ein Wärmeofen 2 entlang der äuße­ ren Oberfläche des Glasrohres 1 geführt. Dieser Wärme­ ofen erzeugt die für die Reaktion erforderliche Reak­ tionstemperatur. Der Wärmeofen 2 ist an einem Schlitten 3 befestigt, der eine Mutter 4 aufweist, die durch Drehung einer Spindel 5 eine Lateralbewegung ausführt. Im Ausführungsbeispiel ist die für die Beschichtung er­ forderliche Vorschubbewegung eine Abwärtsbewegung und der Rücklauf des Wärmeofens nach jedem Beschichtungs­ vorgang eine Aufwärtsbewegung. Bei der Lateralbewegung nimmt die fest mit dem Schlitten 3 verbundene Mutter 4 sowohl den Schlitten 3 als auch den Wärmeofen 2 mit. Der Antrieb der Spindel erfolgt über ein Ritzel 6, Zahnriemen 7 und Zahnriemenrad 8 sowie erfindungsgemäß über ein Planetengetriebe 9, welches von einem Motor 10 angetrieben wird. Das Planetengetriebe 9 enthält zwei Drehzahlstufen. Die eine Drehzahlstufe ist für den Langsamlauf und die andere Drehzahlstufe ist für den Schnellauf vorgesehen. Fig. 1 shows the basic structure of a coating device Be for producing the coating of a preform for optical fibers. In the coating device of FIG. 1, the glass tube (preform) to be coated internally is marked with the reference number 1 . As already mentioned, a heating furnace 2 is guided along the outer surface of the glass tube 1 during the coating process. This heat oven generates the reaction temperature required for the reaction. The heating furnace 2 is fastened to a carriage 3 which has a nut 4 which executes a lateral movement by rotating a spindle 5 . In the exemplary embodiment, the feed movement required for the coating is a downward movement and the return of the heating furnace after each coating process is an upward movement. During the lateral movement, the nut 4 , which is firmly connected to the slide 3 , takes both the slide 3 and the heating furnace 2 with it. The spindle is driven via a pinion 6 , toothed belt 7 and toothed belt wheel 8 and, according to the invention, via a planetary gear 9 which is driven by a motor 10 . The planetary gear 9 contains two speed levels. One speed level is for slow speed and the other speed level is for high speed.

Die Fig. 2 zeigt das nach der Erfindung vorgesehene Planetengetriebe im Schnitt, die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf das Planetengetriebe 9 und die Fig. 3 zeigt eine Prinzipdarstellung des nach der Erfindung vorgesehenen Planetengetriebes 9. FIG. 2 shows that provided for by the invention, the planetary gear in section, Fig. 3 shows a plan view of the planetary gear 9, and Fig. 3 shows a schematic diagram of the proposed according to the invention, the planetary gear 9.

Das nach der Erfindung vorgesehene Planetengetriebe 9 weist einen vom Motor 10 über die Kupplung 11 angetrie­ benes Sonnenrad 12, ein koaxial daneben gelagertes und mit der zu treibenden Achse verbundenes Ausgangssonnen­ rad 13 sowie mit den beiden Sonnenrädern (12, 13) zu­ gleich im Eingriff stehende Planetenräder 14 und 15 auf, die an einem Planetenträger 16 gelagert sind. Bei der Eilgangbewegung des Wärmeofens, die bei jeder Rück­ führung des Wärmeofens in die Ausgangsposition nach jedem Beschichtungsvorgang erforderlich ist, werden die Kupplungen 11 und 17 so geschaltet, daß der Planeten­ träger 16 mit den Planetenrädern 14 und 15 die Welle 18 direkt durchtreibt. Beim Vorschub des Wärmeofens, der während der Beschichtung erfolgt und bei dem der ring­ förmige Wärmeofen entlang der äußeren Oberfläche der zu beschichtenden Vorform geführt wird, werden die Kupp­ lungen 11 und 17 so geschaltet, daß das Eingangssonnen­ rad 12 festgehalten wird. Da der Planetenträger 20 über den Motor 10 und das Ritzel 19 angetrieben wird, laufen die Planetenräder 14 und 15 um das feststehende Ein­ gangssonnenrad 12 um und treiben somit das Ausgangsson­ nenrad 13, das mit der Welle 18 fest verbunden ist, mit einer hohen Untersetzung (Vorschub) in umgekehrter Drehrichtung (umgekehrt zur Drehrichtung der Eilbewe­ gung) an. Der Motor 10 läuft dabei mit seiner vorgege­ benen Drehzahl weiter und wird nicht umgepolt. Dadurch werden kleine Anfahr- und Bremsmomente gewährleistet.The planetary gear 9 provided according to the invention has a sun gear 12 which is driven by the motor 10 via the clutch 11 , a coaxial adjacently mounted and connected to the driven axis output sun gear 13 and with the two sun gears ( 12 , 13 ) to be equally engaged Planet wheels 14 and 15 , which are mounted on a planet carrier 16 . In the rapid motion of the heating furnace, which is required for each return management of the heating furnace in the starting position after each coating operation, the clutches 11 and 17 are switched so that the planet carrier 16 with the planet gears 14 and 15 drives the shaft 18 directly. When feeding the heating furnace, which takes place during the coating and in which the ring-shaped heating furnace is guided along the outer surface of the preform to be coated, the couplings 11 and 17 are switched so that the input sun wheel 12 is held. Since the planet carrier 20 is driven by the motor 10 and the pinion 19 , the planet gears 14 and 15 run around the fixed input sun gear 12 and thus drive the output gear 13 , which is fixedly connected to the shaft 18 , with a high reduction ratio ( Feed) in the opposite direction of rotation (reverse to the direction of rotation of the rapid movement). The motor 10 continues to run at its pregiven speed and is not reversed. This ensures small starting and braking torques.

Die Zähnezahlen der beiden Sonnenräder 12 und 13 und die Zähnezahlen der Planetenräder 14 und 15 sind so ge­ wählt, daß beim Vorschub des Wärmeofens eine hohe Über­ setzung erzielt wird und außerdem die Drehrichtung um­ gekehrt zur Drehrichtung bei der Eilbewegung ist.The number of teeth of the two sun gears 12 and 13 and the number of teeth of the planet gears 14 and 15 are so selected that a high transmission ratio is achieved when the heating furnace is fed and the direction of rotation is reversed from the direction of rotation during the rapid movement.

Wie die Figuren zeigen, ist der eine Teil (11a) der Kupplung 11 mit dem Gehäuse des Planetengetriebes 9 fest verbunden. Das schaltbare Kupplungsschaltteil 11b ist mit dem hohlkörperförmig ausgebildeten Eingangs­ sonnenrad 12 fest verbunden. Im Sonnenrad 12 befindet sich eine Achse 18, die drehbar gelagert ist. Der eine Teil 17a der Kupplung 17 ist mit dem Planetenträger 20 fest verbunden, während das Ausgangssonnenrad 13 mit der Achse 18 fest verbunden ist und im Planetenträger 20 drehbar gelagert ist. Das schaltbare Kupplungsteil 17b der Kupplung 17 ist ebenfalls mit der Welle 18 fest verbunden.As the figures show, one part ( 11 a) of the clutch 11 is firmly connected to the housing of the planetary gear 9 . The switchable clutch switching part 11 b is firmly connected to the hollow-shaped input sun gear 12 . In the sun gear 12 there is an axis 18 which is rotatably mounted. One part 17 a of the clutch 17 is fixedly connected to the planet carrier 20 , while the output sun gear 13 is fixedly connected to the axis 18 and is rotatably mounted in the planet carrier 20 . The switchable coupling part 17 b of the clutch 17 is also firmly connected to the shaft 18 .

Um umgekehrte Drehrichtungen für die Spindel zu errei­ chen, muß bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht der Gleichstrommotor umgepolt werden, sondern umge­ kehrte Drehrichtungen der Spindel, die für den Vorschub und den Rücklauf des Wärmeofens erforderlich sind, werden ausschließlich durch Wahl der Zahnzahl der Pla­ netenräder und der Sonnenräder erzielt. To achieve reverse directions of rotation for the spindle Chen does not have to be in the device according to the invention the DC motor are reversed, but vice versa reversed directions of rotation of the spindle used for the feed and the return of the heating furnace is required are selected solely by choosing the number of teeth in the pla scored and the sun gears.  

Die richtige Zahnzahl für die einzelnen Zahnräder er­ reicht man beispielsweise mit Hilfe der FormelnThe correct number of teeth for the individual gears is enough, for example, using the formulas

Dabei ist n2 die Drehzahl der Achse 18 für den Eilgang (Eilbewegung), n3 die Drehzahl für den Vorschub, n1 die Motordrehzahl, a die Zahnzahl des Eingangssonnenrades 12, b die Zahnzahl des einen Planetenrades 14, c die Zahnzahl des anderen Planetenrades 15, d die Zahnzahl des Ausgangssonnen­ rades 13, e die Zahnzahl des Motorritzels 19 und f die Zahnzahl des Planetenträgers 20. Wie der Formel für n3 zu entnehmen ist, kommt es bezüglich der Drehrichtung auf das Produkt an. Ist größer als 1, so erhält man die eine Drehrichtung. Ist dagegen kleiner als 1, so erhält man die entgegengesetzte Drehrichtung. Ist das Produkt kleiner als 1, so kommt eine niedrige Untersetzung zustande, während umgekehrt eine hohe Untersetzung erzielt wird, wenn größer als 1 ist.Here n 2 is the speed of the axis 18 for the rapid traverse (rapid movement), n 3 the speed for the feed, n 1 the motor speed, a the number of teeth of the input sun gear 12 , b the number of teeth of one planet gear 14 , c the number of teeth of the other planet gear 15 , d the number of teeth of the output sun gear 13 , e the number of teeth of the motor pinion 19 and f the number of teeth of the planet carrier 20th As can be seen from the formula for n 3 , the product depends on the direction of rotation. If it is greater than 1, one direction of rotation is obtained. If, however, is less than 1, the opposite direction of rotation is obtained. If the product is less than 1, a low reduction occurs, while conversely a high reduction is achieved if greater than 1.

Im Ausführungsbeispiel ist beispielsweise n1 = 3000, e = 20, f = 59, a = 21, c = 23, b = 23 und d = 20. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich ein n2 = + 1016,94 und ein n3 = - 50,84.In the exemplary embodiment, for example, n 1 = 3000, e = 20, f = 59, a = 21, c = 23, b = 23 and d = 20. In this exemplary embodiment, there is an n 2 = + 1016.94 and an n 3 = - 50.84.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Beschichten einer Vorform für Licht­ wellenleiter mit einem Wärmeofen, der entlang der äuße­ ren Oberfläche der Vorform mittels eines Motors, eines Spindelantriebes und eines Getriebes mit unterschied­ lichen Drehzahlen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Getriebe ein Planetengetriebe mit einer Kupp­ lung am Getriebeeingang und mit einer Kupplung am Ge­ triebeausgang vorgesehen ist, daß beim langsameren Spindelantrieb die Kupplung am Getriebeeingang ange­ zogen und die Kupplung am Getriebeausgang gelüftet wird, wodurch sich Planetenräder durch Drehung des Pla­ netenträgers am durch die Kupplung festgehaltenen Ein­ gangssonnenrad abwälzen und dadurch das Ausgangssonnen­ rad und die mit dem Ausgangssonnenrad verbundene An­ triebswelle für die Spindel mit einer vorgegebenen Übersetzung antreiben, und daß beim schnelleren Spin­ delantrieb die Kupplung am Getriebeeingang gelüftet und die Kupplung am Getriebeausgang angezogen wird, wodurch der Planetenträger, die Planetenräder sowie die Sonnen­ räder gemeinsam in Rotation versetzt werden, so daß die mit der Spindel verbundene Antriebswelle ohne Überset­ zung angetrieben wird.1. A device for coating a preform for optical waveguide with a heating furnace, which is moved along the outer surface of the preform by means of a motor, a spindle drive and a gearbox with different speeds, characterized in that a planetary gearbox with a clutch development as a gearbox at the gearbox input and with a clutch on the gearbox output is provided that when the spindle drive is slower, the clutch on the gearbox input is tightened and the clutch on the gearbox output is released, which causes planet gears to roll through rotation of the planet carrier on the gearbox clutch held by the clutch and thereby the output suns wheel and the drive shaft connected to the output sun gear for the spindle with a predetermined ratio drive, and that with faster spin delantrieb the clutch at the transmission input is released and the clutch is tightened at the transmission output, whereby the planet carrier, the planet gears and the sun gears are rotated together so that the drive shaft connected to the spindle is driven without transmission. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der langsamere Spindelantrieb für den Vorschub des Wärmeofens und der schnellere Spindelantrieb für den Rücklauf des Wärmeofens vorgesehen ist. 2. Device according to claim 1, characterized in that the slower spindle drive for feeding the Heating oven and the faster spindle drive for the Return of the heating furnace is provided.   3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zahnzahl der Planetenräder und der Sonnenräder derart gewählt ist, daß eine niedrige Dreh­ zahl durch eine hohe Untersetzung erzielt wird und daß für niedrigere Drehzahl die Drehrichtung gegenüber der Drehrichtung bei höherer Drehzahl umgekehrt ist.3. Device according to claim 1 or 2, characterized records that the number of teeth of the planet gears and Sun gears are chosen so that a low rotation number is achieved by a high reduction and that for lower speed the direction of rotation compared to Direction of rotation at higher speed is reversed.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US6460379B2 (en) * 1999-10-25 2002-10-08 Fitel Usa Corp. MCVD apparatus having two opposing motors to eliminate backlash in burner motion

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DE2922795C2 (en) * 1978-06-08 1983-03-10 Corning Glass Works, 14830 Corning, N.Y. Process for the production of optical glass objects, in particular optical waveguides and device for the production of an optical glass preform

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