DE4215475A1

DE4215475A1 - Optical fibre drawing from preform - involves fibre cooling, with gas stream controlled by gas pressure cushion

Info

Publication number: DE4215475A1
Application number: DE19924215475
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Dipl Ing Lysson; Franz-Peter Dipl Ing Bartling; Juergen Dipl Phys D Rosenkranz
Original assignee: Kabel Rheydt AG; AEG Kabel AG
Current assignee: Kabel Rheydt AG
Priority date: 1992-05-11
Filing date: 1992-05-11
Publication date: 1993-11-18

Abstract

In optical fibre drawing from a solid preform, in which the drawn fibre is cooled from the drawing temp. by a gas stream in a direction opposite the drawing direction, the cooling gas velocity is controlled by an additional gas cushion which pref. opposes the motion of the cooling gas. Appts. for carrying out the process includes a double-walled water-cooled tube (1) with iris diaphragms (7,15) for top and bottom confinement of the fibre passage space, a gas inlet (11) for the pressure cushion being provided at the fibre inlet end of the tube. ADVANTAGE - The fibre is cooled in an almost stationary cooling gas column, so that fibre vibration is avoided and gas consumption is reduced even at high fibre prodn. speeds.

Description

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren sowie einer Vorrichtung zum Ziehen einer optischen Faser aus einer festen Vorform, die senkrecht durch einen Ofen geführt und dabei an ihrem unteren Ende, aus dem in Form einer Ziehzwiebel die Faser ausgezogen wird, auf Ziehtemperatur erwärmt wird, wobei die gezogene Faser anschließend durch einen der Ziehrichtung entgegen gerichteten Gasstrom von der Ziehtemperatur heruntergekühlt wird.The present invention is concerned with a method and a device for drawing an optical fiber from a solid preform that is passed vertically through an oven guided and at the bottom, from which in the form the fiber is pulled out on an onion Pulling temperature is heated, the drawn fiber then counter to the direction of pull directed gas flow from the drawing temperature is cooled down.

Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist seit längerer Zeit bekannt (EP-PS 0 079 186), hierbei erfolgt die Kühlung der aus der Vorform gezogenen Faser durch einen Helium-Gasstrom, der am Ende eines Kühlrohres schräg gegen die Faser geblasen wird. Die nach dem Auftreffen auf die Faser im wesentlichen laminar verlaufende Strömung des kühlenden Gases läßt eine optimale Kühlung in kürzester Zeit nicht zu, so daß die Fertigungs- bzw. Ziehgeschwindigkeiten mittels eines solchen Kühlverfahrens beschränkt sind. Darüberhinaus kann der schräg gegen die Faseroberfläche gerichtete Gasstrom Anlaß zu Schwingungen der Faser sein, die sich nachteilig auf die Qualität der Faser selbst, aber auch auf die anschließenden Beschichtungsvorgänge auswirkt. Durch die mangelhafte Kühlfähigkeit des Gases bei dem bekannten Verfahren führt darüberhinaus eine Erhöhung der Ziehgeschwindigkeit zu einer erheblichen Steigerung des Gasverbrauches.A method of the generic type has long been Time known (EP-PS 0 079 186), this takes place Cooling of the fiber drawn from the preform by a Helium gas flow that slants at the end of a cooling tube is blown against the fiber. The one after the impact essentially laminar on the fiber Flow of the cooling gas leaves optimal cooling not in the shortest possible time, so that the manufacturing or Pulling speeds by means of such Cooling process are limited. In addition, the gas flow directed obliquely against the fiber surface Cause vibrations of the fiber to be disadvantageous on the quality of the fiber itself, but also on the subsequent coating processes. Through the poor cooling ability of the gas in the known The procedure also leads to an increase in Pulling speed to a significant increase in Gas consumption.

Bekannt ist zwar bereits auch ein Verfahren zur Kühlung einer optischen Faser (EP-PS 174 699), mit dem die genannten Schwingungen vermieden werden sollen, die Faserkühlung erfolgt hierbei jedoch im wesentlichen durch Wärmeabgabe an eine kühlende Wand. Als Wärmetransportmedium dient hierbei ein Gas, das ungekühlt in einen Raum außerhalb des eigentlichen Kühlrohres eingeführt wird.A method for cooling is already known an optical fiber (EP-PS 174 699) with which the mentioned vibrations should be avoided, the However, fiber cooling takes place essentially through Heat transfer to a cooling wall. As The heat transport medium is a gas that is not cooled in a room outside the actual cooling pipe is introduced.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, Faserschwingungen auch dann zu vermeiden, wenn das eingeführte Gas unmittelbar zur Kühlung herangezogen wird und dafür zu sorgen, daß der Kühlmittelverbrauch auch bei hohen Fertigungsgeschwindigkeiten eingeschränkt wird sowie Fasern hoher Qualität erzeugt werden.Based on this state of the art Invention based on the object of a possibility find to avoid fiber vibrations even when the gas introduced is used directly for cooling and will ensure that the coolant consumption limited even at high production speeds will be produced as well as high quality fibers.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Strömungsgeschwindigkeit des kühlenden Gasstromes entgegen der Faserziehrichtung durch ein zusätzliches Gaspolster gesteuert wird. Diese Möglichkeit der Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit führt bei gleichem Kühleffekt zu geringen Gasverlusten und damit zu einer wesentlichen Kostenreduzierung. Hinzukommt, daß mit der Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des kühlenden Gasstromes die Anregung der Faser zur Schwingung reduziert wird, die Faserdämpfung wird damit verbessert. Das gilt insbesondere dann, wenn das zusätzliche Gaspolster in Weiterführung der Erfindung einer Bewegung des kühlenden Gases entgegenwirkt. Dann erfolgt nämlich die Kühlung der durchlaufenden Faser in einer praktisch stehenden Gassäule. Praktisch führt dies auch dazu, daß die benötigte Kühlgasmenge bei vergleichbarer Ziehgeschwindigkeit erheblich reduziert bzw. bei ebenfalls noch verminderter Kühlgasmenge die Fertigungsgeschwindigkeit erhöht werden kann.This object is achieved according to the invention by that the flow rate of the cooling gas stream against the fiber pulling direction by an additional Gas cushion is controlled. This possibility of Control of the flow rate leads to the same Cooling effect for low gas losses and thus one significant cost reduction. In addition, that with the Control the flow rate of the cooling Gas flow excites the fiber to vibrate is reduced, the fiber attenuation is improved. This is especially true if the additional Gas cushion in continuation of the invention of a movement counteracts the cooling gas. Then namely the cooling of the continuous fiber in a practical standing gas column. In practice, this also means that the required amount of cooling gas at comparable Pulling speed significantly reduced or at also the reduced amount of cooling gas Manufacturing speed can be increased.

Vorteilhaft hat es sich in Weiterführung der Erfindung auch erwiesen, daß der Gasstrom im Bereich seiner Zuführung tangential zur durchlaufenden Faser gerichtet ist. Erreicht werden kann dies dadurch, daß die Gaseinspeisung in einen Ringraum mit strahlenförmigen Gasaustritten in den Faserführungsraum erfolgt. Jede mechanische Beeinflussung der Ader während des Einführens des Gasstromes in das Kühlrohr ist damit unterbunden.It has been advantageous in a continuation of the invention also proved that the gas flow in the area of its Feed directed tangentially to the continuous fiber is. This can be achieved in that the Gas feed into an annular space with radiation Gas escapes into the fiber guide room. Each mechanical influence on the wire during insertion the gas flow into the cooling pipe is prevented.

Für die Erfindung wesentlich ist die Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des kühlenden Gases durch ein zusätzliches Gaspolster. Hierfür wird man vorteilhaft ein Gas mit gegenüber dem kühlenden Gas höherer Dichte verwenden. Erfolgt beispielsweise die Kühlung mittels in das Kühlrohr eingeführten Heliums, bietet sich als Gas für das Druckpolster Stickstoff oder Luft an. Dieses Druckpolster aus einem Gas höherer Dichte drosselt die Aufwärtsströmung des Heliums im Bereich des Kühlrohres wesentlich.The control of the is essential for the invention Flow rate of the cooling gas through a additional gas cushion. For this one is advantageous Gas with a higher density than the cooling gas use. For example, cooling is carried out using in the helium introduced into the cooling tube, offers itself as a gas for the pressure pad nitrogen or air. This Pressure pads from a gas of higher density throttles the Upward flow of helium in the area of the cooling tube essential.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat sich eine Vorrichtung als besonders zweckmäßig erwiesen, die aus einem doppelwandigen kühlwasserdurchströmten Rohr mit den Faserführungsraum oben und unten abschließenden Blenden besteht. Dabei ist am fasereinlaufenden Rohrende die Gaseinspeisung zur Erzeugung des Druckpolsters vorgesehen.Has to carry out the method according to the invention a device has proven to be particularly useful, that from a double-walled pipe through which cooling water flows with the fiber guiding space at the top and bottom Apertures exist. It is at the fiber inlet pipe end the gas feed to generate the pressure cushion intended.

Die Erfindung sei anhand der in der Figur als Ausführungsbeispiel dargestellten Kühlvorrichtung an einem senkrecht angeordneten Faserziehofen näher erläutert.The invention is based on the in the figure as Embodiment shown cooling device closer to a vertically arranged fiber drawing furnace explained.

Eine Glasfaser zur optischen Nachrichtenübermittlung wird, wenn sie den Ziehofen verläßt, bei einer vertikalen Anlage von oben nach unten durch eine Kühleinrichtung geführt, bevor das Beschichtungsmaterial in Form eines geeigneten Kunststoffes z. B. aufgebracht wird. Innerhalb der Kühleinrichtung muß die optische Faser von etwa 1500 bis 1800°C, das entspricht in etwa der Eintrittstemperatur, auf unter 60°C, nämlich die Austrittstemperatur aus der Kühleinrichtung, abgekühlt werden. Dies ist erforderlich, um möglichst hohe Fertigungsgeschwindigkeiten zu erreichen, aber auch um eine einwandfreie Beschichtung anschließend herbeiführen zu können.An optical fiber for optical communication when it leaves the drawing furnace, a vertical System from top to bottom through a cooling device performed before the coating material in the form of a suitable plastic z. B. is applied. Within the cooling device must have an optical fiber of around 1500 up to 1800 ° C, which corresponds approximately to that Inlet temperature, to below 60 ° C, namely the Outlet temperature from the cooling device, cooled will. This is required to be as high as possible To achieve manufacturing speeds, but also to then bring about a perfect coating to be able to.

Um das sicherzustellen, aber auch entsprechend der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe, den Verbrauch an Kühlgas zu reduzieren und gleichzeitig für eine schwingungsfreie Führung der optischen Faser in dieser Kühlstrecke zu sorgen, dient das in der Figur dargestellte doppelwandige Kühlrohr 1 mit einem Zwischenraum 2, in das am unteren Ende 3 Kühlwasser eingeführt und am oberen Ende 4 das Kühlwasser wieder abgeführt sowie im Kreislauf, beispielsweise nach Durchlaufen eines Wärmetauschers, zurückgeführt wird.In order to ensure this, but also in accordance with the object on which the invention is based, to reduce the consumption of cooling gas and at the same time to ensure vibration-free guidance of the optical fiber in this cooling section, the double-walled cooling tube 1 shown in the figure serves with an intermediate space 2 into which 3 introduced cooling water at the lower end and the cooling water discharged again at the upper end 4 and returned in the circuit, for example after passing through a heat exchanger.

In das doppelwandige Rohr 1 wird von oben her die Faser 5 eingeführt, die aus einer im Ofen 6 erwärmten sogenannten Vorform ausgezogen ist. Angepaßt an den Durchmesser der Faser 5 bildet den Einlaß in das doppelwandige Rohr 1 eine Irisblende 7, die von Hand oder pneumatisch einstellbar ist. Über den Einlaß 8 wird das kühlende Gas, beispielsweise Helium, eingeführt, zunächst in den Ringraum 9 und anschließend in die strahlenförmig ausgerichteten Zuführungskanäle 10. Diese münden im doppelwandigen Kühlrohr 1 zweckmäßig so, daß sie tangential zur durchlaufenden Faser 5 ausgerichtet sind. Damit ist eine Schwingungsanregung der Faser auch im Bereich der Gaszuführung unterbunden. In the double-walled tube 1 , the fiber 5 is inserted from above, which is pulled out of a so-called preform heated in the furnace 6 . Adapted to the diameter of the fiber 5 , the inlet into the double-walled tube 1 forms an iris diaphragm 7 , which can be adjusted manually or pneumatically. The cooling gas, for example helium, is introduced via the inlet 8 , first into the annular space 9 and then into the radiation-oriented supply channels 10 . These open in the double-walled cooling tube 1 so that they are aligned tangentially to the fiber 5 passing through. This prevents vibration of the fiber even in the area of the gas supply.

Entgegen der Durchlaufrichtung der Faser 5 strömt das eingeführte Helium nach oben, dabei wird es in seiner Bewegung jedoch gehemmt durch das erfindungsgemäße Druckpolster 14, das sich am oberen Ende des doppelwandigen Rohres 1 dadurch bildet, daß ein zusätzlicher Gasstrom durch die Zuführung 11 in den Ringraum 12 und von dort in die Zuführungskanäle 13 eingeleitet wird, die in den Innenraum des doppelwandigen Rohres münden. Als Gas wird hierfür eines mit einer höheren Dichte als die des kühlenden Gases verwendet, z. B. Stickstoff oder Luft. Beim Aufbau des Druckpolsters 14 am oberen Ende des doppelwandigen Rohres wird die Aufwärtsströmung des Heliums aufgrund seiner gegenüber dem Polstergas geringeren Dichte gedrosselt. Je nach Größe des Druckpolsters 14 kann die Aufwärtsbewegung des Heliums so weit reduziert werden, daß die Faser 5 in einer praktisch stehenden Heliumsäule auf Raumtemperatur abgekühlt wird. Die Irisblende 15 bildet den unteren Abfluß des doppelwandigen Kühlrohres 1, obere und untere Irisblende sind auf einen dem jeweiligen Faserdurchmesser angepaßten Wert eingestellt.Contrary to the direction of travel of the fiber 5 , the helium introduced flows upward, but its movement is inhibited by the pressure cushion 14 according to the invention, which forms at the upper end of the double-walled tube 1 in that an additional gas flow through the feed 11 into the annular space 12 and is introduced from there into the feed channels 13 , which open into the interior of the double-walled tube. The gas used for this is one with a higher density than that of the cooling gas, e.g. B. nitrogen or air. When the pressure cushion 14 is built up at the upper end of the double-walled tube, the upward flow of the helium is throttled because of its lower density than the cushion gas. Depending on the size of the pressure pad 14 , the upward movement of the helium can be reduced to such an extent that the fiber 5 is cooled to room temperature in a practically standing helium column. The iris diaphragm 15 forms the lower drain of the double-walled cooling tube 1 , the upper and lower iris diaphragms are set to a value adapted to the respective fiber diameter.

Die erfindungsgemäß gestaltete und in der Figur dargestellte Kühleinrichtung erlaubt höhere und stabilere Ziehgeschwindigkeiten als bisher üblich, die für die Kühlung benötigte Kühlgasmenge kann erheblich reduziert werden.The designed according to the invention and in the figure shown cooling device allows higher and more stable Pulling speeds than usual so far for the The amount of cooling gas required for cooling can be significantly reduced will.

Claims

1. A method for drawing an optical fiber from a solid preform, which is passed vertically through an oven and heated at its lower end, from which the fiber is drawn in the form of a drawing onion, to drawing temperature, the drawn fiber then being passed through one of the Direction of drawing opposite gas flow is cooled down from the drawing temperature, characterized in that the flow rate of the cooling gas flow against the fiber drawing direction is controlled by an additional gas cushion.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the additional gas cushion of a movement of the counteracts cooling gas.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized characterized in that the gas flow in the area of his Feed tangential to the continuous fiber is directed.

4. The method according to claim 1 or one of the following, characterized in that for the gas cushion Gas with a higher density than the cooling gas is used.

5. The method according to claim 4, in which for cooling Helium is used, characterized in that as gas for the pressure cushion nitrogen or air serves.

6. Device for performing the method according to Claim 1 or one of the following, characterized through a double-walled cooling water flow Pipe with the fiber guide space above and below closing panels, with the fiber entering Pipe end a gas feed for the pressure pad is provided.

7. The device according to claim 6, characterized in that that the gas feed in an annulus with radial gas leaks in the Fiber guidance room is done.