DE4226343C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer optischen Faser, die aus einer Glasvorform gezogen und anschließend mit einem oder mehreren Überzügen aus polymerem Material beschichtet wird, wobei die Beschichtung aus einem flüssigen Materialvorrat erfolgt und das polymere Material anschließend ausgehärtet oder vernetzt wird.

Aus den sogenannten Preforms gezogene Glasfasern für die Nachrichtenübermittlung lassen sich so nicht weiterverarbeiten. Bereits die Führung der blanken Faser über Umlenkrollen macht es erforderlich, daß die Faser beschichtet wird, um deren hohe Ausgangsfestigkeit zu erhalten. Aber auch der Schutz vor dem Auftreten von Faserbiegungen (microbending) macht eine Beschichtung der einzelnen Faser erforderlich.

In der DE 33 15 212 werden ein oder mehrere Überzüge, beispielsweise aus einem polymeren Material, auf den Mantel der Glasfaser aufgebracht, wobei beim Aufbringen mehrerer Schichten diese sich regelmäßig in ihren mechanischen Eigenschaften unterscheiden. So kann zum Schutz der Faser vor Mikrokrümmungen als sogenanntes primary coating eine verhältnismäßig weich eingestellte Polymerschicht auf die blanke Faser aufgebracht sein, während den äußeren mechanischen Schutz als sogenanntes secondary coating ein zweiter Überzug aus einem Material mit erhöhtem Elastizitätsmodul, der die Längssteifigkeit der Faser erhöht, übernimmt.

Hohe Ziehgeschwindigkeiten, wie sie heute immer mehr verlangt werden, bringen die Gefahr mit sich, daß die geforderten Qualitäten der optischen Faser nicht oder nur unter großem Aufwand beibehalten weden können. Ein weiteres Problem sind die immer größeren Faserlängen, die bei Qualitätseinbußen durch örtliche Fehler in der Beschichtung zu einem kostspieligen Ausschuß führen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu finden, die Beschichtung der optischen Faser unabhängig von der gewählten Ziehgeschwindigkeit bzw. der gewünschten Faserlänge in den Anforderungen entsprechender Qualität herzustellen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die mindestens mit einem ersten Überzug versehene Faser bis zur Aushärtung oder Vernetzung dieses Überzuges in einer Schutzgasatmosphäre geführt wird. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, daß die Reaktivität des Beschichtungsmaterials, beispielsweise eines polymeren Lackes, wesentlich gesteigert werden kann, wenn der Luftsauerstoff von der beschichteten Faser ferngehalten wird, deren Beschichtung noch nicht ausgehärtet oder vernetzt ist. Die erfindungsgemäße Schutzgasatmosphäre läßt eine definierte Gasströmung, aber auch Gaszusammensetzung im Bereich zwischen der Beschichtungseinrichtung und der Aushärte- oder Vernetzungseinrichtung zu, so daß unabhängig von den Umgebungseinflüssen optimale Betriebsbedingungen für die Faserbeschichtung eingestellt werden können.

In üblichen Faserziehstraßen, in denen die Glasfaser aus der Preform senkrecht gezogen wird, sind Beschichtungseinrichtungen und Aushärtevorrichtungen, z. B. UV-Lampen, in kurzen Abständen hintereinander angeordnet. In Anbetracht des aus diesem Grunde nur geringen zur Verfügung stehenden Raumes hat es sich in Weiterführung der Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Schutzgasatmosphäre als Umhüllende der Faser von dieser selbst ganz oder teilweise während des Durchlaufes durch einen Schutzgasvorrat aufgebaut wird. Diese Möglichkeit der Schaffung einer Schutzgasatmosphäre in nächster Umgebung der aufgebrachten Umhüllung bedarf keiner aufwendigen Einrichtungen, sie ist aber auch nicht auf bestimmte Fertigungsgeschwindigkeiten beschränkt. Besonders vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch, daß die Relativbewegung zwischen der durchlaufenden optischen Faser und der diese umgebenden Schutzgasatmosphäre praktisch vernachlässigbar ist. So läuft das am Ausgang des Gasvorrates in Längsrichtung der Faser aber konzentrisch zu dieser ausströmende Gas praktisch in Durchlaufrichtung der Faser mit dieser mit und schützt so die gerade aufgebrachte und noch nicht ausgehärtete oder vernetzte Schicht vor Umgebungseinflüssen, bis die Faser in den Bereich des Strahlers bzw. der Aushärteeinrichtung gelangt. Das als Schutzgas verwendete Gas kann z. B. Argon, Stickstoff o. ä. sein.

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von einer Anordnung aus, bei der in Fertigungsrichtung mindestens eine Beschichtungseinrichtung sowie eine im Abstand hierzu angeordnete Aushärtungs- oder Vernetzungseinrichtung (Strahler für die Beschichtung) vorgesehen sind. Wesentlich für die erfindungsgemäße Vorrichtung ist nun, daß an den Ausgang der Beschichtungseinrichtung in Durchlaufrichtung der Faser unmittelbar eine Schutzgaskammer anschließt, deren räumliche Ausdehnung in Faserdurchlaufrichtung wesentlich kürzer als die Entfernung Ausgang Beschichtungseinrichtung - Eingang Strahler ist. Eine solche Vorrichtung läßt sich problemlos auch in bereits vorhandene Fertigungsanlagen einbringen, die Qualität der danach hergestellten optischen Fasern wird wesentlich verbessert.

In Weiterführung der Erfindung weist die Schutzgaskammer selbst einen gesonderten Gaseinlaß auf, während der Gasauslaß durch die Öffnung für die Faser gebildet wird. Um zu vermeiden, daß durch das einströmende Gas trotz der geringen benötigten Strömungsgeschwindigkeit die durchlaufende Faser insbesondere bei höheren Geschwindigkeiten zu Schwingungen angeregt wird, endet der Gaseinlaß in einem Teilerring mit tangential in die Schutzgaskammer einmündenden Einlaßdüsen. Baut sich die Faser durch Mitnahme einer hinreichenden Schutzgasmenge aus der Kammer selbst eine Schutzgasatmosphäre in ihrer Umgebung auf, brauchen über dem Gaseinlaß lediglich die hierbei auftretenden Leckverluste ausgeglichen zu werden.

Eine andere vorteilhafte Variante der Erfindung ist die, durch einen in der Kammer einstellbaren Druck die Geschwindigkeit des austretenden Gases der Durchlaufgeschwindigkeit der Faser anzupassen. Damit ist eine besonders stabile, von den gewählten Fertigungsgeschwindigkeiten völlig unabhängige Schutzgasumhüllung für die Faser geschaffen.

Entsprechend der geschilderten Aufgabe soll die beschichtete Faser bzw. das aufgetragene Material bis zur Aushärtung oder Vernetzung von der Umgebungsluft geschützt werden. Aus diesem Grunde wird man den Abstand zwischen Ausgang Schutzgaskammer und Eingang Strahler und/oder die Durchlaufgeschwindigkeit der Faser so wählen, daß die Umhüllende, von der Faser selbst erzeugte und praktisch mitgenommene bzw. vorgegebene Schutzgasatmosphäre in den Strahlerbereich hineinragt. Damit ist ein sicherer Schutz der aufgetragenen Schicht oder der Schichten erreicht.

Die Erfindung sei anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.

Aus der im Ofen 1 erhitzten Preform 2 wird die optische Faser 3 abgezogen und aus den eingangs erwähnten Gründen mit einer oder mehreren Beschichtungen umgeben. Zu diesem Zweck läuft die Faser 3 in die Beschichtungsvorrichtung 4 ein, die sich im dargestellten Ausführungsbeispiel unterhalb des Ofens 1 befindet. In der Aufnahme 5 dieser Beschichtungseinrichtung 4 befindet sich eine hinreichende Menge an Beschichtungsmaterial, beispielsweise ein geeigneter Lack auf Polymerbasis, der durch UV-Strahlung vernetzbar ist. Durch die Austrittsdüse 6 hindurch gelangt die beschichtete Faser 3 erfindungsgemäß in die zusätzliche und unmittelbar an die Beschichtungsvorrichtung 4 anschließende Schutzgaskammer 7. Diese weist einen Gaseinlaß 8 auf, durch den das Schutzgas, beispielsweise Argon oder Stickstoff, eingeführt wird. Die beschichtete Faser 3 verläßt anschließend die Schutzgaskammer 7 durch die dem Faserdurchmesser anpaßbare Öffnung 9.

Die Faser 3 durchläuft die Beschichtungsvorrichtung 4 und damit auch die Schutzgaskammer 7 mit hoher Geschwindigkeit, so daß von dem in der Schutzgaskammer 7 befindlichen Gasvorrat 10 Gas von der Faser z. B. selbst mit nach außen in Richtung auf den UV-Strahler 11 geführt wird. Die Faser schafft sich damit eine umgebende Schutzgasatmosphäre 12, die sie sicher bis zur Aushärtung bzw. Vernetzung des aufgebrachten Polymermaterials durch den Strahler 11 schützt. Bei einer anderen vorteilhaften Möglichkeit wird die Schutzgaskammer 7 je nach der geforderten Faserdurchlaufgeschwindigkeit mit einem Druck beaufschlagt, der das Schutzgas durch die Öffnung 9 mit einer Geschwindigkeit austreten läßt, die der Durchlaufgeschwindigkeit der Faser angepaßt ist. Damit ergibt sich eine besonders stabile Schutzgasatmosphäre 12.

Unabhängig von den aufgezeigten Möglichkeiten ist also für die Erfindung wesentlich, daß in der Faserumgebung lückenlos eine Schutzgasatmosphäre geschaffen wird, die von der Austrittsdüse 6 der Beschichtungsvorrichtung 4 bis in die Aushärtevorrichtung, das ist der Strahler 11, hineinreicht. Diese Schutzgasatmosphäre ist aber nicht nur lückenlos, sie ist auch praktisch turbulenzfrei, so daß die Oberflächengüte der aufgebrachten Schutzschichten wesentlich verbessert wird. Das ergibt sich im Grunde dadurch, daß die beschichtete Faser frei von jeder Beeinflussung durch die Außenluft in die Aushärtungseinrichtung einläuft, so daß unter dem Einfluß der UV-Strahlung eine vollständige Vernetzung oder Härtungsreaktion ablaufen kann.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser, die aus einer Glasvorform gezogen und anschließend mit einem oder mehreren Überzügen aus polymerem Material beschichtet wird, wobei die Beschichtung aus einem flüssigen Materialvorrat erfolgt und das polymere Material anschließend ausgehärtet oder vernetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die mindestens mit einem ersten Überzug versehene Faser bis zur Aushärtung oder Vernetzung dieses Überzuges in einer Schutzgasatmosphäre geführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasatmosphäre als Umhüllende der Faser von dieser selbst während des Durchlaufes durch einen Schutzgasvorrat aufgebaut wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgasatmosphäre als Umhüllende der Faser durch einen einstellbaren, der Durchlaufgeschwindigkeit der Faser anpaßbaren Gasdruck aufgebaut wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit mindestens einer Beschichtungseinrichtung sowie einer im Abstand hierzu angeordneten Aushärtungs- oder Vernetzungseinrichtung für die Beschichtung auf der durchlaufenden Faser, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang der Beschichtungseinrichtung in Durchlaufrichtung der Faser unmittelbar eine Schutzgaskammer anschließt, deren räumliche Ausdehnung in Faserdurchlaufrichtung wesentlich kürzer als die Entfernung Ausgang Beschichtungseinrichtung - Eingang Aushärtungs- oder Vernetzungseinrichtung ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schutzgaskammer einen gesonderten Gaseinlaß aufweist, während der Gasauslaß durch die Öffnung für die Faser gebildet wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gaseinlaß in einem Verteilerring mit tangential in die Schutzgaskammer mündenden Einlaßdüsen endet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß durch den gewählten Abstand zwischen Ausgang Schutzgaskammer und Eingang Aushärtungs- oder Vernetzungseinrichtung und/oder Durchlaufgeschwindigkeit der Faser die umhüllende Schutzgasatmosphäre in den Strahlerbereich hineinragt.