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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform,
mit
- – einem
Ofen mit einem Rohr zum Erhitzen eines Endes der Vorform auf ihre
Ziehtemperatur, wobei das Rohr aufweist:
- i) ein zentrales Rohr,
- ii) ein oberes Ansatzrohr, das mit dem unteren Teil des zentralen
Rohrs verbunden ist, um eine gasundurchlässige Abdichtung zur Umgebungsatmosphäre außerhalb
des Ofens zu erhalten, wobei das obere Ansatzrohr einen Einlaß für ein Inertgas
in den oberen Bereich des oberen Ansatzrohrs aufweist, so daß die Vorform
und die daraus zu ziehende Faser von einem Inertgas umgeben sind,
- iii) ein unteres Ansatzrohr, das mit dem oberen Ansatzrohr derart
verbunden ist, daß eine
gasundurchlässige
Abdichtung zur Umgebungsatmosphäre
außerhalb
des Ofens erhalten wird,
- iv) einen mit dem unteren Ansatzrohr verbundenen Rohrauslaß,
- – Einrichtungen
zum Ziehen der Faser,
- – Einrichtungen
zum Halten der Vorform im Ofen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner ein Verfahren zum Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform.
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Eine solche Vorrichtung ist aus der
europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 567 961 bekannt, in welcher ein Strömungsisolator
auf der Unterseite des Ofens angeordnet ist, um die aus der erhitzen
Vorform gezogene Faser symmetrisch zu kühlen, wobei der Strömungsisolator
eine einzige Auslaßöffnung an seiner
unteren Öffnung
aufweist. Bei der Verwendung einer derartigen Konstruktion werden
die gleichen Probleme, insbesondere Turbulenzen, auftreten, wie
nachstehend in Bezug auf die europäische Patentanmeldung Nr. 0
329 898 beschrieben sind.
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Eine solche Art von Vorrichtung ist
an sich aus dem US-Patent
Nr. 4 673 427 bekannt, das den vorliegenden Anmeldern bereits 1987
erteilt wurde. Nach diesem US-Patent wird in einem Ofen eine optische
Faser aus dem erhitzten Ende der Vorform gezogen, wobei in dem Ofen
Gas entlang einer Heizeinrichtung geführt wird. Das Gas wird im wesentlichen auf
die Temperatur der Faser am Ende der Vorform erhitzt, wonach das
heiße
Gas entlang der Faser mit im wesentlichen der gleichen Geschwindigkeit
wie die Ziehgeschwindigkeit der Faser strömt. Obwohl die Beschreibung
die Tatsache erwähnt,
daß der Gasstrom
ein laminarer Gasstrom ist, um sicherzustellen, daß der Temperaturgradient
in der Faser zu allen Zeiten niedriger als der Wert ist, bei welchem sich
in der Faser Spannungen aufbauen, die die optische Dämpfung verstärken werden,
ist es offensichtlich geworden, daß sich kleine Turbulenzen im Gasstrom
bilden, was unerwünschte
Schwankungen des Durchmessers der gezogenen Fasern zur Folge hat.
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Eine solche Art von Vorrichtung ist
auch aus der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 321 182 bekannt, in welcher Vorrichtung der
Ofen an seiner unteren Seite eine Erholungskammer zum gleichmäßigen Kühlen der
Faser unter klimatisierten Bedingungen aufweist. Die Verbindung
zwischen dem Ofen und der Erholungskammer ist mit einer Dichtung
versehen, um das Eindringen von Umgebungsluft zu verhindern. Während die
Faser aus der vorerhitzen Vorform gezogen wird, wird ein Inertgas,
wie beispielsweise Stickstoff oder Helium, über zwei separate Verteiler,
die an der oberen Seite des Ofens angeordnet sind, zugeführt, um
eine symmetrische Temperaturverteilung zum symmetrischen Kühlen der
Faser sicherzustellen. Eine derartige Konstruktion führt zu Störungen im
Strömungsverhalten
des Inertgases bereits an der Vorform, so daß es schwierig ist, eine stabile
Grenzschicht um die Faser zu bilden. Ein weiterer Nachteil einer
solchen Vorrichtung ist die Tatsache, daß, obwohl die Länge der
Erholungskammer von der Höhe
des Ziehturmes und der Ziehgeschwindigkeit abhängt, wobei bei einer Fertigungsgeschwindigkeit
von 2 m/s die Länge
der betreffenden Kammer ungefähr
45 cm ist, es in der Praxis ein unerwünschtes Eindringen von Umgebungsluft
in das Ende der Erholungskammer geben wird. Ein solches Eindringen
von Umgebungsluft führt
zu Durchmesserschwankungen. Zudem kann die relativ kalte Umgebungsluft
Spannungen in der Faser aufbauen, die an diesem Punkt noch nicht
ausreichend stabil ist, was eine verringerte optische Leistung der
so gewonnenen Faser zur Folge hat.
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Eine solche Art von Vorrichtung ist
auch aus der europäischen
Patentanmeldung Nr. 0 329 898 bekannt, in welcher ein Inertgas zu
Einlaßöffnungen geführt wird,
die an der oberen Seite des Ofens angeordnet sind, wonach das Inertgas
unter Verwendung einer an der unteren Seite des Ofens senkrecht zur
Strömungsrichtung
des Inertgases angeordneten Klappe aus den erhitzten Ofen ausströmen kann,
wobei die Klappe mehrere Löcher
aufweist. Die gezogene Faser wird über die zentrale Öffnung der
Klappe abgegeben, während
das Inertgas über
die anderen Löcher
der Klappe abgegeben wird. Obwohl bei der Verwendung einer solchen
Konstruktion das Eindringen von Umgebungsluft wesentlich verringert
ist, ist offensichtlich geworden, daß die spezielle Konstruktion
der Klappenöffnung
unerwünschte
Turbulenzen des Inertgases, das im Ofen, insbesondere in der Nähe der Klappe,
vorhanden ist, hervorrufen kann, was zu unerwünschten Durchmesserschwankungen führen wird.
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Die ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr.
6-115972 betrifft ein Verfahren zum Ziehen von optischen Fasern
aus einer Vorform, worin das untere Ende des Ofens in direkter Verbindung
mit der Umgebungsatmosphäre
ist, so daß es
auch in diesem Fall ein Eindringen von Umgebungsluft gibt, was zu unerwünschten
Schwankungen des Faserdurchmessers führen wird.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum
Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform, wobei die oben erwähnten Probleme
des Stands der Technik nicht auftreten.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens
zum Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform, worin die Grenzschicht
eines Inertgases, die sich um die Faser bildet, ein symmetrisches
Kühlen
der Faser während
des Ziehvorgangs bereitstellt, wobei die Störungen der Grenzschicht minimiert
sein müssen.
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Eine andere Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung und eines Verfahrens
zum Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform, worin Turbulenzen
sowie Wirbel während
des Ziehprozesses verhindert sind.
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Eine Aufgabe von bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung
und eines Verfahrens zum Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform,
worin das Ausmaß,
in welchem Partikel an der Faser haften, minimiert ist, wobei die
Partikel hauptsächlich von
der Innenwand des Rohrs, durch welches die Faser hindurchgeht, stammen,
oder bei der hohen Ziehtemperatur als Folge des Verdampfens von
Quarz aus der Vorform entstehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist die Vorrichtung, auf welche in der Einführung Bezug genommen wurde,
dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrauslaß konisch
geformt ist, wobei der Innendurchmesser des Endes des Rohrauslasses
kleiner ist als der Innendurchmesser des oberen Ansatzrohrs, um
so das Eindringen von Umgebungsatmosphäre und Turbulenzen und Wirbel
innerhalb des Rohrauslasses zu verhindern, wobei der Rohrauslaß mehrere
Auslaßöffnungen
für Inertgas
aufweist, die am Umfang der Konusform angeordnet sind.
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Die Verwendung von Auslaßöffnungen
für Inertgas,
die am Umfang der Konusform des Rohrauslasses, vorzugsweise an deren
Ende, angeordnet sind, stellt sicher, daß die Grenzschicht des Inertgases,
die die Faser umgibt, in einer laminaren Strömung entlang der Faser in deren
Ziehrichtung strömen
wird, so daß das
Auftreten von Faserverwindungen oder Schwankungen des Faserdurchmessers auf
ein Minimum reduziert sind. Die Konusform ist besonders wünschenswert,
um Druckschwankungen auszuschließen, die insbesondere am Ende
des Rohrauslasses auftreten, wo die Faser über die zentrale Öffnung des
Rohrauslasses abgegeben wird. Wegen der zusätzlich vorhande nen Auslaßöffnungen für Inertgas,
strömt
ein Teil des Gases, das die Faser umgibt, aus, wodurch der Grad
der durch die enger werdende Auslaßöffnung hervorgerufenen Turbulenz verringert
ist. Obwohl oben erwähnt
wurde, daß die Auslaßöffnungen
am Ende des Rohrauslasses angeordnet sind, können in bestimmten Ausführungsformen
diese Auslaßöffnungen
nahe am Übergang
vom unteren Ansatzrohr zum Rohrauslaß angeordnet sein.
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Ferner ist bevorzugt, daß der Innendurchmesser
des unteren Ansatzrohrs im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser
des oberen Ansatzrohrs ist.
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Durch Angleichen des Durchmessers
des unteren Ansatzrohrs an den des oberen Ansatzrohrs ist sichergestellt,
daß das
Inertgas, das in einer Grenzschicht, die die Faser umgibt, entlang
der gezogenen Faser strömt,
auf keine Hindernisse treffen wird, so daß während der Bewegung der Faser
die Grenzschicht intakt bleiben wird und sich in der Faser keine
Spannungen aufbauen werden.
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In einer speziellen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt, daß das Ende des Rohrauslasses
einen Innendurchmesser von < 30 mm,
insbesondere < 20
mm, hat. Ein solcher Durchmesser ist besonders wünschenswert, um ein Eindringen
von Umgebungsluft zu verhindern. Das Eindringen von Umgebungsluft
kann zur Verbrennung des oberen Ansatzrohrs führen, wobei sich die entstehenden
Verbrennungsprodukte auf der aus der Vorform zu ziehenden Faser
absetzen. Diese Verbrennungsprodukte können die Faser, die schließlich gewonnen
wird, stellenweise schwächen,
was ein Brechen der Faser bei der weiteren Verarbeitung hervorrufen
kann. Zudem hat das Eindringen von Umgebungsluft eine nachteilige
Wirkung auf die Lebensdauer der im Ofen verwendeten Materialien.
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Wenn die Faser aus der Vorform gezogen wird,
ist es sehr wichtig, daß keine
Partikel an den Faserumfang haften bleiben. Eine solche Verunreinigung
durch Partikel aus Verbrennungsprodukten der im Ofen verwendeten
Materialien führt
zur stellenweise Schwächung
der Faser, die unerwünscht
ist. Folglich ist bevorzugt, daß das
obere Ansatzrohr aus Kohlenstoff hergestellt ist, das aus der Gruppe
von hochreinen Kohlen stoffen mit einem niedrigen Aschengehalt von
vorzugsweise weniger als 200 ppm und gesintertem Kohlenstoff ausgewählt ist.
Zusätzlich
dazu ist bevorzugt, daß das
untere Ansatzrohr aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe
von Quarzglas und keramischem Material ausgewählt ist, wobei ferner angemerkt
werden muß, daß der Rohrauslaß vorzugsweise
aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe Metalle und
keramischem Material ausgewählt
ist. Materialien dieser Art sind gegen die hohen Temperaturen, die
beim Ziehen der Faser verwendet werden, unempfindlich. Zudem muß das in
dem unteren Ansatzrohr verwendete Material die hohen Temperaturen,
die in dessen Inneren vorherrschen, sowie die relativ kalte Umgebungsluft
an dessen Außenseite
aushalten können.
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In einer speziellen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist das Innere des Rohrauslasses mit
Einrichtungen versehen, die verhindern, daß Partikel, die an der inneren
Oberfläche
des unteren und/oder oberen Ansatzrohrs haften geblieben sind und
die sich plötzlich
von dieser Oberfläche
lösen können, zur
Faser transportiert werden und auf dieser aufgrund der Konusform
des Rohrauslasses abgelagert werden. Solche Partikel haben eine
nachteilige Wirkung auf die Qualität der gezogenen optischen Fasern.
Solche Einrichtungen können
eine oder mehrere Trennwände
oder Platten oder eine rauhe schuppenartige Struktur sein, die auf
der Innenseite des Rohrauslasses geeignet verwendet werden, wobei
deren Abmessungen und/oder deren Positionen so gewählt sind,
um das Auftreten von schädlichen
Turbulenzen im Gasstrom in der Nähe der
Faser zu verhindern. Am Innenumfang des Rohrauslasses angeordnete
Trennwände,
die angeordnet sind, um Partikel aufzufangen, die im Gasstrom mitgeführt werden,
haben sich als solche geeignete Einrichtungen erwiesen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ferner ein Verfahren zum Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform,
worin die Vorform in einem Ofen auf die Ziehtemperatur erhitzt wird,
wonach die Faser aus dem erhitzten Ende der Vorform gezogen wird
und anschließend
der Reihe nach über
ein oberes Ansatzrohr, ein unteres Ansatzrohr und den Rohrauslaß abgegeben wird,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß der Rohrauslaß konisch
geformt ist, wobei der Innendurchmesser des Endes des Rohrauslasses
kleiner als der Innendurchmesser des oberen Ansatzrohrs ist, um
das Eindringen von Umgebungsatmosphäre und das Auftreten von Turbulenzen
und Wirbeln innerhalb des Rohrauslasses zu verhindern, wobei der
Rohrauslaß mit
mehreren Aulaßöffnungen
versehen ist, die am Umfang seiner Konusform angeordnet sind.
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend mittels
mehrerer Beispiele detaillierter erklärt, wobei auf die beiliegenden
Figuren Bezug genommen wird.
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1 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Ziehen von optischen Fasern aus einer Vorform.
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2 zeigt
schematisch den Rohrauslaß gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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3 zeigt
schematisch eine spezielle Ausführungsform
des Rohrauslasses gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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In 1 ist
die vorliegende Vorrichtung zum Ziehen von optischen Fasern aus
einer Vorform mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Die vorliegende Vorrichtung 1 weist
einen Ofen 3 auf, in welchem Heizelemente 4 vorhanden
sind, wobei die Heizelemente 4 dazu dienen, das obere Ansatzrohr 5 symmetrisch
zu heizen. Das obere Ansatzrohr 5 ist an seiner unteren
Seite mit einem unteren Ansatzrohr 6 verbunden, das untere
Ansatzrohr 6 wiederum ist an seiner unteren Seite mit dem
Rohrauslaß 7 verbunden. Die
vorliegende Vorrichtung 1 weist auch ein Zuführungsrohr 8 für ein Inertgas
auf, durch welches das Inertgas in das obere Ansatzrohr 5 hinein
geführt
wird und somit die Vorform 2 und die aus der Vorform zu ziehende
Faser 9 umgibt. Das Zuführungsrohr 8 ist insbesondere
aus einem anderen Material als das obere Ansatzrohr 5 hergestellt,
beispielsweise aus Metall. Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist die Vorform 2 so innerhalb des zentralen
Rohrs 10 angeordnet, wobei das zentrale Rohr 10 an
seiner unteren Seite mit dem Ofen 3, insbesondere dem oberen
Ansatzrohr 5, gasdicht verbunden ist. Die Heizelemente 4 stellen
eine so hohe Temperatur bereit, daß die Vorform 2 zu
schmelzen beginnt, wodurch eine optische Faser 9 aus dem
Konus 11 gezogen wird. Während des Transports der optischen
Faser 9 in Richtung Rohrauslaß 7 sind die Bedingungen
innerhalb des oberen Ansatzrohrs 5, unteren Ansatzrohrs 6 und Rohrauslasses 7 so
gewählt,
um zu bewirken, daß die
Faser 9 einer symmetrischen Kühlung ausgesetzt ist. Insbesondere
ist der Rohrauslaß 7 konisch
geformt, wobei der Innendurchmesser des Endes der Rohrauslasses 7 kleiner
als der Innendurchmesser des oberen Ansatzrohrs 5 ist,
wobei der Rohrauslaß 7 insbesondere
an seinem Ende mit mehreren Auslaßöffnungen 12 versehen
ist, die am Umfang der Konusform angeordnet sind. Solche Auslaßöffnungen 12 dienen
insbesondere dazu, Schwankungen des Innendrucks am Ende des Rohrauslasses 7 zu
verhindern, wobei die Druckschwankungen zu Faserverwindungen oder
Störungen
des Durchmessers der Faser 9 führen können.
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2 zeigt
schematisch den vorliegenden Rohrauslaß 7. Die aus der Vorform 2 (nicht
gezeigt) gezogene Faser 9 wird über die zentrale Abgabeöffnung 13 des
Rohrauslasses 7 nach außen abgegeben, wobei das Inertgas über die
zentrale Abgabeöffnung 13 und
die Auslaßöffnungen 12 teilweise
abgegeben wird. Es ist anzumerken, daß in 2 die Auslaßöffnungen 12 am konischen Rohrauslaß 7 nur schematisch
gezeigt sind, was bedeutet, daß die
vorliegende Erfindung keineswegs auf die spezielle Position der
Auslaßöffnungen 12,
die in 2 gezeigt ist,
beschränkt
ist.
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3 zeigt
schematisch den vorliegenden Rohrauslaß 7 in weggeschnittener
Ansicht. Im Innern des Rohrauslasses 7 sind eine oder mehrere
Trennwände 14, 15 vorhanden,
die dazu dienen, die Feststoffpartikel aufzufangen. Solche Partikel
stammen beispielsweise aus der Vorform 2 oder aus der Wand des
Rohrs, insbesondere des oberen und/oder unteren Ansatzrohrs 5, 6,
durch welche die Faser 9 hindurch geht. Die Trennwände 14, 15 erstrecken
sich vorzugsweise über
den gesamten Innenumfang des Rohrauslasses 7. Obwohl 3 mit nur zwei Reihen von
Trennwänden 14, 15 gezeigt
ist, ist selbstverständlich
die Anzahl der Reihen nicht auf eine spezielle Zahl beschränkt.