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Die
Erfindung betrifft einen Plasmabrenner sowie ein Verfahren zur Herstellung,
und insbesondere zur Glanzgebung der Außenfläche einer Vorform aus Glas,
und besonders einer Vorform, die dazu bestimmt ist, für die Produktion
einer optischen Faser verwendet zu werden. Sie betrifft weiterhin eine
Vorrichtung zur Herstellung von Vorformen, welche die Verwendung
dieses Verfahrens ermöglicht.
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Wie
bekannt ist, wird die Herstellung oder das Nachfüllen einer Vorform, welche
dazu bestimmt ist, für
die Produktion einer optischen Faser durch Ziehen verwendet zu werden,
auf herkömmliche
Weise durch Ablagerung von Kieselerde in konzentrischen aufeinanderfolgenden
Schichten auf einer ersten Vorform und durch Glanzgebung der Oberfläche der
Außenschicht
des so erhaltenen Elements mit zylindrischer Form realisiert.
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Ein
bekanntes Verfahren zur Herstellung der Vorform besteht, ausgehend
von einer ersten Vorform mit zylindrischer Form, auf welcher eine
Ablagerung von Kieselerde durch konzentrische Schichten realisiert
wird, darin, dass die Vorform mit Hilfe von induktiver Erwärmung, der
Art Plasmabrenner, lokal erhitzt wird, und darin, dass geschmolzene
Kieselerde abgelagert wird, die aus Körnern von Kieselerde, welche
in das Plasma bei der Öffnung
des Brenners injiziert wird, erhalten wird. Diese geschmolzene Kieselerde
vermischt sich bei Hochtemperatur mit der erwärmten Kieselerde des Bereichs
der Außenfläche der
Vorform, die dann Ziel des Plasmas ist.
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Ein
Teil der so geschmolzenen Kieselerde verdampft aufgrund der erreichten
hohen Temperaturen auf Höhe
des Plasmas, und er neigt dazu, sich während des Abkühlens in
Form von Ruß abzulagern.
Diese Ablagerungen von Ruß können besonders
störend
sein, da sie insbesondere die Außenbereiche der Vorform betreffen,
die kälter
sind als der anvisierte Bereich. Solche Ablagerungen werden des weiteren
im Überfluss
hergestellt, wenn eines der beiden Enden der Vorform lokal erhitzt
werden muss, damit es geschnitten werden kann und die so erhaltene
Vorform an einem der Enden geformt werden muss, damit sie eine spitz
zulaufende konische Form aufweist, welche im Hinblick auf die folgende
Produktion einer Faser durch Warmziehen die gleiche optische Qualität aufweisen
muss wie der Rest der Vorform.
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Es
ist bekannt, eine Glanzgebung der Außenfläche der Vorform durch Erwärmen der
Vorform mittels einem Plasmabrenner durchzuführen, unter Bedingungen, die
denen entsprechen, die für
die Ablagerung einer Kieselerdeschicht vorgesehen sind, aber ohne
Zugabe von Kieselerde. Eine Zustandsverbesserung der Oberfläche der
Vorform wird dann durch Verglasung eines Teils des Rußes, der
auf der Vorform vorhanden ist, durch das Plasma erhalten. Die Wirkung
dieses Plasmas bringt ein Verdampfen einer nicht zu vernachlässigenden
Menge Kieselerde aufgrund der intensiven Erwärmung des Bereichs der Außenfläche der
Vorform, welche anvisiert wird, mit sich. Nun hindern, wie bekannt
ist, technologische Beschränkungen
daran, die Leistung des Plasmas zu reduzieren, obwohl dies wünschenswert
wäre, um ein
Verdampfen von Kieselerde während
der Glanzgebung zu verhindern. Es tritt demzufolge eine erneute
Produktion von Ruß auf,
und dieser lagert sich erneut auf Teilen der Vorform ab, welche
ausreichend kalt sind, und insbesondere auf dem Bereich der Außenfläche der
Vorform, wo der Vorgang der Glanzgebung soeben durchgeführt wurde.
Der Ruß,
der auf der Außenfläche einer
Vorform verbleibt, bildet ein bedeutendes Problem bezüglich der
Qualität,
und er hat wesentlichen Einfluss auf die Vorgänge des Ziehens, welche später durchgeführt werden,
um eine Faser zu erhalten.
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Es
wurde dementsprechend versucht, die Translationsgeschwindigkeit
der Vorform im Hinblick auf den Plasmabrenner zu steigern, um die
Produktion von Ruß zu
reduzieren. Diese Lösung
weist den Nachteil auf, innere Spannungen zu steigern, was unausweichlich
das Erwärmen
der Vorform durch Plasma aufgrund seiner Lokalisierung erzeugt,
zu einem gegebenen Zeitpunkt, auf einem begrenzten Bereich der Vorform
und aufgrund der abrupten Temperaturänderungen, die dann zwischen
dem stark erwärmten
Bereich und den angrenzenden Bereichen dieser Vorform auftreten.
Es ist bekannt, die aufgetretenen Innenspannungen in einer Vorform
durch einen Vorgang des Temperns zu eliminieren, welcher in einem
Ofen durchgeführt
wird, aber ein solcher Vorgang dauert länger als ein Glanzgebungsvorgang;
es ist herkömmlicherweise
vorgesehen, dass dieser Vorgang eine Dauer im Größenbereich von 14 Stunden aufweist.
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Es
wurde des weiteren in der Schrift
EP 0 887 318 A offenbart, dass, um die Probleme
zu vermeiden, die mit dem Bilden von Ruß bei dem Ziehvorgang einer
Vorform mit großem
Durchmesser in eine mittlere Vorform mit geringerem Durchmesser mittels
einem Schweißbrenner
verbunden sind, diese Ruße
mittels einem Gasstrom mit bedeutendem Durchfluss in der Größenordnung
von 150 l/min entfernt werden.
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Aus
der Schrift
EP 727392
A ist bekannt, ein Ziel lokal mit einem Plasma zu erhitzen;
nicht erwähnt
wird das Mittel der Injektion eines Zwischengases, welches eine
Minderung der Leistung des Plasmas zur Folge hat.
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Die
vorliegende Erfindung hat dementsprechend zum Ziel, einen Plasmabrenner
zu realisieren, der es ermöglicht,
insbesondere die Ablagerungen von Ruß bei der Glanzgebung einer
Vorform für
optische Fasern zu vermeiden.
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Zu
diesem Zweck offenbart die Erfindung einen Plasmabrenner, welcher
dazu bestimmt ist, lokal ein Zielobjekt zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet,
dass dieser Mittel zur Injektion eines Zwischengases zwischen das
Plasma und das Zielobjekt aufweist, wobei die Mittel zur Injektion
bezogen auf die Öffnung
des Rohrs zum Auswurf des Plasmas mechanisch außerhalb des Plasmabrenners
befestigt sind, um die Stärke
des Plasmas auf Höhe
des Plasmaendes zu mindern.
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Das
so injizierte Gas ermöglicht
es, indirekt die Leistung des Plasmabrenners zu reduzieren, da es
eine Art Schirm aus Gas zwischen dem letztgenannten und dem Ziel
bildet, wobei dieser Schirm aus Gas einen Teil der durch das Plasma
erzeugten Leistung absorbiert.
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Somit
ermöglicht
die Erfindung, obwohl es technisch schwierig ist, die Leistung eines
Plasmabrenners zu mindern (im allgemeinen im Bereich von 38 bis
50 kW, diese Leistung indirekt zu reduzieren, indem auf das Plasma
selbst eingewirkt wird und nicht auf die Mittel zur Produktion des
letztgenannten.
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Die
Erfindung hat gleichermaßen
zum Ziel, ein Verfahren zur Herstellung einer Vorform für optische
Fasern zu offenbaren, in welchem die Ablagerung von Ruß bei der
Glanzgebung im Vergleich mit im Stand der Technik bekannten Verfahren
begrenzt ist.
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Die
Erfindung offenbart zu diesem Zweck ein Verfahren zur Herstellung
einer Vorform für
optische Fasern, welches einen Vorgang der Glanzgebung der Außenfläche der
Vorform umfasst unter Zuhilfenahme von Mitteln zur induktiven Erwärmung, der
Art Plasmabrenner, welche ein lokales Erwärmen der Vorform ermöglichen,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom zwischen das Plasma und
die Vorform zwischengesetzt wird auf Höhe des Bereichs der Außenfläche der
Vorform, die Ziel des Plasmas ist, um die Stärke des Plasmas auf Höhe dieses
Bereichs zu mindern.
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Dank
der Erfindung, wobei vorausgesetzt wird, dass die Leistung des Plasmas
auf Höhe
des Bereichs der Außenfläche, die
durch dieses anvisiert wird, gemindert wird, findet die Produktion
von unerwünschtem
Ruß nicht
statt, und die Leistung des Plasmas ist genau ausreichend, um den
Vorgang der Glanzgebung ohne schädliche
Nebeneffekte durchzuführen.
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Gemäß einer
bestimmten Ausführungsform liegt
der Durchfluss des Zwischengases zwischen 3 und 6 l/min, und ist
vorzugsweise gleich 41 l/min. Ein solcher Durchfluss ermöglicht es,
die Leistung des Plasmas zu reduzieren, ohne das letztgenannte zu versetzen,
was die Bildung eines Lichtbogens mit sich bringen könnte.
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Gemäß einer
charakteristischen Eigenschaft der Erfindung wird das Zwischengas
durch Luft oder ein Neutralgas gebildet.
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Die
Erfindung offenbart ebenfalls eine Vorrichtung zur Herstellung einer
Vorform für
optische Fasern, welche aufweist:
- – Haltemittel
für die
Vorform an ihren beiden Enden,
- – Mittel
zur induktiven Erwärmung,
der Art Plasmabrenner, welche eine lokale Erwärmung der Vorform ermöglichen,
- – Mittel,
um die Vorform zum Rotieren um ihre Längsachse zu bringen,
- – Mittel,
um die Vorform in Bezug auf den Plasmabrenner parallel zur Achse
zu verschieben,
dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren
Mittel zu Injektion eines Zwischengases zwischen das Plasma, welches
von dem Brenner produziert wird, und die Vorform aufweist auf Höhe des Bereichs
der Außenfläche der
Vorform, die Ziel des Plasmas ist.
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Gemäß einer
vorteilhaften charakteristischen Eigenschaft der Erfindung weisen
die Mittel zur Injektion des Zwischengases eine Einspritzdüse auf,
welche bezogen auf den Brenner, in dessen Nähe diese angeordnet ist, feststehend
ist, um einen Strahl von Zwischengas mit bestimmtem Durchfluss auf
Höhe des
Bereichs der Außenfläche der
Vorform, welche Ziel des Plasmas ist, zu bilden, zu leiten und auszurichten.
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Andere
charakteristische Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung
gehen aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform, welche zu Beispielzwecken
gegeben wird und nicht begrenzend ist, in Kombination mit den folgenden Zeichnungsfiguren
hervor.
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1 zeigt
vereinfacht eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur
Produktion einer Vorform für
optische Fasern gemäß der Erfindung, welche
für die
Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung
vorgesehen ist.
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2 zeigt
eine schematische Darstellung des Prinzips eines Plasmabrenners
gemäß der Erfindung,
welcher in der Vorrichtung aus 1 verwendet
wird.
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Die
Vorrichtung 20 gemäß der Erfindung, dargestellt
in 1, dient zur Herstellung einer Vorform aus Glas 1,
welche insbesondere dazu bestimmt ist, zur Produktion der optischen
Faser durch Warmziehen verwendet zu werden. Auf bekannte Weise wird
eine solche Vorform 1 für
gewöhnlich durch
die Ablagerung von Kieselerde in aufeinanderfolgenden konzentrischen
Schichten auf einer ersten zylindrischen Vorform (nicht dargestellt)
mit Längsachse 4 erhalten.
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Die
Vorrichtung 20 weist Mittel 3 auf, zum Beispiel
eine Glasmacherbank, welche es ermöglichen, eine axiale Rotation
der Vorform 1 sicherzustellen, die waagerecht an ihren
Enden zwischen zwei Befestigungspunkten 3a, 3b mittels
jeweiligen Ansatzstücken 6a, 6b,
welche an den beiden Enden der Vorform angeordnet sind, gehalten
wird.
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Die
Vorrichtung 20 weist des weiteren Mittel zum induktiven
Erwärmen
auf, welche vorzugsweise aus einem Plasmabrenner 5 gebildet
werden. Dieser Brenner wird radial und präzise in Bezug auf die Achse 4 der
Vorform 1 positioniert, wenn diese zwischen den Befestigungspunkten 3a, 3b gehalten
wird. Diese Positionierung wird unter Bedingungen durchgeführt, welche
dem Durchschnittsfachmann bekannt und so gewählt sind, dass das Ende des
Pfeils 12 (siehe 2), welchen
das Plasma 13 bildet, auf die Außenfläche der Vorform 1 zielt.
Diese wird innen hinter dem Bereich ihrer Außenfläche geheizt, die Ziel des Plasmas
ist.
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Mittel
zum Zuführen
von Material, nicht dargestellt, sind mit dem Plasmabrenner verbunden;
sie werden üblicherweise
verwendet, um Kieselerdekörner
am Ausgang des Brenners in das Plasma zu injizieren, wo diese Körner geschmolzen
werden. Eine lokalisierte Ablagerung von Kieselerde wird dementsprechend
auf dem Bereich der Außenfläche der
Vorform realisiert, der Ziel des Plasmas ist. Relative Versetzungen
hinsichtlich Translation zwischen Vorform und Plasmabrenner ermöglichen
es, eine Ablagerung von Kieselerde auf einem Bereich mit begrenzter
Breite auf der Länge
der Vorform sicherzustellen. Eine kontinuierliche Rotation dieser
Vorform 1 um die Achse 4 ermöglicht das Ablagern einer Schicht
von Kieselerde, welche einen gleichmäßigen Überzug der Außenfläche der
Vorform bildet. Die endgültige Vorform
wird durch Wiederholen dieser Vorgänge erhalten, was zu einem
Verdicken der Vorform durch aufeinanderfolgende Ablagerungen von
konzentrischen Schichten führt.
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Es
kann gegebenenfalls vorgesehen werden, dass der Brenner in Bezug
auf die Vorformen hinsichtlich Translation versetzt wird. In einer
bevorzugten und bekannten Ausführungsform wird
die erste Vorform auf einer Bank 3 montiert, wie bereits
weiter oben angegeben, und dies stellt die Versetzungen der Vorform
hinsichtlich Translation im Laufe der Herstellung sicher, so dass
diese dreht, in dem sie an ihren Enden gehalten wird, und der Brenner 5 wenigstens
während
des Erwärmens
feststehend gehalten wird, ebenso wie die Mittel zum Zuführen von
Material.
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Gemäß der Erfindung
wird ein Gasstrom, wie beispielsweise ein Luftstrom oder ein Strom
von Neutralgas wie Helium oder Argon, zwischen das Plasma 13 und
die Vorform 1 auf Höhe
des Bereichs der Außenfläche der
Vorform zwischengesetzt, welcher während des Glanzgebens der Vorform
Ziel des Plasmas ist. Dieser Gasstrom wird auf dieser Höhe durch Injektionsmittel
(nicht dargestellt) zugeführt,
welche in einer Einspritzdüse 9 enden,
die auf Höhe
des oben angegebenen Bereichs endet. Diese Düse 9 ist in Bezug
auf die Mündung
der Leitung 10 zum Ausgeben des Plasmas aus dem Brenner 5 in
einem bestimmten Abstand mechanisch fixiert, damit das durch die
Düse ausgegebene
Gas sich zwischen die Vorform, welche Ziel des Endes des Plasmas
ist, und den Pfeil 12 des letztgenannten zwischensetzt,
wenn der Brenner aktiv ist.
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Auf
bekannte Weise wird der Bereich der Außenfläche der Vorform, welcher zu
einem gegebenen Zeitpunkt anvisiert wird, durch das Plasma erwärmt, wobei
er durch die Wicklung 11 zentriert wird, welche die Ausgabeleitung 10 des
Brenners 5 umgibt. Diese an der Oberfläche erhaltene Wärme verteilt
sich in das Innere der Vorform.
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Das
Zwischensetzen von Gas zwischen das Plasma 13 und die Fläche des
anvisierten Bereichs ermöglicht
es, dass die Menge an Wärme,
die von dem Plasma zur Fläche
der Vorform übertragen
wird, reduziert wird, was einer Reduzierung der Leistung des Plasmas
gleichkommt, welche nicht auf andere Art hergestellt werden kann
von dem Moment an, wo ein gleicher Brenner 5 zu Zwecken
des Erwärmens für unterschiedliche
Herstellungsphasen der Vorform (Ablagerung, Glanzgebung und Trennung
der Ansatzstücke
insbesondere) genutzt wird.
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Die
Ausgabedüse 9 wird
positioniert, um einen Gasstrahl mit bestimmter Form und Richtung
sowie eine maximale Wirksamkeit zu erhalten.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung liegt der Durchfluss des Gases zwischen 3 und 6 l/min,
zum Beispiel im Bereich von 4 l/min. Ein solcher Durchfluss ermöglicht es,
die Leistung des Plasmas zu reduzieren, ohne das letztgenannte zu
versetzen, was das Bilden eines Lichtbogens mit sich bringen könnte.
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Diese
Injektion von Gas in den Bereich der Außenfläche der Vorform, welcher Ziel
des Plasmas zu einem gegebenen Moment ist, ermöglicht es, die Geschwindigkeiten
der Rotation und der Translation der Vorform zu wählen, welche
bestens angepasst sind, um gewünschte
Resultate zu erhalten, das heißt
genauer, ohne interne Beschränkungen
in der Vorform. Auf diese Weise ist es möglich, geringe Geschwindigkeiten
des Versetzens der Vorform zu erhalten, da die durch das Plasma
auf den anvisierten Bereich übertragene
Menge an Wärme
durch das Zwischensetzen von Gas reduziert wird, und dadurch, dass
die internen Beschränkungen,
welche ansonsten mit dem lokalen Erwärmen aufgetreten wären, vermieden
werden können.
Es ist somit nicht mehr notwendig, eine abschließende Phase zum Auslöschen von
internen Beschränkungen
durch Anordnen der hergestellten Vorform in einem Glühofen während einer
langen Zeitspanne vorzusehen.
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Somit
kann während
der Phase der Glanzgebung die Rotationsgeschwindigkeit zwischen
35 und 50 Umdrehungen/min, vorzugsweise nahe an 40 Umdrehungen/min,
liegen, und die Translationsgeschwindigkeit kann zwischen 25 und
35 mm/min, vorzugsweise nahe an 34 mm/min, liegen.