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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Vorrichtung
zum Herstellen einer Vorform für
optische Fasern. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung
auf einen hoch effektiven Brenner und eine Vorrichtung zum Ummanteln
einer Lichtleitfaser-Vorform mit großem Durchmesser, unter Verwendung
derselben, wobei eine erste Vorform in eine Innenseite eines dicken
Quarzrohrs eingesetzt wird, um während
eines Ummantelungsvorgangs erhitzt zu werden.
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Allgemein
weist eine optische Faser einen Kern auf, der einen vorbestimmten
Brechungsindex darin besitzt, und einen Mantel, der einen Brechungsindex
niedriger als derjenige des Kerns besitzt, um eine Totalreflexion
von einfallendem Licht zu erhalten. Ein Verfahren zum Herstellen
der Lichtleitfaser weist die Schritte eines Herstellens der Lichtleitfaser-Vorform
und Ziehen der hergestellten Lichtleitfaser in eine Einzelfaser
einer Lichtleitfaser auf. Danach wird die gezogene Lichtleitfaser
beschichtet, um eine vollständige
Einzelfaser einer Lichtleitfaser zu werden. Andererseits wird ein
Ummantelungs- oder ein Umhüllungsvorgang
in Bezug auf die hergestellte Lichtleitfaser-Vorform durchgeführt, um
eine Lichtleitfaser zu ziehen, die einen größeren Durchmesser besitzt.
Genauer gesagt wird der Ummantelungs- oder Überzugsvorgang so durchgeführt, um eine
erste, zylindrische Lichtleitfaser-Vorform herzustellen, die einen
größeren Durchmesser
besitzt. Hierbei wird ein chemisches Dampfniederschlagen oder ein
Sol-Gel-Prozess weit verbreitet zum Herstellen des zweiten Quarzrohrs,
nämlich
ein auf Siliziumdioxid basierendes Glas, unter Verwendung von mit Dampf
behandelten Siliziumdioxid, verwendet.
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Der
Ummantelungsvorgang stellt eine Lichtleitfaser-Vorform eines größeren Durchmessers durch
Einsetzen einer ersten Vorform, die mittels eines chemischen Dampfniederschlags-
oder anderer Verfahren zum Herstellen einer Vorform hergestellt ist,
in die Innenseite eines dicken Quarzrohrs und dann Erwärmen und
Abdichten desselben mit einer Wärmequelle
her. Dieser Vorgang vergrößert die Ummantelungs schicht,
wodurch eine Vorform hergestellt wird, die einen größeren Durchmesser
besitzt, was eine hohe Produktivität verspricht.
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Allgemein
wird ein Brenner, der Wasserstoff- oder Sauerstoffgas verwendet,
als die Wärmequelle verwendet,
die das zweite Quarzrohr während
der Ummantelung der Lichtleitfaser-Vorform erwärmt.
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In 1 ist
die Wärmequelle
ein Brenner, der Wasserstoff- und Sauerstoffgas besitzt und eine Ringform
besitzt, wobei ein Teil davon dargestellt ist.
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Weiterhin
zeigt 1 eine Vorderansicht, die eine innere Oberfläche darstellt,
d.h. eine Oberfläche,
an der eine Flamme des Brenners 130, gegenüberliegend
zu einem Quarzrohr, abgegeben wird. Der Brenner 130 besitzt
Brennerkörper 134 zwischen Brennerabdeckungen 132 mit
Wasserstoff- und Sauerstoff-Austrittseinrichtungen 136 und 138,
angeordnet zwischen den Brennerkörpern 134.
Die Wasserstoff- und Sauerstoff-Austrittseinrichtungen 136 und 138 werden
kontinuierlich mit Wasserstoff- und Sauerstoffgas versorgt, um so
die Oberfläche
des zweiten Quarzrohrs zu erwärmen.
Die Wasserstoff-Austrittseinrichtung 136 kennzeichnet eine
Innenseite jeder Spitze, während
die Sauerstoff-Austrittseinrichtung 138 eine Außenseite
der Spitze kennzeichnet. Zusätzlich
sind Wasserstoff- und Sauerstoff-Massenstromregler
(MFC) 140 und 142 jeweils in dem Brenner 130 zum
Kontrollieren eines Massenflusses des Wasserstoff- und Sauerstoffgases
vorhanden.
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Hierbei
gilt, dass, je größer die
Dicke oder ein Maßstab
des Ummantelungs-Quarzrohrs
ist, desto höher
die erforderliche Wärmekapazität ist. Falls Wärme zuerst
auf eine äußere Oberfläche des Quarzrohrs
aufgebracht wird, um eine Ummantelung an der ersten Vorform mit
dem zweiten Quarzrohr vorzunehmen, wird die Wärme zu dem Quarzrohr geleitet,
da sie auf einen vorbestimmten Bereich darin konvergiert, wodurch
der wärmste
Bereich, bezeichnet als eine „heiße Zone", in dem vorbestimmten
Bereich des Quarzrohrs gebildet ist. Die Wärme wird von der heißen Zone
zu einer Innenseite des zweiten Quarzrohrs geleitet, das kondensiert
und in die erste Vorform geschmolzen wird, um eine zweite Vorform herzustellen.
Demzufolge sollte, falls das zweite Quarzrohr, das Gegenstand der
Ummantelung ist, dick ist, der Brenner eine Größe in Übereinstimmung mit einem Umfang
des zweiten Quarzrohrs haben, um so eine effiziente Wärmeübertragung
auf die Innenseite davon zu erreichen. Zu sätzlich hierzu wird eine Zufuhr
eines Brennstoffs, wie beispielsweise Wasserstoff- und Sauerstoffgas,
vorzugsweise erhöht,
um eine Wärmekapazität zu erhöhen.
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Allerdings
wird, wenn das Quarz dicker wird, die Menge an Brennstoff, die erforderlich
ist, drastisch erhöht.
Weiterhin wird, während
der Wärmewert auf
die heiße
Zone konzentriert wird, der wärmste Bereich
unter Bereichen in der äußeren Oberfläche des
Quarzrohrs durch den Brenner erwärmt
und dann wird die heiße
Zone kondensiert, wobei, bevor die heiße Zone nicht kondensiert ist,
sich hierbei manchmal ein Fall ergibt, in dem die Oberfläche des Quarzrohrs
nach unten aufgrund der Verschlechterung der Viskosität läuft. In
dieser Hinsicht besitzt ein intensives Erwärmen an der heißen Zone
durch Erhöhen
der Menge an Brennstoff eine Grenze.
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Weiterhin
ist dabei eine Art und Weise vorhanden, um einen mit Brennstoff übersprühten Bereich
zum Vergrößern der
heißen
Zone zu erweitern. In diesem Fall ist eine gleichmäßige Zuführung des Brennstoffs,
wie beispielsweise Wasserstoff- und Sauerstoffgas, schwierig zu
erreichen, wodurch sich eine unregelmäßige Wärmezufuhr ergibt. Als eine Folge
wird eine gleichförmige
Ummantelung nicht sichergestellt.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Ummanteln einer Lichtleitfaser-Vorform zu schaffen, bei dem
ein mit Doppelmantel strukturierter Verbrenner verwendet wird, um
so eine heiße
Zone auf einer gleichen Basis zu vergrößern und deshalb eine thermische
Effektivität
zu verbessern, ebenso wie eine gleichförmige und effiziente Ummantelung
sicherzustellen.
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Es
ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Ummanteln einer Lichtleitfaser-Vorform zu schaffen, mit dem
eine gleichmäßige und
hoch effiziente Erwärmung,
insbesondere während
einer Ummantelung eines dicken Quarzrohrs, aufgebracht wird, um
so die Zeit für
eine Ummantelung zu verkürzen,
um dadurch zu helfen, die Produktivität zu verbessern.
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Es
ist weiterhin eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
Verfahren zum Ummanteln einer Lichtleitfaser-Vorform zu schaffen,
bei dem ein mit Doppelmantel strukturierter Brenner verwendet wird,
um so Mittel zu schaffen, die zusätzlich mit einem unterschiedlichen
Wärmewert,
falls notwendig, betreibbar sind.
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Es
ist eine noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Ummanteln einer Lichtleitfaser-Vorform zu schaffen, bei dem
eine gleichförmige Brennstoffzufuhr
durchgeführt
wird, um so eine Haltbarkeit von Brennerspitzen zu verlängern.
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Um
die vorstehenden Aufgaben zu lösen, wird
ein Brenner gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie er im Anspruch 1 beansprucht ist, geschaffen.
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Entsprechend
ist die Vorrichtung zum Ummanteln der Lichtleitfaser-Vorform gemäß der vorliegenden
Erfindung im Anspruch 8 beansprucht.
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Die
vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung ersichtlich werden,
wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen vorgenommen
wird, in denen:
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1 zeigt
eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines Ummantelungs-Brenners gemäß einer
Ausführungsform
des Stands der Technik darstellt;
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2 zeigt
eine schematische Ansicht, die einen Aufbau einer Vorrichtung zum
Ummanteln einer Lichtleitfaser-Vorform mit großem Durchmesser gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht, die einen Aufbau eines hoch effizienten
Brenners für
eine Ummantelung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und
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4 zeigt
ein Diagramm, das eine Betriebsweise eines hoch effizienten Brenners
zum Ummanteln gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird hier nachfolgend unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben. Für
den Zweck einer Deutlichkeit werden ausreichend bekannte Funktionen
und Anordnungen nicht im Detail beschrieben, da sie die Erfindung
in unnötigem
Detail behindern würden.
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Eine
Ummantelungsvorrichtung zum Durchführen eines Ummantelungsvorgangs
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
Einige Anordnungen sind so installiert, um vertikal voneinander
um die Achse eines Turms 20 herum getrennt zu sein. Obere
und untere Fixier-Spannköpfe 212 und 222 sind
in der Ummantelungsvorrichtung vorhanden, um ein erstes Quarzrohr
als eine erste Vorform 216 und eine zweite Vorform um die
Achse an der oberen und der unteren Seite des Turms 20 zu
fixieren.
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Zuerst
wird die erste Vorform 216, die eine Drückstange 214 besitzt,
durch Fixieren der Drückstange 214 an
dem oberen Spannkopf 212 installiert. Ein zweites Quarzrohr 226,
das ein zusätzliches Hilfstragequarzrohr 224 besitzt,
ist durch Fixieren des Hilfstragequarzrohrs 224 an dem
unteren Fixier-Spannkopf 222 installiert. Während des
Verfahrens spielt es keine Rolle, dass eine Installationsreihenfolge
der ersten Vorform 216 und des zweiten Quarzrohrs 226 umgekehrt
wird.
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Darauf
folgend wird ein oberes Kopflager, das die erste Vorform 216 besitzt,
oder ein unteres, hinteres Kopflager, das das zweite Quarzrohr 226 besitzt,
vertikal so bewegt, dass die erste Vorform 216 in die Innenseite
des zweiten Quarzrohrs 226 entlang der Achse bis zu einer
passenden Tiefe eingesetzt wird. Danach wird ein Brenner 230 als
eine Wärmequelle
zu der oberen Seite des zweiten Quarzrohrs 226 bewegt,
um die Oberfläche
des zweiten Quarzrohrs 226 zu erhitzen. Der Brenner wird
nach unten (in einer Pfeilrichtung) bewegt, um den Zwischenraum
zwischen der ersten Vorform 216 und dem zweiten Quarzrohr 226 zu
beseitigen, wodurch kontinuierlich das Dichten, wenn nach unten
bewegt wird, ausgeführt
wird. Nachdem das Dichten abgeschlossen ist, ist die zweite Vorform
abgeschnitten worden und von den oberen und unteren Fixier-Spannköpfen 212 und 222 getrennt
worden, was die gesamten Vorgänge
abschließt.
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Hierbei
gilt, dass, je größer eine
Dicke oder ein Maßstab
des Ummantelungs-Quarzrohrs 226 ist, um
so höher
die erforderliche Wärmekapazität der Brenner
ist. Falls Wärme
zu einer äußeren Oberfläche des
Quarzrohrs 226 zugeführt
wird, um eine Ummantelung auf der ersten Vorform 216 mit
dem zweiten Quarzrohr 226 durchzuführen, wird Wärme zu dem
Quarzrohr 226 geführt,
die auf einem vorbestimmten Bereich darin konvergieren wird, wodurch der
heißeste
Bereich, nämlich
eine heiße
Zone, in dem vorbestimmten Bereich des Quarzrohrs gebildet wird.
Die Wärme
wird von der heißen
Zone zu der Innenseite des zweiten Quarzrohrs 226 geleitet,
die in die erste Vorform 216 kondensiert und geschmolzen wird,
um eine zweite Vorform herzustellen. Demzufolge sollte, falls das
zweite Quarzrohr 226 Gegenstand einer dicken Ummantelung
ist, der Brenner eine Größe in Übereinstimmung
mit einem Umfang des zweiten Quarzrohrs 226 haben, um so
eine effiziente Wärmeübertragung
auf die In nenseite davon zu erreichen. Zusätzlich hierzu wird die Zufuhr
eines Brennstoffs, wie beispielsweise Wasserstoff- und Sauerstoffgas,
vorzugsweise erhöht,
um die Wärmekapazität der Brenner
zu erhöhen.
In diesem Fall wird eine Vakuumpumpe 250 bevorzugt verwendet,
um eine Aufnahme von Luft zu verbessern, was zu einer Erhöhung der
Wärmeübertragungseffektivität führt.
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Wie 3 zeigt,
umfasst, gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, ein Brenner 230: mit einem
Doppelmantel strukturierte Brennstoff-Austrittseinrichtungen, nämlich Spitzen-Linien,
die eine Sauerstoff-Austrittseinrichtung 234 und
eine Wasserstoff-Austrittseinrichtung 233 umfassen; Rohranordnungen,
befestigt an den jeweiligen Spitzen-Linien, um den Brennstoff, ähnlich Wasserstoff-
und Sauerstoffgas, auf einer unabhängigen Basis zuzuführen; und
Massenstromregler, d.h. Durchflussmesser, installiert auf einer
unabhängigen
Basis, um einen Massendurchfluss zu kontrollieren.
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Genauer
gesagt weist, gemäß dieser
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, der hoch effiziente Brenner zum Ummanteln
auf: Brennerkörper 232,
angeordnet zwischen der oberen und der unteren Brennerabdeckung 231,
jeweils; Spitzen-Linien,
ausgeführt
so, um in mindestens zwei Reihen zwischen den Brennerkörpern 232 angeordnet
zu sein; und eine Trennwand 235, angeordnet zwischen den
Spitzen-Linien.
Die Wasserstoff-Austrittseinrichtung 233 kennzeichnet eine
Innenseite jeder Spitze, während
die Sauerstoff-Austrittseinrichtung 234 einen Umfang der
Spitze kennzeichnet. Hierbei können
die Spitzen-Linien Wasserstoff-Stromregler 240 und 241 und
Sauerstoff-Stromregler 242 und 243 auf einer unabhängigen Basis
haben. Weiterhin sind die Massenstromregler unabhängig installiert.
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Ein
Strömungsweg,
durch den kühlendes Wasser
fließen
kann (nicht dargestellt), kann in der Innenseite der Brennerkörper 232 gebildet
sein, um eine Haltbarkeit des Brenners durch Absorbieren der Wärme zu verlängern. Hierbei
sind die Massenstromregler 240, 241, 242 und 243 gewöhnlich die
bevorzugtesten Elemente, um eine feine Kontrolle des Massendurchflusses,
umfassend das Gas, zu ermöglichen.
Allerdings können
ein Massenstromregler, ein Ventil, und dergleichen, anstelle der
Massenstromregler verwendet werden, um die Menge eines Durchflusses
zu kontrollieren.
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Eine
Betriebsweise einer Ummantelungsvorrichtung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
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4 beschrieben.
Der Brennstoff, wie beispielsweise Sauerstoff- und Wasserstoffgas,
wird durch die jeweiligen, unabhängigen
Massenstromregler zu oberen und unteren Enden der Brenner-Spitzen-Linien
zugeführt.
Der zugeführte
Brennstoff erzeugt eine Flamme an dem oberen und unteren Ende der
Brenner-Spitzen-Linien ebenso wie eine Erwärmung und Kondensierung der
Oberfläche eines
Quarzrohrs 226. Da der Brennstoff über die jeweiligen unabhängigen Spitzen-Linien
zugeführt wird,
ist die erzielte Strömung
gleichförmig.
Da nur ein spezifischer Punkt nicht erwärmt wird, kann die heiße Zone
sehr weit auf einer gleichförmigen
Basis vergrößert werden.
In Bezug auf die heiße
Zone ist es erwünscht,
dass sie schmaler wird, wenn die Oberseite abgedichtet wird oder
der Boden des Quarzrohrs 226 abgeschnitten wird. Allerdings
muss, gemäß der vorliegenden
Erfindung, nur entweder das obere oder das untere Ende des Brenners 230 verwendet
werden, wodurch eine einfachere Kontrolle des Prozesses erreicht
wird.
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Zusätzlich können natürliches
Gas, LPG- oder Butangas auch anstelle des Wasserstoff- und Sauerstoffgases,
unter Berücksichtigung
eines ökonomischen
Aspekts, verwendet werden. Der hoch effektive Brenner, der gemäß der vorliegenden
Erfindung angewandt werden soll, ist nicht auf die Ummantelungsvorrichtung
eingeschränkt,
und kann auch beim Herstellen der Vorform für die erste Lichtleitfaser
oder beim Ziehen der Lichtleitfaser verwendet werden.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, sind, gemäß der vorliegenden Erfindung,
Brennstoff-Austrittseinrichtungen in dem Brenner von einer Doppelmantelstruktur,
die eine obere Seite und eine untere Seite besitzt, um eine gleichmäßige Ausdehnung
der heißen
Zone zu ermöglichen,
um eine Gleichförmigkeit
der Ummantelung zu erreichen, ebenso wie die Produktivität zu erhöhen, und
zwar dank einer sich ergebenden Verringerung der Verarbeitungszeit. Weiterhin
wird, falls eine schmale, heiße
Zone während
eines Abdichtens der Oberseite oder eines Abschneidens des Bodens
des Quarzrohrs erforderlich ist, nur ein Ende der Brenner-Spitzen-Linien
verwendet, um dadurch eine Einfachheit der Verarbeitung zu verbessern.
Daneben kann ein Kühlwasserpfad
zwischen dem oberen und dem unteren Ende der Brenner-Spitzen-Linien
gebildet werden, um die Verbrennbarkeit der Brennerspitzen aufgrund
der hohen Temperatur zu verringern und weiterhin die Haltbarkeit
des Brenners zu verlängern.
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Während die
Erfindung unter Bezugnahme auf eine bestimmte, bevorzugte Ausführungsform
davon dargestellt und beschrieben worden ist, wird für Fachleute
auf dem betreffenden Fachgebiet verständlich werden, dass verschiedene Änderungen
in Form und Details darin vorgenommen werden können, ohne den Schutzumfang
der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.