DE69620468T2 - Methode und apparat zum beschichten optischer fasern - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung
• Diese Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Konzentrizität einer Beschichtung, welche auf eine optische Faser aufgetragen wird. Der Durchmesser kann auch gesteuert werden.
• Während des Ziehprozesses optischer Fasern wird eine Schutzschicht auf die gezogene Faser aufgetragen, bevor die ursprüngliche Oberfläche der Faser durch nachfolgende Behandlung zerstört wird, entweder während der Herstellung oder durch den nachfolgenden Gebrauch. Dieser Beschichtungsschritt wird typischerweise als integraler Bestandteil des Ziehvorganges ausgeführt, um sicherzustellen, dass das Beschichtungsmaterial aufgetragen wird, bevor die Oberfläche der Faser zerstört wird.
• Ein Beschichtungsmaterial, welches bei der Herstellung optischer Fasern gewöhnlich verwendet wird, ist eine auf Acrylat basierende Zusammensetzung, welche bei Belichtung mit ultraviolettem (UV-)Licht aushärtbar ist. Dieses Material wird auf die Oberfläche der Faser in einem flüssigen Zustand aufgetragen und wird nachfolgend zum Härten UV-Licht ausgesetzt. Das Beschichtungsmaterial kann in einer oder mehreren Schichten aufgetragen werden, wobei ein Zwei-Lagen-Beschichtungssystem eine bevorzugte Ausführungsform darstellt. Die erste Beschichtung wird direkt auf die Oberfläche der Faser aufgetragen, und die zweite Beschichtung wird über der ersten Beschichtung aufgetragen.
• Höhere Ziehraten bzw.-geschwindigkeiten reduzieren die Kosten der Herstellung der optischen Faser. Wenn man eine optische Faser beschichtet, ist es wichtig, bei großen Ziehgeschwindigkeiten Beschichtungen zu produzieren, welche einen gleichmäßigen Durchmesser haben und mit der Faser konzentrisch sind. Beide dieser Merkmale tragen dazu bei, das Spleißen und die Verbindung der Faser zu erleichtern, wodurch bei einer installierten Faseranwendung niedrigere Verluste geliefert werden. Marktanforderungen führen zu immer engeren Toleranzen bezüglich des Durchmessers und der Konzentrizität von optischen Faserbeschichtungen.
• Ein System zum Ziehen und Beschichten von Fasern, wie es gegenwärtig bei der Herstellung optischer Faser genutzt wird, wird in Fig. 1 gezeigt. Die Faser 10 wird aus der Vorform 11 gezogen, welche im Ofen 1 erwärmt wird. Die Faser 10 läuft durch eine Faserkühlanordnung 2 und dann durch den Grund- bzw. ersten Beschichter 3, wo sie mit einer Schicht des Grundbeschichtungsmaterials beschichtet wird. Der Grundbeschichtungsbelag wird in einer Grundbeschichtungs-Aushärteinrichtung 4 ausgehärtet, und der Durchmesser der Faser, welcher die ausgehärtete Grundbeschichtung beinhaltet, wird mit der Anordnung 5 gemessen. Die Aushärtanordnung 4 hat typischerweise ein Strahlerfeld. Die Faser 10 läuft dann durch einen zweiten Beschichter 6, wo sie mit einem Belag eines zweiten Beschichtungsmaterials beschichtet wird, welches in der Aushärteinrichtung 7 ausgehärtet wird, welche ähnlich der Aushärtanordnung 4 ist. Der Durchmesser der Faser, welcher die ausgehärtete zweite Beschichtung aufweist, wird mit der Anordnung 8 gemessen. Eine Ziehvorrichtung 9 zieht die Faser vom Ofen 1 und durch die dazwischen liegenden Anordnungen. Die gezogene Faser wird typischerweise von einer Winde (nicht gezeigt) auf Spulen für die weitere Bearbeitung gebracht. Das Beschichtungsmaterial wird den Beschichtern 3 und 6 von den jeweiligen Quellen 12 und 14 geliefert. Die Einlass- oder "Masse"-Temperatur des Beschichtungsmaterials kann bei einem gewünschten Wert jeweils durch die Anordnungen 13 und 15 gehalten werden, welche in Kommunikation mit der die Beschichtung liefernden Linie stehen. Beispiele von Erwärmern für Beschichtungsmaterial können in den US-Patenten 4,073,974 und 4,622,242 gefunden werden.
• Fig. 2 zeigt eine typische Beschichtungsformanordnung, welche gegenwärtig beim Beschichtungsprozess optischer Fasern genutzt wird. Die Faser 21 tritt in die Beschichtungsformanordnung 20 über die Führungsform 22 ein. Das Beschichtungsmaterial wird der Beschichtungsformanordnung 20 über die Löcher 24 im Zwischenstück 23 zugeführt. Das temperaturgesteuerte Beschichtungsmaterial wird radial über das Einfügestück 23 verteilt, bevor es in die Formanordnung 20 eintritt. Das Beschichtungsmaterial wird typischerweise der Formvorrichtung 20 unter Druck zugeführt. Ein unter Druck stehender Beschichter garantiert, dass der Pegel an Beschichtungsmaterial innerhalb der Formanordnung 20 auf dem gleichen Pegel während des Faserbeschichtungsprozesses beibehalten wird. Die Faser 21 tritt über die die Abmessungen bestimmende Form bzw. das Kalibrierwekzeug 25 aus der Beschichtungsformanordnung 20 aus. Wenn die Faser durch die Beschichtungsformanordnung 20 läuft, wird das Beschichtungsmaterial beschleunigt. Wenn das Beschichtungsmaterial und die Faser 21 in das Kalibrierwerkzeug 25 eintreten, wird ein Teil des Beschichtungsmaterials mit der Faser herausgezogen. Das Beschichtungsmaterial, welches durch die Faser beschleunigt wird, aber nicht mit der Faser herausgezogen wird, läuft innerhalb der Beschichtungsformanordnung 20 um. Die Beschichtungsformanordnung 20, wie sie in Fig. 2 gezeigt wird, ist ähnlich der, welche im US-Patent 4,531,959 veröffentlicht wird, wobei auf die relevanten Teile aus dieser hier als Referenz Bezug genommen wird. Die Beschichtung kann angewendet werden, indem das Verfahren, welches im US-Patent 4,792,347 veröffentlicht wird, genutzt wird, um die Bildung von Blasen in der Beschichtung zu reduzieren.
• Die Menge von Beschichtungsmaterial, welches mit der Faser 21 herausgezogen wird, hängt von dem Geschwindigkeitsprofil des Beschichtungsmaterials innerhalb des 25 ab. Dieses Geschwindigkeitsprofil wird am meisten durch die Geschwindigkeit beeinflusst, mit welcher die Faser 21 durch die Beschichtungsformanordnung 20 gezogen wird, der Geometrie des Kalibrierwerkzeugs 25 und des Viskositätsprofils des Beschichtungsmaterials im Kalibrierwerkzeug 25. Das Viskositätsprofil des Beschichtungsmaterials ist eine Funktion seiner Temperatur, welche beeinflusst wird durch: i) die Temperatur der Faser 21; ii) die Temperatur der Wände des Kalibrierwerkzeugs 25; iii) interne Wärmeerzeugung, welche als "viskose Erwärmung" bekannt ist, welche das Ergebnis der Umwandlung von mechanischer Energie in Wärmeenergie durch Strömungsreibung ist; iv) die Temperatur der ankommenden Beschichtungsflüssigkeit; und v) die Temperatur jeder Oberfläche, mit welcher die Beschichtungsflüssigkeit thermisch in Verbindung steht. Wenn der Bereich, in welchem das Viskositätsprofil gesteuert wird, durch Steuern der Temperatur des Beschichtungsmaterials auf den Lötbereich 26 des Kalibrierwerkzeugs 25 örtlich beschränkt wird, kann eine sehr reaktionsschnelle Steuerung des beschichteten Faserdurchmessers erreicht werden. Der Gussform-Lötbereich 26 wird als der Bereich am Ausgang des Kalibrierwerkzeugs 25 definiert, wo der Durchmesser der Innenwand 27 des Kalibrierwerkzeugs 25 im Wesentlichen konstant mit der Entfernung vom Ausgang des Kalibrierwerkzeugs 25 ist. Im US-Patent 5,366,527, auf welches hier Bezug genommen wird, wird eine weitere Diskussion der Dynamik des Beschichtungsvorgangs geliefert.
• Im US-Patent 5,366,527 wird ein Verfahren zum Steuern des Durchmessers einer beschichteten optischen Faser durch Erwärmen des Beschichtungsmaterials im Beschichter veröffentlicht; es wird gezeigt, dass die Erwärmung des Beschichtungsmaterials auf einen Bereich der Beschichtungsformanordnung örtlich beschränkt sein sollte, in welcher schnellere Wechsel in der Temperatur des Beschichtungsmaterials innerhalb des Kalibrierwerkzeugs erreicht werden kann. Z. B. kann die Erwärmung nützlicherweise auf den Teil des Kalibrierwerkzeugs, welche den Lötbereich 26 umgibt, örtlich beschränkt werden. Eine Ausführungsform der Erfindung, welche im US-Patent 5,366,527 veröffentlicht wird, wird in Fig. 3 gezeigt, welche eine Beschichtungsformanordnung zeigt, welche ähnlich der aus Fig. 2 ist. Die Manschette 30 zur Steuerung der Temperatur wird um die Außenwand 31 des Kalibrierwerkzeugs 25 platziert. Die Manschette 30 ist in der Lage, die Temperatur der Außenwand 31 des Kalibrierwerkzeugs 25 zu erhöhen oder zu erniedrigen, wodurch die Temperatur der Innenwand 27 erhöht oder erniedrigt wird. Die Temperaturangleichung, welche durch die Manschette 30 geliefert wird, kann durch ein Steuersystem, wie es in Fig. 1 gezeigt wird, gesteuert werden. Wenn die Manschette 30 z. B. aus einem Widerstandserwärmer besteht, wird das Signal des Beschichtungsdurchmessers aus der Anordnung 8 verarbeitet, um ein Steuersignal zu erzeugen, welches die Spannung, welche an den Widerstandserwärmer angelegt wird, zu variieren. Die Messung des Durchmessers der beschichteten Faser bestimmt den Pegel des Erwärmens, welcher benötigt wird, um den Durchmesser der beschichteten Faser bei einem Ziel- bzw. Sollwert zu halten.
• Sehr schnelle Wechsel der Temperatur des Beschichtungsmaterials können erreicht werden, indem die Temperatur der Bodenoberfläche 33 des Kalibrierwerkzeugs 25 justiert wird, was zu einer sehr schnell reagierenden Steuerung des beschichteten Faserdurchmessers führt. Diesbezüglich wird im US-Patent 5,366,527 das Verwenden von temperaturgesteuerten Chips oder Platten in thermischem Kontakt mit dem Boden des Kalibrierwerkzeugs gezeigt. Z. B. kann ein thermoelektrischer Chip, welcher den Peltier-Effekt anwendet, als eine Wärmepumpe arbeiten, um den Bereich des Kalibrierwerkzeugs gleichmäßig zu erwärmen oder zu kühlen, aus dem die beschichtete Faser austritt. In einer anderen Ausführungsform steht eine Scheibe, welche aus einem thermisch hoch leitenden Material besteht, in thermischem Kontakt mit dem Boden des Kalibrierwerkzeugs in Verbindung. Eine Wärmeübertragungsröhre, welche in thermischem Kontakt mit der Scheibe steht, erstreckt sich sowohl durch einen Widerstandserwärmer als auch eine flüssigkeitsgekühlte Wärmesenke, wodurch die Scheibe einen ringförmigen Bereich am Boden des Kalibrierwerkzeugs gleichmäßig erwärmen oder kühlen kann.
• Während das Verfahren des US-Patentes 5,366,527 den Durchmesser der beschichteten Faser in Abhängigkeit von einem Signal steuern kann, welches in Abhängigkeit zu der Abweichung des tatsächlichen Durchmessers bezüglich eines vorbestimmten festgelegten Durchmessers erzeugt wird, ist diese Vorrichtung nicht in der Lage, Beschichtungen zu korrigieren, welche nicht konzentrisch mit der optischen Faser sind.
• In den US-Patenten 4,321,072, 4,363,827, 4,390,897, 4,957,526 und 5,176,731 werden Verfahren gezeigt, bei denen Beschichtungen eingesetzt werden, welche konzentrisch bezüglich einer optischen Faser sind. Die Konzentrizität der Beschichtung bezüglich der Faser wird durch eine bekannte Technik analysiert, wie sie z. B. in diesen Patenten oder in den Veröffentlichungen: The Bell System Technical Journal, 55, Nr. 10 (Dezember 1976), S. 1525-1537; Applied Optics, 16 (1977), S. 2383; oder Advanced Instrumentation, 36 (1980), S. 229-231 veröffentlicht werden. In all diesen Patenten wird dargelegt, dass die Konzentrizität der Beschichtung in Abhängigkeit von dem Fehlersignal gesteuert werden kann, indem der Beschichter mechanisch verschoben werden kann, um die Faser beim Beschichten zu zentrieren. Im US-Patent 4,363,827 wird festgestellt, dass das Zentrieren der Faser innerhalb der Beschichtungsvorrichtung auch durch Bewegen der Faser erreicht werden kann. Die Systeme, welche in diesen Patenten veröffentlicht werden, sind nachteilig wegen ihrer komplexen mechanischen Anordnungen, welche benötigt werden, um die Nicht-Konzentrizität der Faserbeschichtung zu korrigieren.
• In der US-A-4,390,589 werden Fasern mit einer metallischen Schicht beschichtet, indem eine verhältnismäßig hohe Viskosität auf der Faser aufgebracht wird, welche in undeutlicher Weise eine Legierung in Form von flüssigen und festen Phasen umfasst.
• Die US-A-4,644,898 beschreibt eine Anordnung zum Beschichten einer Faser, speziell einer optischen Faser, welche ein Gehäuse mit einer Druckkammer aufweist, welche in Verbindung mit einer Verbindung für das Liefern eines flüssigen Beschichtungsmaterials besteht. Eine zu beschichtende Faser wird über ein Führungsrohr einem röhrenförmigen Führungsglied zugeführt. Über zwei Spindeln kann das Ende des röhrenförmigen Führungsgliedes justiert werden, so dass die Beschichtung relativ zur Faser zentriert wird und eine koaxiale örtliche Zuordnung zwischen Faser und Beschichtung erhalten wird.
Zusammenfassung der Erfindung
• Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine einfache, nichtmechanische Technik zum Steuern der Beschichtungskonzentrizität bezüglich einer optischen Faser zu liefern. Eine andere Aufgabe ist es, ein Faserbeschichtungsverfahren und -gerät zu liefern, wobei die Faserbeschichtungskonzentrizität und die Beschichtungsdicke durch eine einzige Vorrichtung gesteuert werden.
• Ein Gesichtspunkt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Faserbeschichtungskonzentrizität einer beschichteten optischen Faser. Ein Beschichtungsmaterial wird in einen Beschichter, welcher ein Kalibrierwerkzeug hat, eingeführt. Die Faser läuft durch den Beschichter, und ein nicht achsensymmetrischer Temperaturgradient wird in dem Beschichtungsmaterial erzeugt, welches die Faser innerhalb des Kalibrierwerkzeugs umgibt, um die Faserbeschichtungskonzentrizität zu steuern.
• Die Faserbeschichtungskonzentrizität der beschichteten optischen Faser kann gemessen werden, um ein Signal zu erzeugen, welches den nicht achsensymmetrischen Temperaturgradienten steuert.
• Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine optische Faser. Die Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung zum Einführen eines Beschichtungsmaterial in einen Beschichter, welcher ein Kalibrierwerkzeug hat, und eine Vorrichtung zum kontinuierlichen Ziehen einer optischen Faser, so dass die Faser durch den Beschichter läuft. Die Vorrichtung wird geliefert, um einen nicht achsensymmetrischen Temperaturgradienten in dem Beschichtungsmaterial innerhalb des Kalibrierwerkzeuges zu erzeugen, um die Faserbeschichtungskonzentrizität zu steuern.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Fig. 1 ist eine Blockdarstellung einer typischen Faserziehvorrichtung nach dem Stand der Technik.
• Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht einer typischen Beschichtungsformanordnung.
• Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht einer Beschichtungsformanordnung entsprechend dem Stand der Technik, welche in einem System zum automatischen Steuern des Beschichtungsdurchmessers genutzt wird.
• Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht eines Kalibrierwerkzeuges, welches zum Steuern der Faserbeschichtungskonzentrizität adaptiert ist.
• Fig. 5 ist eine Ansicht, welche entlang der Linien 5-5 der Fig. 4 aufgenommen ist.
• Fig. 6 stellt schematisch ein Messsystem für die Faserbeschichtungskonzentrizität dar, welches in Verbindung mit der Form aus den Fig. 4 und 5 verwendet werden kann.
• Fig. 7, 8 und 9 sind Querschnittsansichten weiterer Ausführungsformen der Erfindung.
• Fig. 10 ist eine Ansicht, welche entlang der Linien 10-10 der Fig. 9 aufgenommen ist.
• Fig. 11 und 12 zeigen eine Vorrichtung zum Kühlen thermisch leitender Segmente, welche über den Umfang eines Kalibrierwerkzeuges räumlich angeordnet sind.
Detaillierte Beschreibung
• Während des Beschichtens optischer Fasern kann eine Beschichtung nicht konzentrisch bezüglich der Faser sein, da ein gewisses Problem besteht, wie z. B. eine Fehljustierung zwischen Beschichter und Faser, eine Verkippung des Beschichters, ein Fehler bei der Herstellung der Beschichterform oder ähnliches.
• Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung kann ein nicht achsensymmetrisches Temperaturprofil innerhalb des Beschichter-Kalibrierwerkzeugs die nicht konzentrische Beschichtung korrigieren. Eine Faser, welche durch einen Beschichter gezogen wird, erstreckt sich entlang der z-Achse der Vorrichtung. Ein Temperaturprofil ist nicht achsensymmetrisch innerhalb des Kalibrierwerkzeuges, wenn es azimutal nicht gleichförmig bezüglich der z-Achse ist. Das Verfahren der Erfindung ist von Nutzen, da es keine mechanische Bewegung von Teilen erfordert und da die Beschichtungstemperatur simultan justiert werden kann, um den Beschichtungsdurchmesser zu steuern, wodurch damit die Gesamtkomplexität des Systems reduziert wird, verglichen mit einer Vorrichtung, welche eine mechanische Beschichterverschiebung anwendet.
• Eine Ausführungsform der Erfindung wird in den Fig. 4 und 5 gezeigt, in welchen nur das Kalibrierwerkzeug 40 der Beschichtungsformanordnung erläutert wird; die übrige Anordnung kann wie in Fig. 2 gezeigt sein. Das Kalibrierwerkzeug sollte aus einem wärmeleitenden Material gebildet werden, wie z. B. Wolframcarbid, nichtrostender Stahl, Aluminium, Messing oder ähnlichem. Die Temperatursteuermanschette des Kalibrierwerkzeugs besteht aus vier Segmenten 41, 42, 43 und 44, welche auf der äußeren Wand 45 der Form 40 gebildet werden. Wenn gewünscht, kann thermisch isolierendes Material in die Lücken zwischen benachbarten Segmenten 41-44 eingebracht werden. Die Temperatur jedes der Segmente kann unabhängig gesteuert werden, wodurch das Beschichtungsmaterial innerhalb des Kalibrierwerkzeuges nicht achsensymmetrisch bezüglich der z-Achse erwärmt werden kann. Deshalb kann ein thermischer Gradient über der Ausgangsöffnung 46 des Kalibrierwerkzeugs in jeder Orientierung erzeugt werden, welcher notwendig ist, um eine erfasste Nicht-Konzentrizität der Faserbeschichtung zu korrigieren. Dies wird zu einer Viskositätsdifferenz über die Ausgangsöffnung 46 des Kalibrierwerkzeugs hinweg führen und damit zu einer Flussdifferenz von den verschiedenen azimutalen Bereichen der Öffnung 46 (bezüglich der z-Achse).
• Man beachte, dass die Segmente 41-44 im Prinzip erwärmt oder gekühlt werden können. Z. B. kann jedes Temperatursteuersegment gekühlt werden, indem es in thermischen Kontakt mit jeweils einer Wärmeübertragungsröhre platziert wird, welche ebenso in thermischem Kontakt mit einer getrennten flüssig gekühlten Wärmesenke steht. Die Temperatur des Segments kann durch Wechseln der Temperatur der Flüssigkeit variiert werden. Jedoch für eine Einfachheit der Gestaltung spricht, dass das Erwärmen aller vier Segmente die einfachste und effektivste Gestaltung ist.
• Wenngleich vier Temperatursteuersegmente in den Fig. 4 und 5 gezeigt werden, so könnten auch nur drei Segmente angewendet werden. Wie in Fig. 5 gezeigt wird, liegen die x- und y- Koordinaten in einer Ebene senkrecht zur z-Achse. Mit nur so wenigen wie drei unabhängigen, erwärmbaren Segmenten können die folgenden drei Variablen gesteuert werden: (1) Durchschnittliche Beschichtungsdicke, (2) x-Komponente der Beschichtungskonzentrizität, und (3) y-Komponente der Beschichtungskonzentrizität. Alternativ können mehr als vier Segmente benutzt werden, wodurch eine größere Steuerung des Temperaturprofils des Beschichtungsmaterials in dem Formlötbereich und in der Ausgangsöffnung erhalten werden, wenn die Anzahl der Segmente ansteigt.
• Fig. 6 erläutert die Art, in welcher die thermische Steuerung an eine Echtzeitmessung der Beschichtungskonzentrizität angeschlossen werden kann. Der Beschichter 40 ist der gleiche Beschichter, welcher in den Fig. 4 und 5 gezeigt wird. Das optische System ist das gleiche wie das, welches im US-Patent 4,363,827 veröffentlicht wird. Die Signale von den Photodioden werden einem Mikroprozessor zugeführt, welcher die Spannungssteuergeräte veranlasst, die korrekten Spannungen für die Erwärmer 41-44 zu liefern. Zusätzlich zum Empfangen der Konzentrizitätssignale von den Dioden empfängt der Mikroprozessor auch die Beschichtungsdurchmesserinformation von einer konventionellen Beschichtungsdurchmesser-Messanordnung. Verglichen mit der Beschichterpositioniertechnik, welche im US-Patent 4,363,827 veröffentlicht wird, kommt der Vorteil der thermischen Steuerung der Faserbeschichtungskonzentrizität von der Tatsache, dass die Konzentrizität mit der thermischen Steuerung des Beschichtungsdurchmessers kombiniert werden kann. D. h., sowohl der Beschichtungsdurchmesser als auch die Faserbeschichtungskonzentrizität werden durch genaue Energiezufuhr zu jedem der Erwärmersegmente 41-44 gesteuert.
• Eine kommerziell erhältliche Anordnung, das TAl MicroENTIS- System, welches sowohl den Beschichtungsdurchmesser als auch die Beschichtungskonzentrizität messen kann, kann von TAI Incorporated, 7500 Memorial Parkway SW, Suite 119, Huntsville, Alabama 35802 erhalten werden. Kommerziell erhältliche Anordnungen zum Messen des Beschichtungsdurchmessers sind von LaserMike Inc., 6060 Executive Boulevard, Dayton, Ohio 45424 und Beta Instrument Inc., Taunton Corporate Center, 125 John Hancock Road, Taunton, Mass. 02780 erhältlich. Eine kommerziell erhältliche Anordnung zum Messen der Beschichtungskonzentrizität ist von Heathway Inc., 903 Sheehy Drive, Horsham, Pennsylvania 19044 erhältlich.
• In der Ausführungsform von Fig. 7 wurde das Kalibrierwerkzeug 65 durchbohrt, so dass sich die Erwärmelemente 66 und 67 dichter an die innere Oberfläche 68 des Kalibrierwerkzeug erstrecken können und dadurch stärker die Temperatur an der inneren Oberfläche beeinflussen können.
• Fig. 8 zeigt eine Gestaltung, wobei ein Einheitserwärmer 76 (ähnlich dem Erwärmer 30 von Fig. 3) in Verbindung mit segmentierten oder Hilfserwärmern 79 genutzt werden kann. Das Kalibrierwerkzeug 77 wird achsensymmetrisch durch den Erwärmer 76 erwärmt, wohingegen es nicht achsensymmetrisch durch Hilfserwärmer 79 erwärmt werden kann.
• Fig. 9 und 10 zeigen eine andere Ausführungsform, in welcher ein gewöhnlicher Erwärmer 85 angewendet wird, um achsensymmetrisch den Beschichter 83 zu erwärmen, wobei die Erwärmung vom Erwärmer 85 durch einen Scheibenerwärmer ergänzt wird, der aus Segmenten 86, 87, 88 und 89 gebildet wird. Der Erwärmer 85 bestimmt in erster Linie die Dicke der Beschichtung auf der beschichteten Faser 82, wohingegen die Segmente 86-89 ein Temperaturprofil erzeugen, welches die Beschichtungskonzentrizität mit der optischen Faser aufrechterhält.
• Fig. 11 stellt eine Ausführungsform dar, in welcher das Beschichtungsmaterial durch eine Vorrichtung, wie z. B. den Erwärmer 13 (Fig. 1) erwärmt wird, bevor es in den Erwärmer eintritt, und es wird dann partiell abgekühlt, um die Faserbeschichtungskonzentrizität zu steuern. Das Kalibrierwerkzeug 92 hat eine Ausgangsöffnung 93 in dessen Boden. Eine Kühlmanschette, welcher Segmente 94 aus thermisch leitendem Material aufweist, wird an der Seitenwand des Kalibrierwerkzeugs befestigt. Die Segmente 94 haben eine Vielzahl von Finnen bzw. Nasen 95, auf welche Gasstrahlen 97 über eine Vorrichtung, wie z. B. über eine Düse 97, gerichtet werden. Die Temperatur des Gasstrahls kann von Düse zu Düse variieren, um einen umlaufenden Temperaturgradienten über dem Kalibrierwerkzeug 92 zu erzeugen. Alternativ kann die Temperatur des Strahls konstant sein und die Strömungsgeschwindigkeit jedes Strahls kann reguliert werden, um den gewünschten Temperaturgradienten am Umfang zu bewirken. Damit kann der gewünschte Temperaturgradient über die Austrittsöffnung hinweg erreicht werden.
• Bei hohen Faserziehgeschwindigkeiten ist es typischerweise schwieriger, eine konzentrische Beschichtung beizubehalten, und ein größerer Temperaturgradient ist erforderlich. Die Ausführungsform in Fig. 11 ist vorteilhaft, wenn hohe Erwärmungsraten bzw. -geschwindigkeiten auf der einen Seite und Kühlen auf der anderen Seite benötigt werden, um den erforderlichen thermischen Gradienten über der Form beizubehalten. Die Segmente 94 und die Finnen 95 können als ein integrales Teil der Form 92 hergestellt werden, um potenzielle Probleme mit thermischem Kontaktwiderstand oder thermischer Ausdehnungsfehlanpassung zu reduzieren.
• In einer Modifikation der Anordnung von Fig. 11 ist die thermisch leitende Manschette kontinuierlich, und die Finnen sind gleichmäßig über die Manschette hinweg räumlich verteilt. Die gewünschte Anzahl von Strahlen können gleichmäßig über die Anordnung räumlich verteilt sein.
• Fig. 12 zeigt Wärmeübertragungsröhren 101 in thermischem Kontakt mit Segmenten 102, welche die Ausgangsform 104 umgeben, welche eine Austrittsöffnung 103 in der Bodenoberfläche derselben hat. Die Temperatur jedes Segments kann gesteuert werden, indem die Temperatur der Flüssigkeit, welche durch die Röhren 101 strömt, variiert wird.
• Die vorliegende Erfindung wurde im Detail mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen derselben gezeigt und beschrieben; jedoch ist es für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Änderungen in der Gestaltung und den Details dieser Ausführungsformen durchgeführt werden können, ohne von der Erfindung abzuweichen, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert werden. Z. B. kann die vorliegende Erfindung zum Herstellen von Bandkabeln angewandt werden, wobei es wünschenswert ist, die Konzentrizität einer ersten Beschichtung zu steuern, welche an jede einzelne aus einem Feld von optischen Fasern angewandt wird, bevor es in ein Bandkabel eingebaut wird. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar für die Anwendung von ersten, zweiten und irgendwelchen anderen Beschichtungen, welche auf einzelne optische Fasern angewendet werden. Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar für Beschichtungsvorgänge, welche nicht integral mit dem Faserziehprozess verbunden sind, wie z. B. für autarke bzw. selbstständige Beschichtungsprozesse.
• Das Verfahren der vorliegenden Erfindung kann auch angewendet werden, um beschichtete optische Fasern zu bilden, welche einen elliptischen Querschnitt haben. Das US-Patent 4,950,047 zeigt, dass solch eine Beschichtung angewendet werden kann, um exakt eine polarisationserhaltende optische Faser auszurichten. Eine optische Faser, welche eine elliptische Beschichtung hat, kann durch Zuführen größerer Leistung an die Erwärmsegmente 42 und 44 als an die Erwärmsegmente 41 und 43 von den Fig. 4 und 5 gebildet werden.

Claims (20)

1. Verfahren zum Beschichten einer optischen Faser, mit den folgenden Schritten:

a. Einführen eines Beschichtungsmaterials in einen Beschichter, der ein Kalibrierwerkzeug aufweist,

b. Führen der Faser durch den Beschichter,

gekennzeichnet durch

c. Erzeugen eines nicht achsensymmetrischen Temperaturgradienten in dem Beschichtungsmaterial, das die Faser innerhalb des Kalibrierwerkzeuges umgibt, zur Steuerung der Konzentrizität der Faserbeschichtung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Erzeugens eines Temperaturgradienten das Steuern der Temperatur einer äußeren Wandoberfläche des Kalibrierwerkzeuges umfasst, so dass die Temperatur der äußeren Wandoberfläche azimutal nicht gleichförmig ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Schritt des Steuerns der Temperatur einer äußeren Wandoberfläche das Steuern der Temperatur der Grundoberfläche des Kalibrierwerkzeuges umfasst.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Führens das Führen einer Faser durch den Beschichter umfasst, welche wenigstens eine Schicht gehärteten Mantelmaterials aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ferner den Schritt des Messens der Konzentrizität der Fasefbeschichtung der beschichteten Faser und das Erzeugen eines Konzentrizitätssignals als Rückmeldung darauf umfasst und wobei der Schritt des Erzeugens eines Temperaturgradienten das Erzeugen des nicht achsensymmetrischen Temperaturgradienten als Antwort auf das Konzentrizitätssignal zur Steuerung der Konzentrizität der Faserbeschichtung umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 5, welches ferner den Schritt des Messens des Durchmessers der Beschichtung und das Erzeugen eines Durchmessersignals als Rückmeldung darauf umfasst, wobei der Schritt des Erzeugens auch auf das Durchmessersignal und das Steuern des Durchmessers der Beschichtung reagiert.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Erzeugens eines Temperaturgradienten das nicht-achsensymmetrische Erwärmen des Kalibrierwerkzeuges umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei der Schritt des Erzeugens eines Temperaturgradienten das Erwärmen des Beschichtungsmaterials, bevor es in das Kalibrierwerkzeug eingeführt wird, und nicht-achsensymmetrisches Abkühlen des Kalibrierwerkzeuges umfasst.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kalibrierwerkzeug eine innere Wand hat, die in einer Ausgangsöffnung endet, durch welche die Faser beim Austritt aus dem Kalibrierwerkzeug läuft.

10. Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine optische Faser (10) mit:

a. einer Einführvorrichtung zum Einführen eines Beschichtungsmaterials in einen Beschichter, der ein Kalibrierwerkzeug (40) aufweist,

b. einer Zieheinrichtung (9) zum kontinuierlichen Ziehen einer optischen Faser, so dass die Faser den Beschichter durchläuft,

gekennzeichnet durch

c. eine Erzeugungseinrichtung (41-44) zum Erzeugen eines nicht achsensymmetrischen Temperaturgradienten im Beschichtungsmaterial innerhalb des Kalibrierwerkzeuges (40) zur Steuerung der Konzentrizität der Faserbeschichtung.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Erwärmeinrichtung (41-44) beinhaltet, welche um das Kalibrierwerkzeug (40) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Kalibrierwerkzeug (65) eine Vielzahl von darin enthaltenen Bohrlöchern aufweist, und wobei sich die Erwärmeinrichtung (66, 67) in diese Bohrlöcher erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Kalibrierwerkzeug eine Bodenoberfläche aufweist und wobei die Erwärmeinrichtung eine Vielzahl von Erwärmern (88, 89) aufweist, welche operativ mit der Bodenoberfläche verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei das Kalibrierwerkzeug eine umlaufende Oberfläche aufweist und wobei die Erwärmeinrichtung eine Vielzahl von Erwärmern (41-44) beinhaltet, welche operativ mit der umlaufenden Oberfläche verbunden sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Vielzahl von thermoelektrischen Chips beinhaltet.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Vielzahl von Wärmeübertragungsröhren (101) in thermischer Berührung mit dem Kalibrierwerkzeug und eine Einrichtung zum Ändern der Temperatur der Wärmeübertragungsröhren aufweist.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Erzeugungseinrichtung eine Vielzahl von Finnen bzw. Nasen (95) in thermischer Berührung mit dem Kalibrierwerkzeug und eine Einrichtung zum Ändern der Temperatur der Finnen umfasst.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Vorrichtung zum Erwärmen ferner Widerstandserwärmer in thermischer Verbindung mit der Bodenoberfläche des Kalibrierwerkzeuges aufweist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 18, welche ferner eine Einrichtung zum Messen der Konzentrizität der Faserbeschichtung und eine Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Konzentrizitätssignals als Rückmeldung darauf umfasst, wobei die Erzeugungseinrichtung auf das Konzentrizitätssignal reagiert.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 19, die ferner eine Einrichtung (76) zum Erzeugen eines asymmetrischen Temperaturgradienten im Beschichtungsmaterial innerhalb des Kalibrierwerkzeuges aufweist.