DE69708495T2

DE69708495T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Beschichtung von optischen Fasern

Info

Publication number: DE69708495T2
Application number: DE69708495T
Authority: DE
Inventors: Chester Hann-Hwei Chang; Kirk Alexander Hoover; Sharon Jones; Bruce Warren Reding; Michael James Todt
Original assignee: Corning Inc
Current assignee: Corning Inc
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1997-04-21
Publication date: 2002-08-01
Anticipated expiration: 2017-04-22
Also published as: EP0803482B1; KR970069929A; AU1895197A; CA2202009A1; EP0803482A1; DE69708495D1; RU2169125C2; BR9701900A; JPH1059750A; AU729370B2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Beschichtung von optischen Wellenleiterfasern mit Stoffen, die als Flüssigkeiten angewandt und dann zur Bildung von festen organischen Schutzschichten auf den Fasern gehärtet werden. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren, wobei die Anzahl von Einschlüssen in dem organischen Überzugsmaterial, insbesondere Einschlüsse, die Partikel enthalten, verringert ist, um auf diese Weise die Qualität und die Geschlossenheit der gehärteten Schutzschicht und damit auch die Eigenschaften des Endprodukts zu verbessern.
Der Einsatz der organischen Überzüge in Flüssiger Form auf die optischen Wellenleiterfasern zum Schutz der Glasfasern ist allgemein bekannt. Eine gebräuchliche Wellenleiterfaser, wie sie kürzlich hergestellt wurde, besteht aus einer Glasfaser auf der Basis von Silika, die mit zwei Schutzschichten aus Acrylat beschichtet ist. Der Glasfaden dient als Wellenleiter und verleiht der Faser den grössten Teil ihrer Zugfestigkeit Die Acrylatbeschichtung dient dazu das Glas vor Beschädigung durch Abnutzung und/oder äussere Spannungen sowohl während des Herstellungsprozesses als auch im Einsatzgebiet zu schützen. Um eine Beschädigung während des Herstellungsprozesses zu vermeiden wird die Beschichtung unmittelbar nach dem Ziehen der Glasfaser und vor dem Kontakt zwischen den Fasern und jeder anderen Oberfläche beschichtet. Optische Fasern werden mit immer höheren Geschwindigkeiten gezogen und die Vorrichtung zum Aufbringen der Schutzschichten müssen in der Lage sein bei diesen höheren Ziehgeschwindigkeiten eine Beschichtung von hoher Qualität aufzubringen.
Ein Problem, auf das man bei der Beschichtung von Glasfasern mit hoher Geschwindigkeit stösst, ist das Einbringen von Einschlüssen, wie Partikeln, in die polymere Beschichtung. Solche Einschlüsse sind nachteilig, da sie die Leistungsfähigkeit der optischen Wellenleiterfasern durch eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Beschichtung beeinträchtigen.
Zum Beispiel sind weit auseinanderliegende thermische Ausdehnungscharakteristiken der Glasfaser und der Beschichtung in der Gegenwart von Einschlüssen in der Beschichtung problematisch. Einfache, gleichmässige Spannungen, die von Zug und Druck herrühren und durch gleichförmiges thermisches Ausdehnen und Verkürzen der Faser und der Beschichtung entstehen, beeinflussen die Charakteristiken der Wellenleitungsfasern bei den Lichtübertragung und hinsichtlich ihrer Festigkeit nicht entscheidend. Durch Einschlüsse in der Beschichtung verursachte ungleichmässige Ausdehung oder Kontraktion führt aber zu verstärkten Biegespannungen sowohl in der Beschichtung als auch in der Glasfaser. Diese Spannungen verschlechtern sowohl die lichtleitenden Eigenschaften als auch die Festigkeitseigenschaften der Wellenleiterfaser bei extremen Temperaturbedingungen.
Im Falle der durch Partikel verursachten Verunreinigung der Beschichtung ist das grössere Problem die Fähigkeit der Partikel die Glasfaser zu berühren und einen Fehler zu verursachen, der die Faser sofort bricht oder der bei der weiteren Handhabung zu einem Bruch führen kann. Verunreinigende Partikel bestehen oft aus Silica und haben ausreichende Härte um die Glasfaser leicht zu zerkratzen oder in diese einzudringen. Bruchanalysen von Wellenleiterfasern weisen auf Partikel hin, die in der ersten der Glasoberfläche benachbarten Beschichtung eingebettet sind. Ein Partikel in dieser Lage, könnte Oberflächenfehler in dem Glas während normalem Biegen bei Prozessstufen, wie zum Beispiel dem Spulen, auslösen, oder während der Installation der Faser. In einem typischen Faserbeschichtungsverfahren wird die Glasfaser unmittelbar nach ihrer Formung zu einer Einrichtung mit einer Beschichtungsform geführt. Die Einrichtung umfasst eine Führungsform, einen Vorratsbehälter für flüssiges Beschichtungsmaterial und eine Dimensionierungsform. Die Glasfaser läuft nacheinander durch jedes dieser Bauteile. Das flüssige Beschichtunsmaterial haftet an der Faser und bildet eine Beschichtung, die später gehärtet wird.
Einige Verbesserungen dieses Verfahrens waren darauf gerichtet Blasen in der Beschichtung zu verringern oder auszuschliessen. Es kann zum Beispiel ein Behandlungsfluid wie Kohlendioxid verwendet werden, das in dem flüssigen Beschichtungsmaterial löslich ist, um Luft zu verdrängen, die in einer Grenzschicht auf der Oberfläche der optischen Faser mitgerissen wird, bevor die Faser durch den Vorratsbehälter für das flüssige Beschichtungsmaterial geführt wird. Das Behandlungsfluid gelangt mit der Faser in das flüssige Beschichtungsmaterial und löst sich in diesem eher als es Blasen bilden würde, wie dies bei Luft der Fall ist.
Solch ein Verfahren wird in US-A-4 792 347 beschrieben, die auf den gleichen Anmelder zurückgeht, wie die vorliegende Anmeldung und die hier in ihrer Gesamtheit mit einbezogen wird. In diesem System ist eine Vorbehandlungseinrichtung um die zugeführte Faser herum angeordnet, durch die ein im Gegenstrom fliessendes Gas die mitgerissene Luft verdrängt. Eine innere zylindrische Buchse der Vorbehandlungseinrichtung hat mehrere Gasflussöffnungen, die den Gasfluss im Gegenstrom auf die Faser richten.
Ein Behandlungsfluid wurde auch durch Schlitze in einer Kühlvorrichtung geleitet, um einen Gasfluss auf die Faser zu richtenm, wie dies in der US- Patentanmeldung No. 08/409 231 offenbart wurde, die auf den gleichen Anmelder zurückgeht, wie die vorliegende Anmeldung. In dieser Vorrichtung wird Helium zur Kühlung der Faser verwendet und um bei sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten Luft von der Faser zu verdrängen oder abzustreifen. Das überschüssige Helium und alle von der Faser entfernte mitgerissene Luft wird durch einen Auslass in einer von der Faser abgewandten Richtung ausgestossen.
Die Verdrängung von mitgerissener Luft bei einem löslichen Bearbeitungsfluid hat akzeptable Ergebnisse bei der Verringerung von Luftblasen in der Faserbeschichtung ergeben. Es wurden aber auch andere Verfahrensverbesserungen versucht. In US-A-5 127 361 werden die Geometrie der Führungsform und der Dimensionierungsform in der Weise angepasst, dass die Anzahl der in der Beschichtung geformten Blasen bei hohen Ziehgeschwindigkeiten verringert ist. In dieser Vorrichtung wird die Grösse des Spaltes zwischen der Führungsform und der Dimensionierungsform angepasst in Kombination mit einer Verjüngung der Öffnung in der Dimensionierungsform, um auf diese Weise die Beschichtung zu verbessern.
Bei einer anderen gebräuchlichen Formeinrichtung wird ein Behandlungsfluid in eine zylindrische Kammer eingebracht, die die in die Führungsform einlaufende Faser umgibt. Diese Kammer ist an einem gegenüber der Führungsform liegenden offenen Ende mit der Atmosphäre verbunden, wobei die Öffnung einen Durchmesser von etwa 13 mm (0.500 inches) hat. Das Behandlungsfluid wird durch einen oder mehrere Durchgänge eingeführt, die nahe der Führungsform liegen. Das Behandlungsfluid kann aus dem offenen Ende der Kammer austreten in einer Richtung, die entgegen der Richtung des Fasertransportes liegt.
Obwohl die oben aufgeführten Systeme dazu beigetragen haben die Fehler in flüssig aufgebrachten Beschichtungen zu verringern, sind doch weitere Verbesserungen wünschenswert. Gebräuchliche Verfahren für die Beschichtung von Wellenleiterfasern können die Verunreinigung von flüssigen Beschichtungen durch Partikel nicht ausschliessen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und in einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14, um eine Beschichtung mit verringerter Verunreinigung auf einer optischen Faser zu erreichen. Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, die optische Faser in einen Behälter mit einer Beschichtungsflüssigkeit einzubringen und die Faser derart durch den und aus dem Behälter zu führen, dass eine Schicht der Flüssigkeit auf der Faser haftet. Ein Strom eines Behandlungsfluids wirkt auf die eingeführte Faser ein, die in den Behälter hineinläuft derart, dass das Fluid entlang der hineingeführten Faser in zur Bewegungsrichtung der Faser entgegengesetzter Richtung strömt.
Der Strom des Behandlungsfluids hat in der Nähe der Faser eine maximale Geschwindigkeit von wenigstens 1,5 Metern pro Sekunde. Noch höhere Geschwindigkeiten von wenigstens etwa 14 m/sec, bevorzugter von wenigstens etwa 27 m/sec und am meisten bevorzugt von wenigstens etwa 35 m/sec sind noch wirksamer. Wie weiter unten noch diskutiert wird, können zwei Maße für die Fluidgeschwindigkeit verwendet werden. Die wahre "gemessene" Geschwindigkeit bezieht sich auf die tatsächliche Fluidgeschwindigkeit unmittelbar ausserhalb einer Grenzschicht, die die Faser umgibt. Die "gemessene" Geschwindigkeit wird mittels eines Instruments gemessen, das die Fluidgeschwindigkeit an einzelnen Punkten innerhalb des Fluidstromes messen kann. Die "theoretische" maximale Fluidgeschwindigkeit ist die maximale Fluidgeschwindigkeit innerhalb eines Geschwindigkeitsprofils, das aus bestimmten Parametern des Systems, wie Druck und Öffnungsgrössen, vorausberechnet werden kann, unter Verwendung von Gleichungen und vereinfachenden Annahmen, die unten diskutiert werden.
In der Umgebung der zu verstreckenden Fasern sind die am schwierigsten abzuweisenden Partikel diejenigen, die auf der Faser oder in einer Grenzschicht von Luft um die Faser herum mitgerissen werden und die mit der Fasergeschwindigkeit in Richtung auf den Behälter bewegt werden. Bestenfalls ist der Fluidstrom in der Lage Partikel abzuweisen, die eine maximale Dichte und Grösse haben, die in der Umgebung der zu verstreckenden Fasern erwartet werden können und die eine Geschwindigkeit in Richtung der Faserbewegung in den Behälter (die "Faserbewegungsrichtung") haben, die mit der Geschwindigkeit der Faser selbst vergleichbar ist. Wie weiter unten noch diskutiert wird, wächst die Arbeit, die ein Strom von Behandlungsfluid auf ein Partikel ausübt, um dieses zu verlangsamen, mit der Geschwindigkeit des Behandlungsfluids und kann auf der Basis von Paramtern des Systems berechnet werden, wie zum Beispiel der Strömungsgeschwindigkeit, der Öffnungsgrösse und der Partikeldichte. Wenn die zur Verzögerung aufgewandte Arbeit gleich oder grösser ist als die kinetische Energie der Partikel, die sich entlang der Faser mit Fasergeschwindigkeit bewegen, dann wird das Partikel abgewiesen. Die Parameter, mit der sich der Strom des Behandlungsfluids bewegt, werden vorzugsweise so gewählt, dass für Partikel der grössten erwarteten Dichte und Grösse, die ein praktisches Problem in der Umgebung der zu verstreckenden Fasern bilden normalerweise etwa 50 Mikron Durchmesser und einer Dichte, die etwa der von Silica von 2,1 g/cm³ entspricht - der Schwellenwert der Geschwindigkeit oder die maximale Geschwindigkeit eines Partikels, das angehalten werden kann, grösser oder gleich der Geschwindigkeit der sich gegen den Behälter bewegenden Faser ist, oder anders ausgedrückt, der Strom des Behandlungsfluids sollte in der Lage sein ein Partikel der grössten zu erwartenden Grösse und Dichte zu stoppen, das sich mit der Geschwindigkeit der Faser bewegt. Die Erfindung verringert deshalb wesentlich die Verunreinigung der Beschichtungsflüssigkeit durch Partikel unter normalen Fabrikationsbedingungen.
Obwohl man der Ansicht ist, dass frühere Einrichtungen mit einem Strom von Behandlungsfluid um die eintretende optische Faser herum durch Zufall einige leichte, sich langsam bewegende Partikel aus dem Behälter der Beschichtungsflüssigkeit abgehalten haben könnten, konnten diese Einrichtungen eine Verunreinigung der Beschichtung durch grössere oder sich schneller bewegende Partikel nicht verhindern.
Vorzugsweise wird der Schritt, bei dem die optische Faser in den Behälter eingeführt wird, dadurch verwirklicht, dass die optische Faser durch eine Kammereinlassöffnung in eine Kammer und von der Kammer in einen Behälter, der die Beschichtungsflüssigkeit enthält, und dann durch den Behälter hindurch zu einem Faserausgang geführt wird. Der Schritt, bei dem ein Behandlungsfluid angewandt wird, schliesst den Schritt ein, dass die Kammer mit dem Behandlungsfluid unter Druck gesetzt wird. Das Behandlungsfluid wird aus dem Behälter und durch die Kammereinlassöffnung derart abgeleitet, dass das Fluid entlang der eintretenden optischen Faser in einer Richtung strömt, die der Richtung der Faserbewegung entgegegesetzt ist. Der Strom des Behandlungsfluids wird, wie oben diskutiert wurde, aus der Kammereinlassöffnung in einer Richtung abgeleitet, die der Richtung der Faserbewegung entgegesetzt ist und soll Partikel stoppen, bevor diese durch die Kammereinlassöffnung eintreten. Der Schritt das Fluid abzuführen kann weiter den Schritt einschliessen, das Behandlungsfluid wenigstens innerhalb eines Teils der Kammer in einer Richtung fliessen zu lassen, die der Richtung der Faserbewegung entgegegesetzt ist derart, dass das Behandlungsfluid durchweg eine Geschwindigkeit von wenigstens 1,5 m/s innerhalb der Kammer und nahe der Faser aufweist. Ebenso werden innerhalb der Kammer noch höhere maximale Geschwindigkeiten, wie oben angegeben, bevorzugt. Die Hochgeschwindigkeitsströmung innerhalb der Kammer trägt dazu bei Partikel zu stoppen, die durch die Einlassöffnung gelangt sind. Die Hochgeschwindigkeitsströmung innerhalb der Kammer wird vorzugsweise über eine wesentliche Länge der Kammer in der Bewegungsrichtung der Faser aufrecht erhalten.
Die Kammer hat vorzugsweise einen relativ kleinen minimalen Duchmesser, so dass die erwünschte hohe Geschwindigkeit in dem Fluidstrom auftritt, der aus der Fasereinlassöffnung auch mit einem relativ geringen Mengendurchsatz des Behandlungsfluids austritt. So kann das Behandlungsfluid mit einer Menge von weniger als 10 Standard-Litern pro Minute abgeführt werden, oder noch vorteilhafter mit einer Menge von 6 Standard-Litern pro Minute. Das Behandlungsfluid kann Luft oder ein anderes Gas sein, wie z. B. Helium, Kohlendioxid oder ein anderes Gas, das die Bildung von Blasen verhindert.
In einem anderen Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Aufbringen einer Beschichtung auf eine optische Faser vorgesehen. Die Vorrichtung umfasst eine Formhalterung mit einem Einlass- und einem Auslassende, mit einer Dimensionierungsform angrenzend an das Auslassende und einer Führungsform, die zwischen der Dimensionierungsform und dem Einlassende der Formhalterung gelegen ist und die Öffnung einer Führungsform definiert. Die Öffnung der Formhalterung und die Öffnung der Dimensionierungsform verlaufen normalerweise koaxial zueinander. Der Auslass, die Führungsform und die Formhalterung definieren einen Flüssigkeitsbehälter zwischen dem Auslass und den Führungsformen um eine Flüssigkeit aufzunehmen. Die Vorrichtung schliesst Mittel ein, die eine Kammer definieren, die die Faserachse umschliesst und die sich zwischen der Führungsform und dem Einlassende der Formhalterung erstreckt. Die Kammer hat einen kleinsten Durchmesser von 4,6 mm (0.180 inches), vorzugsweise von weniger als etwa 3,8 mm (0.150 inches) an einer Stelle entlang der Faserachse und hat vorzugswesie einen Durchmesser von weniger als etwa 5 mm (0.200 inches) auf einer Länge von wenigstens 10 mm (0.400 inches). Ausserdem weist sie eine Öffnung für das Behandlungsfluid auf, die mit der Kammer in Verbindung steht. Eine Faser kann entlang der Achse durch die Kammer und durch den Behälter bewegt werden. Ein Behandlungsfluid kann in die Kammer eingeführt werden und bewegt sich um die Faser herum von der Kammer in einer Richtung weg vom Flüssigkeitsbehälter.

Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigen:
Fig. 1: Eine Querschnittsansicht einer Formhalterung entlang der Line I-I der Fig. 2, entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2: Eine andere Querschnittsansicht der Formhalterung der Fig. 1 entlang der Linie II-II der Fig. 1,
Fig. 3: Eine schematische Ansicht der Beschichtungsvorrichtung der Fig. 1 und 2 zusammen mit einer Faser während der Beschichtung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 4: Eine schematische Ansicht der Führungsformen und der Dimensionierungsformen der Fig. 1-3, zusammen mit einer Wellenleiterfaser und einem flüssigen Beschichtungsmaterial,
Fig. 5: Ein Diagramm zum Vergleich der Abstände, in denen Partikel mit einigen verschiedenen Anfangsgeschwindigkeiten bei verschiedenen Geschwindigkeiten des Behandlungsfluids gestoppt werden,
Fig. 6: Ein Diagramm, in dem die theoretischen Geschwindigkeitsprofile innerhalb der Kammer für einige Kammerdurchmesser gezeigt werden,
Fig. 7: Eine Querschnittsansicht einer Formhalterung entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen.

Fig. 1 zeigt eine Formhalterungsbaugruppe, die allgemein mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist und die zum Beschichten einer Wellenleiterfaser dient, die entlang einer Faserachse 112 von oben nach unten durch das Zentrum der Vorrichtung läuft und mit einem Beschichtungsmaterial beschichtet wird. Die Formhalterungsbaugruppe 10 enthält allgemein eine Dimensionierungsformhalterung 20, in der eine Dimensionierungsform 21 befestigt ist, eine Führungsformhalterung 50, in der eine Führungsform 51 befestigt ist und eine Formkappe 70.
Die Dimensionierungsformhalterung 20 ist allgemein zylindrisch mit einer zentralen Bohrung 25 zur Aufnahme der Führungsformhalterung ausgebildet. Die Bohrung 25 hat einen im wesentlichen flachen Boden 33. An einer äusseren Oberfläche 36 der Dimensionierungsformhalterung 20 ist ein Einschnitt 27 für Beschichtungsmaterial vorgesehen, der einen Durchgang für Beschichtungsmaterial bildet. Einlassöffnungen 26 sind innerhalb des Einschnitts 27 ausgebildet, die den Einschnitt mit der zentralen Bohrung 25 verbinden. Der Einschnitt 27 und die Einlassöffnungen 26 sind nahe dem Boden 33 der zentralen Bohrung angeordnet.
Die Dimensionierungsformhalterung 20 hat eine zentrale sich durch den Boden 33streckende Öffnung 24 zur Aufnahme der Dimensionierungsform. Die Dimensionierungsform 21 wird vorzugsweise in die Bohrung 24 mit leichtem Presssitz eingepresst. Die Dimensionierungsform 21 hat eine zentrale Dimensionierungsformöffnung 22. Die dem Inneren der Dimensionierungsformhalterung zugewandte Seite der Öffnung der Dimensionierungsform 20 kann einen Führungskonus oder Radius 23 zur Verbesserung der Fliesseigenschaften bei der flüssigen Beschichtung aufweisen. Die Dimensionierungsformöffnung 22 umfasst die optische Wellenleiterfaser (nicht gezeigt) wenn sie die Formhalterung verlässt und entfernt zur Bildung einer Beschichtung mit gleichmässigem Durchmesser überschüssige Flüssigkeit auf der Wellenleiterfaser.
Zwischen dem Einschnitt 27 zur Zuführung von Beschichtungsmaterial und einer oberen Oberfläche 35 der Dimensionierungsformhalterung 20 ist eine äussere Einkerbung 31 für das Behandlungsfluid ausgebildet. Äussere Bohrungen 32 stehen mit der Einkerbung 31 und der zentralen Bohrung 32 der Dimensionierungsformhalterung in Verbindung. In Fig. 2 sind vier äussere Behandlungsfluideingänge dargestellt, die in der Dimensionierungsformhalterung ausgeformt sind; es können jedoch auch mehr oder weniger Bohrungen vorgesehen werden.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist die Führungsformhalterung 50 als allgemein zylindrisches Teil ausgebilet mit einer äusseren Oberfläche 58, die mit Pressitz in der zentralen Bohrung 25 der Dimensionierungsformhalterung befestigt ist. Die Führungsformhalterung hat einen Kopfteil 56, der im montierten Zustand auf der oberen Oberfläche 35 der Dimensionierungsformhalterungen aufsitzt.
Die untere Fläche 54 der Führungsformhalterung bildet zusammen mit der zentralen Bohrung 25 und dem Boden 33 der Dimensionierungsformhalterung einen Behälter 66, in dem flüssiges Beschichtungsmaterial zum Beschichten der optischen Wellenleiterfaser enthalten ist. Eine Führungsform 51 ist vorzugsweise in eine Bohrung in der unteren Fläche 54 der Führungsformhalterung mit leichtem Presssitz eingesetzt. Die Führungsform hat eine zentrale Führungsformöffnung 60 und einen Einführkonus oder Radius 52, der auf der Seite liegt, die auf der dem Behälter 66 entgegengetzten Seite liegt. Für die Führungsform, die Führungsformhalterung, die Dimensionierungsform und die Dimensionierungsformhalterung sind Passtoleranzen vorgesehen um sicherzustellen, dass die Führungsformöffnung 60 und die Dimensionierungsformöffnung 22 im wesentlichen koaxial verlaufen.
Eine zentrale Bohrung oder Kammer 53 erstreckt sich von der Führungsform 51 entlang einer Faserachse 112 der Führungsformhalterung 50 bis zu dem der Führungsform 51 gegenüberliegenden Ende der Führungsformhalterung 51. Ein Einführkonus oder Radius 57 kann an dem Ende der Führungsformhalterung ausgebildet sein, um bei Arbeitsbeginn das Einfädeln des optischen Wellenleiters in die Kammer 53 zu erleichtern. Die Führungsformhalterung 50 hat an ihrer inneren Oberfläche 58 eine Ausnehmung 54a für das Behandlungsfluid, die mit äusseren Behandlungsfluideingängen 32 in der Dimensionierungsformhalterung 20 fluchten. Innere Behandlungsfluideingänge 55 sind in der Führungsformhalterung vorgesehen, die die innere Ausnehmung 54a für das Behandlungsfluid mit der Kammer 53 verbinden. In Fig. 2 sind zwar vier innere Behandlungsfluideingänge 55 gezeigt; es können aber auch mehr oder weniger sein. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, sind die Führungsformhalterung und die Dimensionierungsformhalterung gegeneinander verdreht angeordet derart, dass die inneren und die äusseren Behandlungsfluideingänge nicht zueinander ausgerichtet sind. Dies fördert einen gleichmässigen Fluss des Behandlungsfluids in die Kammer 53. Aus Gründen der Klarheit sind die in Fig. 1 dargestellten Behandlungsfluideingänge 55 in einer Position dargestellt, die gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Lage um 45º gedreht ist.
Die Formkappe 70 umfasst das Kopfteil 56 der Diomensionierungsformhalterung 50 zwischen einer inneren Schulter 72 der Formkappe 70 und der oberen Oberfläche 35 der Dimensionierungsformhalterung 20. Eine zentrale Bohrung 73 der Formkappe 70 ist mit der Kammer 53, der Führungsformöffnung 60 und der Dimensionierungsformöffnung 22 ausgerichtet derart, dass alle diese Bauteile mit der Faserachse 112 koaxial verlaufen. In der Ausführungsform gemäss Fig. 1 ist die zentrale Bohrung 73 der Formkappe etwas kleiner als der Durchmesser der Kammer 53, um eine Schulter zu vermeiden, die bei Inbetriebnahme das Einfädeln der Faser behindern würde. Die zentrale Bohrung 73 dient als eine Verlängerung der Kammer 53. Auf diese Weise definiert die zentrale Bohrung den kleinsten Durchmesser der Kammer 53.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist die Formhalterungsbaugruppe 10 in einem Rohrstück 100 montiert. Das Rohrstück 100 hat eine Einlassöffnung 102, die mit dem Einschnitt 27 zur Zuführung von Beschichtungsmaterial der Dimensionierungsformhalterung in Verbindung steht. Die Einlassöffnung 102 ist mit einem Vorrat 107 von Beschichtungsmaterial über eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Temperatur, wie z. B. einer Heizeinrichtung 106 und eine Einrichtung zum Regulieren des Drucks verbunden. Auf diese Weise kann ein flüssiges Beschichtungsmaterial von dem Vorrat 107 zu dem Behälter 66 geliefert werden derart, dass Temperatur und Druck des Beschichtungsmaterials in dem Behälter genau eingehalten werden können.
Das Rohrstück 100 hat auch eine Einlassöffnung 101 für Behandlungsfluid, die mit der äusseren Einkerbung 31 in der Dimensionierungsformhalterung 20 in Verbindung steht. Eine Liefereinrichtung 104 für das Behandlungsfluid ist über einen Druckregler 103 mit der Einlassöffnung 101 für das Behandlungsfluid verbunden. Das von der Liefereinrichtung zugeführte Behandlungsfluid kann in die Einkerbung 31 eintreten (Fig. 2) und tritt durch die Behandlungsfluideingänge 32 in die innere Aussnehmung 54a in der Führungsformhalterung 50 ein. Das Behandlungsfluid kann dann von der Ausnehmung 54a in die inneren Behandlungsfluideingänge 55 gelangen, durchströmt diese schnell und gelangt dann in die Kammer 53.
Bei dem Verfahren gemäss der in Fig. 3 gezeigten einen Ausführungsform der Erfindung wird ein optischer Wellenleiter entlang der Faserachse 112 durch die Formhalterungsbaugruppe in Richtung des Pfeils 110 gefördert. Ein flüssiges Beschichtungsmaterial ist in dem Behälter 66 enthalten, das an der Faser haftet, wenn diese mittels einer üblichen Zugeinrichtung (nicht gezeigt) durch die Dimensionierungsform 21 gezogen wird. Die Dimensionierungsform 21 entfernt überschüssiges Beschichtungsmaterial, so dass, wie in Fig. 4 gezeigt, ein beschichteter Wellenleiter 113 entsteht.
Wie am besten aus Fig. 4 zu erkennen ist, wird ein Meniskus 114 in dem flüssigen Beschichtungsmaterial innerhab des Behälters 66 zwischen der Führungsformhalterung 51 und der geförderten optischen Wellenleiterfaser 111 geformt. Die Grösse und Form dieses Meniskus 114 wird von der Temperatur und dem Druck des flüssigen Beschichtungsmaterials bei Eintritt in den Behälter 66 beeinflusst, ebenso wie durch die Grösse der Führungsformöffnung 60.
Das flüssige Beschichtungsmaterial besteht vorzugsweise aus mittels UV- Strahlen härtbarem Epoxy- oder Urethanacrylat. Kohlendioxid wird als bevorzugtes Behandlungsfluid in diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung benutzt, da es billig und in dem flüssigen Beschichtungsmaterial löslich ist. Das Behandlungsfluid wird auf der eintretenden Faser 11 mitgerissen, wenn das Fluid aus den inneren Behandlungsfluideingängen 55 austritt; wenn das Fluid durch die Kammer 53 transportiert wird, ersetzt es auf der durchlaufenden optischen Faser den ganzen oder den grössten Anteil der Luftgrenzschicht. Es wird davon ausgegangen, dass eine solcher Austausch die in der Beschichtung der fertigen optischen Faser vorkommenden Blasen verringert, weil sich das Behandlungsfluid in dem Beschichtungsmaterial besser löst als Luft, obwohl die vorliegende Erfindung durch diese Verfahrenstheorie nicht eingeschränkt wird.
Der grösste Anteil des in die Formhalterungseinrichtung eintretenden Behandlungsfluids muss durch die die eintretende Faser umgebende Kammer 53 austreten, wie dies Fig. 3 zeigt. Durch Überwachen der Grösse und Geometrie der Kammer 53 und der Kammereinlassöffnung kann die Geschwindigkeitsverteilung des Behandlungsfluids, das durch die Kammer 53 fliesst und der Düsenstrahl 150 des Behandlungsfluids ausserhalb der Kammereinlassöffnung 75 so ausgebildet werden, dass Partikel daran gehindert werden in die Formhalterungseinrichtung einzudringen und das flüssige Beschichtungsmaterial zu verunreinigen. Es ist wesentlich, dass ein erheblicher Strom von Fluid in einer Richtung entgegengesetzt der Faserbewegung (in Fig. 3 nach oben gerichtet) innerhalb und ausserhalb der Kammer ausgebildet wird, um Partikel wegzublasen, die aus der Umgebung in die Kammer gelangen oder die in der Grenzschicht der Faser mitgerissen werden.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wird ein axialsymmetrischer Düsenstrahl, der allgemein mit dem Bezugszeichen 150 versehen ist, über der Kammereinlassöffnung 75 durch das austretende Behandlungsfluid ausgebildet. Der Düsenstrahl 150 hat insgesamt eine Strömungsrichtung, die der Bewegungsrichtung 110 der Faser entgegengesetzt ist. Die Geschwindigkeitsprofile 151, 152, 153 des Düsenstrahls der Behandlungsflüssigkeit haben beim Austritt aus der Kammereinlassöffnung 75 nahe seinem Zentrum dort, wo die eintretende Faser verläuft, eine maximale Geschwindigkeit. Diese hohe Geschwindigkeit dient dazu, dem Moment des Luftstromes, der von der Faser mitgerissen wird, entgegenzuwirken, um auf diese Weise Partikel, die in der Fasergrenzschicht enthalten sind, daran zu hindern in die Formhalterungsbaugruppe einzudringen. Ausserdem reinigt eine hohe Geschwindigkeit des Strömungsprofils in der Kammer 53 diese von Partikeln innerhalb der Formhalterungsbaugruppe.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Geschwindigkeitsprofile 152, 153 und 154 theoretische Voraussetzungen sind, die auf der Annahme beruhen, dass die Strömung dem theoretischen Strömungsmuster einer "freien Strömung" folgt, d. h. einer Strömung, die aus einer Öffnung 75 in ein umgebendes Medium (Luft) ohne andere feste Beschränkungen austritt. Die gezeigten Geschwindigkeitsprofile zeigen nicht den Einfluss der Faser.
Bei der Bewertung der Gleichungen, die für die Strömung innerhalb der Kammer 53 und innerhalb des Düsenstrahls 150 ausserhalb der Kammereinlassöffnung 75 gelten, ist es möglich, die maximale Geschwindigkeit der Strömung des Behandlungsfluids, die maximale Geschwindigkeit von eintretenden Partikeln, die an der Kammereinlassöffnung gestoppt werden und den Arbeitsaufwand, der für ein gegebenes Partikel durch den Düsenstrahl 150 aufgewandt wird, wenn das Partikel zur Kammereinlassöffnung geführt wird, zu berechnen. Unter Verwendung dieser Parameter kann bei vorgegebener Geometrie die Leistungsfähigkeit einer Formhalterungsbaugruppe vorausgesagt werden.
Zuerst kann man dadurch, dass man die Gleichgewichtsbedingung bestimmt, bei der das Gewicht eines Partikels gleich der nach oben gerichteten und durch das Behandlungsfluid erzeugten Widerstandskraft ist, die Strömungsgeschwindigkeit bestimmen, die notwendig ist, um ein vorgegebenes Partikel daran zu hindern in die Formhalterungseinrichtung einzudringen. Es wird ein kugelförmiges Partikel aus Silikonoxid mit einem Durchmesser von 50 Mikron vorausgesetzt, wobei 50 Mikron der Durchmesser des grösssten Partikels ist, das in Untersuchungen von üblichen Verfahren in einer Faserbeschichtung eingebettet gefunden wurde. Das Gewicht des Partikels ist:
Gewicht = 4/3·π·R³·ρpart·g
wobei der Kugelradidus R des Partikels 25 Mikron und die Dichte ppart 2100 kg/m³ beträgt. Die Widerstandskraft auf das Partikel wird dadurch bestimmt, dass man zuerst die Reynoldzahl Re und den Koeffizient der Widerstandskraft Cd als eine Funktion der Geschwindigkeit V des Behandlungsfluids berechnet:
Re = V·2·R/νgas
Drag = 1/2·ρgas·V²·π·R²·Cd
Die kinematische Viskosität νgas des Behandlungsfluids, bei dem von CO&sub2; ausgegangen wird, ist 6·10&supmin;&sup6; m²/sec, und seine Dichte pgas beträgt 1,5 kg/m³. Die Gleichgewichtsbedingung wird beschrieben, indem man das Gewicht und die Widerstandkräfte gleich setzt:
Durch die Anwendung iterativer Techniken findet man, dass die Fliessgeschwindigkeit von Kohlendioxid, die notwendig ist, um ein Silicapartikel mit einem Durchmesser von 50 Mikron zu stoppen, 25,4 cm/sec beträgt. Die Gleichgewichtsgeschwindigkeit ergibt eine grobe Abschätzung der Strömung, die notwendig ist, um ein Partikel zu stoppen, das kein nach unten gerichtetes Anfangsmoment aufweist. Wenn somit ein Silicapartikel mit einem Durchmesser von 50 Mikron über der Einlassöffnung mit keiner nach unten gerichteten Bewegung vorhanden wäre, dann würde eine Strömungsgeschwindigkeit des Kohlendioxids von 25,4 cm/sec das Partikel frei in der Luft halten.
Beim Strecken von Fasern hat jedoch ein Partikel, das in der Grenzschicht der Faser enthalten ist, ein Moment, dem man entgegenwirken muss, um es davon abzuhalten, in die Formhalterungseinrichtung einzudringen und die Beschichtung zu verunreinigen. In einem üblichen Verfahren zum Strecken von Fasern wird die Faser in die Kammereinlassöffnung 75 mit hoher Geschwindigkeit eingeführt, die gewöhnlich grösser als 10 m/sec ist. Jedes Partikel, das auf der Faser oder in der die Faser umgebenden Grenzschicht enthalten ist, bewegt sich mit annähernd der gleichen Geschwindigkeit. Somit muss die Strömung des Behandlungsfluids durch die Kammer ein Strömungsfeld schaffen, das eine genügend grosse Arbeit auf das Partikel ausübt, um seine Richtung umzukehren. Die Abnahme des Düsenstrahls 150 so, wie er sich ausserhalb der Kammereinlassöffnung erstreckt, ist somit wichtig.
Die Kontrollgleichungen zur Beschreibung der Bewegung eines Partikels, das sich durch den Düsenstrahl 150 und durch die Kammer 53 bewegt, wird unten angegeben. Zuerst wird die Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Kammer 53 als Funktion des radialen Ortes in der Kammer angegeben:
wobei der Kammerradius ro ist und die Durchflussmenge des Behandlungsfluids durch die Kammer 53 Q ist. Eine graphische Darstellung des sich daraus ergebenden Verlaufs der Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der Kammer 53 ist in Fig. 6 für verschiedene Kammerdurchmesser oder Öffnungsgrössen gezeigt. In diesem Diagramm erkennt man, dass bei einem kleineren Öffnungsdurchmesser, wie z. B. 2,5 mm (0.100 inches), die Geschwindigkeit nahe der Kammerwandung schnell anwächst verglichen mit einer grösseren Öffnungsweite, wie z. B. 4,3 mm (0,1709 inches), was zu einem flacheren Profil führt. Somit ist es wahrscheinlicher, dass Partikel, die nahe der Kammerwandung in die Kammer eindringen, bei kleinerer Öffnungsgrösse zurückgewiesen werden. Ausserdem hat das Behandlungsfluid seine grösste Geschwindigkeit in der Mittelachse der Kammer dort, wo Partikel in der Fasergrenzschicht mitgerissen werden. Eine kleinere Öffnungsgrösse führt zu einer grösseren Geschwindigkeit in der Mittelachse. Die theoretisch maximale Geschwindigkeit in einem Rohr in der Mittelachse des Rohrströmungsprofils innerhalb der Kammer ist:
Im vorliegenden Fall sollte der Begriff "theoretische maximale Rohrgeschwindigkeit" verstanden werden als die theoretische maximale Geschwindigkeit in der Mittelachse und an der Stelle des geringsten Durchmessers der Kammer, aus der das Behandlungsfluid abgegeben wird, berechnet auf der Grundlage der Gleichung (1). Falls nicht etwas anderes angegeben ist, bedeutet der Begriff "theoretische maximale Geschwindigkeit", wie er hier verwendet wird, die theoretische maximale Rohrgeschwindigkeit. Noch einmal, in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 definiert die Kammereinlassöffnung 75 die schmalste Stelle der Kammer. Dieser Durchmesser bestimmt den Wirksamkeitsgrad der Kammer 53 beim Zurückweisen von Partikeln. Die theoretische maximale Rohrgeschwindigkeit für einige verschiedene Öffnungsgrössen bei einer gegebenen Anzahl von Strömungsparametern ist in dem Diagramm der Fig. 6 gegeben, wobei die "maximale Geschwindigkeit" an der "radialen Stelle" = 0 im Zentrum des Rohres auftritt. Ein anderes Mass für den Wirksamkeitsgrad ist die gemessene maximale Geschwindigkeit innerhalb des Teils der Kammer mit dem geringsten Durchmesser; dies kann mit einem Instrument gemessen werden kann, das die Strömungsgeschwindigkeit an einem Punkt misst, ohne das Strömungsfeld zu stören.
Die theoretische maximale Strömungsgeschwindigkeit in dem achsensymmetrischen Strahl, der der Kammereinlassöffnung 75 entweicht, ist eine Funktion des Abstands x von der Kammereinlassöffnung 75 und beträgt:
wobei νgas die kinematische Viskosität des Behandlungsfluids ist und wobei die Geschwindigkeit Umax jet eine theoretische maximale Strahlgeschwindigkeit im Zentrum des Strömungsprofils des Strahls ist. Dies ist eine grobe Annäherung an die achssymmetrische Geschwindigkeit des Strahls in der Mittellinie, die nur für Punkte ausserhalb der Kammer und mit einigem Abstand von der Öffnung gilt. Es wird davon ausgegangen, dass die Geschwindigkeit in dem Strahl nicht grösser als die theoretische maximale Rohrgeschwindigkeit ist, d. h. dass sich die Strömung wie eine Rohrströmung verhält, bis sie einen Abstand x* erreicht derart, dass Umax jet (x*), berechnet nach Gleichung (2) gleich ist Upipe max berechnet nach Gleichung (1) und dass bei x*, ro in Gleichung (2) (dem Radius des Strahls) der Kammerradius der Kammereinlassöffnung ist. Die theoretische maximale Strahlgeschwindigkeit kann für eine gegebene Anzahl von Parametern als ein anderes Maß für den Wirksamkeitsgrad der Strahlströmung beim Zurückweisen von Partikeln berechnet werden.
Sowohl in der Kammer, als auch in dem Strahl kann die Widerstandskraft Drag(x) eines kugelförmigen Silicapartikels, das sich durch die Strömung der Behandlungsflüssigkeit entlang der Mittellinie des Strahls bewegt, als Funktion der Koordinate x entlang der Faserachse ausgedrückt werden. Zuerst werden die Reynoldszahl Re(x) und der Koeffizient der Widerstandskraft Cd(x) auf das Partikel in der Mittellinie des Strahls ausgedrückt als Funktion von x:
In jedem Teil der Kammer gilt Umax ist Umax berechnet in Übereinstimmung mit Gleichung (1) für den Kammerdurchmesser an diesem Punkt entlang der Kammer. An jeder Stelle des Strahls gilt Umax ist Umax jet berechnet in Übereinstimmung mit Gleichung (2). Die Widerstandskraft auf das Partikel entsprechend dem strömenden Bearbeitungsfluid als eine Funktion von x ist:
Drag(x) = 1/2·ρgas·Umax(x)²·π·R²·Cd(x) (5)
Nachdem man die auf das Silicapartikel wirkende Kraft bei seinem Weg durch die Strömung des Behandlungsfluids definiert hat, wird Newton's zweites Gesetz auf das System angewandt, um die Geschwindigkeitsänderung ΔV über eine gegebene Distanz von x&sub1; nach x&sub2; für eine gegebene Funktion der Widerstandskraft Drag(x) zu bestimmen:
F = m·a
F = Drag(x) - Weight
a = dV/dt
V = dx/dt
VdV = F/mdx,
Indem man ΔV über den ganzen Strahl näherungsweise bestimmt, d. h. von x = XL, Einem Abstand von der Kammereinlassöffnung 75, an der die Widerstandskraft des Strahls als vernachlässigbar angesehen wird, bis x = o, an der Kammereinlassöffnung, kann die Geschwindigkeitsänderung über den Strahl ΔVjet ausgedrückt werden als:
ΔVjet ist also eine Abschätzung der maximalen geschwindigkeit eines Patikels, das durch den Strahl gestoppt wird, bevor es in die Kammereinlassöffnung eintritt.
Verwendet man eine diskrete Abschätzung des oben angegebene Integrals der Kraft F(x) auf das Partikel, kann man einige nützliche Parameter zur Beschreibung der Bewegung des Partikels innerhalb der Kammer 53 abschätzen. Indem man weiter durch Vernachlässigung des Partikelgewichts vereinfacht, das durch Vergleich mit der Widerstandskraft für Partikelgeschwindigkeiten über 5 m/sec als vernachlässigbar angesehen wird, kann die Beziehung zwischen dem Abstand Δx in der Kammer und die Änderung der Partikelgeschwindigkeit ΔVpipe über den Abstand Δx als Funktion der relativen Geschwindigkeit Vgas des Partikels in dem Behandlungsfluid ausgedrückt werden:
wobei ppart und pgas die Dichte des Partikels beziehungsweise des Behandlungsfluids sind; R ist der Partikelradius, Vgas ist die Strömungsgeschwindigkeit des Behandlungsfluids am Beginn von Δx und Cd ist der Koeffizient der Widerstandskraft im der Mittellinie der Rohrströmung. Durch Umstellung findet man die maximale Partikelgeschwindigkeit,. die in einem bestimmten Abstand Δx gestoppt werden kann:
Wo die Kammer verschiedene Radii R über verschiedene Teile der Länge x aufweist, kann der Ausdruck für Δx und ΔV getrennt für jeden Teil der Kammer angewandt werden. Die Vereinfachungen, die in diesen Ausdrücken gemacht wurden, ergeben eine zu geringe Voraussage der Widerstandskraft; deshalb ist die Geschwindigkeitsänderung kleiner als der aktuelle Wert und der Abstand Δx, der notwendig ist, um eine gegebene Änderung der Geschwindigkeit zu ergeben, ist höher als der aktuelle Wert.
Die maximale Anfangsgeschwindigkeit des Partikels ΔVpart, die bei der Strömung des Behandlungsfluids gestoppt werden kann, bevor dieses Partikel den Behälter mit der Beschichtungsflüssigkeit erreicht, ist gleich der Summe von ΔV in der Kammer und in dem Strahl, d. h.,
ΔVpart = ΔVjet + ΣΔVpipe (10)
wobei ΣΔVpipe ist ΔVpipe, bewertet über die ganze Kammer von dem Punkt, an dem das Behandlungsfluid eingeführt wird, bis zu der Kammereinlassöffnung. Für jede gegebene Strömung des Behandlungsfluids und des Strahls und für einen gegebenen Partikelradius und Dichte, kann der Wert ΔVpart im Hinblick auf die vorstehend aufgeführten Gleichungen berechnet werden. ΣΔVpipe wächst mit der Länge der Kammer, in der sich das Behandlungsfluid bewegt, d. h. in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 vom Behandlungsfluideingang 55 bis zur Kammereinlassöffnung 75. ΔVpart nimmt mit einem grösser werdenden Partikelradius und mit einer zunehmenden Partikeldicht ab. Wenn ΔVpart grösser ist als die Geschwindigkeit der eintretenden Fasern, dann werden Partikel des gegebenen Radius und der gegebenen Dichte, die in der Grenzschicht der Faser mitgerissen werden, gestoppt bevor sie den Behälter erreichen. ΔVpart ist vorzugsweise grösser als die Fasergeschwindigkeit für ein Partikel, das die Dichte von Silica und einen Durchmesser von 50 Mikron oder mehr aufweist. Noch günstiger ist es, wenn ΔVpart grösser als die Fasergeschwindigkeit für noch grössere Partikel ist, die die Dichte von Silica und einen Durchmesser von 100 Mikron oder mehr haben. Bei einer noch üblicheren Bauart kann ΔVjet oder ΣΔVpipe grösser als die Fasergeschwindigkeit sein.
Fig. 5 ist eine graphische Darstellung der berechneten Abstände, die notwendig sind, um ein Silicapartikel mit einem Durchmesser von 50 Mikron zu stoppen das in der Kammer in einer Strömung von Kohlendioxid mit gleichmässiger Geschwindigkeit transportiert wird, bezogen auf die Strömungsgeschwindigkeit. Das Partikelgewicht wird dabei vernachlässigt. Die Kurven A, B und C beziehen sich auf eine anfängliche Partikelgeschwindigkeit von 10 m/sec, beziehungsweise 20 m/sec und 30 m/sec. In diesem Diagramm kann leicht erkannt werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit einen grossen Einfluss auf die Stoppstrecke der Partikel hat. Ausserdem verringert eine zunehmende Strömungsgeschwindigkeit den Unterschied in den Stoppstrecken bei Partikeln, die unterschiedliche Anfangsgeschwindigkeiten haben in einem erheblichen Maße. Zum Beispiel beträgt bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 3 m/sec (Upipe max) der Unterschied annähernd 1,75 m zwischen der Stoppstrecke eines Partikels, das eine Anfangsgeschwindigkeit von 10 m/sec und einem Partikel, das eine Anfangsgeschwindigkeit von 30 m/sec aufweist. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 6 m/sec wird dieser Unterschied zwischen den Stoppstrecken auf weniger als 0,65 m reduziert. Das Diagramm zeigt die Fähigkeit eines Strahls mit hoher Strömungsgeschwindigkeit Partikel zu stoppen, deren Anfangsgeschwindigkeit in einem weiten Bereich schwankt.
Gleichungen (8) und (9), die die maximale Geschwindigkeit ΔVpipe hereinkommender Partikel beschreibt, die in Δx gestoppt werden können, kann verwendet werden, um den Wirksamkeitsgrad verschiedener Minimaldurchmesser der Kammer und der Geschwindigkeit des Behandlungsfluids vorauszusagen. Zum Beispiel ergibt sich bei einer Durchflussmenge Q von 6 Litern pro Minute, einer notwendigen Stoppstrecke Δx von 2 cm und einem Kammerdurchmesser von 2,5 mm (0.100 inches) eine Strömung des Behandlungsfluids, die in der Lage ist, ein 50 Mikron Partikel zu stoppen, das mit einer Anfangsgeschwindigkeit von 22,9 m/sec transportiert wird. Im Gegensatz hierzu kann unter den gleichen Bedingungen eine Bohrung von 4,3 mm (0.170 inches) bei der gleichen Durchflussmenge einen Strahl erzeugen, der ein Partikel mit einer maximalen Anfangsgeschwindigkeit von nur 9,5 m/sec stoppen kann. Grössere Durchmesser haben eine noch geringere Fähigkeit zum Stoppen von Partikeln. Umgekehrt kann eine Vorrichtung entsprechend den bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung eine relativ hohe Geschwindigkeit des Behandlungsfluids um die Faser herum bei einer gegebenen Durchflussmenge aufweisen. Kurven D, E und F der Fig. 6 zeigen theoretische Geschwindigkeitsprofile für Kohlendioxid bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 6 m/sec durch eine Kammer mit einem Durchmesser von 2,5mm, beziehungsweise 3 mm und 4,3 mm (0.100 inch, 0.120 inch und 0.170 inch). Daraus erkennt man, dass man in einer Vorrichtung mit einem maximalen Kammerdurchmesser von etwa 2,5 mm (0.100 inch) eine theoretische maximale Strömungsgeschwindigkeit von 39 m/sec bei einer Durchflussmenge von 6 Standardlitern pro Minute erreichen kann.
Ein anderes Ergebnis, das sich aus den Gleichungen (8) und (9) ergibt ist, dass der Rohrströmungsbereich der Kammer, in dem das Behandlungsfluid strömt (von dem Punkt, an dem das Fluid in die Kammer eintritt bis zu der Kammereinlassöffnung) länger sein sollte als Δx für eine maximal erwartet Partikelgrösse, die sich mit der Fasergeschwindigkeit bewegt.
Zusätzlich zu der erhöhten Fähigkeit Partikel eines Strahls zu stoppen, der durch einen minimalen Kammerdurchmesser ausgebildet wird, entsteht bei einem kleinen Durchmesser auch ein passiver Schutz gegen das Eintreten von Partikeln durch eine verringerte Eintrittsfläche. Zum Beispiel hat eine Kammer mit einem Durchmesser von 2,5 mm (0.100 inch) eine Eintrittsfläche, die nur 35% so gross ist wie die einer Kammer mit 4,3 mm (0.170 inch) Durchmesser.
Dadurch, dass man die Kammereinlassöffnung 75 so ausbildet, dass die Austrittsgeschwindigkeit des Behandlungsfluids an der Kammereinlassöffnung maximiert ist, während man gleichzeitig für genügend Zwischenraum für eine ausgerichtete Faser sorgt, können im wesentlichen alle umgebenden teilchenförmigen Verunreinigungen der Umgebung in einer üblichen Verstreckungsumgebung von der Formhalterungsbaugruppe abgehalten werden. Die erfindungsgemässe Kammereinlassöffnung führt zu einem starken, nach oben gerichteten Strahl, der aus der Kammereinlassöffnung austritt, um Teilchen zurückzuweisen, die sich mit Fasergeschwindigkeit und gefangen in der Fasergrenzschicht nach unten bewegen.
Im Gegensatz dazu waren frühere Formhalterungsbaugruppen nicht derart ausgebildet, dass sie aus dem austretenden Behandlungsfluid Vorteile ziehen konnten, um Partikel davon abzuhalten in die Formhalterungseinrichtung einzudringen. Zum Beispiel hat eine bekannte Formhalterungsbaugruppe über den Einlässen für das Behandlungsfluid einen Kammerdurchmesser von etwa 12,7 mm (0.500 inches). Diese Ausbildung ergibt eine relativ geringe maximale Geschwindigkeit des Behandlungsfluids von etwa 1,01 m/sec, die leicht von umgebenden Luftströmungen in der Verstreckungsumgebung gestört werden kann. Durch diese Strömung erreicht man lediglich Schutz gegen Partikel, die sich mit einer maximalen Geschwindigkeit von 1,45 m/sec nach unten bewegen.
Andere Ausführungen des oben beschriebenen Verfahrens und der Vorrichtung ergeben sich für den durchschnittlichen Fachmann ohne weiteres. Beispielsweise kann sich die Kammer 53 von einem anderen Punkt aus erstrecken, der von der Führungsform entfernt ist, zwischen der Führungsform 51 und dem Ende der Führungsformhalterung 50; in diesem Fall verbindet die Faserdurchlassöffnung (nicht gezeigt) die Kammer 53 mit der Führungsformöffnung 60. Während ausserdem in Fig. 1 die Kammer 53 als über ihre Länge gleichbleibend zylindrisch dargestellt ist, können auch andere Ausbildungen im Rahmen der Erfindung verwendet werden. Zum Beispiel kann die Kammer eine konische Form aufweisen, wobei das schmalere Ende des Konus nahe dem Ende der Führungsform der Formhalterung liegt. Andere Rotationsoberflächen, ebenso wie prismatische Formen können eingesetzt werden.
Die Formhalterungseinrichtung muss periodisch gereinigt und dann durch Betrachtung durch ein Mikroskop untersucht werden. Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 7 erleichtert den Untersuchungsvorgang. Die Halterungsbaugruppe 210 schliesst eine Dimensionierungsformhalterung 220 ein, in der eine Dimensionierungsform 221 montiert ist, eine Führungsformhalterung 250, in der eine Führungsform 251 montiert ist und eine Formkappe 270. Dieser Teil der Baugruppe zwischen der unteren Fläche 254 der Führungsformhalterung 250 und der unteren Fläche der Dimensionierungsform 221 ist im wesentlichen die gleiche wie bei der Baugruppe der Fig. 1.
Die Führungsformhalterung 250 ist ein im allgemeinen zylindrischer Körper mit einer äusseren Oberfläche 258, die mit einer Präzisionspassung in die zentrale Bohrung 225 der Dimensionierungsformhalterung eingepasst ist; sie weist ein Kopfteil 256 auf, das im montierten Zustand auf der oberen Oberfläche 235 der Dimensionierungsformhalterung aufliegt. Eine Bohrung 253 erstreckt sich von der Führungsform 251 bis zur Oberseite des Kopfteils 256. Die Führungsformhalterung 250 hat an ihrer äusseren Oberfläche 258 eine innere Ausnehmung 254a für Behandlungsfluid. Dabei fluchte die Ausnehmung 254a mit der Behandlungsfluidbohrung 232 in der Dimensionierungsformhalterung 220. Die Bohrungen 232 verbinden eine Einkerbung 231 mit der zentralen Bohrung 225 der Dimensionierungsformhalterung. Innere Eingänge 255 für das Behandlungsfluid sind in der Führungsformhalterung ausgebildet, die die innere Ausnehmung 254a für Behandlungsfluid mit einer Kammer 253 verbinden. Die Führungsformhalterung und die Dimensionierungsformhalterung sind entsprechend der in Fig. 2 gezeigten Art und Weise miteinander verbunden, d. h. so gegeneinander verdreht, dass die inneren und äusseren Durchgänge für Behandlungsfluid nicht miteinander fluchten.
Die Formkappe 270 umfasst das Kopfteil der Führungsformhalterung 250 zwischen der inneren Schulter 272 der Formkappe und der oberen Fläche 235 der Dimensionierungsformhalterung 220. Die Formkappe 270 weist einen zentral angeordneten Vorsprung 280 auf, der sich von der inneren Schulter 272 axial nach unten erstreckt. Das untere Ende 282 des Vorsprungs 280 ist in einem genügend grossen Abstand von der Oberseite der Führungsform 251 angeordnet, der ausreicht, um das Behandlungsfluid ungehindet herumströmen zu lassen. Der untere Teil des Vorsprungs 280 hat einen Bereich 284 von geringerem Durchmesser, der mit den Bohrungen 255 fluchtet, um einen ringförmigen Bereich 286 vorzusehen, in die Behandlungsfluid aus denen Bohrung 255 strömen kann.
Die Formkappe 270 hat eine zentrale Bohrung 273 die mit der Mündung von Führungsformhalterung und Dimensionierungsformhalterung fluchtet derart, dass alle diese Bauteile koaxial zur Faserachse 312 ausgerichtet sind. Ein Einführungskonus 257 am oberen Ende der Bohrung 273 erleichtert das Einfädeln einer optischen Faser.
Die Baugruppe 210 wird auseinander genommen, um die Dimensionierungsformen zu reinigen. Nachdem der Reinigungsvorgang beendet ist, kann die Führungsform 251 leicht durch die Bohrung 253 mit relativ grossem Durchmesser inspiziert werden. Es können auch andere Behandlungsfluide als Kohlendioxid eingesetzt werden, z. B. Stickstoff, Edelgase der Gruppe VIII, z. B. Xenon, Neon, Argon und ähnliche, ebenso chemisch inerte Halogenkohlenstoffgase oder Dämpfe davon, wie z. B. Chloroform, Freon ® Halogenkohlenstoffe, oder andere chlor- oder fluorsubstituierte Kohlenwasserstoffe. Zusätzlich kann eine Behandlungsflüssigkeit anstelle des Behandlungsfluids eingesetzt werden, die sich mit dem Beschichtungsmaterial verträgt. Die grössere Dichte der Flüssigkeit ist zum Stoppen von teilchenförmigen Verunreinigungen vorteilhaft.
Obwohl die Erfindung hier mit Bezug auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, versteht es sich, dass diese Ausführungsbeispiele lediglich zur Verdeutlichung und zur Anwendung der vorliegenden Erfindung dienen. Es versteht sich deshalb von selbst, dass zahlreiche Abänderungen der aufgezeigten Ausführungsbeispiele vorgenommen werden können und dass andere Anordnungen denkbar sind, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie sie in den beigefügten Ansprüchen enthalten ist, abzuweichen.

Claims

1. Verfahren zum Beschichten einer optischen Faser (111), mit folgenden Schritten:

Führen der optischen Faser durch einen Behälter (66) einer Beschichtungsformanordnung, wobei der Behälter eine Beschichtungsflüssigkeit enthält, so dass die Flüssigkeitsbeschichtung an der aus dem Behälter herausgeführten Faser haftet; und

Anlegen eines Stromes eines Behandlungsfluids in die Beschichtungsformanordnung derart, dass die Flüssigkeit entlang der hineingeführten Faser (111) in zur Bewegungsrichtung der Faser entgegengesetzter Richtung strömt;

wobei die Beschichtungsformanordnung ferner eine Kammer (53, 273) mit einem minimalen Durchmesser, der kleiner als 4,6 mm (0,180 inches) ist, aufweist, durch welche die Faser (111) vor dem Eintritt in den Behälter (66) hindurchtritt; und

wobei das strömende Behandlungsfluid eine gemessene Maximalgeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s nahe der Faser besitzt, wodurch die strömende Flüssigkeit den Eintritt von Teilchen in die Beschichtungsformanordnung verhindert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Maximalgeschwindigkeit des strömenden Behandlungsfluids mindestens 10 m/s beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Maximalgeschwindigkeit des strömenden Behandlungsfluids mindestens 27 m/s beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Maximalgeschwindigkeit des strömenden Behandlungsfluids mindestens 35 m/s beträgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führen der optischen Faser (111) in den Behälter (66) durch ein Führen der optischen Faser durch eine Kammereinlassöffnung (75) in die Kammer (53, 273) und durch ein Führen der Faser von der Kammer in den Behälter und dann durch den Behälter zu einem Faserausgang ausgeführt wird, und dass das Anlegen eines Stromes eines Behandlungsfluids ein unter Druck setzen der Kammer mit dem Behandlungsfluid derart beinhaltet, dass das Behandlungsfluid von dem Behälter und durch die Kammereinlassöffnung abgeleitet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableiten der Flüssigkeit das Aufrechterhalten des Behandlungsfluidstromes in der Kammer (53, 273) in einer zur Bewegungsrichtung der Faser (111) entgegengesetzten Richtung beinhaltet, nämlich von einer Stelle zwischen dem Behälter (66) und der Kammereinlassöffnung (75) zu der Kammereinlassöffnung (75) hin, so dass das Behandlungsfluid eine theoretische Maximalgeschwindigkeit von mindestens 1,5 m/s innerhalb der Kammer (53, 273) aufweist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid mit einer Rate von weniger als 10 Standardliter pro Minute abgeleitet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid mit einer Rate von ungefähr 6 Standardliter pro Minute abgeleitet wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Maximalgeschwindigkeit eines Teilchens mit einer Dichte von 2, 1 gm/cm³ und einem Durchmesser von 50 um, welches durch den Behandlungsfluidstrom vor einem Erreichen des Behälters (66) aufgehalten wird, größer als die Geschwindigkeit der Faser (111) in Richtung des Behälters ist.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (53, 273) höchstens einen minimalen Durchmesser von etwa 2,5 mm (0,100 inches) besitzt.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Führen der optischen Faser (111) ein Führen der optischen Faser durch eine Kammereinlassöffnung (75) hindurch beinhaltet, die zu einem Ende der Kammer (73, 273) benachbart ist, und wobei der Durchmesser der Kammereinlassöffnung kleiner als der minimale Durchmesser der Kammer ist.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Anlegen eines Stromes eines Behandlungsfluids ein Liefern des Behandlungsfluids mit einer Strömungsrate von etwa 6 Liter pro Minute zum Herstellen eines Flüssigkeitsstromes beinhaltet, der Teilchen, die mindestens ungefähr 50 um groß sind und die sich mit mindestens einer Geschwindigkeit von etwa 22,9 m/s bewegen, aufhält.

13. Verfahren nach einem der vorhergehendem Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die theoretische Maximalgeschwindigkeit des strömenden Behandlungsfluids höchstens in etwa 39 m/s beträgt.

14. Vorrichtung zum Beschichten einer optischen Faser (111) mit:

(a) einer Formhalterung (10, 210), die ein Einlass- und ein Auslassende aufweist;

(b) einer Dimensionierungsform (21, 221), die benachbart zu dem Auslassende der Formhalterung ist, wobei die Dimensionierungsform eine Dimensionierungsformöffnung (22) bestimmt;

(c) einer Führungsform (51, 251), die zwischen der Dimensionierungsform und dem Einlassende der Formhalterung angeordnet ist, wobei die Führungsform eine Führungsformöffnung (60) bestimmt, wobei die Führungsformöffnung und die Dimensionierungsformöffnung im allgemeinen koaxial zueinander auf einer Faserachse (112, 312) angeordnet sind, wobei die Dimensionierungs- und Führungsformen und die Formhalterung einen Flüssigkeitsbehälter (66) zwischen den Dimensionierungs- und Führungsformen zum Aufnehmen einer Beschichtungsflüssigkeit bestimmen;

Einrichtungen zum Bilden einer Kammer (53, 273), welche die Faserachse zwischen der Führungsform und dem Einlassende der Formhalterung umgibt, wobei die Kammer einen minimalen Durchmesser besitzt, der kleiner als 4,6 mm (0,180 inches) an einer Stelle entlang der Faserachse ist; und mit

einem Behandlungsfluidseingang (32, 55; 232, 255), der mit der Kammer zwischen der Führungsform und dieser Stelle verbunden ist, wodurch eine Faser (111) entlang der Faserachse (112, 312) durch die Kammer (53, 273) und durch den Behälter (66) hindurch bewegbar ist, und wodurch ein Behandlungsfluid der Kammer zugegeben werden und von der Kammer von dem ersten Flüssigkeitsbehälter weg um die Faser herum an dieser Stelle fließen kann.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Durchmesser höchstens ungefähr 2,5 mm (0,100 inches) beträgt.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (53, 273) einen Durchmesser besitzt, der kleiner als 5 mm (0,200 inches) für eine Länge von mindestens 10 mm (0,400 inches) ist.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (53, 273) zumindest teilweise durch eine Bohrung durch die Formhalterung bestimmt ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Behandlungsfluidseinlass durch mindestens eine Bohrung (32, 55; 232, 255) in der Formhalterung bestimmt ist.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Formhalterung ferner eine Formkappe(70, 270) an dem Einlassende der Formhalterung aufweist, und dass die Kammer (53, 253) ferner eine Öffnung (73) in der Formkappe besitzt.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Formkappe (270) einen Vorsprung (280) aufweist, der sich in Richtung der Führungsform (251) erstreckt, und dass die Kammer (273) durch eine Bohrung durch diesen Vorsprung bestimmt ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der zu der Führungsform (251) benachbarte Abschnitt (284) des Vorsprungs (280) einen Durchmesser besitzt, der kleiner ist als der Abschnitt des Vorsprungs, der von der Führungsform entfernt ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Formhalterung eine Dimensionierungsformhalterung (20, 220) zum Halten der Dimensionierungsform (21, 221), eine Führungsformhalterung (50, 250) zum Halten der Führungsform und eine Formkappe an dem Einlassende zum Verbinden der Dimensionierungsformhalterung mit der Führungsformhalterung aufweist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der minimale Durchmesser kleiner als etwa 3,8 mm (0,150 inches) ist.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (53, 273) einen maximalen Durchmesser besitzt, der kleiner als 5 mm (0,200 inches) ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (53, 273) einen maximalen Durchmesser besitzt, der kleiner als 5 mm (0,200 inches) für eine Länge von mindestens 10 mm (0,400 inches) ist.

26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid ein Gas ist, das eine Blasenbildung verhindert.