DE69800554T2 - Thermische Isolierung eines Ofens zum Ziehen von optischen Fasern - Google Patents

Thermische Isolierung eines Ofens zum Ziehen von optischen Fasern

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Description

    Hintergrund der Erfindung 1. Feld der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Faserziehofen zur Herstellung einer optischen Faser und insbesondere Isolatoren zum Trennen eines Heizelementes von einer äußeren Ofenschale bei Graphitwiderstands- und Induktionsöfen.
    • 2. Diskussion des Standes der Technik
  • Bekannte Graphitwiderstands-Ziehöfen für optische Fasern haben typischerweise einen Standard-Graphitfilz- Isolationseinsatz, der nicht homogen (Dichteschwankung) sein kann. Dies ist z. B. in der französischen Patentanmeldung FR-A-2 386 004 oder in der japanischen Patentanmeldung JP-A-07 081 967 oder in der britischen Patentanmeldung GB-A 2 218 789 beschrieben. Die Standard- Graphitfilzisolation ist sehr "schmutzig" (lose Graphitteilchen und Graphitfaser). Der Standard-Graphitfilz ist auch sehr empfindlich gegen Feuchtigkeit und Sauerstoffabsorption.
    • Kurzbeschreibung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine Verbesserung eines Ziehofens für optische Fasern mit einem in einer Ofenschale angeordneten Heizelement zum Ziehen einer optischen Faser aus einer Vorform. Der Faserziehofen hat ein oder mehrere Faserziehofen-Isolationsmittel zum Trennen des Heizelementes von der Ofenschale, um die Wärmeübertragung zwischen diesen zu reduzieren. Wenigstens eines der Faserziehofen-Isolationsmittel ist aus versteiftem hochreinem Graphitfilz hergestellt, der eine hochwirksame thermische Isolation zwischen dem Heizelement und der äußeren Ofenschale schafft. Die versteifte hochreine Graphitfilzisolation kann einen Boden-Isolationsring, einen zylindrischen Isolationseinsatz oder einen zylindrischen Isolationskanister umfassen.
  • Die Faserziehofen-Isolation nach der Erfindung ist definiert durch die beigefügten Ansprüche 1 bis 4, der die erfindungsgemäße Isolation umfassende Faserziehofen ist durch die beigefügten Ansprüche 5 bis 12 definiert.
  • Einige Vorteile der versteiften hochreinen Graphitfilz- Isolation umfassen die Tatsache, dass sie eine geringere Dichteschwankung als Standardfilz (d. h. nichtversteifter Filz) und damit eine bessere Temperaturgleichförmigkeit hat, dass sie keine losen Graphitteilchen oder Graphitfasern erzeugt und beständig gegen Feuchtigkeit und Sauerstoffabsorption ist.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • Die Erfindung ist sowohl hinsichtlich ihrer Organisation als auch ihrer Betriebsweise besser mit Bezug auf eine (nicht maßstabsgetreue) Zeichnung, die Fig. 1 bis 4 umfasst, in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung zu verstehen.
  • Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines Ziehofens für optische Fasern, der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
  • Fig. 2 mit den Fig. 2(a), 2(b) und 2(c) ist eine Darstellung eines Boden-Isolationsringes des in Fig. 1 gezeigten Ziehofens für optische Fasern.
  • Fig. 3 mit den Fig. 3(a), 3(b) und 3(c) ist eine Darstellung eines Isolationskanisters des in Fig. 1 gezeigten Ziehofens für optische Fasern.
  • Fig. 4 mit den Fig. 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) ist eine Darstellung eines in dem in Fig. 1 gezeigten Ziehofen für optische Fasern gezeigten Isolationseinsatzes.
    • Beste Ausgestaltung der Erfindung Ziehofen für optische Fasern 10
  • Fig. 1 zeigt einen Teil eines allgemein mit 10 bezeichneten Graphitwiderstand-Faserziehofens zum Ziehen einer optischen Faser (F) aus einer Vorform (P). Der Graphitwiderstand-Faserziehofen 10 umfasst eine Graphitauskleidung 12, einen Boden-Isolationsring 14, einen zylindrischen Isolationseinsatz 16, einen zylindrischen Isolationskanister 18, eine Ofenschale 20, ein Heizelement 22, eine Graphit-Bodenisolationsplatte 24, einen inneren Graphitzylinder 26, einen Energiekopf 28, eine obere Plattenanordnung 30 und eine Bodenplattenanordnung 32.
  • Die extrudierte Graphitauskleidung hoher Dichte 12 hat eine zylindrische Gestalt, und das Heizelement 22 ist zylindrisch und um die extrudierte Graphitauskleidung hoher Dichte 12 angeordnet.
  • Des Weiteren ist das Heizelement 22 ein Heizelement aus extrudiertem Graphit hoher Dichte, das durch seine gesamte Graphit-Heizelement-Matrix hindurch mit Glaskohle imprägniert ist.
    • Versteifte hochreine Graphitfilzisolation 14, 16, 18
  • In Fig. 1 ist die Isolation 14, 16, 18 aus versteiftem hochreinem Graphitfilz hergestellt, das eine hochwirksame thermische Isolation zwischen dem Graphit-Heizelement 22 und der äußeren Ofenschale 20 schafft. Versteifter hochreiner Graphitfilz ist in der Technik bekannt und besteht aus einem homogenen Gemisch von Graphitfasern und einem verfestigten Harz auf Graphitgrundlage. Die Isolation 14, 16, 18 ist in Fig. 2 bis 4 detaillierter gezeigt, einschließlich des Boden-Isolationsringes 14 in Fig. 2, des Isolationskanisters 18 in Fig. 3 und des Isolationseinsatzes 16 in Fig. 4, und nachfolgend im Detail diskutiert.
  • Der Boden-Isolationsring 14 in Fig. 2 ist in Fig. 2(a), (b) und (c) gezeigt und hat eine obere Oberfläche mit einer dünnen Schicht aus allgemein mit 14a bezeichnetem reflektierenden Graphitharz, einer Ringöffnung 14b zum Anfügen um die Graphitauskleidung 12 und einer (nicht gezeigten) Bodenoberfläche. Die Funktion des Boden- Isolationsringes 14 ist, den Boden der Ofenschale 20 thermisch gegen das Hochtemperatur-Heizelement 22 zu isolieren. Der Boden-Isolationsring 14 ist hergestellt durch abtragende Bearbeitung des versteiften hochreinen Graphitfilzes auf seine endgültigen Abmessungen. Das bearbeitete Material kann dann an allen Oberflächen mit einer dünnen Schicht von reflektierendem Graphitharz, allgemein mit 14a bezeichnet, beschichtet werden, das verbesserte thermische Isolationseigenschaften schafft, was zu einer verbesserten Effizienz und einer verlängerten Lebensdauer des Graphit-Heizelementes 22 führt. Zusätzlich schafft die Beschichtung 14 eine reine, von Graphitteilchen und Graphitfasern freie Oberfläche, was für die Herstellung von hochfester optischer Faser wesentlich ist. Die Beschichtung 14a trägt auch zur mechanischen Festigkeit bei.
  • Der Isolationskanister 18 und der Isolationseinsatz 16 sind jeweils in Fig. 3 bis 4 gezeigt. Die Funktion des Isolationseinsatzes 16 und des Isolationskanisters 18 ist, die Seite der Ofenschale 20 gegen das Heizelement 22 thermisch zu isolieren. Der Isolationseinsatz 16 (Fig. 4) passt in den inneren Durchmesser des Isolationskanisters 18 (Fig. 3). Alle Oberflächen sind entweder mit einem reflektierenden Graphitharz oder einer dünnen Schicht von reflektierender, auf die Oberfläche des steifen Isolationsmaterials laminierter Graphitfolie beschichtet. Das reflektierende Graphitharz oder die dünne Schicht aus reflektierender Graphitfolie sind allgemein mit 16a, 18a bezeichnet. Wie der Boden-Isolationsring 14 werden der Isolationseinsatz 16 und der Isolationskanister 18 durch abtragende Bearbeitung des versteiften hochreinen Graphitfilzes auf seine endgültigen Abmessungen hergestellt. Die Graphitfolie und/oder reflektierende Beschichtung 16a, 18a an allen ihren Oberflächen führt zu einem verbesserten thermischen Wirkungsgrad des Ofens und einer verlängerten Lebensdauer des Heizelementes 22.
  • Zusätzlich schafft die Graphitfolie und/oder die reflektierende Beschichtung 16a, 18a eine reine, von Graphittelichen und Graphitfasern freie Oberfläche, die für die Herstellung von hochfester optischer Faser wesentlich ist. Die Graphitfolie und/oder reflektierende Beschichtung 16a, 18a trägt auch zur mechanischen Festigkeit bei.
  • Andere Vorteile des Isolationsringes 14, des Graphitfilz- Isolationseinsatzes 16 und des Isolationskanisters 18 sind, dass sie eine geringere Dichteschwankung als Standardfilz haben und deshalb eine bessere Temperaturgleichförmigkeit aufweisen, dass sie keine losen Graphitteilchen oder Graphitfasern erzeugen und gegen Feuchtigkeit und Sauerstoffabsorption beständig sind.
    • Die zweiteilige, TiC-beschichtete Sperrplatte 24, 26
  • In Fig. 1 hat der Ziehofen 10 für eine optische Faser eine neue zweiteilige Sperre 24, 26, die aus der Boden- Graphitisolationsplatte 24 und dem inneren Graphitzylinder 26 besteht. Die zweiteilige Sperre 24, 26 ist zwischen dem Heizelement 22 und den Isolationsteilen 14, 16, 18 angeordnet. Der innere Graphitzylinder 26 ist vorzugsweise am inneren Durchmesser mit Titancarbid (TiC) beschichtet.
  • Die TiC-beschichtete zweiteilige Sperre 24, 26 kann andere Anwendungen beim Glasziehen und bei Herstellungsprozessen oder Industrien haben, die Graphitwiderstandsofen- Technologien einsetzen.
  • Der im Stand der Technik bekannte Graphitwiderstands- Ziehofen für optische Fasern hat typischerweise ein Heizelement, eine Ofenisolation und eine Graphitsperre zwischen dem Heizelement und der Ofenisolation zum Schützen der Ofenisolation. Die herkömmliche Graphitsperre erzeugt Graphitteilchen, die die darin erzeugte optische Faser beeinträchtigen, hat eine kurze Lebensdauer des Heizelementes, verringert die Lebensdauer der Ofenisolation und beeinträchtigt den Gesamtwirkungsgrad des Ofens. Die neue und verbesserte zweiteilige Sperrplatte 24, 26, die vorzugsweise eine TiC-Beschichtung hat, führt hingegen zu einer reineren Ofenumgebung, die wichtig für die Herstellung hochfester optischer Faser ist, einer längeren Heizelement-Lebensdauer, einer längeren Lebensdauer der Ofenisolation und einem verbesserten Ofen-Wirkungsgrad.
  • In Fig. 1 hat der Graphitwiderstands-Ziehofen 10 für optische Fasern im Allgemeinen einen Luftspalt G in einem Bereich von 3,5 bis 7,5 mm (Abstand) zwischen einer äußeren Oberfläche der Vorform (P) und der inneren Oberfläche der Graphitauskleidung 12, der aufrechterhalten wird, um eine Graphitteilchen-Verunreinigung der Vorform und der Faser während des Ziehprozesses der optischen Faser zu minimieren.

Claims (12)

1. Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) für einen Ziehofen (10) für optische Fasern, der eine optische Faser (F) aus einer Vorform (P) zieht, wobei der Ziehofen (10) für optische Fasern ein Heizelement (22), das innerhalb einer Ofenschale (20) angeordnet ist, umfasst,
wobei die Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) gestaltet ist, um zwischen dem Heizelement (22) und der Ofenschale (20) zum Reduzieren der Wärmeübertragung zwischen diesen angeordnet zu werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserziehofen- Isolation (14, 16, 18) aus versteiftem hochreinem Graphitfilz hergestellt ist, der eine hochwirksame thermische Isolation zwischen dem Heizelement (22) und der äußeren Ofenschale (20) herstellt.
2. Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) nach Anspruch 1, bei der die Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) ein Boden-Isolationsring (14) ist.
3. Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) nach Anspruch 1, bei der die Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) ein zylindrischer Isolationseinsatz (16) ist.
4. Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) nach Anspruch 1, bei der die Faserziehofen-Isolation (14, 16, 18) ein zylindrischer Isolationskanister (18) ist.
5. Ziehofen (10) für optische Fasern mit einem in einer Ofenschale (20) angeordneten Heizelement (22) zum Ziehen einer optischen Faser (F) aus einer Vorform (P) , mit einem oder mehreren Faserziehofen- Isolationsmitteln (14, 16, 18) zum Trennen des Heizelementes (22) von der Ofenschale (20), um die Wärmeübertragung zwischen diesem zu reduzieren, wobei wenigstens eines der Faserziehofen- Isolationsmittel (14, 16, 18) eine Faserziehofen- Isolation nach einem der Ansprüche 1 bis 4 ist.
6. Ziehofen (10) für optische Fasern nach Anspruch 5, bei dem das eine oder die mehreren Isolationsmittel (14, 16, 18) einen Boden-Isolationsring (14), einen zylindrischen Isolationseinsatz (16) oder einen zylindrischen Isolationskanister (18) umfasst/umfassen.
7. Ziehofen (10) für optische Fasern nach Anspruch 6, bei dem der Ziehofen (10) für optische Fasern eine Boden- Isolationsplatte (24) mit einer Titanbeschichtung umfasst und bei dem der Boden-Isolationsring (14) zwischen der Boden-Isolationsplatte (24) und der äußeren Ofenschale (20) angeordnet ist.
8. Ziehofen (10) für optische Fasern nach Anspruch 6, bei dem der Ziehofen (10) für optische Fasern eine innere zylindrische Platte (26) mit einer Titanbeschichtung umfasst, die um das Heizelement (22) herum angeordnet ist und bei dem der zylindrische Isolationseinsatz (16) um den inneren Zylinder (26) angeordnet ist.
9. Ziehofen (10) für optische Fasern nach Anspruch 6, bei dem der Ziehofen für optische Fasern (10) eine innere zylindrische Platte (26) mit einer Titanbeschichtung umfasst, die um das Heizelement (22) angeordnet ist, und bei dem der zylindrische Isolationskanister (18) zwischen dem zylindrischen Isolationseinsatz (16) und der äußeren Ofenschale (20) angeordnet ist.
10. Ziehofen (10) für optische Fasern nach einem der Ansprüche 5 bis 9, bei dem der Ziehofen (10) für optische Fasern ein Graphitwiderstandsofen ist.
11. Ziehofen (10) für optische Fasern nach einem der Ansprüche 5 bis 10, bei dem der Ziehofen (10) für optische Fasern ein Induktionsofen ist.
12. Ziehofen (10) für optische Fasern nach einem der Ansprüche 5 bis 11, bei dem der Ziehofen (10) für optische Fasern ferner umfasst:
eine äußere Ofenschale (20);
eine Boden-Isolationsplatte (24) mit einer Titanbeschichtung, die in der äußeren Ofenschale (20) angeordnet ist;
einen Boden-Isolationsring (14), der aus versteiftem hochreinen Graphitfilz hergestellt ist, eine reflektierende Beschichtung hat und zwischen der Boden-Isolationsplatte (24) und der äußeren Ofenschale (20) angeordnet ist;
eine innere Zylinderplatte (26) mit einer Titanbeschichtung, die um das Heizelement (22) angeordnet ist und auf der Boden-Isolationsplatte (24) ruht:
einen zylindrischen Isolationseinsatz (16) aus versteiftem hochreinen Graphitfilz mit einer reflektierenden Beschichtung, der um den inneren Zylinder (26) angeordnet ist und auf der Boden- Isolationsplatte (24) ruht, und
einen zylindrischen Isolationskanister (18) aus versteiftem hochreinem Graphitfilz mit einer reflektierenden Beschichtung, der zwischen dem Isolationseinsatz (16) und der äußeren Ofenschale (20) angeordnet ist.
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