-
Gebiet der
Erfindung
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf die Herstellung einer optischen Faser
und insbesondere auf verbesserte Vorform-Herstellungstechniken.
-
Hintergrund
der Erfindung
-
Die
Herstellung einer optischen Faser verwendet üblicherweise eine von zwei
grundlegenden Ansätzen.
Beide verwenden sich drehende Latten und häufen reines Glasmaterial auf
einer sich drehenden Vorform durch chemische Aufdampfung oder eine
Modifizierung hiervon an. Die älteste
Technik schied Material auf der Außenseite einer sich drehenden
Vorform ab und die Vorform begann üblicherweise als ein hohles
Rohr mit einem langsam zunehmenden Durchmesser bei Anhäufung des
dampfabgeschiedenen Glasmaterials auf der Außenseite des festen Rohrs.
Ein wesentlicher Vorteil bei dieser Technologie trat mit der Einführung des
sogenannten modifizierten chemischen Aufdampfungsverfahrens (MCVD-Verfahren;
MCVD = Modified Chemical Vapor Deposition) von Mac-Chesney und anderen
auf, bei dem die das Glas bildenden Vorläufer in ein sich drehendes
hohles Rohr eingeführt
wurden und das Glasmaterial auf der Innenwand des hohlen Rohrs abgeschieden
wurde. Auf diese Weise konnte ein ausnehmend reines Material in
der kritischen Kernregion erzeugt werden. Außerdem erlaubte dies eine bessere
Steuerung gegenüber
der Reaktionsumgebung.
-
Die
MCVD-Technik hat sich zu einer sehr ausgereiften Herstellungstechnik
entwickelt und wird heute in der Handelspraxis weitverbreitet eingesetzt.
Ein grundlegendes technologisches Problem jedoch, das bei der Verwendung
eines hohlen Rohrs inhärent
ist, ein Problem, das seit der Entde ckung der MCVD-Technik besteht,
besteht darin, die Kreisförmigkeit
des Rohrs während
des gesamten Abscheidungsprozesses sicherzustellen. Es ist eine
inhärente
thermodynamische Bedingung des Vorgangs, dass die Temperaturen,
die während
einer Verfestigung und eines Zusammenfallens des Glasrohrs verwendet
werden, die Erweichungstemperatur des Ausgangsglasrohrs überschreiten,
so dass das Rohr während
des gesamten Vorgangs selbst anfällig
für eine
Verformung ist. Üblicherweise
resultiert eine derartige Verformung in kleinen Veränderungen
des Kreisquerschnitts der das Rohr erzeugenden Rohr-Ovalheit und
das Rohr ist während
des Vorgangs des Zusammenfallens des Rohrs am anfälligsten
für derartige
Veränderungen.
-
Außerdem bestand
eine Herausforderung darin, Rohre anfänglich mit einem konsistenten
kreisförmigen
Profil entlang der gesamten Länge
des Rohrs bereitzustellen. Eine erfolgreiche Technik, die in der
Lage ist, Abweichungen der Rohrkreisförmigkeit während des Vorgangs des Zusammenfallens
zu beseitigen, könnte
auch wirksam bei einer Beseitigung einer Ovalheit bei Ausgangsrohren
durch eine Vorabscheidungsbehandlung sein, bei der der Brenner bei
erhöhten
Temperaturen die Latte herunterläuft,
um die Kreisförmigkeit des
Ausgangsrohrs einzustellen.
-
Um
zu versuchen, Ovalheitsprobleme zu vermeiden, die sich während des
Rohrzusammenfallens entwickeln, ist es in der Technologie bisher üblich, das
Rohr langsam unter Verwendung mehrerer Durchläufe des Brenners zusammenfallen
zu lassen. Das Ziel besteht darin, den Durchmesser in kleinen Inkrementen
zu senken, so dass die Oberflächenspannung
des Glases, das dazu neigt, eine Kreisförmigkeit beizubehalten, nahe einem
Gleichgewicht sein kann und andere Kräfte, z. B. Schwerkraft, die
dazu tendieren, eine Ovalheit zu erzeugen, ausgleichen kann. Bei
der gegenwärtigen
Herstellung jedoch ist der Vorgang des Zusammenfallens unerwünscht lang
und verbraucht üblicherweise
nahezu die Hälfte
der Herstellungszeit. So besteht eine wichtige Aufgabe in der MCVD- Technik darin, die
Rohrzusammenfallzeit zu reduzieren. Techniken, die eine bessere
Steuerung gegenüber
dem Ovalheitsproblem erlauben, erlauben außerdem aggressivere Rohrzusammenfall-Zeitpläne, was
wiederum die Kosten einer Vorformherstellung wesentlich reduziert.
-
Eine
in der Technik bekannte Technik zum Steuern oder Beseitigen von
Ovalheitsproblemen während des
MCVD-Vorgangs besteht darin, einen Überdruck bei einem Edelgas,
wie z. B. Stickstoff oder Argon, in dem Rohr insbesondere während eines
Zusammenfallens des Rohrs beizubehalten. Wenn das Ausgangsrohr kreisförmig ist,
ist ein einheitlicher hydrostatischer Druck im Inneren des Rohrs
theoretisch gleich der Oberflächenspannung
des zusammenfallenden Glases sowohl entlang der Länge des
Rohrs als auch um den Umfang des Rohrs, um in dem gesamten Rohr
einheitliche Zusammenfallkräfte
beizubehalten. Während
dieser Ansatz beim Angehen der Ovalheitsprobleme erfolgreich war,
reduziert die Verwendung eines Innendrucks in dem Rohr tatsächlich die
Zusammenfallrate. Techniken zum Reduzieren der Dauer des Rohrzusammenfallschritts, während eine
Rohrovalheit vermieden wird, sind weiter ein Hauptziel von MCVD-Verfahrensentwerfern.
-
Der
Leser wird auf die US-A-4 597 785 verwiesen, die ein Beispiel des
in dem Oberbegriff von Anspruch 1 definierten Verfahrens offenbart.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Ein
Verfahren gemäß der Erfindung
ist im Anspruch 1 definiert. Wir haben eine Technik zur Gewährleistung
einer Rohrkreisförmigkeit
während
einer MCVD-Verarbeitung entwickelt. Sie beruht auf einer präzisen Überwachung
der externen Rohrkreisförmigkeit
unter Verwendung eines computergestützten Systems, um das Vorliegen
oder das Einsetzen einer Rohrovalheit zu erfassen. Ansprechend auf
eine Erfassung einer Ovalheit durch die Überwachungsvorrichtung wird
das Rohrprofil unter Verwendung eines extern angelegten Gasdruckes,
der auf die Region der Ovalheit eingeschränkt ist, korrigiert. Es hat
sich herausgestellt, dass die Verwendung des automatisierten Systems
zum Beibehalten einer Rohrkreisförmigkeit
während
eines Zusammenfallens gemäß der Erfindung
die Verwendung aggressiverer Zusammenfalltechniken erlaubt, was
zu einem wesentlichen Rückgang
der Zusammenfallzeiten führt.
Um die Zusammenfallzeiten weiter zu reduzieren, kann ein Vakuum
oder ein Unterdruck relativ zu der Außenumgebung während des
Zusammenfallvorgangs in das Rohr eingeführt werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 ist
eine schematische Darstellung einer Vorformgeometrie, die die Aufgabe
des Vorgangs der Erfindung darstellt;
-
2 ist
ein schematisches Diagramm, das Verluste bei einem Faserspleißen als
eine Folge einer Rohrovalheit, wie in 1 gezeigt,
zeigt; und
-
3 und 4 sind
schematische Darstellungen einer Vorformherstellungsvorrichtung
unter Verwendung der Prinzipien der Erfindung.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Um
einen verbesserten Rohrzusammenfallvorgang zu entwickeln, ist es
nötig,
zuerst die Thermodynamik des Vorgangs zu verstehen, einschließlich der
treibenden Hauptkräfte,
die während
des Zusammenfallens auf das Glasrohr wirken. Die Kräfte, σ, des Rohrzusammenfallvorgangs
bestehen auf Grund der Oberflächenspannung, γ, von Glas
und der Druckdifferenz zwischen der Außenseite, P
b,
und der Innenseite, P
a, des Rohrs. Eine
kleinere treibende Kraft für
das Zusammenfallen wird durch Sauerstoff- und Wasserstoff-Brennstoff,
P
F, aus dem Brenner, die auf die Rohraußenoberfläche auftreffen,
ausgeübt.
Die Zentrifugalkraft auf Grund der Rohrdrehung bewirkt eine relativ
kleine Kraft, um den Zusammenfallvorgang zu verhindern. Die Nettokraft
zum Zusammenfallenlassen eines Rohrs, das einen Außen- und
einen Innenradius von R bzw. r aufweist, ist folgendermaßen gegeben:
wobei der letzte Ausdruck
in dieser Gleichung die Zentrifugalkraft darstellt, die aus einer
Rohrdrehung mit n Drehungen pro Sekunde resultiert, und wobei ρ
A die
Masse einer Glasrohrbildung pro Einheit Oberflächenfläche ist. Die Oberflächenspannung
und der Flammendruck induzieren einen Überdruck, um den Rohrradius
zusammenfallen zu lassen oder zu reduzieren. Die Rohrdrehung führt eine
Zentrifugalkraft ein, um dem Rohrzusammenfallen entgegenzuwirken.
Der angelegte interne Druck, wie oben erwähnt, kann ein Zusammenfallen verhindern
und kann das Rohr sogar ausdehnen.
-
Die
Zusammenfallgeschwindigkeit, dR/dt, hängt sowohl von der treibenden
Kraft als auch der Glasviskositität ab. Folgendes kann gezeigt
werden:
wobei eine radiale Variation
der Viskosität, η(x), in
dieser Gleichung enthalten ist. Es ist offensichtlich, dass die Zusammenfallgeschwindigkeit
zunimmt, wenn das Glas bei höheren
Temperaturen weniger viskos ist.
-
Während des
Zusammenfallvorgangs kann die Elliptizität in dem Ausgangsrohr auf eine
wesentliche Größe vergrößert werden.
Dies bewirkt einen elliptischen Faserkern und führt eine Polarisationsmodendispersion
(PMD) ein, die für
viele Faseranwendungen schädlich
ist. Analyse und Experiment zeigen, dass eine Elliptizität bei dem
Ausgangsrohr sich während
des Zusammenfallens vergrößert, wenn
der Außendruck,
Pb, den Innendruck, Pa, um einen kritischen Wert übersteigt.
Der kritische Druck hängt
von den Rohrabmessungen ab. Wenn z. B. ein homogenes Rohr mit einem
Durchmesser von 19 × 25
mm (19 innen, 25 außen)
auf einen Außendurchmesser
von 22 mm zusammenfällt,
steigt die Elliptizität
an, wenn die Druckdifferenz (Pb – Pa) mehr als 0,032 Zoll Wassersäule beträgt. Eine
höhere
Druckdifferenz von 0,28 Zoll Wassersäule kann ohne Elliptizität toleriert
werden, wenn das Rohr auf einen Außendurchmesser von 17,2 mm
schrumpft. In der Praxis wird der Druck innerhalb des Rohrs im allgemeinen
auf einem höheren
Wert als die Außenumgebung behalten,
d. h. Pb – Pa < 0. Diese Innendruckbeaufschlagung
bewahrt die Geometrie des kreisförmigen
Rohrs, tut dies jedoch, wie bereits angemerkt wurde, zu Lasten einer
langsameren Zusammenfallrate.
-
Wie
gerade erwähnt
wurde, überträgt sich
eine Elliptizität
in dem Ausgangsrohr direkt in eine Elliptizität in der zusammengefallenen
Vorform. Außerdem überträgt sich
dies direkt in eine Elliptizität
in dem Kern der Vorform, wie in 1 dargestellt
ist. Bezug nehmend auf 1 ist ein Querschnitt einer
Vorform 11 mit einer elliptischen Form und dem entsprechenden
elliptisch geformten Kern 12 gezeigt. Das Verhältnis des
Kerndurchmessers zu dem Vorformdurchmesser für eine typische Einmodenfaser
liegt in dem Bereich von 1/10 bis 1/20. Die Form des Kernquerschnitts
ist annähernd
eine Kopie der Form der gesamten Vorform und zeigt die unannehmbare
Elliptizität
in dem Kern 12.
-
Unter
den Problemen, die durch eine übermäßige Kernelliptizität erzeugt
werden, befinden sich die unerwünschte
Polarisationsmodendispersion (PMD) und ein übermäßiger Spleißungsverlust. Während eine
ideale kreisförmig
symmetrische Einmodenfaser zwei unabhängige Degenerationsmoden einer
orthogonalen Polarisation unterstützt, durchbricht eine übermäßige Kernelliptizität die kreisförmige Symmetrie
und beseitigt die Degeneriertheit der beiden Polarisationsmoden.
Diese beiden Moden breiten sich mit unterschiedlichen Phasengeschwindigkeiten
aus und so wird eine Doppelbrechung in die Faser eingeführt. Ferner
ist der Ausgangszustand einer Polarisation als ein Ergebnis von
Wärme-
und Modenkopplungseffekten sowohl unvorhersehbar als auch instabil.
Im Durchschnitt variiert der Ausgangszustand einer Polarisation
zyklisch entlang der Faser mit einer bestimmten Polarisations-„Schlag"-Länge. So
führt die
durch die Kernelliptizität
induzierte Doppelbrechung zu einer Signal-Polarisationsmodendispersion,
die üblicherweise
unerwünscht
ist, insbesondere für
Anwendungen, die eine hohe Bitrate oder analoge Übertragung beinhalten. Siehe
z. B. das U.S.-Patent Nr. 5,418,881 und Applied Optics, Band 20
(17) 2962.
-
2 stellt
die andere negative Folge einer übermäßigen Elliptizität in dem
Faserkern dar, die oben erwähnt
wurde, d. h. übermäßigen Spleißungsverlust.
Dieses Problem entsteht, wenn Abschnitte der defekten Faser aneinander
gespleißt
werden. Bei der Herstellung und Reparatur von Lichtwellensystemen
ist die kreisförmige
Ausrichtung der Faser in einer typischen Spleißung zufällig, da der Faserquerschnitt
normalerweise kreisförmig
ist. Wenn die Faser eine übermäßige Elliptizität aufweist,
ist die Modenfeldverteilung des sich ausbreitenden Strahls nicht
kreisförmig.
Wenn die Faserenden 21 und 22 so ausgerichtet
sind, wie in 2 gezeigt ist, erscheint der
Querschnitt der Spleißung
so, wie bei 23 gezeigt ist, und die Energie in dem sich
ausbreitenden Strahl, die innerhalb die schattierten Bereiche 24 fällt, geht
verloren.
-
Die
Analyse und der Hintergrund, die oben dargelegt sind, unterstützen ein
Verständnis
des Problems und der Lösung
des Problems gemäß der Erfindung,
d. h. durch Überwachung
der Rohrgeometrie während der
Verarbeitung und selektives Modulieren der Verfahrensbedingungen
gemäß den Überwachungsdaten.
Die Prozessbedingungen, die moduliert werden, sind z. B. die Wärmeausgabe
des Brenners oder das selektive lokale Anlegen eines Außendrucks.
Die Verwendung eines lokal angelegten Drucks ist der bevorzugte
Mechanismus zum Korrigieren einer Rohr-Ovalheit.
-
Obwohl
die Verwendung eines Innendrucks, wie im Stand der Technik gelehrt,
die potentielle Zusammenfallrate verlangsamt, haben wir erkannt,
dass durch ein Verwenden eines extern angelegten Drucks, lokal und
selektiv während
des Vorform-Zusammenfallens angelegt, die Elektrizität wirksam
gesteuert und die Zusammenfallrate erhöht werden kann.
-
Die
Techniken zum Reduzieren oder Beseitigen einer unerwünschten
Elliptizität
gemäß der Erfindung sind
in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben.
Der grundlegende MCVD-Vorgang ist bekannt, wie auch die bei dem
Vorgang verwendete Ausrüstung.
Siehe z. B. J. B. MacChesney und andere, „Preparation of Low Loss Optical
Fibers Using Simultaneous Vapor Phase Deposition and Fusion" (Herstellung optischer
Fasern mit niedrigem Verlust unter Verwendung gleichzeitiger Dampfphasenabscheidung
und -fusion), Xth Int. Congress on Glas, Kyoto, Japan (1973), 6–40. Wie
in 3 zu sehen ist, ist das Silika-Rohr 41 zur
Drehung in einer MCVD-Glaslatte (nicht gezeigt) angebracht. Glasvorläufergase,
z. B. SiCl4, GeCl4,
O2, werden entlang des sich drehenden Rohrs
nach unten geleitet, während
das Rohr mit einem Knallgasbrenner 42 erwärmt wird. Wenn
Abscheidung und Verfestigung geschlossen sind, wird das Rohr durch
bekannte Techniken, d. h. Erwärmen
des Rohrs auf eine Temperatur gut oberhalb der Glaserweichungstemperatur,
d. h. > 2.000–2.400°C, um es
zu ermöglichen,
dass die Oberflächenspannung
des Glasrohrs den Rohrdurchmesser langsam sinken lässt, zum Zusammenfallen
gebracht, was schließlich
nach mehreren Durchläufen
des Brenners zu der erwünschten festen
Vorform führt.
Da das Glas während
des Zusammenfallens gut oberhalb der Erweichungstemperatur ist, entwickelt
sich eine Rohr-Ovalheit
am wahrscheinlichsten während
dieses Vorgangs.
-
Die
Temperatur des Brenners wird durch das Verhältnis von Wasserstoff zu Sauerstoff
und ihre absoluten Flussraten in der Brennstoffmischung, die dem
Brenner zugeführt
wird, gesteuert. Die Gasflusssteuerung, in 3 bei 43 gezeigt,
steuert die Flussrate von H2 und O2 unabhängig
und so das Verhältnis
von Wasserstoff zu Sauerstoff, wobei die resultierenden gemessenen
Gasströme
dem Brenner 42 geführt
werden. Die Gase werden an der Flamme gemäß bekannten Techniken gemischt.
-
Gemäß der Erfindung
wird eine Rückkopplungssteuerung
während
des Zusammenfallens verwendet, um eine kreisförmige Rohrgeometrie beizubehalten.
Messungen der Rohrabmessungen werden während einer Rohrdrehung durchgeführt, um
eine Eingabe für
die Geometriesteuervorrichtung zu liefern. Bei einem ersten Ausführungsbeispiel,
in 3 gezeigt, werden diese Messungen einer Gasflusssteuerung 43 zugeführt, um
die Rohrgeometrie zu modifizieren.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
der Erfindung wird die Raum- oder
Azimut-Temperaturverteilung um das Rohr verwendet, um die Zusammenfallrate
entlang des Rohrumfangs zu modulieren. Die Azimut-Temperaturverteilung
führt ein ähnliches
Verteilungsprofil in die Glasviskosität ein. Während eines Rohrschrumpfens kann
die Kreisförmigkeit
des Rohrs durch ein selektives Erwärmen jedes Rohrabschnitts,
der einen größeren Radius
als den Durchschnittswert aufweist oder entwickelt, beibehalten
werden. Bei anderweitig gleichen dynamischen Kräften, die zu einem Rohrschrumpfen
beitragen, tritt eine höhere
Zusammenfallrate in der Region auf, die weniger viskos ist, d. h.
intensiver erwärmt.
Dieses Verfahren eines bevorzugten Schrumpfens der Rohrregion, die
sich von dem mittleren Umfang abhebt, liefert den Rückkopplungsmechanismus,
der eine Steuerung einer Rohrelliptizität erlaubt.
-
Wieder
Bezug nehmend auf 3 wird ein kommerzielles Laser-Mikrometer 47 (z.
B. bei Keyence erhältlich)
verwendet, um Rohrdurchmesser bei unterschiedlichen Azimut-Winkeln
während
einer Rohrdrehung zu messen. Andere Überwachungsvorrichtungen, z.
B. Videokameras, können
verwendet werden, um die Geometriemessungen aufzuzeichnen. Diese
Messungen werden einem Mikroprozessor 46 zugeführt, der
die Rohrgeometrie und -Ovalheit berechnet. Die geometrischen Eingangsdaten
werden dann durch den gleichen oder einen anderen Mikroprozessor
verarbeitet, um Befehle zum Betrieb der Gasflusssteuerung 43 zu
entwickeln. Der Betrieb der Gasflusssteuerung 43 variiert
die Temperatur des Brenners 42 auf eine gesteuerte Art und
Weise, um die Rohrform dynamisch zu verändern.
-
Ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in Verbindung mit 4 beschrieben,
die das sich drehende Rohr 51, durch einen Brenner 52 erwärmt, zeigt.
Der Brenner wird durch einen Brennstoffvorrat 58 versorgt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird ein externer Druckpuls, der durch eine Gasdüse 53 zugeführt wird,
verwendet, um die Zusammenfallkraft entlang des Umfangs des Rohrs
azimutal zu modulieren. Die Rohrgeometrie-Überwachungsvorrichtung 57 wird
wie oben beschrieben betrieben, um dem Computer 56 Geometriesignale
zuzuführen,
der Rohrgeometriekorrektursignale entwickelt, die die Gasflusssteuervorrichtung 55 betreiben.
Die Gasquelle, bei 54 gezeigt, kann Luft sein oder ein
Edelgas, wie z. B. Stickstoff, Argon, oder ein weiteres geeignetes
Gas.
-
Die
durch die Düse 53 zur
Steuerung der Rohrgeometrie während
des Zusammenfallens angelegte Kraft kann positiv oder negativ sein.
In dem letzteren Fall ist eine Vakuumquelle (nicht gezeigt) mit
der Düse 53 verbunden
und das Vakuum wird durch eine Flusssteuerung 55 gesteuert,
um den Unterdruck, der durch die Computersteuerung 56 angefordert
wird, anzulegen. In jedem Fall bezieht sich der Druck auf einen
Druck, der lokal an der Rohroberfläche erzeugt wird, der entsprechend
höher oder
niedriger als der Druck der Umgebung ist.
-
In
dem Fall eines Überdrucks
werden die Pulse gesteuert, um einen Druck selektiv an den Oberflächenabschnitt
anzulegen, wenn die Überwachungsvorrichtung
einen Rohrradius erfasst, der größer ist
als der Durchschnittswert. In dem Fall eines Unterdrucks wird der
Druckpuls selektiv auf einen Oberflächenabschnitt des Rohrs angelegt,
der einen kleineren Rohrdurchmesser als erwünscht aufweist. Der Unterdruckpuls
kann auf zumindest zwei Weisen erzeugt werden; durch tangentiales
Richten eines Gasstroms zu dem Rohrumfang, um gemäß bekannten
Bernouli-Prinzipien einen Unterdruck an der Rohroberfläche zu erzeugen,
oder ein Vakuum kann verwendet werden, wie oben beschrieben wurde.
-
Während 4 eine
einzelne Gasdüse
oder einen -strahl 53 zeigt, können mehrere Düsen verwendet und
an anderen Orten um den Rohrdurchmesser platziert werden. Wenn der
Brenner wie gezeigt angeordnet ist und die Rohrdrehung in der angezeigten
Richtung verläuft,
kann die Viskosität
des Glases unter Umständen auf
der Seite höher
sein, auf der sich die Düse 53 befindet,
was eine vorteilhafte Anordnung sein kann. Alternativ können die
Positionen von Überwachungsvorrichtung 57 und
Düse 53 umgekehrt
werden oder andere wirksame Anordnungen können Fachleuten auf diesem
Gebiet einfallen. Einer oder mehrere Gasstrahle können ebenso
in der Brenneranordnung 52 beinhaltet sein. Die Luft oder
das Gas, die/das der Düse 53 zugeführt wird,
ist vorzugsweise durch eine Heizvorrichtung (nicht gezeigt) vorgeheizt,
um ein übermäßiges Auskühlen des
Rohrs zu verhindern.
-
Das
vorangegangene Beispiel beschreibt ein Verwenden von Druckpulsen
von der Düse 53 aus 4,
um die Kraft zu verändern,
die die Zusammenfallrate des Rohrs steuert. Alternativ kann die
Gasdüsenanordnung
aus 4 auf eine Wiese verwendet werden, die derjenigen ähnelt, die
in Verbindung mit 3 beschrieben wurde, um lokal
die Temperatur des Glasrohrs zu steuern. Wenn die Luft oder das
andere Gas aus der Quelle 54 bei Raumtemperatur ist, oder
zumindest wesentlich kleiner als die Erweichungstemperatur des Glasrohrs,
verändert
das Anlegen des Kühlgases
aus der Düse 55 lokal
die Glasviskosität
des Rohrs und verlangsamt die Zusammenfallrate gemäß den in
Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel
aus 3 beschriebenen Prinzipien.
-
Während die
Verwendung eines extern modulierten Gasdrucks wirksam und ein bevorzugtes
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist, erlaubt es die Entwicklung eines wirksamen Rohrkreisförmigkeitsüberwachungs-
und Rückkopplungssystems,
wie hier beschrieben, dem Verfahrensentwerfer, einen intern modulierten
Druck, d. h. innerhalb des Rohrs, zu verwenden, um die Ziele der
Erfindung zu erreichen. Um dieses Ausführungsbeispiel zu implementieren,
wird die Düse 53 einfach
im Inneren des sich drehenden Rohrs platziert. Das sich derhende
Rohr weist entlang seines Umfangs keine einheitliche Temperatur
auf. Tatsächlich
befindet sich der heißeste
Punkt an einem sich drehenden Rohr entfernt von dem Brenner, da
zur Wärmediffusion
durch die Rohrwand eine Zeit vergeht. Die Rohrgeometrie wird durch
die oben beschriebene Überwachungseinrichtung überwacht,
um zu bestimmen, ob die Rohrelliptizität ein lokales Erweitern oder
Schrumpfen des Rohrs dort, wo der heißeste Punkt vorliegt, erfordert.
Die Rückkopplungsanordnung
aus 4 stellt dann den Innendruck des Rohrs zur Wiederherstellung
einer Rohrkreisförmigkeit
ein. Da der heißeste
Punkt des Rohrs die geringste Viskosität aufweist, ist er am anfälligsten
für den
intern angelegten Druck.
-
Es
ist ebenso möglich,
die Gasflussvorrichtung aus 4 zu verwenden,
um das Rohr lokal zu erwärmen.
Die Gastemperaturen, die benötigt
werden, um dies wirksam zu tun, sind jedoch so hoch, dass es praktischer
ist, den Vorgang so zu steuern, wie in den vorangegangenen Beispielen
beschrieben ist.
-
Obwohl
der hierin beschriebene Vorgang einen Flammenbrenner und einen Brennstoff
aus gemischtem Sauerstoff und Wasserstoff verwendet, werden auch
Plasmabrenner, die z. B. einen Mikrowellenplasmaring verwenden,
bei diesen Arten von Verfahren verwendet. Bei einem derartigen Verfahren
kann die Temperatur moduliert werden, obwohl die dynamische Rate
einer Modulation in dem Fall eines Flammenbrenners unterschiedlich
sein kann. Auch andere Gasbrenner als Knallgasbrenner können verwendet
werden. Das Verfahren der Erfindung erfordert bei einem Ausführungsbeispiel
ein Modulieren der Temperatur der Wärmequelle unabhängig von
der verwendeten Wärmequelle.
