DE69826537T2 - Vorrichtung zur Aushärtung von Fasern mit wenigstens zwei Aushärtungsstufen die getrennt sind durch einen Abkühlvorgang - Google Patents

Vorrichtung zur Aushärtung von Fasern mit wenigstens zwei Aushärtungsstufen die getrennt sind durch einen Abkühlvorgang Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Bereich der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Fasern und insbesondere auf eine Vorrichtung zum Herstellen von Fasern, welche Ziehen, Kühlen, Ummanteln und Aushärten von optischen Fasern beinhaltet.
  • Kurze Beschreibung des Stands der Technik
  • Im Stand der Technik gibt es viele unterschiedliche Arten, Fasern zu produzieren, und viele unterschiedliche Arten, optische Fasern zu ziehen, zu kühlen, zu ummanteln und auszuhärten. Zum Beispiel wird in U.S. Patent-Nr. 5,092,264 des vorliegenden Anmelders eine Vorrichtung offenbart, um einen Infrarot-Bestandteil einer Strahlung auszufiltern, die von Ultraviolett- (UV) Lampen zum Aushärten auf die Faser abgestrahlt wird, um die Wärme zu reduzieren, die bei einer Faserummantelung entsteht. Die Vorrichtung besteht aus einem doppelwandigem Röhrchen mit Quarzmitte, welches in den UV-Aushärtungslampen angeordnet ist und durch welches die Faser hindurchläuft, wenn sie bestrahlt wird. Der Ring des Röhrchens ist mit Wasser gefüllt, um den Infrarot-Bestandteil zu absorbieren, wodurch der Vorgang des Aushärtens eventuell beschleunigt wird, indem die Ummantelungen kühler gehalten werden, als es anders der Fall wäre.
  • Zusätzlich bieten sowohl Fusion Systems, Inc. als auch Iwasaki Electric Co. "kalte" Reflektoren oder Spiegel für UV-Bestrahlungsgeräte an. Die Reflektoren reduzieren den Infrarot-Bestandteil der Strahlung, welche auf die Faserummantelung während des Aushärtens geleitet wird. Dies wird erreicht durch die Spiegel, welche mit einer aufgebrachten Schicht überzogen sind, die den gewünschten UV-Bestandteil, aber nicht den Infrarot-Bestandteil reflektiert.
  • Während des Herstellens von optischen Fasern wurde festgestellt, dass die durch UV aushärtbare Ummantelung, die auf die optische Faser aufgebracht wird, nicht vollständig aushärtet, wenn die Ummantelung über bestimmten Temperaturen liegt. Demgemäss wird, egal wie viele Aushärtungsschritte durch UV-Lampen durchgeführt werden, um die Ummantelungen der optischen Faser auszuhärten, die optische Faser nicht komplett ausgehärtet werden, wenn sie bei einer hohen Temperatur liegt. Es wurde ebenfalls festgestellt, dass die Eigenschaften der Ummantelung sich verbessern, wenn sie bei geringeren Temperaturen ausgehärtet wird. Es ist schwierig, die Ummantelungstemperatur zu steuern, da die UV-Lampen, welche zum Aushärten einer Ummantelung für optische Fasern verwendet werden, die Temperatur der Ummantelung durch Absorption von hochintensiver UV- und Infrarot-(FR)Strahlung steigern. Zusätzlich ist der Ummantelungs-Aushärtungsvorgang eine exotherme Reaktion (erzeugt Wärme).
  • Die Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik lässt zu, dass die Ummantelung sehr heiß wird, sowohl von der überschüssigen UV-Energie, die von den Materialien absorbiert wird, als auch von der exothermen Art der Acrylat-Vernetzungs-Aushärtungsreaktion selber. Aufgrund dieser Tatsache wird in industriellen Anwendungen nur geringer Nutzen aus diesen Verfahren gezogen.
  • In einem Artikel mit dem Titel "The Effects of Cure Temperature on the Thermomechanical Properties of UV Curable Coatings" von B. Overton et al. wird beschrieben, wie die Entwicklung der gewünschten Ummantelungsaushärtungsgrade durch hohe Temperatur abgeschwächt wird. Im Stand der Technik wird zwischen den Schritten der UV-Aushärtung kein Mittel zum Kühlen beschrieben, um eine vollständigere Aushärtung zu bieten.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung offenbart ein Gerät zur Aushärtung einer ummantelten Faser, welches wenigstens zwei Aushärtungsphasen zur Faserummantelung und eine Kühlphase, welche ein aktives Kühlrohr beinhaltet, aufweist.
  • Die wenigstens zwei Aushärtungsphasen zur Faserummantelung sprechen auf die ummantelte Faser an, zur Herstellung einer teilweise ausgehärteten, ummantelten Faser, und sprechen zudem auf eine gekühlte, teilweise ausgehärtete, ummantelte Faser an, zur Herstellung einer ausgehärteten, ummantelten Faser.
  • Die Kühlphase spricht auf die teilweise ausgehärtete, ummantelte Faser an, zur Herstellung der gekühlten, teilweise ausgehärteten, ummantelten Faser.
  • Im Betrieb können die UV-Aushärtungslampen so konfiguriert werden, dass ein anfänglicher Aushärtungsgrad erreicht werden kann, welcher den Gel-Punkt der Ummantelung erreicht, wobei dann die Wärme der Reaktion und die von der ersten UV-Lampe absorbierte Wärme aktiv entfernt wird. Danach folgt eine zusätzliche UV-Bestrahlung, um die Aushärtung der Ummantelungen zu vervollständigen. Der Vorteil ist, dass dadurch eine vollständigere Aushärtung der Ummantelung selbst bei sehr hohen Ziehgeschwindigkeiten erreicht wird. Ein effizientes Faser-Kühlrohr ist notwendig, um die Wirkung zu optimieren.
  • In der Kühlphase wird einer optischen Faser zwischen UV-Aushärtungsphasen Wärme entzogen, so dass beim Aushärten in nachfolgenden UV-Aushärtungsphasen die Ummantelung der optischen Faser vollständig aushärtet. Die Betriebsweise des Geräts beinhaltet die folgenden Schritte: Auf die optische Faser wird die Ummantelung aufgebracht, die optische Faser durchläuft eine erste UV-Aushärtungsphase, in welcher die Ummantelung weitestgehend aushärtet, eine teilweise ausgehärtete, ummantelte optische Faser durchläuft ein Kühlrohr, in welchem die Temperatur der optischen Faser und der Ummantelung reduziert wird, und danach wird die optische Faser einer nachfolgenden UV-Aushärtungsphase unterzogen.
  • In der vorliegenden Erfindung wird nicht zu verhindern versucht, dass sich die Ummantelungen während des Aushärtungsvorgangs in Aushärtungstürmen für optische Fasern erwärmen. Mit der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung wird statt dessen versucht, das Ummantelungsmaterial auf der Faser zu bestrahlen, wodurch die Aushärtungsreaktion gestartet wird, dann aktiv die Wärme, die während der Mehrheit des Aushärtungsvorgangs erzeugt wird, zu entziehen und das Material erneut zu bestrahlen, um die Reaktion schnellstmöglich zu vervollständigen.
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine Anzahl von Vorteilen. Zuerst können einige der UV-Aushärtungsphasen weggelassen werden. Dies bietet einen Kostenvorteil, da die Verwendung von zusätzlichen UV-Aushärtungsphasen nicht erforderlich ist, und die damit verbundenen Ausstattungskosten. Ebenfalls werden Wartungskosten verbunden mit dem Ersetzen verschiedener Bestandteile der UV-Aushärtungslampen eingespart. Ein zusätzlicher Vorteil der Erfindung ist, dass die Ziehgeschwindigkeit gesteigert werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass das Aushärten der ummantelten Faser vollständig erreicht werden kann, und zwar mit weniger UV-Lampen, als im Stand der Technik andernfalls notwendig wären.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN
  • Die Erfindung, sowohl bezüglich ihrer Anordnung als auch ihrer Arbeitsweise, wird besser verständlich unter Bezugnahme auf eine Zeichnungsfigur (nicht maßstabsgetreu), welche 1–3 beinhaltet, in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung.
  • 1 ist eine Darstellung einer Ausführungsform einer UV-Lampenanordnung, welche Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
  • 2 ist eine Darstellung einer Kühlungsphase für die in 1 dargestellte Ausführung.
  • 3 ist eine Darstellung einer anderen Ausführung einer UV-Lampenanordnung, welche Hauptgegenstand der vorliegenden Erfindung ist.
  • BESCHREIBUNG DER BESTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen von Fasern, im Allgemeinen mit 10 gekennzeichnet. Im weitesten Sinn besteht die Erfindung aus einer Vorrichtung, die eine verbesserte UV-Aushärtungsphase offenbart, welche im Allgemeinen mit 12 gekennzeichnet ist, zum Aushärten einer ummantelten Faser F, welche wenigstens zwei Faserummantelungs-Aushärtungsphasen 14, 16 aufweist, sowie eine Kühlphase 18, welche ein aktives Kühlrohr aufweist.
  • Wie dargestellt, sprechen die wenigstens zwei Faserummantelungs-Aushärtungsphasen 14, 16 auf die ummantelte Faser F an, zum Herstellen einer teilweise ausgehärteten, ummantelten Faser, welche im Allgemeinen als F1 gekennzeichnet ist, und sprechen weiter auf eine gekühlte, teilweise ausgehärtete, ummantelte Faser an, welche im Allgemeinen mit F2 gekennzeichnet ist, um eine ausgehärtete, ummantelte Faser herzustellen, welche im Allgemeinen mit F3 gekennzeichnet ist.
  • Die Kühlphase 18 spricht auf die teilweise ausgehärtete, ummantelte Faser F1 an, zum Herstellen der gekühlten, teilweise ausgehärteten, ummantelten Faser F2.
  • Die Faserummantelungs-Aushärtungsphase 14 weist eine oder mehrere UV-Aushärtungslampen auf. Die Faserummantelungs-Aushärtungsphase 16 weist eine oder mehrere UV-Aushärtungslampen auf, welche als 16(a), 16(b) gekennzeichnet sind. Jede der wenigstens zwei Faserummantelungs-Aushärtungsphasen 14, 16 ist von der Kühlphase 18 getrennt durch wenigstens einen Abstand von 25 mm (ein Inch), der im Allgemeinen mit 15, 17 gekennzeichnet ist. Die Abstände von wenigstens 25 mm (ein Inch) 15, 17 sind vollständig offen für Umgebungsluft für offene Luftkühlung. Bei dem Abstand 15 mit 25 mm (ein Inch) liegt die Temperatur in einem Bereich von 100–110 Grad Celsius, und an dem Abstand von 25 mm (ein Inch) 17 ist die Temperatur geringer als 60 Grad Celsius. Es werden ebenfalls Ausführungsformen vorgesehen, in denen jede der zweiten UV-Aushärtungslampen 16(a), 16(b) voneinander getrennt sind durch wenigstens einen Abstand von 25 mm (ein Inch).
  • In 1 beinhaltet die Vorrichtung zum Herstellen von Fasern 10 ebenfalls ein Kühlrohr 20, eine erste Auftragsmaschine 22, eine erste UV-Aushärtungsphase mit einer ersten UV-Aushärtungslampe 24 und einer zweiten Auftragmaschine 26, welche alle im Stand der Technik bekannt sind. Wie dargestellt, ist die verbesserte UV-Aushärtungsphase 12 hinter der zweiten Auftragmaschine 26 angeordnet, welche die ummantelte Faser F bereitstellt. Jedoch ist nicht beabsichtigt, den Schutzbereich der Erfindung nur auf eine solche Ausfiührungsform zu begrenzen, da 3 eine weitere Ausführungsform darstellt, in welcher die verbesserte UV-Aushärtungsphase 12 auch zwischen der ersten Auftragmaschine 22 und der zweiten Auftragmaschine 26 wie unten beschrieben angeordnet ist.
  • In 2 wird das aktive Kühlrohr 18 aus 1 im Allgemeinen mit 30 gekennzeichnet. Das aktive Kühlrohr 30 ist ein hohles Rohr 32, welches Rohrwände 34 aufweist, durch welche ein Kühlgas strömt, wie im Allgemeinen durch die in 2 dargestellten Pfeile gekennzeichnet. Das Kühlgas fungiert als Mittel zur Wärmeübertragung von der teilweise ausgehärteten ummantelten Faser F1 zu den Rohrwänden 34 des hohlen Rohrs 32. Das Kühlgas ist Helium, obwohl der Schutzbereich der Erfindung nicht auf nur dieses bestimmte Gas begrenzt ist. Wie dargestellt, besteht das aktive Kühlrohr 30 aus einer Reihe von zylinderförmigen Hohlräumen, welche im Allgemeinen mit 36 gekennzeichnet sind, in einem Körper aus wärmeleitenden Metall, welcher im Allgemeinen mit 38 gekennzeichnet ist und mit schmalen Schlitzen verbunden ist, welche im Allgemeinen mit 40 gekennzeichnet sind. Die Reihe zylinderförmiger Hohlräume 36 und schmaler Schlitze 40 bildet eine Bahn, in welcher die teilweise ausgehärtete, ummantelte Faser F1 verläuft. Wie in 2a dargestellt, weist die Reihe zylinderförmiger Hohlräume 36 Finger 42 auf, die so ausgeführt sind, dass sie die Oberfläche des wärmeleitenden Metalls 38 vergrößern, um die Hitze aufzunehmen, die der teilweise ausgehärteten, ummantelten Faser F1 durch das Kühlgas entzogen wird. Die Reihe zylinderförmiger Hohlräume 36 und schmaler Schlitze 40, durch welche das Kühlgas strömt, gewährleistet eine Verwirbelung des Kühlgasstroms, wodurch die Effizienz der Wärmeübertragung zwischen der teilweise ausgehärteten, ummantelten Faser F1 und den Rohrwänden 34 des hohlen Rohrs 30 gesteigert wird.
  • 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der verbesserten UV-Aushärtungsphase, welche eine verbesserte erste UV-Aushärtungsphase aufweist, die im Allgemeinen mit 50 gekennzeichnet ist. In 1 und 3 sind Elemente, die in beiden Zeichnungsfiguren gleich sind, mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Die verbesserte erste UV-Aushärtungsphase 50 weist wenigstens zwei Faserummantelungs-Aushärtungsphasen 14', 16', und eine Kühlphase 18' auf. Eine der wenigstens zwei Faserummantelungs-Aushärtungsphasen spricht auf eine primär ummantelte Faser der ersten Auftragmaschine 22 an, zum Herstellen einer teilweise ausgehärteten primär ummantelten Faser. Die Kühlphase spricht auf die teilweise ausgehärtete primär ummantelte Faser F1' an, zum Herstellen einer gekühlten, teilweise gehärteten primär ummantelten Faser. Die andere der wenigstens zwei Faserummantelungs-Aushärtungsphasen spricht auf die gekühlte, teilweise ausgehärtete primär beschichtete Faser an, zum Herstellen einer ausgehärteten, primär beschichteten Faser für die zweite Auftragmaschine 26.
  • Das Zwischenschalten der aktiven Kühlvorrichtung 18 in 1–3 steigert die Geschwindigkeit und Effizienz der Aushärtungsreaktion. Das aktive Kühlrohr 18 ist so gestaltet, dass es die Verwirbelung des Kühlgasstroms steigert für eine bessere Effizienz des Wärmetransfers von der Faser oder der Ummantelung.
  • Es wird dementsprechend offensichtlich, dass die oben genannten Ziele, und die anhand der vorgenannten Beschreibung offensichtlich gemachten Ziele, wirksam erreicht werden, und, da bestimmte Änderungen an der oben genannten Anordnung gemacht werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, ist beabsichtigt, dass alles, was in der oben genannten Beschreibung enthalten ist oder in den beigefügten Zeichnungsfiguren dargestellt ist, nur zu Darstellungszwecken dient und nicht einschränkend ist.
  • Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, dass die folgenden Patentansprüche alle allgemeinen und spezifischen Merkmale der hier beschriebenen Erfindung abdecken und alle Äußerungen über den Schutzbereich der Erfindung, im Hinblick auf Sprache, als in den Schutzbereich eingeschlossen gelten.

Claims (7)

  1. Plasmabrenner (5), welcher dazu bestimmt ist, lokal ein Zielobjekt (1) zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, dass dieser Mittel (9) zur Injektion eines Zwischengases zwischen das Plasma (13) und das Zielobjekt (1) aufweist, wobei die Mittel zur Injektion (9) bezogen auf die Öffnung des Rohrs (10) zum Auswurf des Plasmas mechanisch außerhalb des Plasmabrenners (5) befestigt sind, um die Stärke des Plasmas auf Höhe des Plasmaendes zu mindern.
  2. Verfahren zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern (1), welches einen Vorgang der Glanzgebung der Außenfläche der Vorform umfasst unter Zuhilfenahme von Mitteln zur induktiven Erwärmung (5), der Art Plasmabrenner, welche ein lokales Erwärmen der Vorform ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gasstrom zwischen das Plasma und die Vorform zwischengesetzt wird auf Höhe des Bereichs der Außenfläche der Vorform (1), die Ziel des Plasmas (13) ist, um die Stärke des Plasmas (13) auf Höhe dieses Bereichs zu mindern.
  3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchfluss des Gases zwischen 3 und 6 l/min liegt, und vorzugsweise gleich 4 l/min ist.
  4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas Luft ist.
  5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas ein Neutralgas ist.
  6. Vorrichtung zur Herstellung einer Vorform für optische Fasern (1), welche aufweist: – Haltemittel (3a, 3b) für die Vorform an ihren beiden Enden, – Mittel zur induktiven Erwärmung (5), der Art Plasmabrenner, welche eine lokale Erwärmung der Vorform (1) ermöglichen, – Mittel (3), um die Vorform (1) zum Rotieren um ihre Längsachse (4) zu bringen, – Mittel (3), um die Vorform in Bezug auf den Plasmabrenner (5) parallel zur Achse (4) zu verschieben, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren Mittel zu Injektion (9) eines Zwischengases zwischen das Plasma (13), welches von dem Brenner (5) produziert wird, und die Vorform (1) aufweist auf Höhe des Bereichs der Außenfläche der Vorform, die Ziel des Plasmas ist.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zu Injektion (9) des Gases eine Einspritzdüse aufweisen, welche bezogen auf den Brenner (5), in dessen Nähe diese angeordnet ist, feststehend ist, um einen Strahl von Zwischengas mit bestimmten Durchfluss zu bilden, zu leiten und auszurichten auf Höhe des Bereichs der Außenfläche der Vorform, welche Ziel des Plasmas ist.
DE69826537T 1997-01-15 1998-01-14 Vorrichtung zur Aushärtung von Fasern mit wenigstens zwei Aushärtungsstufen die getrennt sind durch einen Abkühlvorgang Expired - Lifetime DE69826537T2 (de)

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