DE69924422T2

DE69924422T2 - Schweissen der Enden von optischen Vorformen mittels einer Plasmafackel

Info

Publication number: DE69924422T2
Application number: DE69924422T
Authority: DE
Inventors: Bernard Wurier; Alain Drouart; Pierre Ripoche
Original assignee: Draka Comteq BV
Current assignee: Draka Comteq BV
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1999-04-06
Publication date: 2006-03-09
Anticipated expiration: 2019-04-07
Also published as: FR2777273A1; CN1243259A; EP0950643B1; KR19990083063A; DK0950643T3; FR2777273B1; DE69924422D1; CN100387536C; EP0950643A1; US6178779B1; JP2000026132A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbinden Ende an Ende von zwei Vorformen optischer Fasern, bei dem:

– man die beiden zylindrischen Vorformen koaxial anordnet,
– man die beiden Vorformen in Rotation um eine Achse bringt,
– man die Enden der beiden Vorformen, die einander gegenüber stehen, erhitzt.
– man die beiden Vorformen parallel zur Achse annähert, um sie gegeneinander zu pressen, damit nach dem Abkühlen ein enger Kontakt zwischen den erhitzten Enden geschaffen wird.

Ein solches Verfahren ist insbesondere aus der deutschen Patentanmeldung DE-29 32 196 bekannt. In dieser Anmeldung haben die Vorformen, die verbunden werden sollen, typischerweise eine Länge und einen Durchmesser von gleich 300 mm bzw. 10 mm. Das verwendete Heizmittel ist ein Brenner oder ein Ofen mit Widerstand oder auch ein Laser. Die zylindrischen Vorformen werden um ihre Axialrichtung in Rotation gebracht, um das Erhitzen gleichmäßig auf dem Umfang jedes Endes zu gestalten.
Das Dokument gemäß Artikel 54(3) EPÜ, europäisches Patent EP 928 780 , weist eine Glasrotationsvorrichtung auf, die einen Zahnstangenträger umfasst, der einen Brenner trägt.
Heute verwendet man Vorformen, deren Durchmesser normalerweise zwischen 100 und 170 mm beträgt, um die Länge der durch Ziehen erhaltenen optischen Faser zu vergrößern.
Das Verbinden dieser Vorformen erfordert eine Heizkraft, die wesentliche höher ist als die normalerweise für Vorformen von 10 mm Durchmesser geeignete, da das Volumen des weich zu machenden Materials mit dem Quadrat des Durchmessers variiert. Andererseits muss die Wärmezufuhr so sein, dass das Weichmachen des Materials im Wesentlichen gleichmäßig ist in dem erhitzten Volumen an jedem Ende; dies ist umso schwieriger als der Rand und der Kern der Vorform nicht dieselbe Schmelztemperatur haben, wobei der Rand der Vorform im Allgemeinen keine Dotierungselemente enthält, während der Kern welche enthält.
Die Erfindung hat somit zum Ziel, ein Verfahren zum Verbinden Ende an Ende von zwei Vorformen optischer Fasern mit großen Durchmessern und uneinheitlichen radialen Zusammensetzungen bereitzustellen.
Die Erfindung offenbart zu diesem Zweck ein Verfahren zum Verbinden Ende an Ende von zwei Vorformen optischer Fasern, das die folgenden Operationen aufweist:

– man ordnet die beiden zylindrischen Vorformen koaxial entlang einer gemeinsamen Längsachse an,
– man bringt die Vorformen in Rotation um die gemeinsame Längsachse,
– man erhitzt die Enden der Vorformen, die einander gegenüber stehen, mit Hilfe von Heizmitteln,
– man nähert die Vorformen parallel zur gemeinsamen Achse an, um sie gegeneinander zu pressen, damit nach dem Abkühlen ein enger Kontakt zwischen den Enden geschaffen wird,

Indem man die Heizmittel vor jedem Ende vom Rand zum Inneren der Vorformen bewegt, erhitzt man zunächst die Schichten mit einer relativ hohen Schmelztemperatur, aufgrund der Abwesenheit von Dotierungselementen, und in einem zweiten Schritt Kernschichten mit einer niedrigeren Schmelztemperatur, aufgrund der Anwesenheit der Dotierungssubstanzen.
Dadurch macht man das erhitzte Volumen von jedem Ende im Wesentlichen gleichmäßig weich, wodurch die beiden Vorformen Ende an Ende verschweißt werden können, indem man jedes Fließen des schmelzbarsten Materials beim Pressen der beiden Vorformen verhindert. Daraus resultiert eine homogene Verschweißung, die bezüglich der Gesamtheit der gezogenen Faser ihre mechanischen und optischen Eigenschaften im Abschnitt gezogener Faser ausgehend vom geschweißten Bereich behält.
Vorteilhafterweise umfassen die Heizmittel eine Plasmafackel. Die Plasmafackel erzeugt eine schwache Flamme, die sowohl wärmeerzeugend als auch gebündelt ist. Das Erhitzen durch die Plasmafackel ermöglicht es außerdem, eine oberflächliche Schicht von Material von jedem Ende der Vorformen zu verdampfen. So vermeidet man eine Vorab-Reinigungsoperation durch chemische Mittel. Vorzugsweise verwendet man ein reines plasmagenes Gas, um eine Verunreinigung von jedem Ende zu verhindern.
Die Erfindung betrifft auch das Verbinden einer Vorform und eines Ansatzstücks aus Glas. In diesem Fall offenbart die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden Ende an Ende einer Vorform einer optischen Faser und eines zylindrischen Ansatzstücks aus einem glasförmigen Material, das die folgenden Operationen aufweist:

– man ordnet die zylindrische Vorform und das Ansatzstück koaxial entlang einer gemeinsamen Längsachse an,
– man bringt die Vorform und das Ansatzstück in Rotation um die gemeinsame Längsachse,
– man erhitzt die Enden der Vorform und des Ansatzstückes, die einander gegenüber liegen, mit Hilfe von Heizmitteln,
– man nähert die Vorform und das Ansatzstück parallel zur gemeinsamen Achse an, um sie gegeneinander zu pressen, damit nach dem Abkühlen ein enger Kontakt zwischen den Enden geschaffen wird,

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung verdeutlichen sich beim Lesen der Beschreibung einer durch die Zeichnungen illustrierten Ausführungsform. Bei den folgenden Figuren
zeigt 1 schematisch eine Vorrichtung zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verbinden Ende an Ende von zwei Vorformen optischer Fasern,
zeigt 2 schematisch eine Plasmafackel, die eine erste Stellung innehat, die bezüglich der Rotationsachse der Vorformen versetzt ist, zum Erhitzen eines Randbereichs der Enden der Vorformen,
zeigt 3 schematisch eine Plasmafackel, die eine zweite Stellung innehat, die das Erhitzen eines zentralen Bereichs der Enden der Vorformen ermöglicht.
Ein Verfahren zum Verbinden von Vorformen Ende an Ende wird angewandt in einer Vorrichtung, die, 1, eine horizontale Glasrotationsvorrichtung 1 mit zwei Dornen 11 und 13, die auf zwei Trägern 3 und 5 befestigt sind, aufweist. Die beiden Dornen bringen zwei zylindrische Vorformen 7 und 9 um dieselbe Achse A zur Rotation. Die Schweißvorrichtung wird bei Umgebungsluft installiert.
Die Enden 7A und 9A der beiden Vorformen 7 und 9, die sich gegenüberstehen, werden erhitzt, um weich gemacht zu werden. Der Träger 3 ist beweglich hinsichtlich Translation parallel zur Rotationsachse A, um die Vorform 7 der anderen Vorform 9 anzunähern und um die beiden weich gemachten Enden 7A und 9A zusammen zu pressen, um nach Abkühlung eine dichte Verschweißung zu bilden.
Erfindungsgemäß ist eine Plasmafackel 15 fest auf einem Arm 17 befestigt, der bezüglich der horizontalen Glasrotationsvorrichtung 1 in einer Richtung T senkrecht zur Rotationsachse A gleitet, um die Plasmafackel 15 hinsichtlich Translation vor die beiden Enden 7A und 9A der Vorformen zu verschieben.
Bei der in den Figuren dargestellten Ausführungsform ist die Plasmafackel 15 in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse A mittels eines Gleitarms 17 beweglich und erstreckt sich in einer Längsrichtung L, die um 45° bezüglich der horizontalen Glasrotationsvorrichtung 1 geneigt ist.
Beim Erhitzen wird die Plasmafackel 15 mittels des Gleitarms 17 bewegt, um zuerst, 2, eine bezüglich der Rotationsachse A der beiden Vorformen verschobene Stellung einzunehmen. Die Verschiebung der Plasmafackel ist in der Figur durch einen Abstand D hergestellt, der die Rotationsachse A von der Längsrichtung L der Plasmafackel 15 trennt, entlang derer eine Flamme 15A gebündelt wird. Die Fackel 15 wird in dieser Stellung so lange gehalten, wie es nötig ist, um das durch die Flamme 15A erhitzte Volumen auf einem Randbereich 7B oder 9B des Endes der Vorform 7 oder 9 weich zu machen.
In einem zweiten Schritt wird die Plasmafackel 15 mittels des Gleitarms 17 bewegt, um, 3, eine Stellung einzunehmen, in der die Längsrichtung L die Rotationsachse A schneidet. Die Fackel wird in dieser Stellung so lange gehalten, wie es nötig ist, um das durch die Flamme 15A erhitzte Volumen auf einem zentralen Bereich 7C oder 9C des Endes der Vorform 7 oder 9 weich zu machen.
Das Innere jeder Vorform besteht aus Kieselerde, dotiert beispielsweise mit Germanium, und ihre Schmelztemperatur ist niedriger als diejenige der Randschichten, die aus Kieselerde bestehen, die kein Germanium enthalten. Das zweimalige Erhitzen durch Translation der Plasmafackel vom Rand zum Zentrum der Enden der beiden Vorformen bringt die Randschichten 7B und das Innere 7C auf denselben Weichheitsgrad. So verhindert man ein Fließen Bereichs, der bei niedrigerer Temperatur schmilzt, bezüglich des Bereichs, der bei höherer Temperatur schmilzt, was der Verschweißung einen homogenen Charakter verleiht. Wie vorab erläutert, behält der ausgehend von dem verschweißten Bereich gezogene Faserabschnitt so die optischen und mechanischen Eigenschaften der Faserlängen, die ausgehend von den nicht durch das Schweißen beeinflussten Bereichen erhalten wurden.
Bei der Operation des Erhitzens ermöglicht die Wärmeleistung der Plasmafackel außerdem, eine Oberflächenschicht von Material der Enden, die verbunden werden sollen, zu verdampfen. Eine chemische Vorbehandlung der Enden, beispielsweise mittels einer starken Säure, ist somit nicht notwendig. Das in der Plasmafackel verwendete plasmagene Gas ist vorteilhafterweise frei von Verunreinigungen, um die erhitzten Enden nicht zu verunreinigen.
Nach Translation der Vorform 7 zur Vorform 9 (beispielsweise) und dem Kontaktieren durch Druck der beiden Enden 7A und 9A wird die Plasmafackel 15 gelöscht. Ein beim Zusammenzufügen der beiden Vorformen gebildeter Wulst wird mittels einer Graphitplatte bearbeitet.
Um die beiden Vorformen bringt man beiderseits der Verschweißung einen wärmeisolierenden nicht verschmutzenden Mantel, beispielsweise auf Kieselerdewolle, an, um das Abkühlen zu verlangsamen, oder man verwendet einen Ofen, der um die beiden Vorformen angebracht ist, um die Abkühlungsgeschwindigkeit zu steuern. In beiden Fällen verhindert man die Bildung von thermischen Belastungen. Aus demselben Grund ist auch vorgesehen, eine der beiden Vorformen von ihrem Dorn zu entriegeln.
Bei der vorab beschriebenen Ausführungsform ist die Plasmafackel 15 hinsichtlich Translation T bezüglich der Rotationsachse A der Glasrotationsvorrichtung 1, die fest ist, beweglich. Es kann auch vorgesehen werden, die Fackel 15 fest bezüglich der Glasrotationsvorrichtung 1 zu befestigen und die Vorformen 7 und 9 mittels der Träger 3 und 5, die jeweils mit zwei Freiheitsgraden in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse A ausgestattet sind, in Translation T zu verschieben.
Vorteilhafterweise verwendet man die Erfindung zum Verbinden einer Vorform und eines zylindrischen Glasansatzstückes, das einen Durchmesser gleich oder kleiner als den der Vorform besitzt, beispielsweise 40 mm, im Verhältnis zu einem Durchmesser der Vorform zwischen 100 mm und 170 mm. Bei dieser Anwendung erhitzt man zuerst die Randschichten des Endes der Vorform und in einem zweiten Schritt das Innere der Vorform und das Ende des Ansatzstücks.

Claims

Verfahren zum Verbinden Ende an Ende von zwei Vorformen (7, 9) optischer Fasern, das die folgenden Operationen aufweist: • man ordnet die beiden zylindrischen Vorformen (7, 9) koaxial entlang einer gemeinsamen Längsachse (A) an, • man bringt die Vorformen (7, 9) in Rotation um die gemeinsame Längsachse (A), • man erhitzt die Enden (7A, 9A) der Vorformen (7, 9), die einander gegenüber kommen, mit Hilfe von Heizmitteln (15), • man nähert die Vorformen (7, 9), parallel zur gemeinsamen Achse (A), an, um sie gegeneinander zu pressen, damit nach dem Abkühlen ein enger Kontakt zwischen den Enden (7A, 9A) geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen durchgeführt wird, indem ein relatives Verschieben der Heizmittel (15) bezüglich der Enden (7A, 9A) in einer radialen Richtung erfolgt, die orthogonal zur gemeinsamen Längsachse (A) verläuft, derart dass zuerst der Rand (7B, 9B), dann das Innere (7C, 9C) der Vorformen (7, 9) erhitzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel eine Plasmafackel (15) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Plasmafackel (15) durch ein plasmagenes Gas, das frei von Verunreinigungen ist, speist.
Verfahren zum Verbinden Ende an Ende einer Vorform einer optischen Fasern und eines zylindrischen Ansatzstücks aus einem glasförmigen Material, das die folgenden Operationen aufweist: • man ordnet die zylindrische Vorform und das Ansatzstück koaxial entlang einer gemeinsamen Längsachse an, • man bringt die Vorform und das Ansatzstück in Rotation um die gemeinsame Längsachse, • man erhitzt die Enden der Vorform und des Ansatzstückes, die einander gegenüber kommen, mit Hilfe von Heizmitteln, • man nähert die Vorform und das Ansatzstück, parallel zur gemeinsamen Achse, an, um sie gegeneinander zu pressen, damit nach dem Abkühlen ein enger Kontakt zwischen den Enden geschaffen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Erhitzen durchgeführt wird, indem ein relatives Verschieben der Heizmittel bezüglich der Enden in einer radialen Richtung erfolgt, die orthogonal zur gemeinsamen Längsachse verläuft, derart dass zuerst der Rand der Vorform, dann das Innere der Vorform und das Ansatzstück erhitzt wird.
Vorrichtung zum Einsatz eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizmittel (15) fest sind bezüglich der Glasrotationsvorrichtung (1), die zwei in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse (A) bewegliche Träger (3, 5) von Vorformen (7, 9) aufweist.