FR2512804A1 - Procede et appareil de chauffage d'une preforme pour fibre optique - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA FABRICATION DES FIBRES OPTIQUES. UN APPAREIL DESTINE A CHAUFFER UNE PREFORME 22 DANS LE BUT DE PRODUIRE UNE FIBRE 21 COMPREND UN CHALUMEAU COMPORTANT UN CERTAIN NOMBRE DE CONDUITS DE GAZ QUI S'OUVRENT A UNE SURFACE 52 ADJACENTE A LA PARTIE INFERIEURE DE LA PREFORME. UN GAZ COMBUSTIBLE ET UN GAZ OXYDANT QUI SORTENT DES CONDUITS SE MELANGENT A LA SURFACE ET S'ENFLAMMENT AUTOUR DE LA PARTIE INFERIEURE RETRECIE DE LA PREFORME POUR FORMER UN CONE DE FUSION A PARTIR DUQUEL ON ETIRE LA FIBRE. LES OUVERTURES DES CONDUITS SONT DISPOSEES DE PREFERENCE SUR UN CERCLE DE DIAMETRE INFERIEUR A CELUI DE LA PREFORME. APPLICATION A LA FABRICATION DE FIBRES POUR LES TELECOMMUNICATIONS OPTIQUES.

Description

La présente invention concerne des procédés et des

appareils destinés au chauffage d'une préforme et, plus par-

ticulièrement, des procédés et des appareils destinés au chauffage d'une préforme en verre qui facilitent l'étirage à partir de la préforme d'une fibre utilisable en tant que

guide de lumière.

On fabrique généralement une fibre utilisable en

tant que guide de lumière en chauffant localement et symé-

triquement un barreau de verre de silice cylindrique qu'on

appelle une préforme La préforme mesure de façon caracté-

ristique 7 à 25 mm de diamètre et 100 cm de longueur et on la chauffe à des températures dépassant 20000 C Pendant qu'on fait avancer la préforme dans une zone chaude, on étire une fibre à partir de la matière en fusion, ce qui donne pratiquement une réplique de la section transversale

de la préforme.

Du fait des températures mises en jeu et pour évi-

ter un risque de détérioration de la surface de la fibre, on

ne peut pas étirer la fibre à travers une filière Par con-

séquent, la surface de la matière en fusion est une frontière libre dont la forme est déterminée par un équilibre entre les forces de viscosité de la matière constituant le verre, la

tension superficielle et les forces de cisaillement.

Lorsque le verre est dans un état fondu, il est sujet à des perturbations mécaniques, acoustiques et induites thermiquement, ainsi qu'à des variations de diamètre qui se

produisent lorsque le processus approche de son état d'équi-

libre Une source supplémentaire de variation, qui est d'une nature à variation lente, résulte de changements du

diamètre de la préforme.

Dans un système d'étirage qui est bien connu dans l'industrie, on fait avancer la préforme dans une zone de chauffage dont la section est réduite dans un cène de fusion jusqu'à la taillb de la fibre, pour permettre de tirer la fibre à partir de la préforme On mesure le diamètre à un point situé à une courte distance après la formation de la fibre, et sa valeur mesurée est appliquée en tant que grandeur

d'entrée à un système de commande Dans le système de conman-

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de, le diamètre mesuré de la fibre est comparé à une valeur désirée et un signal de sortie est généré pour régler la

vitesse d'étirage, si nécessaire, afin de corriger le diamè-

tre Après mesure du diamètre de la fibre, on applique un revêtement protecteur et on le fait durcir Ensuite, on bobi- ne la fibre revêtue, en vue du test et du stockage avant des opérations ultérieures de câblage Voir la revue Western

Electric Engineer, numéro de l'hiver 1980, article commen-

çant à la page 49.

Pendant l'opération d'étirage d'une fibre, des particules de poussière et de saleté peuvent passer de la zone de chauffage vers la préforme en verre et atteindre la

surface de la fibre Ceci a pour effet de réduire considéra-

blement la résistance à la traction de la fibre et d'augmen-

ter l'atténuation Ces problèmes sont examinés dans un ar-

ticle de H Aulich et col intitulé "Preparation of Optical Fibers of High Tensile Strength'l, Siemens Forschungs Und

Entwicklungsberichte, volume 7, n O 3, 1978, pages 165-168.

Quatre types de sources de chaleur ont éyé utili-

sés dans un appareil d'étirage de fibre utilisée comme guide de lumière, et la plus simple de ces sources est un brûleur

oxygène-hydrogène qu'on appelle un chalumeau Dans une confi-

guration, plusieurs chalumeaux sont dirigés vers la préforme.

La technique utilisant un chalumeau est propre dans la mesure o il n'y a pas de contaminants à proximité du verre en fusion, mais des variations du diamètre de la fibre peuvent

se produire du fait de la turbulence de la flamme du chalu-

meau et de l'environnement ouvert qui entoure la partie rétrécie Lorsqu'on utilise le chalumeau, le principal mode de chauffage consiste dans la conduction de la flamme vers

le verre Du fait du caractère non contaminant des chalu-

meaux, les fibres produites ont été, en général, plus résis-

tantes que celles produites avec des fours électriques Deplus, l'enfilage de la fibre dans ces types de sourcesde chaleur est relativement simple à accomplir et elles ne nécessiteit pas de gaz de purge ni la consommation d'énergie pendant les périodes de non utilisation Il est en outre aisé d'observer

et de définir le cône en fusion de la préforme.

La commande du diamètre, lorsqu'on utilise un cha-

lumeau pour chauffer une préforme, a également soulevé un problème, à cause de la manière selon laquelle les flammes ont été appliquées Les flammes du chalumeau ont des régions ou des zones de température qui varient sur des distances relativement courtes Dans le chauffage par chalumeau, le gaz combustible et le gaz oxydant sortent par des conduits d'alimentation pour créer une flamme ayant trois zones assez distinctes Tout d'abord, dans l'ordre à partir d'une buse

du chalumeau, on trouve la zone de mélange ou de pré-combus-

tion, suivie par une zone de combustion qui est la partie la

plus chaude de la flamme La dernière zone, ou zone extérieu-

re, dans laquelle les gaz combustibles se mélangent avec l'air extérieur, est appelée un panache, et c'est une zone de températures instables Dans l'art antérieur, il es-t caractéristique de positionner le chalumeau de telle façon que la surface cible qui doit être chauffée se trouve de

manière générale dans le panache de la flamme du chalumeau.

Ceci contribue au défaut d'uniformité de la température On a essayé des chalumeaux à buses multiples, appelés brûleurs

annulaires, dans lesquels les buses sont dirigéesradiale-

ment, mais ces chalumeaux n'ont pas produit des champs de température uniformes, du fait que les gaz sortant d'une buse donnent lieu à une interaction avec ceux de la buse

opposée radialement, donnant ainsi un caractère variable.

Certains expérimentateurs ont utilisé une confi-

guration ne comportant que deux buses, mais il est alors nécessaire de faire tourner la préforme, pour répartir la chaleur uniformément autour de la préforme Du fait que les préformes ne sont pas parfaitement rectilignes, la rotation les fait aller et venir dans des champs de température différents, ce qui produit une fluctuation du diamètre Il

existe encore un autre problème en ce qui concerne le brû-

leur du type annulaire Généralement, dès que le c 8 ne en

fusion commence à se former, les distances depuis les chalu-

meaux du brûleur annulaire jusqu'à la préforme varient quelque peu par rapport à ces distances au début De façon gênante, lorsque les distances sont réglées et qu'elles

varient à cause du cône en fusion, des paramètres de concep-

tion peuvent être modifiés.

Un laser est une seconde source de chaleur qui est également très propre Par l'utilisation d'une lentille tournante ou de galvanomètres à balayage, on peut répartir

uniformément l'énergie du laser autour de la préforme.

L'énergie est absorbée par la surface de la préforme et l'intérieur est chauffé par conduction Le laser est une source d'énergie propre du fait que l'environnement qui entoure le verre en fusion est indépendant du laser Bien que la variation de diamètre soit très inférieure à celle qu'on obtient avec des chalumeaux, le verre en fusion est soumis à des perturbations par convection Bien que le

laser se soit avéré être un instrument de laboratoire uti-

le, d'autres sources offrent la même propreté, une meilleure définition des conditions d'environnement et des coûts

d'investissement et de fonctionnement très inférieurs.

Les deux autres sources qui ont été utilisées sont des fours, qui diffèrent notablement en ce qui concerne leur structure interne Un four en graphite utilise un anneau de graphite qui est chauffé par résistance ou par induction, afin de chauffer la préforme par rayonnement Cependant, aux températures élevées, le graphite réagit facilement avec l'oxygène et il faut l'entourer en faisant circuler dans le four un gaz protecteur tel que de l'argon ou de l'azote Le courant de gaz doit être défini avec précaution pour éviter d'apporter des perturbations à la région en verre fondu

rétrécie De plus, du fait de la température de fonctionne-

ment élevée des éléments du four, il y a un risque de conta-

mination de la préforme, et donc de diminution de la résis-

tance mécanique des fibres.

Une autre structure de four utilise des anneaux en oxyde de zirconium, qui sont chauffés par induction RF,

pour chauffer la préforme par convection et rayonnement.

Cette configuration de four a l'avantage consistant en ce que l'oxyde de zirconium ne nécessite pas une atmosphère inerte protectrice, et on peut donc étirer la préforme dans un environnement relativement tranquille, sans la dépense

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d'un gaz protecteur.

On a rencontré des problèmes avec le four à l'oxyde de zirconium On a trouvé que la matière isolante contenue dans le four produit des matières sous forme de particules Si ces matières sous forme de particules viennent en contact avec une fibre qui est étirée, elles

produisent des défauts et affaiblissent la fibre On a éga-

lement trouvé qu'un pourcentage appréciable de ruptures de

fibre pendant le test d'épreuve, résultent de défauts pro-

duits par des matières sous forme de particules Une source

de chaleur souhaitable est évidemment une source qui ne con-

tamine pas le verre.

Le coût est un autre facteur qui fait que le four

à l'oxyde de zirconium n'est pas complètement souhaitable.

Une fois qu'il est porté à une température de fonctionnement supérieure à 19000 C, le moufle de ce four, qui est formé par

des anneaux d'oxyde de zirconium appelés éléments, se cra-

quèle s'il est refroidi Du fait de sa sensibilité aux

chocs thermiques, le four à l'oxyde de zirconium doit demeu-

rer à une température élevée, ce qui augmente la consomma-

tion d'énergie De plus, si la préforme venait à toucher un élément en zirconium, elle adhérerait à ce dernier, ce qui

mettrait fin à la vie de l'élément.

Les considérations qui précèdent montrent qu'une structure à chalumeau offre d'innombrables avantages par

rapport aux autres sources de chaleur identifiées Une struc-

ture à chalumeau procure un environnement chauffé plus propre

que celui d'un four La vapeur d'eau qui résulte de la com-

bustion ne se condense pas aux températures élevées Il en résulte qu'il n'y a pas de dépôt de matières sous forme de particules à la surface de la préforme, et la fibre produite a une résistance mécanique plus élevée Cependant, ce dont on a besoin et qu'on ne trouve apparemment pas dans l'art antérieur, c'est une structure à chalumeau avec tous les avantages qui lui sont associés, mais permettant de commander de façon appropriée le diamètre de la fibre utilisable comme

guide de lumière qui est étirée.

Les besoins précédents sont satisfaits par les pro-

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cédés et appareils de l'invention, pour chauffer une préfor-

me en verre à partir de laquelle on étire une fibre utilisa-

ble comme guide de lumière Une préforme en verre ayant une

partie rétrécie est supportée avec son axe orienté verticale-

ment et avec sa partie rétrécie à l'extrémité inférieure On dirige ensuite un ensemble de flammes vers une surface cible de la partie rétrécie, avec un angle prédéterminé par rapport à l'axe de la préforme Chacune des flammes comprend une zone de pré-combustion, une zone de combustion et un panache La surface cible et les flammes sont positionnées de façon que la zone de combustion de chaque flamme vienne

en contact avec la périphérie de la surface cible On dépla-

ce la préforme en verre vers le bas, pendant que son extré-

mité inférieure est chauffée par les flammes, tandis qu'on étire à partir de la partie rétrécie la fibre utilisable en

tant que guide de lumière.

Dans un mode de réalisation-préféré, des buses d'un chalumeau disposées en anneau sont positionnées au-dessous de la partie d'extrémité inférieure rétrécie d'une préforme qui est suspendue verticalement On fait circuler dans les buses et des passages euvironnan ts des

gaz combustible et oxydant, tels par exemple que de l'hydro-

gène et de l'oxygène, pour produire des flammes qui viennent en contact avec la partie rétrécie de la préforme L'anneau est dimensionné de façon que le diamètre d'un cercle qui

passe par les extrémités des buses soit inférieur au diamè-

tre d'une partie centrale de la préforme Il en résulte que

la surface qui est soumise aux flammes est maintenue à dis-

tance des extrémités des buses ce qui fait qu'elle est mise en contact avec les zones de température la plus élevée des flammes, qui sont les zones de combustion Dans le mode de

réalisation préféré du chalumeau de l'invention, on fait cir-

culer les gaz oxygène et hydrogène à travers des parties du

bottier du chalumeau et on les mélange à l'extérieur d'une sur-

face dans laquelle s'ouvrent les buses et les passages.

Parmi d'autres caractéristiques de l'invention 1 figure un écran qui entoure la partie rétrécie de la préforme et procure une zone de chauffage tranquille Une filière iris est également établie à une extrémité inférieure de la zone

de chauffage pour éviter un courant ascendant d'air atmosphé-

rique qui pourrait affecter l'opération d'étirage.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre de modes de réalisation et en se

référant aux dessins annexés sur lesquels: -

La figure 1 est une vue d'ensemble d'un appareil conforme à l'invention, destiné à chauffer une préforme en verre à partir de laquelle on étire une fibre utilisable en tant que guide de lumière; La figure 2 est une vue en plan de l'appareil de l'invention qui montre un anneau de brûleurs;

La figure 3 est une vue en élévation et partielle-

ment en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2, d'un appa-

reil conforme à l'invention destiné à chauffer la préforme Les figures 4 A et 4 B sont des vues agrandies d'une partie de l'appareil de la figure 2, montrant deux

flammes de chalumeau et leur venue en contact avec une par-

tie rétrécie de la préforme; La figure 5 est une représentation en plan et en coupe qui montre un diaphragme iris qui est monté à une extrémité inférieure d'un appareil de chauffage; et Les figures 6 et 7 sont des représentations en

perspective et éclatée du diaphragme iris.

On va maintenant considérer la figure 1 sur laquelle on voit un appareil désigné de façon générale par la référence 20, destiné à étirer une fibre utilisable en

tant que guide de lumière, 21, à partir d'une préforme en ver-

re 22 qui est suspendue verticalement Une fois que la fibre 21 a été étirée à travers un appareil de chauffage désigné de façon générale par la référence 23, son diamètre est mesuré par un dispositif 24, elle est rev 8 tue par un dispositif 25 et elle est ensuite traitée dans une chambre 26 On mesure le diamètre de la fibre revetue 28 avant

qu'elle soit enroulée Toutes ces opérations sont bien con-

nues et sont envisagées longuement dans le numéro de l'hiver 1980, mentionné précédemment, de la revue Western Electric Engineer. Comme on peut le voir sur les dessirs, l'appareil comprend des moyens 31, comportant un mandrin 32, pour

suspendre la préforme 22 Les moyens 31 comprennent égale-

ment des dispositifs destinés à faire descendre la préforme 22 pour positionner une extrémité inférieure 33 de cette dernière à proximité de l'appareil 23 qu'on utilise pour chauffer la préforme et permettre l'étirage de la fibre 21

à partir de la préforme.

En passant maintenant aux figures 2-3, on voit que l'appareil 23 comprend un bottier 41 qui comporte une entrée 42 pour un gaz combustible provenant d'une source et

une entrée 43 pour un gaz oxydant Dans un mode de réalisa-

tion préféré, le gaz combustible est de l'hydrogène et le gaz oxydant est de l'oxygène On fait circuler les gaz dans un système de conduits pour les amener à proximité de la préforme. L'entrée 42 communique avec une cavité 44 et une chambre annulaire 45 Un certain nombre de tubes 46-46 qui se terminent dans des brûleurs ou buses 47-47, s'élèvent à partir de la chambre 45 et sont fixés au bottier 41 Les tubes 46-46 s'ouvrent dans la chambre d'alimentation 45 dans laquelle est introduit l'hydrogène Chacun des tubes 46-46 comprend une partie rectiligne 48 qui est de façon générale parallèle à l'axe de la préforme 22, et une partie rectiligne supérieure 49 qui est dirigée vers l'intérieur, sous un angle 0 par rapport à l'axe de la préforme Chacune des buses 47-47 comporte un orifice 51 qu'on appelle une

extrémité de brûleur et qui s'ouvre dans une surface 52.

Bien qu'un seul cercle de buses 47-47 soit représenté, il faut noter qu'on pourrait en utiliser deux ou plus, en

fonction des besoins pour des modes de réalisation particu-

liers. L'entrée 43, quant à elle, communique avec une

cavité 56 et ensuite avec une chambre annulaire 57 La cham-

bre annulaire 57 communique avec une cavité 58 qui s'étend vers le haut et s'ouvre à la surface 52 du bottier 41 Les buses 47-47 sont logées dans la cavité 58, mais du fait de leur configuration, des passages 59-59 (figure 2) pour le

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courant d'oxygère sont formés entre elles et les parois de la cavité. Les buses 47-47 et les passages 59-59 entre elles

sont disposés de façon à égaliser les vitesses des gaz oxygè-

ne et hydrogène On accomplit ceci en faisant en sorte que l'aire totale par laquelle circule l'hydrogène soit environ

le double de celle par laquelle circule l'oxygène La comman-

de du rapport des gaz et de leur vitesse évite une usure excessive des parois des buses et de la préforme 22 Cette

configuration fait également en sorte que le volume d'hydro-

gène qui circule par les buses 47-47 soit environ le double

du volume d'oxygène qui circule par les passages 59-59.

Les gaz oxygène et hydrogène traversent les buses

47-47 et les passages 59-59 et se mélangent de façon généra-

le au niveau de la surface supérieure 52 du bottier 41 Ils produisent une flamme qui vient en contact avec la préforme 22 Un avantage de la configuration de mélange en surface réside dans son aptitude à produire ce qu'on appelle une flamme "douce" Ceci réduit l'impact des gaz sur la préforme

22 et évite l'abrasion de la surface de la préforme.

Une configuration de mélange en surface est égale-

ment avantageuse d'un autre point de vue Avec une configu-

ration de brûleur à pré-mélange, des vapeurs de silice se condensent aux parties inférieures des orifices et croissent lentement vers le cône de fusion Lorsque cette croissance atteint une taille particulière, elle perturbe la flamme On pourrait utiliser un rideau de gaz pour constituer un écran devant chaque orifice afin d'empêcher des dépôts de silice, mais un tel écran perturberait également la flamme On résout ce problème par l'utilisation d'un chalumeau à mélange en surface dans lequel les gaz hydrogène et oxygène circulent

par des conduits séparés et se mélangent en position adja-

cente à la surface externe 52.

La compréhension de la technologie de la flamme a

conduit à une structure de chalumeau qui constitue une solu-

tion à un grand nombre des problèmes envisagés précédemment.

La flamme est produite par l'inflammation d'un gaz combusti-

ble avec un gaz oxydant Ces deux gaz nécessitent tout d'abord

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un temps de mélange avant l'irflarmimation et rnécessitenrt une

température de seuil pour l'inflammaticr.

Une flamme comprend trois zones rune zone de pré-

combustion 61 (voir les figures 4 A, 4 B), une zcne de ccmbus-

tion 62 et un panache 63, dans l'ordre à partir d'un point auquel les gaz qui brûlent pour produire la flamme viennent en contact La température de seuil pour l'inflammation est fonction des gaz à enflammer, de même que la longueur de la zone de pré-combustion La longueur de la zone de combustion

est fonction de la vitesse des gaz et des diamètres des ori-

fices La zone de pré-combustion est présente non seulement dans les chalumeaux à mélange en surface dans lesquels les

gaz combustible et oxydant se mélangent au niveau d'une sur-

face telle que la surface 52 dans laquelle s'ouvrent les

conduits d'acheminement des gaz, mais également dans les cha-

lumeaux à pré-mélange Lorsqu'un gaz pré-mélangé émerge de son passage, il y a une zone de pré-combustion distincte

avant l'inflammation.

Les vitesses des gaz sont également importantes.

Lorsque les gaz s'enflamment, une expansion des gaz accompa-

gne l'inflammation Il existe un front de flamme qui se déplace vers l'extrémité 51 de la buse Le dimensionnement des orifices et la conception des moyens d'alimentation font

en sorte que les vitesses des gaz qui sortent par les extré-

mités 51-51 soient supérieures à celle du front de flamme.

Ceci empêche tout refoulement dans les buses 47-47 et assure la présence d'une zone de pré-combustion à l'extérieur des extrémités 51-51 Dans le chalumeau à mélange en surface, ce

problème n'est pas aussi sévère du fait que les gaz combus-

tible et oxydant nécessitent un plus long trajet avant l'in-

flammation que dans une configuration à pré-mélange.

La configuration de chauffage de l'invention est

avantageuse de plusieurs points de vue et optimise l'utili-

sation de flammes pour chauffer la préforme De façon avanta-

geuse, et comme les figures 3, 4 A et 4 B le montrent le mieux, la configuration fait en sorte que le point le plus chaud de

la flamme vienne en contact avec la surface cible de la pré-

forme 22, c'est-à-dire la partie la plus inférieure de la pré-

forme suspendue verticalement Dans l'art antérieur, on uti-

lise un cercle de base relativement grand sur lequel se trou-

vent les extrémités de brûleur du chalumeau, pour permettre au barreau de la préforme de traverser ce cercle Dans la configuration de l'invention, le diamètre du cercle de base

est un peu inférieur au diamètre de la préforme, ce qui assu-

re le positionnement optimal de la surface cible par rapport aux flammes Par exemple, pour étirer une fibre à partir d'une préforme de 13 mm de diamètre, le diamètre du cercle de base est d'environ 10 mm Cette configuration positionne la cible, c'est-à-dire la préforme 22, au point le plus chaud de la flamme du chalumeau, tout en permettant le tirage de la fibre à travers le cercle de base, au moyen d'une tige mince qui se déplace dans une extrémité inférieure du boîtier 41 et

qui est soudée à l'extrémité inférieure de la préforme.

Bien que dans le mode de réalisation préféré les extrémités de brûleur 5 I-51 soient disposées sur un cercle de

base ayant un diamètre qui est inférieur à celui de la pré-

forme 22, il peut y avoir des cas dans lesquels on n'a pas cette relation Dans de tels cas, la surface cible peut être dans la zone de combustion des flammes au début, mais du fait de la traction que le ménisque exerce ensuite sur la préforme, il faut prendre soin d'éviter que la préforme soit positionnée dans le panache Le mode de réalisation préféré

est avantageusement conçu pour les conditions de régime éta-

bli de l'opération d'étirage et il évite ce problème.

Une autre considération importante est l'angle que

font les axes des buses 47-47 par rapport à l'axe de la pré-

forme 22 Si les buses 47-47 étaient parallèles à l'axe de la préforme, les flammes s'étendraient trop loin De plus, on ne pourrait pas commander le cône de fusion de la préforme et il s'allongerait et empêcherait de commander le diamètre de la fibre Au contraire, si l'angle du cône d'étirage

correspond à un cène trop peu profond, la matière de la pré-

forme passe de l'état solide à l'état fondu en une durée relativement courte De plus, dans cette configuration, avec les buses dirigées radialement vers l'intérieur, il apparaît un problème de rencontre des flammes La turbulence des gaz

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d'une buse 47 manifeste une interaction avec celle d'une buse opposée radialement et rend le champ de température

instable Il est souhaitable que l'angle 0 entre le chalu-

meau et un axe vertical soit dans la plage de 100 à 500, et cet angle est de 300 dans un mode de réalisation préféré.

Avec l'appareil de l'invention, le c 8 ne de chaleur est avan-

tageusement au-dessus des buses 47-47, d'o il résulte que

la préforme ne vient pas en contact avec les buses.

Il est également important de refroidir le bot-

tier 41 et les parois des buses 47-47 dans le but de fournir

un gaz propre qui empêche l'oxydation et l'écaillement résul-

tant de la matière qui constitue les parois On introduit de l'eau froide par une entrée 70 pour la faire circuler dans un canal 72 qui est adjacent à la surface 52 et aux passages 59-59 Le liquide de refroidissement refroidit le boîtier 41

et produit un refroidissement secondaire des buses, par con-

duction Les buses 47-47 sont refroidies essentiellement par les gaz combustibles qui traversent les buses et les passages 59-59 Le refroidissement empêche l'oxydation de parties du

boîtier et des buses 47-47 Une telle oxydation pourrait con-

duire à l'entraînement de fines particules de métal oxydé

dans les courants de gaz, et à la contamination de la préfor-

me 22 La surface supérieure du boîtier 41 est également refroidie. Outre l'importance que présente la configuration du cercle de base des buses 4747 et leur angle d'incidence, il

faut également prendre des mesures pour éviter une perturba-

tion des flammes L'un des avantages d'un four à combustion tranquille, consiste en ce que l'air qu'il contient est calme, ce qui facilite la commande du diamètre On accomplit ceci de-deux manières Tout d'abord, un écran 76 est fixé au

boîtier 41 et s'étend vers le haut à partir de ce dernier.

Cet écran entoure le cercle de base et empêche une perturba-

tion directe des flammes.

L'impact des gaz sur la préforme 22 crée une zone

de pression positive qui se dirige vers le bas Cette cir-

culation s&oppose à un courant d'air ascendant qui passe par l'extrémité inférieure du four, s'il est ouvert Si on ne s'y

opposait pas, l'air extérieur froid du courant d'air ascen-

* dant conduirait à des champs de température non uniformes.

Pour empêcher ceci, un second moyen pour empêcher la pertur-

bation de la flamme fait appel à une ouverture réglable qui est positionnée à l'extrémité inférieure de l'appareil 23 et

qui, lorsqu'elle est fermée, réduit le courant d'air ascen-

dant et fait en sorte que la zone de chauffage demeure à une températureélevée La configuration de l'invention est

d'une grande utilité pour maîtriser la stabilité des flammes.

On obtient cette capacité au moyen d'un dispositif qui est désigné de façon générale par la référence 80 (voir

les figures 3 et 5-7) Ce dispositif consiste fondamentale-

ment en un diaphgrame iris qui est monté dans un support annulaire 81 et qui est supporté dans une partie inférieure du boîtier 41 Le support annulaire 81 est maintenu dans une position circonférencielle désirée par un certain nombre

d'éléments de fixation 82-82 qui sont vissés dans des ouver-

tures formées dans une partie inférieure du boîtier 41.

On va maintenant passer aux figures 6 et 7 qui montrent la structure du diaphgrame iris 80 Comme on peut le voir, le diaphgrame 80 comprend un anneau de base 86 qui comporte une partie annulaire 87 ayant une paroi 88 qui

s'élève à partir d'une périphérie de la pièce annulaire 86.

La pièce annulaire comprend une ouverture centrale 89 et un

certain nombre d'ouvertures plus petites 91 qui sont mutuel-

lement espacées dans la partie annulaire 87.

Le diaphgrame iris 80 est conçu de façon qu'une partie de l'ouverture 89 puisse être rétrécie ou élargie

sous la commande d'un opérateur ou par un système asservi.

Comme on peut le voir sur les dessins, un certain nombre de

lames de diaphragme 92-92 sont montées dans la partie annu-

laire 87 Chacune des lames de diaphiragme 92-92 comprend une partie courbe 93 munie d'ergots 94 et 96 de hauteur

relativement faible, qui font saillie dans des directions.

opposées à partir des extrémités de la lame Chacune des lames 92-92 est positionnée dans la partie annulaire 87 de façon que l'ergot 94 qui se trouve à une première extrémité de la lame soit logé dans l'une des ouvertures 91 De cette

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manière, l'ergot 96 situé à l'autre extrémité de chacune des

lames de diaphragme 92-92 s'élève à partir de la partie ar nu-

laire 87, et ces ergots sont espacés sur un cercle situé

au dscnus de la partie annulaire.

Pour terminer le diap-hragme 80, une seconde pièce annulaire 101, dans laquelle sont formées un certain nombre d'encoches radiales 102-102, est montée dans l'anneau de base 86 au-dessus des lames de diaphragme 92-92 La seconde pièce annulaire 101 est positionnée au-dessus des lames de diaphragme 92-92 de façon que le second ergot 96 de chacune des lames soit logé dans une encoche associée parmi les

encoches 102-102 formées dans la seconde pièce annulaire.

De plus, la seconde pièce annulaire 101 comporte un levier de manoeuvre 104 qui s'étend radialement à partir de cette pièce La seconde pièce annulaire 101 et les lames 92-92

sont maintenues dans l'anneau de base 86 par une bague élas-

tique d'arrêt 105.

Le diaphragme 80 est tel que les lames 92-92 peu-

vent être déplacées simultanément pour diminuer ou augmenter la taille de l'orifice par lequel la fibre revêtue 21 sort de l'appareil 23 Lorsqu'on déplace les ergots 96-96 selon une trajectoire courbe dans une première direction, jusqu'à une position extrême, une ouverture 108 qui est formée entre les lames 92-92 sur l'axe de la pièce 101 est relativement petite A l'autre extrême, et dans des positions comprises entre les deux extrêmes, qu'on atteint en déplaçant les

ergots selon une trajectoire courbe dans une direction oppo-

sée, l'ouverture 108 (voir les figures 6 et 7) formée entre

les lames 92-92 est augmentée.

Comme on peut le voir sur la figure 3, le levier de manoeuvre peut s'étendre entre deux ergots de blocage et d'indication de position 106106 Les ergots de blocage 106-106 traversent des ouvertures formées dans des parties en saillie du bottier 41 En fixant la position des ergots 106106, on établit les limites entre lesquelles on peut

ouvrir et fermer la filière iris.

En fonctionnement, on fait pivoter le levier de manoeuvre 104 en sens d'horloge ou en sens inverse d'horloge,

et on peut le bloquer dans une position désirée en position-

nant de façon appropriée les ergots 106-106 Le mouvement du

levier 104 entraîne un mouvement de la seconde pièce annulai-

re 101 qui applique à son tour des forces aux seconds ergots 96-96 de chacune des lames 92-92 Ceci fait alors pivoter les lames 92-92 autour des premiers ergots 94-94 de chacune des lames, afin de réduire ou d'augmenter l'ouverture 108 à travers le diaphragme Il faut noter que le second ergot de chaque lame 92 est déplacé à l'intérieur de l'encoche 102 associée lorsqu'on déplace le levier de manoeuvre 104 En fonction de la direction du mouvement du levier de manoeuvre 104, chaque ergot se déplace à l'intérieur de son encoche selon une trajectoire courbe, dans une direction ou dans l'autre.

La commande du chauffage pour l'appareil de chauf-

fage 23 de l'invention est relativement simple Un pyromètre 107 est positionné de façon à 8 tre dirigé vers ce qu'on

appelle le point chaud, à l'extrémité inférieure de la pré-

forme 22 Le pyromètre 107 émet un signal vers un dispositif

de commande (non représenté) qui règle si nécessaire la quan-

tité d'oxygène et d'hydrogène alimentant respectivement les

passages 59-59 et les buses 47-47, afin de maintenir la tem-

pérature dans une plage étroite De plus, il existe un sys-

tème destiné au centrage automatique de la préforme 22 au

centre du cercle de base, pour assurer l'uniformité du chauf-

fage Un signal analogique ou numérique qui est fonction de l'écart par rapport à une position centrale est appliqué à un dispositif de positionnement pour déplacer la préforme 22,

si nécessaire.

Cette configuration est avantageuse dans la mesure o le pyromètre 107 détecte la température de la préforme 22 Dans le four à l'oxyde de zirconium décrit précédemment, le pyromètre détecte la température d'une surface extérieure

d'un élément du four Cette mesure, contrairement à la mesu-

re du pyromètre de l'appareil 23 de l'invention, n'est pas nécessairement une indication exacte de la température de la préforme.

Il va de soi que de nombreuses modifications peu-

vent être apportées au procédé et au dispositif décrits et

représentés, saris sortir du cadre de l'invention.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1 Procédé de chauffage d'une préforme en verre à partir de laquelle on étire une fibre utilisable en tant que guide de-lumière, comprenant l'opération qui consiste à supporter la préforme en verre avec son axe orienté vertica- lement, la préforme en verre comportant une partie rétrécie à son extrémité inférieure, caractérisé en ce qu'on dirige

plusieurs flammes vers une surface cible de la partie rétré-

cie, sous un angle prédéterminé par rapport à l'axe de la préforme, pour chauffer la préforme, chacune des flammes

comprenant une zone de pré-combustion, une zone de combus-

tion et un panache; on positionne la surface cible et les flammes pour faire en sorte que la zone de combustion de chaque flamme vienne en contact avec la périphérie de la surface cible; et on fait descendre la préforme en verre, pendant que son extrémité inférieure est chauffée, tout en étirant à partir de la partie rétrécie une fibre utilisable

comme guide de lumière.

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les gaz individuels à partir desquels les flammes sont produites sont issus de conduits ayant des ouvertures

qui sont disposées en un cercle qui entoure la partie rétré-

cie de la préforme et qui a un diamètre inférieur à celui de

la préforme.

3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les gaz individuels consistent en hydrogène et en

oxygène, on fait circuler l'hydrogène par un réseau d'élé-

ments tubulaires dont des parties au moins sont dirigées

vers l'axe de la préforme tandis qu'on fait circuler l'oxy-

gène dans des passages qui sont formés entre les éléments

tubulaires et les parois d'une cavité dans laquelle les élé-

ments tubulaires sont montés; et on mélange les gaz à

l'extérieur des ouvertures de leurs conduits.

4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce que l'angle sous lequel les parties des éléments tubu-

laires sont inclinées par rapport à la préforme est dans la

plage dlenviron 100 à 50 .

Procédé selon la revendication 3, caractérisé

en ce que l'angle est de 300.

6 Procédé selon l'une quelconque des revendica-

tions 3 à 5, caractérisé par l'opération supplémentaire con-

sistant à refroidir les éléments tubulaires et les parois des passages dans des positions adjacentes à leurs surfaces

par lesquelles les gaz sortent.

7 Procédé selon l'une quelconque des reverdica-

tions 1 à 6, caractérisé par l'opération supplémentaire qui

consiste à commander le mouvement ascendant de l'air atmos-

phérique vers le cercle d'ouvertures des conduits.

8 Appareil destiné à la mise en oeuvre de l'un

quelconque des procédés des revendications 1 à 7, caractéri-

sé en ce qu'il comprend: des moyens de support destinés à

maintenir la préforme en verre avec son axe orienté vertica-

lement; des conduits destinés à diriger plusieurs flammes vers une surface cible de la partie rétrécie, sous un angle prédéterminé par rapport à l'axe de la préforme; des moyens de positionnement destinés à faire en sorte que la zone de combustion de chaque flamme vienne en contact avec

la périphérie de la surface cible; et des moyens de déplace-

ment destinés à faire descendre la préforme pendant le

chauffage de son extrémité inférieure.

9 Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que les conduits comprennent des buses par lesquelles les gaz sont émis, et les buses ont des orifices qui sont disposés en un cercle qui entoure la partie rétrécie de la préforme et qui a un diamètre qui est inférieur au diamètre

de la préforme.

10 Appareil selon la revendication 8, caractérisé

en ce que les conduits comprennent plusieurs buses et chacu-

ne d'elles est logée dans une cavité d'un bottier, avec les

axes des buses inclinés par rapport à l'axe de la préforme.

11 Appareil selon la revendication 10, caractéri-

sé en ce qu'un premier gaz circule par les buses et un second gaz combustible circule par des passages formés entre des buses adjacentes et les parois de la cavité du bottier

dans laquelle les buses sont montées.

12 Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 8 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte un écran qui

est monté au-dessus du bottier pour protéger contre les cou-

rants d'air l'extrémité inférieure de la préforme et le cercle d'ouvertures.

13 Appareil selon l'une quelconque des revendica-

tions 8 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte une filière à ouverture variable qui est montée à une extrémité inférieure du bottier, la filière est traversée par une ouverture qui permet le passage de la fibre étirée, et il est possible d'ouvrir l'ouverture pour faciliter l'enfilage de la fibre à travers le bottier, et de réduire sa taille pour empcher

l'existence de courants d'air ascendants.