NL1013583C2

NL1013583C2 - Inrichting en werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels.

Info

Publication number: NL1013583C2
Application number: NL1013583A
Authority: NL
Inventors: Marinus Jacob De Fouw; Antonius Henricus Elisa Breuls
Original assignee: Plasma Optical Fibre Bv
Priority date: 1999-11-16
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2001-05-17
Also published as: CN1295985A; DE60005769T2; EP1101745B1; ATE251600T1; EP1101745A1; US6474109B1; CN1150134C; DE60005769D1; DK1101745T3; BR0005417A; HK1037358A1

Description

4 r

Korte aanduiding: Inrichting en werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels, omvattende: - een oven, omvattende een buis voor het verwarmen van een einde van de genoemde voorvorm tot de trektemperatuur hiervan, welke buis omvat: 10 i) een centrale buis, ii) een bovenste verlengbuis, verbonden met het onderste deel van de centrale buis ter verkrijging van een gasdichte afdichting tegen de omgevingsatmosfeer buiten genoemde oven, waarbij de bovenste verlengbuis een inlaat omvat voor een inert gas in het topgebied van de 15 bovenste verlengbuis waardoor voorvorm en de hieruit te trekken vezel zijn omringd door inert gas, iii) een onderste verlengbuis, zodanig verbonden met de bovenste verlengbuis dat een gasdichte afdichting tegen de omgevingsat-mosfeer buiten genoemde oven is verkregen, 20 iv) een buisuitlaat, verbonden met de onderste verlengbuis, - middelen voor het trekken van de vezel, - middelen voor het ondersteunen van de voorvorm in de oven.

25 De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels.

Een dergelijke inrichting is op zich bekend uit het reeds in 1987 ten name van de onderhavige aanvragers verleende Amerikaans octrooi schrift 4.673.427. Volgens dit Amerikaans octrooi schrift wordt in 30 een oven een optische vezel uit het verwarmde einde van de voorvorm getrokken waarbij een gas langs verwarmingsmiddelen in de oven wordt geleid. Het gas wordt in wezen verwarmd tot de temperatuur van de vezel aan het einde van de voorvorm waarna vervolgens het warme gas langs de vezel stroomt met in wezen dezelfde snelheid als waarmee de vezel wordt 35 getrokken. Hoewel is vermeld dat de gasstroom laminair is om ervoor te zorgen dat de temperatuurgradiënt in de vezel altijd lager is dan de waarde waarbij spanningen in de vezel worden gevormd die een optische verzwakking van de vezel veroorzaken, is gebleken dat geringe turbulenties in de 1013583 2 gasstroom ontstaan waardoor ongewenste diameterfluctuaties in de getrokken vezel worden gevormd.

Een dergelijke inrichting is ook bekend uit de Europese octrooiaanvrage 0 321 182, in welke inrichting de oven aan de onderzijde 5 hiervan is voorzien van een verlengstuk om het gelijkmatig afkoelen van de vezel onder geconditioneerde omstandigheden uit te voeren. De verbinding tussen de oven en het verlengstuk is voorzien van een pakking om het binnendringen van omgevingslucht te voorkomen. Tijdens het trekken van de vezel uit de voorverwarmde voorvorm wordt via twee afzonderlijke, aan 10 de bovenzijde van de oven gelegen instroomopeningen een inert gas, zoals stikstof of helium, toegevoerd om een symmetrische temperatuurverdeling voor het symmetrisch afkoel en van de vezel te waarborgen. Een dergelijke constructie zorgt reeds bij de voorvorm voor verstoringen in het stromingsgedrag van het inerte gas, zodat de vorming van een stabiele 15 grenslaag rond de vezel moeilijk is. Een ander nadeel van een dergelijke inrichting is dat, hoewel is vermeld dat de lengte van het verlengstuk afhankelijk is van de hoogte van de trektoren en de treksnelheid, waarbij de lengte van het desbetreffende verlengstuk ongeveer 45 cm bedraagt bij een lijnsnelheid van 2 m/s, er in de praktijk sprake zal zijn van het 20 ongewenst instromen van omgevingslucht aan het uiteinde van het verlengstuk. Een dergelijke inlek van omgevingslucht leidt tot de vorming van diameterfluctuaties, hetgeen ongewenst is. Bovendien is het mogelijk dat de relatief koude omgevingslucht voor spanningsopbouw in de nog onvoldoende gestabiliseerde vezel zorgt, zodat de optische prestaties van 25 de verkregen vezel afnemen.

Een dergelijke inrichting is ook bekend uit de Europese octrooiaanvrage 0 329 898 waarbij aan de bovenzijde van de oven gelegen instroomopeningen een inert gas wordt toegevoerd, waarna het uit de verwarmde oven stromen van het inerte gas plaatsvindt onder toepassing 30 van een aan de onderzijde van de oven gelegen, loodrecht op de stromings-richting van het inerte gas geplaatst uitlaatdeel dat is voorzien van een aantal openingen. In de centrale opening van het uitlaatdeel wordt de getrokken vezel afgevoerd, terwijl het inerte gas via de andere openingen van het uitlaatdeel wordt afgevoerd. Hoewel volgens een dergelijke 35 constructie het instromen van omgevingslucht aanzienlijk is beperkt, is gebleken dat de bijzondere constructie van de uitstroomopening voor ongewenste turbulenties van het in de oven aanwezige inerte gas zorgt, 1 01 3583 4 3 met name in de buurt van het uitlaatdeel, hetgeen tot ongewenste diameter-fluctuaties zal leiden.

Een dergelijke inrichting is tevens bekend uit de Europese octrooiaanvrage 0 567 961 waarbij voor het symmetrisch afkoel en 5 van de uit de verwarmde voorvorm getrokken vezel aan de onderzijde van de oven een stromingsisolator is aangebracht, welke stromingsisolator aan de bodemopening hiervan is voorzien van een enkelvoudige uitstroom-opening. Bij een dergelijke constructie treden dezelfde problemen op als hiervoor genoemd bij de bespreking van de Europese octrooiaanvrage 0 329 898, in 10 het bijzonder turbulenties.

De niet vooronderzochte Japanse octrooiaanvrage 6-115972 heeft betrekking op een methode voor het trekken van optische vezels uit een voorvorm waarbij het onderste uiteinde van de oven in directe verbinding staat met de omgeving zodat ook hier sprake is van instroming 15 van omgevingslucht waardoor ongewenste fluctuaties in de vezeldiameter kunnen optreden.

Het doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels waarbij de hiervoor genoemde problemen volgens 20 de stand van de techniek niet optreden.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een inrichting en een werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels waarbij het aan de vezel hechten van deeltjes tot een minimum wordt beperkt, welke deeltjes hoofdzakelijk afkomstig zijn 25 van de binnenwand van de buis waardoor de vezel wordt geleid, of ontstaan ten gevolge van het bij de hoge trektemperatuur verdampen van kwarts afkomstig van de voorvorm.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een inrichting en een werkwijze voor het uit een voorvorm 30 trekken van optische vezels waarbij tijdens het trekproces de zich rond de vezel vormende grenslaag van inert gas voor symmetrische afkoeling van de vezel zorgt, waarbij het verstoren van de grenslaag tot een minimum dient te worden beperkt.

Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het 35 verschaffen van een inrichting en een werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels waarbij gedurende het trekproces de aanwezigheid van zowel turbulenties als wervels wordt voorkomen.

i; y ij ϋί)So 4 *

De in de aanhef genoemde inrichting wordt volgens de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de buisuitlaat een conische vorm bezit waarbij de inwendige diameter van het uiteinde van de buisuitlaat geringer is dan de inwendige diameter van de bovenste verlengbuis om inlek 5 van omgevingsatmosfeer en turbulenties en wervelingen binnen de buisuitlaat te voorkomen, welke buisuitlaat is voorzien van een aantal, aan de omtrek van de conische vorm gelegen uitstroomopeningen voor inert gas.

De toepassing van de aan de omtrek van de conische vorm van de buisuitlaat, bij voorkeur aan het uiteinde hiervan, gelegen 10 uitstroomopeningen voor inert gas zorgt ervoor dat de grenslaag van inert gas, die de vezel omringt, laminair met de vezel in de trekrichting hiervan meestroomt zodat vezel bui gingen of -diameteroscillaties tot een minimum worden beperkt. De conische vorm is met name gewenst om drukfluctuaties, die met name aan het einde van de buisuitlaat optreden, op te heffen, 15 waarbij de vezel via de centrale opening van de buisuitlaat wordt afgevoerd. Door de extra uitstroomopeningen voor inert gas wordt een deel van het gas, dat de vezel omringt, afgevoerd waardoor turbulentie ten gevolge van het versmallen van de uitstroomopening wordt beperkt. Hoewel is vermeld dat de uitstroomopeningen aan het uiteinde van de buisuitlaat 20 zijn gelegen, is het in bepaalde uitvoeringsvormen mogelijk dat deze zich dicht in de buurt van de overgang onderste verlengbuis-buisuitlaat bevinden.

Het verdient verder de voorkeur dat de inwendige diameter van de onderste verlengbuis nagenoeg gelijk is aan de inwendige 25 diameter van de bovenste verlengbuis.

Het in overeenstemming brengen van de diameter van de onderste verlengbuis met die van de bovenste verlengbuis zorgt ervoor dat het in een grenslaag rond de getrokken vezel meestromende inerte gas geen obstakels tegenkomt zodat de grenslaag gedurende het verplaatsen van de 30 vezel intact blijft waardoor geen spanningen in de vezel worden opgebouwd.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding verdient het de voorkeur dat de inwendige diameter van het uiteinde van de buisuitlaat een diameter bezit van < 30 mm, in het bijzonder een diameter van < 20 mm. Een dergelijke diameter is met name 35 gewenst om de inlek van omgevingslucht te voorkomen. Een inlek van omgevingslucht kan ertoe leiden dat verbranding van de bovenste verlengbuis optreedt waarbij de gevormde verbrandingsproducten op de uit de voorvorm te trekken vezel terechtkomen. Deze verbrandingsproducten kunnen de 1013583 5 « uiteindelijke vezel lokaal verzwakken waardoor de vezel bij verdere verwerking aan breuk onderhevig is. Bovendien heeft de inlek van omgevingslucht een nadelige invloed op de levensduur van de in de oven toegepaste materialen.

5 Bij het uit de voorvorm trekken van een vezel is het van groot belang dat zich geen deeltjes aan de vezel omtrek hechten. Een dergelijke verontreiniging van deeltjes, die van verbrandingsproducten van in de oven toegepaste materialen afkomstig is, leidt tot een lokale verzwakking van de vezel, hetgeen ongewenst is. Het verdient derhalve de 10 voorkeur dat de bovenste verlengbuis is vervaardigd uit koolstof, gekozen uit de groep van hoogzuivere koolstof met een gering asgehalte, bij voorkeur van minder dan 200 dpm, en verglaasde koolstof. Daarnaast verdient het de voorkeur dat de onderste verlengbuis is vervaardigd uit een materiaal, gekozen uit de groep van kwartsglas en keramisch materiaal, 15 waarbij tevens dient te worden opgemerkt dat de buisuitlaat bij voorkeur is vervaardigd uit een materiaal, gekozen uit de groep van metaal en keramisch materiaal. Dergelijke materiaalsoorten zijn ongevoelig voor de bij het trekken van de optische vezel toegepaste hoge temperaturen. Bovendien moet het in de onderste verlengbuis toegepaste materiaal bestand 20 zijn tegen hoge temperaturen die in het inwendige hiervan heersen en de relatief koude omgevingslucht aan de buitenzijde hiervan.

In een bijzondere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding is de binnenzijde van de buisuitlaat voorzien van middelen die voorkomen dat deeltjes, die zich hebben gehecht aan het inwendig oppervlak 25 van de onderste en/of bovenste verlengbuis en eventueel plotseling hiervan loslaten, ten gevolge van de conische vorm van de buisuitlaat in de richting van de vezel worden geleid en hierop worden afgezet. Dergelijke deeltjes bezitten een nadelige invloed op de kwaliteit van de getrokken optische vezels. Als dergelijke middelen kunnen een of meer schotten, of 30 een ruwe schubachtige structuur geschikt aan de binnenzijde van de buisuitlaat worden toegepast, waarbij de afmetingen en/of posities hiervan zodanig zijn gekozen dat geen nadelige turbulenties in de gasstroom in de nabijheid van de vezel worden veroorzaakt. Als geschikte middelen hebben zich schotten bewezen die aan de binnenomtrek van de buisuitlaat zijn 35 gelegen, welke schotten zodanig zijn gepositioneerd dat zij de met de gasstroom meegevoerde deeltjes afvangen.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels, 1013583 6 waarbij de voorvorm tot de trektemperatuur hiervan in een oven wordt verwarmd, waarna de vezel uit het verwarmde einde van de voorvorm wordt getrokken en achtereenvolgens via een bovenste verlengbuis, een onderste verlengbuis en buisuitlaat naar de omgeving wordt afgevoerd, welke 5 werkwijze wordt gekenmerkt doordat de buisinlaat een conische vorm bezit, waarbij de inwendige diameter van het uiteinde van de buisuitlaat geringer is dan de inwendige diameter van de bovenste verlengbuis om inlek van omgevingsatmosfeer en turbulenties en wervelingen binnen de buisuitlaat te voorkomen, welke buisuitlaat is voorzien van een aantal, aan de omtrek 10 van de conische vorm gelegen uitstroomopeningen voor inert gas.

De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een aantal voorbeelden worden toegelicht waarbij wordt verwezen naar de bijgevoegde figuren.

In figuur 1 is schematisch een inrichting voor het uit 15 een voorvorm trekken van optische vezels volgens de onderhavige uitvinding weergegeven.

In figuur 2 is schematisch de buisuitlaat volgens de onderhavige uitvinding weergegeven.

In figuur 3 is schematisch een bijzondere uitvoerings-20 vorm van de onderhavige buisuitlaat weergegeven.

In figuur 1 is de onderhavige inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels weergegeven met verwi jzingsci jfer 1. De onderhavige inrichting 1 omvat een oven 3 waarin zich verwarmingselementen 4 bevinden, welke verwarmingselementen 4 dienen voor het symmetrisch 25 verwarmen van bovenste verlengbuis 5. Bovenste verlengbuis 5 is aan de onderzijde hiervan verbonden met een onderste verlengbuis 6, welke onderste verlengbuis 6 aan de onderzijde hiervan is verbonden met buisuitlaat 7. In de onderhavige inrichting 1 bevindt zich tevens een toevoerleiding 8 voor inert gas, waardoor inert gas in bovenste verlengbuis 5 wordt geleid 30 en aldus voorvorm 2 en de daaruit te trekken vezel 9 omringt. Toevoerleiding 8 is in het bijzonder vervaardigd uit een ander materiaal dan de bovenste verlengbuis 5, bijvoorbeeld metaal. Volgens de onderhavige uitvinding bevindt aldus voorvorm 2 zich in centrale buis 10, welke centrale buis 10 aan de onderzijde hiervan gasdicht is verbonden met oven 35 3, in het bijzonder bovenste verlengbuis 5. Verwarmingselementen 4 zorgen voor een zodanig hoge temperatuur dat voorvorm 2 begint te smelten waarbij uit kegel 11 een optische vezel 9 wordt getrokken. Tijdens het transport van optische vezel 9 in de richting van buisuitlaat 7 zijn de condities

j Ij < «J kJ ‘'ó O

7 binnen bovenste verlengbuis 5, onderste verlengbuis 6 en buisuitlaat 7 zodanig gekozen dat vezel 9 een symmetrische koeling ondervindt. In het bijzonder is buisuitlaat 7 van een conische vorm voorzien, waarbij de inwendige diameter van het uiteinde van buisuitlaat 7 geringer is dan de 5 inwendige diameter van bovenste verlengbuis 5, welke buisuitlaat 7 in het bijzonder aan het uiteinde hiervan, is voorzien van een aantal, aan de omtrek van de conische vorm gelegen uitstroomopeningen 12. Dergelijke uitstroomopeningen 12 hebben met name tot doel het voorkomen van inwendige drukfluctuaties aan het uiteinde van buisuitlaat 7, welke drukfluctuaties 10 tot vezel buigingen of diameterverstoringen van vezel 9 kunnen leiden.

In figuur 2 is de onderhavige buisuitlaat 7 schematisch weergegeven. De uit voorvorm 2 (niet weergegeven) getrokken vezel 9 wordt via centrale afvoeropening 13 van buisuitlaat 7 naar de omgeving afgevoerd waarbij het inerte gas gedeeltelijk via centrale afvoeropening 13 en 15 uitstroomopeningen 12 wordt afgevoerd. Opgemerkt dient te worden dat de in figuur 2 weergegeven uitstroomopeningen op conisch uitgevoerde buisuitlaat 7 slechts schematisch zijn weergegeven, hetgeen betekent dat de onderhavige uitvinding in geen enkel geval tot de in de figuur 2 weergegeven, bijzondere locatie van uitstroomopeningen 12 is beperkt.

20 In figuur 3 is de onderhavige buisuitlaat 7 in een opengewerkte vorm schematisch weergegeven. Aan de binnenzijde van buisuitlaat 7 bevinden zich een of meer schotten 14, 15 die dienen voor het afvangen van vaste deeltjes. Dergelijke deeltjes zijn bijvoorbeeld afkomstig van de voorvorm 2 of van de wand van de buis, in het bijzonder 25 de bovenste en/of onderste verlengbuis 5, 6, waardoor vezel 9 wordt geleid. Schotten 14, 15 bevinden zich bij voorkeur over de volledige binnenomtrek van buisuitlaat 7. Hoewel figuur 3 slechts twee rijen schotten 14, 15 bezit, moet het duidelijk zijn dat het aantal rijen schotten niet tot een bepaald aantal is beperkt.

1013583

Claims

1. Inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels, omvattende: 5. een oven, omvattende een buis voor het verwarmen van een einde van de genoemde voorvorm tot de trektemperatuur hiervan, welke buis omvat: i) een centrale buis, ii) een bovenste verlengbuis, verbonden met het onderste 10 deel van de centrale buis ter verkrijging van een gasdichte afdichting tegen de omgevingsatmosfeer buiten genoemde oven, waarbij de bovenste verlengbuis een inlaat omvat voor een inert gas in het topgebied van de bovenste verlengbuis waardoor voorvorm en de hieruit te trekken vezel zijn omringd door inert gas, 15 iii) een onderste verlengbuis, zodanig verbonden met de bovenste verlengbuis dat een gasdichte afdichting tegen de omgevingsatmosfeer buiten genoemde oven is verkregen, en i v) een buisuitlaat, verbonden met de onderste verlengbuis, 20. middelen voor het trekken van de vezel, - middelen voor het ondersteunen van de voorvorm in de oven, met het kenmerk, dat de buisuitlaat een conische vorm bezit waarbij de inwendige diameter van het uiteinde van de buisuitlaat 25 geringer is dan de inwendige diameter van de bovenste verlengbuis om inlek van omgevingsatmosfeer en turbulenties en wervelingen binnen de buisuitlaat te voorkomen, welke buisuitlaat is voorzien van een aantal, aan de omtrek van de conische vorm gelegen uitstroomopeningen voor inert gas.

2. Inrichting voor het uit een voorvorm trekken van 30 optische vezels volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inwendige diameter van de onderste verlengbuis nagenoeg gelijk is aan de inwendige diameter van de bovenste verlengbuis.

3. Inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de inwendige 35 diameter van het uiteinde van de buisuitlaat een diameter heeft kleiner dan 30 mm.

4. Inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusie 3, met het kenmerk dat de inwendige 1013583 diameter van het uiteinde van de buisuitlaat een diameter heeft kleiner van 20 mm.

5. Inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de bovenste 5 verlengbuis is vervaardigd uit koolstof, gekozen uit de groep van hoogzuivere koolstof met een asgehalte van minder dan 200 dpm en verglaasde koolstof.

6. Inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat de onderste 10 verlengbuis is vervaardigd uit een materiaal gekozen uit de groep van kwartsglas en keramisch materiaal.

7. Inrichting voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de buisuitlaat is vervaardigd uit een materiaal gekozen uit de groep van metaal en 15 keramisch materiaal.

8. Inrichting volgens conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de buisuitlaat aan het uiteinde hiervan is voorzien van een aantal, aan de omtrek van de conische vorm gelegen uitstroomopeningen voor inert gas.

9. Inrichting volgens conclusies 1-8, met het kenmerk, dat het inwendige van de buisuitlaat is voorzien van middelen voor het voorkomen van het leiden van met de inerte gasstroom meegevoerde vaste deeltjes, afkomstig van het inwendige oppervlak van de buis en/of het materiaal van de voorvorm, naar de getrokken vezel.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat het inwendige van de buisuitlaat is voorzien van een of meer schotten die de met de inerte gasstroom meegevoerde vaste deeltjes afvangen.

11. Werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels, waarbij de voorvorm tot de trektemperatuur hiervan in een oven 30 wordt verwarmd waarna de vezel uit het verwarmde einde van de voorvorm wordt getrokken en achtereenvolgens via een bovenste verlengbuis, onderste verlengbuis en buisuitlaat naar de omgeving wordt afgevoerd, met het kenmerk, dat de buisuitlaat een conische vorm bezit waarbij de inwendige diameter van het uiteinde van de buisuitlaat geringer is dan de inwendige 35 diameter van de bovenste verlengbuis om inlek van omgevingsatmosfeer en turbulenties en wervelingen binnen de buisuitlaat te voorkomen, welke buisuitlaat is voorzien van een aantal, aan de omtrek van de conische vorm gelegen uitstroomopeningen voor inert gas. 1013583 «

12. Werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat een onderste verlengbuis met een inwendige diameter nagenoeg gelijk aan die van de bovenste verlengbuis wordt toegepast.

13. Werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusies 11-12, met het kenmerk, dat een buisuitlaat met een inwendige diameter van het uiteinde hiervan < 30 mm wordt toegepast.

14. Werkwijze voor het uit een voorvorm trekken van optische vezels volgens conclusies 11-13, met het kenmerk, dat een buisuitlaat met 10 een inwendige diameter van het uiteinde hiervan < 20 mm wordt toegepast. 1013583