NL1016644C2 - Inrichting en werkwijze voor het vervaardigen van een voorvorm. - Google Patents

Description

i ' »

Korte aanduiding: Inrichting en werkwijze voor het vervaardigen van een voorvorm.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een 5 inrichting voor het vervaardigen van een voorvorm waarbij een dragerbuis tot een voorvorm wordt gecontraheerd, welke inrichting omvat een verwarmingselement dat een cilindrische omhulling vormt, welke omhulling een annul ai re inlaatopening en een annul ai re uitlaatopening op de tegenover liggende uiteinden van de omhulling definieert, waarbij in de 10 cilindrische omhulling zich tussen deze beide openingen een dragerbuis bevindt, waarbij het verwarmingselement in axiale richting ten opzichte van de dragerbuis verplaatsbaar is, en middelen voor het toevoeren van een niet-oxiderend gas aan de ruimte tussen de dragerbuis en omhulling.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor 15 het vervaardigen van een voorvorm waarbij de onderhavige inrichting wordt toegepast.

Een dergelijke inrichting is op zich bekend uit het Amerikaans octrooi schrift 5.970.083. De daaruit bekende inrichting omvat een grafietoven die een cilindervormige omhulling omgeeft waarbij in de 20 cilindervormige omhulling een dragerbuis verplaatsbaar is in de axiale richting van de omhulling. Deze inrichting wordt toegepast voor het contraheren van een primaire voorvorm die in de vorm van een holle staaf met een diameter van ongeveer 30 mm is, welke staaf moet worden omgezet in een voorvorm die kan worden toegepast voor het trekken van de optische 25 vezel, te weten een massieve staaf met een diameter van ongeveer 20 mm.

Deze transformatie vindt hoofdzakelijk plaats in het midden van de oven waar een temperatuur van ongeveer 2000 °C heerst. De cilindervormige omhulling omvat een inlaat- en uitlaatopening waarbij beide openingen zijn voorzien van twee ringen van leidingen waardoor een niet-oxiderend 30 gas wordt geleid. Deze ringvormige leidingen zijn in een bepaalde hoek ten opzichte van de axiale richting van de omhulling geplaatst waarbij 1016644 2 het m'et-oxiderende gas door de ringvormige leidingen wordt geïnjecteerd als twee gasgordijnen die een conische vorm bezitten. Het aldus geïnjecteerde gas wordt in een zodanige richting afgekeerd van de omhulling geïnjecteerd dat het binnentreden van omgevingslucht, die 5 verbranding van de grafietoven zou kunnen veroorzaken, wordt voorkomen.

De onderhavige aanvragers hebben gevonden dat ten gevolge van de voor het contraheren noodzakelijk hoge temperatuur de binnenzijde van de cilindrische omhulling, die is voorzien van een koolstofbuis, kan verbranden wanneer zuurstof uit de omgevingslucht in aanraking komt met 10 deze koolstofbuis. De bij de verbranding onstane verbrandingsproducten kunnen zich vervolgens op de dragerbuis afzetten, waarbij deze verontreinigingen de optische eigenschappen en/of de sterkte van de uiteindelijk te vervaardigen glasvezel ongunstig kunnen beïnvloeden. Een ander effect van de in de cilindrische omhulling heersende hoge 15 temperatuur is dat een geringe hoeveelheid Si02, te weten het materiaal waaruit de dragerbuis is vervaardigd, zal verdampen. Dit Si02 kan met de koolstof van het inwendige van de cilindrische omhulling reageren tot SiC en op de binnenwand een neerslag van SiC vormen. Uit experimenten is gebleken dat dit SiC van de uit koolstof vervaardigde binnenwand van de 20 oven kan losraken en zich vervolgens op de hete en enigszins weekgemaakte dragerbuis kan hechten. Dergelijke verontreinigingen op de dragerbuis dienen te worden voorkomen omdat deze dragerbuis, na contractie tot een voorvorm, wordt omgezet in een trekoven tot een optische glasvezel. Hoewel het hiervoor besproken Amerikaans octrooi schrift een inrichting 25 openbaart waarbij het binnentreden van omgevingslucht wordt voorkomen, door de beide uiteinden van de oven te voorzien van een dubbel gasgordijn en een gasspoeling in de ovenruimte tussen de dragerbuis en de binnenwand van de oven waarbij het verbranden van de koolstofbinnenbuis tot een minimum zou zijn beperkt, voorziet deze bekende inrichting echter niet in 30 een adequate afvoer van verdampt Si02 afkomstig van de dragerbuis waardoor de vorming van SiC en afzetting daarvan op het uitwendige van de 1016644 a 3 dragerbuis niet onder alle omstandigheden wordt voorkomen.

Het doel van de onderhavige uitvinding is aldus het verschaffen van een inrichting en een werkwijze voor het vervaardigen van een voorvorm waarbij de hiervoor genoemde problemen volgens de stand van 5 de techniek worden opgeheven.

De uitvinding zoals vermeld in de aanhef wordt door de onderhavige uitvinding gekenmerkt doordat de middelen voor het toedienen van een niet-oxiderend gas zich bevinden ter hoogte van de annul ai re inlaatopening en omvatten: 10 i) een orgaan voor het spoelen van de ruimte tussen de dragerbuis en de omhulling, welk orgaan, dat een annul ai re injectiekamer omvat, is gelegen aan de annul ai re inlaatopening en een niet-oxiderend gas in de richting van de annul ai re uitlaatopening onder laminaire stroming langs de dragerbuis leidt, en 15 ii) een orgaan voor het aan de annul ai re inlaatopening toevoeren van een niet-oxiderend gas, welk orgaan stroomopwaarts is gelegen ten opzichte van het orgaan volgens i), welk orgaan ii) een annul ai re injectiekamer omvat die een niet-oxiderend gas in een richting tegengesteld aan de richting van het niet-oxiderend gas afkomstig van 20 orgaan i) langs de dragerbuis leidt om binnentreden van omgevingslucht aan de zijde van de annul ai re inlaatopening te voorkomen.

De onderhavige uitvinders hebben aldus een oplossing voor de hiervoor genoemde problematiek gevonden door slechts aan één zijde van de oven, te weten ter hoogte van de annul ai re inlaatopening, zowel een 25 spoeling met een niet-oxiderend gas in de ruimte tussen de dragerbuis en de omhulling als de vorming van een gasgordijn op de buitenzijde van de dragerbuis met een niet-oxiderend gas te verschaffen. Het toepassen van een inwendige spoeling aan slechts één zijde van de oven, te weten ter hoogte van de annul ai re inlaatopening, leidt ertoe dat wervels ten 30 gevolge van tegengestelde gasstromen, die zich eventueel zouden kunnen voordoen in de ruimte gelegen tussen de cilindrische omhulling en het 1016644 4 inwendige van de dragerbuis, worden voorkomen. Meer in het bijzonder zal een eventuele vervuiling ten gevolge van de hiervoor besproken oorzaken, samen met de niet-oxiderende gasstroom, de oven aan de andere zijde, te weten aan de annul ai re uitlaatopening, verlaten. Volgens een dergelijke 5 wijze kan afzetting van silicium bevattende verbindingen, zoals bijvoorbeeld SiC, in de hete zone van de kool stof binnenbuis in de oven worden voorkomen omdat accumulatie van verbrandingsproducten niet optreedt in de ruimte tussen de dragerbuis en de omhulling. Uit experimenten is gebleken dat bij temperaturen hoger dan 1900 °C van de 10 koolstofbinnenbuis kubisch en hexagonaal SiC wordt afgezet op de kool stofbinnenbuis. Dergelijke kristallen van kubisch SiC kunnen van de binnenwand van de cilindrische omhulling loslaten en op de uit kwarts vervaardigde dragerbuis terechtkomen. Omdat dergelijke kristallen van kubische SiC tijdens het trekken van een optische glasvezel uit de tot 15 een massieve staaf gecontraheerde voorvorm niet zullen smelten, zal de aanwezigheid van dergelijke kristallen tot een lokale verzwakking van de aldus gevormde optische glasvezel leiden waarbij breuk hiervan het gevolg is. Het moet duidelijk zijn dat de onderhavige inrichting zowel de uitvoeringsvorm van een verwarmingselement dat een cilindrische omhulling 20 vormt als de uitvoeringsvorm van een verwarmingselement dat een cilindrische omhulling omgeeft, omvat.

Het verdient met name de voorkeur dat de laminaire stroming van niet-oxi derend gas in orgaan i) een Reynoldsgetal tussen 10 en 200 bezit, waarbij het Reynoldsgetal wordt gedefinieerd door Re = pvd/μ, 25 waarin geldt: p = dichtheid van gas, v = snelheid van gas, μ = viscositeit van gas, en d = verschil in diameter tussen de uitwendige diameter van 30 dragerbuis en binnenwand van cilindrische omhulling.

Deze laminaire stroming is met name gewenst om wervelingen io 1 6644 ' » s 5 in de ruimte tussen de dragerbuis en de cilindervormige omhulling te voorkomen zodat de eventueel gevormde SiC bevattende materialen adequaat worden afgevoerd in de richting van de annul ai re uitlaatopening zodat afzetting hiervan op de dragerbuis wordt voorkomen.

5 Het verdient met name de voorkeur dat de hiervoor genoemde parameter d een waarde > 6 mm bezit waardoor de diffusieafstand van verdampend Si02 naar de koolstofbinnenwand van de oven wordt vergroot.

Het verdient verder de voorkeur dat als niet-οχι derend gas een gas wordt toegepast dat een hel iumgehal te van ten hoogste 15 vol Λ 10 bezit, waarbij de overige bestanddelen worden gekozen uit bijvoorbeeld argon en stikstof of een mengsel daarvan.

In een dergelijk contract!eproces wordt vaak helium vanwege de goede warmtegeleidende eigenschappen toegepast omdat aldus de warmte van de cilindrische omhulling goed wordt overgebracht naar de te 15 contraheren dragerbuis. Een nadeel van het toepassen van helium is echter dat ten gevolge van de hiervoor genoemde goede warmtegeleiding tevens een sterke afkoeling plaatsvindt. Aldus zal het van de dragerbuis verdampende Si02 zich op een groter deel van de koolstofbuis van de cilindrische omhulling kunnen afzetten. De maximale hoeveelheid helium is aldus 20 gekozen om het afzetten van verdampt Si02 afkomstig van de dragerbuis op de koolstofbuis van de cilindrische omhulling te minimaliseren.

De inrichting wordt verder gekenmerkt doordat de binnenwand van de cilindrische omhulling is vervaardigd uit verglaasde koolstof. Het toepassen van verglaasde koolstof heeft met name als voordeel dat een 25 materiaal met een zeer geringe porositeit wordt toegepast waardoor het effectieve potentiële reactieoppervlak geringer is dan bij de standaard hoogzuivere koolstof. Dit zal leiden tot minder verbranding van de koolstof en aldus eventuele reactie met Si0Z minimaliseren. Daarnaast is gebleken dat het oppervlak van verglaasde koolstof aanzienlijk beter is 30 te ontdoen van eventuele verontreinigingen.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een 1016644 6 werkwijze waarbij een dragerbuis tot een voorvorm wordt gecontraheerd, welke werkwijze wordt uitgevoerd in de hiervoor omschreven inrichting.

De onderhavige uitvinding zal hierna worden toegelicht onder verwijzing naar de bijgevoegde figuur, welke figuur een 5 schematische dwarsdoorsnede van de onderhavige inrichting weergeeft.

In de bijgevoegde figuur is schematisch een inrichting 1 voor het vervaardigen van een voorvorm weergegeven waarbij een dragerbuis 7 wordt gecontraheerd tot een voorvorm. De dragerbuis 7 bevindt zich tussen verwarmingselementen 2 die voor een zodanig hoge temperatuur 10 zorgen dat dragerbuis 7 enigszins zal verweken en samenvloeit tot een massieve staaf. De ruimte 9 gelegen tussen de binnenwand 3 van oven 10 en dragerbuis 7 wordt gespoeld met een niet-oxiderend gas dat via annul ai re injectiekamer 6 wordt geïnjecteerd in de richting van de pijl met Pj. Injectiekamer 6 bevindt zich aan de annul ai re inlaatopening 5 zodat het 15 geïnjecteerde, niet-oxiderende gas van de annulaire inlaatopening 5 in de richting van de annulaire uitlaatopening 4 stroomt. Om het binnendringen van omgevingslucht in de annulaire inlaatopening 5 te voorkomen is tevens een orgaan 8 aangebracht, welk orgaan 8 stroomopwaarts is gelegen ten opzichte van de annulaire injectiekamer 6, welk orgaan 8 ook een 20 annulaire injectiekamer omvat die een niet-oxiderend gas in een richting tegengesteld aan de richting van het niet-oxiderend gas afkomstig van de annulaire injectiekamer 6 langs dragerbuis 7 leidt, in het bijzonder in de richting aangeduid met pijl P2. De combinatie van het via orgaan 8 verkregen gasgordijn en de via injectiekamer 6 verkregen inwendige 25 spoeling zorgt ervoor dat het binnentreden van omgevingslucht in de oven wordt voorkomen en dat eventueel tijdens het contract!eproces gevormde verontreinigingen adequaat worden afgevoerd in de richting van annulaire uitlaatopening 4. Het moet duidelijk zijn dat de oven 10 ten opzichte van dragerbuis 7 kan worden verplaatst maar dat het in bepaalde 30 uitvoeringsvormen gewenst is dat dragerbuis 7 ten opzichte van oven 10 wordt verplaatst. De onderhavige uitvinding is echter niet beperkt tot een specifieke verplaatsingswijze.

1016644

Claims (7)

1. Inrichting (1) voor het vervaardigen van een voorvorm waarbij een dragerbuis (7) tot een voorvorm wordt gecontraheerd, welke 5 inrichting (1) omvat ten minste een verwarmingselement (2) dat een cilindrische omhulling (3) vormt of omgeeft, welke omhulling (3) een annul ai re inlaatopening (5) en een annul ai re uitlaatopening (4) op de tegenover liggende uiteinden van de omhulling (3) definieert, waarbij in de cilindrische omhulling (3) zich tussen deze beide openingen (4, 5) een 10 dragerbuis (7) bevindt, waarbij het verwarmingselement (2) in axiale richting ten opzichte van de dragerbuis (7) verplaatsbaar is, en middelen (6, 8) voor het toevoeren van een niet-oxiderend gas aan de ruimte tussen de dragerbuis (7) en omhulling (3), met het kenmerk, dat de middelen (6, 8. voor het toedienen van een niet-oxiderend gas zich bevinden ter hoogte 15 van de annul ai re inlaatopening (5) en omvatten: i) een orgaan (6) voor het spoelen van de ruimte tussen de dragerbuis (7) en de omhulling (3), welk orgaan (6), dat een annul ai re injectiekamer omvat, is gelegen aan de annulaire inlaatopening (5) en een niet-oxiderend gas in de richting van de annulaire uitlaatopening (4) 20 onder laminaire stroming langs de dragerbuis (7) leidt, en ii) een orgaan (8) voor het aan de annulaire inlaatopening (5) toevoeren van een niet-oxiderend gas, welk orgaan (8) stroomopwaarts is gelegen ten opzichte van het orgaan (6) volgens i), welk orgaan (8) een annulaire injectiekamer omvat die een niet-oxiderend gas in een 25 richting tegengesteld aan de richting van het niet-oxiderend gas afkomstig van orgaan (6) langs de dragerbuis (7) leidt om binnentreden van omgevingslucht aan de zijde van de annulaire inlaatopening (5) te voorkomen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 30 laminaire stroom in orgaan (6) een Reynoldsgetal tussen 10 en 200 bezit, waarbij het Reynoldsgetal wordt gedefinieerd door Re = pvd/μ, waarin geldt: 1016644 «k δ p = dichtheid van gas, v = snelheid van gas, μ = viscositeit van gas, en d = verschil in diameter tussen de uitwendige diameter van 5 dragerbuis (6) en binnenwand van cilindrische omhulling (3).

3. Inrichting volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de parameter d een waarde > 6 mm bezit.

4. Inrichting volgens conclusies 1-3, met het kenmerk, dat het niet-oxiderend gas een He-gehalte van ten hoogste 15 vol Λ bezit.

5. Inrichting volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de binnenwand van de cilindrische omhulling (3) is vervaardigd uit verglaasde koolstof.

6. Inrichting volgens conclusies 1-5, met het kenmerk, dat het verwarmingselement (2) ten opzichte van de dragerbuis (7) verplaatsbaar 15 is.

7. Werkwijze voor het vervaardigen van een voorvorm waarbij de dragerbuis (7) tot een voorvorm wordt gecontraheerd, welke werkwijze wordt uitgevoerd in een inrichting (1) volgens conclusies 1-6. 20 1016644