WO2019170201A1 - Vorrichtung zum ausrichten eines schlags einer rohrförmigen preform eines lichtwellenleiters - Google Patents

Vorrichtung zum ausrichten eines schlags einer rohrförmigen preform eines lichtwellenleiters Download PDF

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WO2019170201A1
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preform
impact
burner
rotation
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Christian Schulze
Wolfgang HÄMMERLE
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Leoni Kabel Gmbh
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
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    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/018—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD] by glass deposition on a glass substrate, e.g. by inside-, modified-, plasma-, or plasma modified- chemical vapour deposition [ICVD, MCVD, PCVD, PMCVD], i.e. by thin layer coating on the inside or outside of a glass tube or on a glass rod
    • C03B37/01861—Means for changing or stabilising the diameter or form of tubes or rods
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C03B37/01807—Reactant delivery systems, e.g. reactant deposition burners
    • C03B37/01815—Reactant deposition burners or deposition heating means

Definitions

  • the invention relates to a device for aligning a beat of a tubular preform of an optical waveguide with a rotating device, which imparts rotation to the preform about a rotation axis, to a reactive gas feed which internally supplies a reactive gas to the preform, to a burner device which is movable in a longitudinal direction along the axis of rotation of the preform is associated and by means of a coating flame of an outer surface of the preform imprints a temperature, so that partially the reactive gas is deposited from the inside on an inner wall of the preform and melted into a transparent layer and a method for impact correction of a preform by means of a compressed air device.
  • MCVD Modified Chemical Vapor Deposition
  • a glass tube is clamped in a glassmaking lathe and externally heated locally by means of a blast gas burner over the tube length to approximately 1,800 ° C to 2,000 ° C.
  • the oxyhydrogen gas burner moves at a predetermined speed of about 10 to 20 cm / min from the pipe inlet, at which the reactive gases flow into the pipe, to the end of the pipe.
  • the burner is shut down to a lower temperature of about 400 ° C and the burner moves back to the pipe entrance at a relatively high speed.
  • the burner temperature is increased again until the reactive gases react and Glassoot forms, which is deposited on the tube wall downstream of the hot burner zone by means of thermophoresis and then melted by the following hot zone to a transparent layer.
  • This coating cycle repeats in the core deposition until the required core cross-sectional area is deposited. Thereafter, the burner temperature is again increased significantly to about 2200 ° C to 2300 ° C, so that the inner coated tube collapses by its surface tension to a massive rod.
  • the glass tube rotates about its longitudinal axis with the aim of uniform heating.
  • the term "pipe stroke" is also used to denote the deviation of the center point and thus the axis of rotation of the pipe cross section at a certain axial position from the ideal axis of rotation (for example the axis of rotation of the glassmaking lathe). This deviation is generally dependent on the longitudinal position, so that between the locations where the pipe is clamped, can build any axial impact characteristics. This course over the pipe length can be systematic or random from preform to preform.
  • the pipe run is measured by means of a laser scanner, displayed on a monitor and recorded in a file. If the pipe run at one point of the substrate pipe exceeds a defined pipe length, a system operator manually reduces the pipe run.
  • the system is opened when the main burner starts at the pipe inlet, and the operator reduces the pipe stroke by means of hand burners and graphite rolls by stocking rollers at the points of the largest pipe run and at the beginning of the pipe, at the pipe end or, if necessary, between them Partially heating the pipe locally and "pushing out” the blow through the graphite rolls as much as possible
  • This blow-correction procedure is performed at several pipe locations
  • the glassmaker turning machine housing is closed and the coating process continues.
  • the substrate tube cools more than with closed housing.
  • the glassoot deposition conditions downstream of the main burner will change, and both glassoot doping and single layer thicknesses may change.
  • the object of the invention is to improve the state of the art.
  • the object is achieved by a device for aligning a beat of a tubular preform of an optical waveguide with a rotating device, which imparts a rotation to the preform about a rotation axis, a reactive gas supply, which internally forms the preform Reactive gas feeds, a burner device which is associated with movable in a longitudinal direction along the axis of rotation of the preform and a temperature by means of a coating flame of an outer surface of the preform, so that partially the reactive gas is deposited from the inside on an inner wall of the preform and melted into a transparent layer, and a Schlagkorrektur wisdom, wherein the Schlagkorrekturein direction is arranged in a first longitudinal section along the longitudinal direction of the coating flame and is arranged such that by means of a first compressed air device, in particular a compressed air nozzle, by means of compressed air, the preform is aligned.
  • a first compressed air device in particular a compressed air nozzle
  • a "blow” is a deviation of the actual axis of rotation of the preform from the axis of rotation of the turning device and thus of the lathe designated. In this case, the impact along the axis of rotation can be different pronounced.
  • aligning it is meant that the real axis of rotation of the preform is brought closer to the rotation axis of the rotator Ideally, after alignment, the axis of rotation along the entire preform corresponds to the axis of rotation of the rotator below a limit is spoken in the present case of an alignment.
  • a “preform” (also called “preform” or “preform”) is, in particular, a tubular glass element, for example of quartz glass, which is coated by means of MCVD and then collapsed. also referred to as “glass fiber” or “optical waveguide”) which can be used, for example, for optical communication
  • the preform has an "outer surface” and an “inner wall”.
  • the "outer surface of the preform" is the surface of the tubular preform, which is substantially exposed to the coating flame and which is pressurized with compressed air for alignment.
  • the "inner wall" of the preform encloses a cavity of the preform, which is flowed through by a reactive gas in the MCVD process.Thus, the inner wall with the cavity forms the inside of the tube becomes one merged transparent layer. After the collapse of the preform, there is neither a cavity nor an inner wall.
  • This preform is generally clamped in a "rotating device” (e.g., a "glassmaking lathe”).
  • the rotating device thereby puts the preform in rotation about an axis of rotation of the rotating device.
  • the preform is generally clamped in the rotating device.
  • a reactive gas is introduced directed into the interior of the tube.
  • the "burner device” is, for example, a detonating gas burner which, during the rotation of the preform in the rotary device, imparts a temperature by means of the "coating flame” at a defined distance with a defined flame temperature of the rotating preform. Due to the rotation, which is impressed by the rotating device of the preform, the preform is heated homogeneously at the location of the burner device. The reactive gas is heated and deposited downstream as soot on the inner wall of the tubular preform.
  • the burner device is generally arranged movably along the axis of rotation of the rotary device.
  • the beginning of the tube at which the "reactive gas supply” introduces the reactive gas into the tubular preform, is heated and moved to the end of the preform, after which the temperature of the burner device is reduced and the burner device is moved back to the starting point (tube start) the preform to heat them during a reactive gas supply Burner device passes on deposited soot, this soot is melted, so that a transparent layer is formed on the inner wall of the preform.
  • the "longitudinal direction” is a direction that is substantially parallel to the rotation axis of the rotating device, in which sense a longitudinal distance is a distance that can be determined in the longitudinal direction.
  • the "impact correction device” is a device which applies a force by applying compressed air to the preform virtually without contact and thus without mechanical contact, so that the real axis of rotation approaches the rotation axis of the rotating device the temperatures remain defined during the MCVD process.
  • the “compressed air device” is in particular a compressed air nozzle, which sprays generally oil-free, inert gas, such as N 2 onto the outer surface of the preform.
  • compressed air generally includes compressed air or a compressed gas or mixture of gases, and when it leaves the compressed air nozzle, the compressed air expands, imparting a directed pressure and therefore a force to a surface in the vicinity of the compressed air nozzle becomes.
  • the impact correction device comprises a second compressed air device, a third compressed air device, a fourth compressed air device and / or further compressed air devices, wherein in particular the compressed air devices are arranged equidistantly radially about the rotational axis of the rotary device.
  • the preform in the case of the radially equidistant arrangement of the compressed air device, can be continuously aligned during the coating process. This can be achieved, for example, by arranging the compressed air devices at a defined longitudinal distance from the burner device and, as it were, during the coating process, being coupled to the coating flame and thus to the burner device. The coupling can be done mechanically, for example, by the common arrange on a carriage.
  • each compressed air device is offset by 90 ° to the next compressed air device. If these four compressed air devices impose a constant compressed air of the rotating preform, these compressed air devices act as a kind of fixing "storage".
  • the compressed air devices are aligned at a distance between 1 mm and 20 mm, in particular between 2 mm and 6 mm, to an ideal surface of the preform.
  • the ideal surface is in particular the outer surface of the preform with no impact, so that the rotation axis of the rotating device and the axis of rotation of the preform are identical.
  • the device may include a stress relief burner, wherein the first compressed air device, the further compressed air devices or all the compressed air devices are or are arranged longitudinally between the burner device and the stress relief burner.
  • a stress-free preform can be produced.
  • the device has a coupling device, in particular a traversing carriage, wherein by means of the coupling device the burner device, the impact correction device and the stress relief burner can be positioned in the longitudinal direction relative to one another.
  • a coupling device in particular a traversing carriage, wherein by means of the coupling device the burner device, the impact correction device and the stress relief burner can be positioned in the longitudinal direction relative to one another.
  • the first compressed air device, the further compressed air devices or all compressed air devices define or impress a temporally continuous compressed air jet or a pulsed air pressure jet of the outer surface of the preform.
  • a different compressed air profile can be impressed by means of the compressed air devices of the outer surface of the preform.
  • an air jet generated by one of the compressed air devices or by a plurality of compressed air devices may have different intensity and / or shape and imprint the preform.
  • a cone-shaped jet of air exiting an air pressure nozzle may impose a defined pressure profile corresponding to a present impact of the outer surface of the preform, as in a rotation impact the outer surface of the preform approaches the air pressure nozzle, thereby increasing the pressure acts on the external surface at the point of application.
  • an impact measuring device In order in particular to impart a pulsed air pressure jet, for example, above the preform of the outer surface of the preform, an impact measuring device can be provided which determines the impact of the rotating preform and on the basis of the impact measuring device determined measured values impart pressure to the compressed air device, for example by means of pulsed compressed air jets at the right time of the outer surface of the preform, so that the impact is reduced.
  • Controlling is defined as the setting of a predefined value
  • rules in particular a measured value is fed back and in each case a control value, such as the intensity, pulse duration or pulse angle of the air pressure jet, is set.
  • the object is achieved by a method for impact-correcting a preform by means of a previously described device, whereby a blow is prevented or corrected by means of the compressed air.
  • the impact correction device has a single compressed air device and this compressed air device imprints a rotationally dependent pulsed or intensity-changed air pressure jet on the preform on the basis of the measured value of the impact measuring device.
  • the impact correction device has two or more compressed air devices, which are arranged radially and in particular equidistantly around the preform and the compressed air device of the preform in each case continuously impress an air pressure jet.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a preform clamped in a glassmaker lathe with a side impact shown and arranged air nozzles for impact correction
  • Figure 2 is a schematic side view of a
  • Figure 3 is a schematic sectional view of a clamped in a Glasmacherwindbank preform with a vertical stroke shown and arranged above Impulsluftdüse.
  • An MCVD device 200 includes a
  • Glassmaker lathe 202 In this glassmaking lathe 202 a tubular quartz glass 201 is clamped. This tubular quartz glass forms the preform to be coated. At the reactive gas inlet 232, a reactive gas is passed through the tubular preform in the flow direction 233. On a carriage (not shown), a main burner 221 and an auxiliary burner 223 and two air nozzles 215 are arranged.
  • the main burner 221 is moved by means of a blast gas flame from the entrance of the reactive gas inlet 232 in the direction of movement 231 by means of the carriage (not shown).
  • the preform is partially heated locally to approximately 1,800 ° C to 2,000 ° C.
  • the feed speed of the carriage is between 10 to 20 cm / min.
  • the main burner 221 is shut down to a temperature of about 400 ° C and moved back to the Reoxidgaseinlass 232 by means of the carriage.
  • the burner temperature is increased again to approximately 1800-2000 ° C. until reactive gases react and glassoot forms downstream, which is heated by the hot burner zone and deposited on the pipe inner wall due to thermophoresis and subsequently hot Zones (and thus by the main burner) is melted into a transparent layer.
  • This coating cycle is repeated until a required core cross-sectional area has been deposited.
  • the burner temperature of the main burner 221 is again increased to about 2200 ° C to 2300 ° C, so that the inner-coated quartz glass tube collapses by its surface tension to a solid rod.
  • the quartz glass tube rotates about its longitudinal axis, so that the preform (quartz glass tube) is evenly partially heated locally.
  • a percussion correction device 224 comprises two diametrically opposed air nozzles 215 and a subsequently mounted auxiliary burner 223.
  • the air nozzles 215 and the auxiliary burner 223 are arranged together with the main burner 221 on the carriage.
  • the preform 303 and thus the quartz glass tube should have one stroke at a point in time and rotational location.
  • an axis of rotation 113, 313 of the quartz glass tube 103, 303 deviates from an axis of rotation 111, 311 of the glassmaker's lathe 202.
  • a laser scanner not shown
  • the impact and thus the deviation of the axis of rotation of the quartz glass tube 103, 303 from the axis of rotation 111, 311 of the glassmaking lathe are determined.
  • the air nozzles 215 are controlled, so that, if the outer surface due to the Blows the respective air nozzle 215, the air nozzles 215 blow the quartz glass tube surface.
  • This jet of air causes the axis of rotation 113, 313 of the quartz glass tube 103, 303 to again approach the axis of rotation 111, 311 of the glassmaking lathe 202 and, ideally, forms an optimum preform 101, 301.
  • only one impulse air nozzle 315 is provided, which is arranged in an upper point, so that the gravitation and the impulse air pressure jointly approach the rotating quartz glass tube 303 and thus its axis of rotation 313 of the rotation axis 311 of the glassmaker's lathe 202.
  • the measurement of the impact by means of the laser scanner is dispensed with.
  • three air nozzles 115 are arranged around the quartz glass tube 101.
  • the air nozzles 115 are each arranged at a distance of 90 ° to each other, being dispensed with an upper air nozzle and thus the two lateral air nozzles 115 180 ° spaced from each other.
  • an air nozzle above is dispensed with, since gravity causes a certain displacement effect.
  • the air nozzles 115 emit a conical air jet 117. These continuous streaming air jets thus embed the rotating quartz glass tube 101. For example, should a side impact form, whereby the axis of rotation 113 of the quartz glass tube deviates from the axis of rotation 111 of the glassmaking lathe 202, the surface of the rotating quartz glass tube 103 in each case approaches a nozzle 115. Due to the conical air-jet profile, due to the approach of the surface of the quartz glass tube to the air nozzle 115, the quartz glass tube experiences a greater force, so that the
  • Axis of rotation 111 of the glassmaking lathe 202 approximates. [62] Subsequently, the air pressure nozzles are switched off and the auxiliary burner 223 is switched off and the quartz glass tube collapses to form a preform. From this preform, a glass fiber is then pulled.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Schlags einer rohrförmigen Preform eines Lichtwellenleiters mit einer Dreheinrichtung (202), welcher der Preform um eine Rotationsachse eine Rotation aufprägt, einer Reaktivgaszuführung (232), welche innenliegend der Preform ein Reaktivgas zuführt, einer Brennereinrichtung (221), welche beweglich in einer Längsrichtung entlang der Rotationsachse der Preform zugeordnet ist und mittels einer Beschichtungsflamme einer Außenoberfläche der Preform eine Temperatur aufprägt, sodass teilweise das Reaktivgas von innen an einer Innenwand der Preform abgeschieden und zu einer transparenten Schicht aufgeschmolzen wird, und einer Schlagkorrektureinrichtung (224), wobei die Schlagkorrektureinrichtung in einem ersten Längsabstand entlang der Längsrichtung zur Beschichtungsflamme angeordnet ist und derart eingerichtet ist, dass mittels einer ersten Drucklufteinrichtung, insbesondere einer Druckluftdüse (215), mittels Druckluft die Preform ausgerichtet wird.

Description

VORRICHTUNG ZUM AUSRICHTEN EINES SCHLAGS EINER ROHRFÖRMIGEN PREFORM
EINES LICHTWELLENLEITERS
[01] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Schlags einer rohrförmigen Preform eines Lichtwellenleiters mit einer Dreheinrichtung, welcher der Preform um eine Rotationsachse eine Rotation aufprägt, einer Reaktivgaszuführung, welche innenliegend der Preform ein Reaktivgas zuführt, einer Brennereinrichtung, welche beweglich in einer Längsrichtung entlang der Rotationsachse der Preform zugeordnet ist und mittels einer Beschichtungsflamme einer Außenoberfläche der Preform eine Temperatur aufprägt, sodass teilweise das Reaktivgas von innen an einer Innenwand der Preform abgeschieden und zu einer transparenten Schicht aufgeschmolzen wird und ein Verfahren zum Schlagkorrigieren einer Preform mittels einer Drucklufteinrichtung .
[02] Bei der Preformherstellung mittels MCVD-Verfahren (MCVD = Modified Chemical Vapour Deposition) wird ein Glasrohr in einer Glasmacherdrehbank eingespannt und von außen mittels eines Knallgasbrenners örtlich partiell über die Rohrlänge auf circa 1.800°C bis 2.000°C erwärmt. Dabei bewegt sich der Knallgasbrenner mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit von circa 10 bis 20 cm/min vom Rohreingang, an dem die Reaktivgase in das Rohr hineinströmen, bis zum Rohrende. Am Rohrende wird der Brenner auf eine geringere Temperatur von circa 400 °C heruntergefahren und der Brenner bewegt sich mit relativ hoher Geschwindigkeit wieder zu dem Rohreingang zurück.
[03] Dort wird die Brennertemperatur wieder soweit erhöht, bis die Reaktivgase reagieren und sich Glassoot bildet, welcher stromabwärts der heißen Brennerzone an der Rohrwandung mittels Thermophorese abgeschieden wird und anschließend durch die folgende heiße Zone zu einer transparenten Schicht aufgeschmolzen wird.
[04] Dieser Beschichtungszyklus wiederholt sich bei der Kernabscheidung solange, bis die erforderlich Kernquerschnittsfläche abgeschieden ist. Danach wird die Brennertemperatur noch einmal deutlich auf circa 2.200°C bis 2.300°C erhöht, sodass das innenbeschichtete Rohr durch seine Oberflächenspannung zu einem massiven Stab kollabiert .
[05] Während all dieser Bearbeitungsschritte rotiert das Glasrohr um seine Längsachse mit dem Ziel einer gleichmäßigen Erwärmung.
[06] Eine nicht ideale Justierung der Reitstöcke der Glasmacherdrehbank, eine nicht ideale Justierung des Brenners zur Rohrachse, Unzulänglichkeiten des verwendeten Substratrohrs (beispielsweise Bow oder Siding) oder ein nicht ideales Ansetzen des Rohres in die Glasmacherdrehbank führen dazu, dass sich während der Kernabscheidung allmählich in der heißen Zone des Brenners ein Rohrschlag ausbildet . [07] Als Rohrschlag (auch Schlag genannt) wird die Abweichung des Mittelpunktes und somit der Rotationsachse des Rohrquerschnitts an einer bestimmten axialen Position von der idealen Rotationsachse (beispielsweise die Rotationsache der Glasmacherdrehbank) bezeichnet. Diese Abweichung ist im Allgemeinen abhängig von der Längsposition, sodass sich zwischen den Stellen, an denen das Rohr eingespannt ist, beliebige axiale Schlagverläufe aufbauen können. Dieser Verlauf über die Rohrlänge kann von Preform zu Preform systematisch oder auch zufällig ausfallen .
[08] Nach dem Stand der Technik wird der Rohrschlag mittels Laserscanner gemessen, auf einem Monitor angezeigt und in einer Datei aufgezeichnet . Übersteigt der Rohrschlag an einer Stelle des Substratrohres über eine definierte Rohrlänge reduziert ein Anlagenbediener den Rohrschlag manuell .
[09] Dazu wird im Allgemeinen die Anlage geöffnet, wenn der Hauptbrenner am Rohreingang startet, und der Anlagenfahrer vermindert den Rohrschlag mittels Handbrenner und Graphitrollen, indem er an den Stellen des größten Rohrschlags Rollen untersetzt und am Rohranfang, am Rohrende oder bei Bedarf auch dazwischen das Rohr örtlich partiell erwärmt und den Schlag durch die Graphitrollen soweit wie möglich „herausdrückt". Diese Prozedur zur Schlagkorrektur wird an mehreren Rohrstellen durchgeführt. Nach dem Entfernen der Graphitrollen und des Handbrenners wird die Einhausung der Glasmacherdrehmaschine geschlossen und der Beschichtungsprozess fortgesetzt. [10] Durch das Öffnen der Einhausung der Glasmacherdrehbank kühlt sich das Substratrohr stärker ab als bei geschlossener Einhausung. Dabei ändern sich die Glassoot- Abscheidebedingungen stromabwärts des Hauptbrenners und sowohl die Glassoot-Dotierung als auch die Einzelschichtdicke kann sich ändern.
[11] Darüber hinaus scheiden sich während der Schlagausbildung über den Rohrumfang durch die über den Rohrumfang unterschiedlichen Temperaturen unterschiedlich dotierte und unterschiedlich dicke Einzelschichten ab. Diese in azimutaler Richtung unterschiedlichen Einzelschichten führen zu azimutalen Brechzahl- und damit zu azimutalen Profilstörungen.
[12] Durch die axiale Abhängigkeit des Schlags kommt es zusätzlich zu Längsungleichmäßigkeiten des Brechzahlprofils. Diese Profilstörungen begrenzen die mit den Fasern erreichbaren Bandbreiten und verschlechtern damit deren Übertragungskapazität.
[13] Weiterhin kommt es beim manuellen Richten auf die Erfahrung des Anlagenbedieners an.
[14] Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern .
[15] Gelöst wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Schlags einer rohrförmigen Preform eines Lichtwellenleiters mit einer Dreheinrichtung, welcher der Preform um eine Rotationsachse eine Rotation aufprägt, eine Reaktivgaszuführung, welche innenliegend der Preform ein Reaktivgas zuführt, einer Brennereinrichtung, welche beweglich in einer Längsrichtung entlang der Rotationsachse der Preform zugeordnet ist und mittels einer Beschichtungsflamme einer Außenoberfläche der Preform eine Temperatur aufprägt, sodass teilweise das Reaktivgas von innen an einer Innenwand der Preform abgeschieden und zu einer transparenten Schicht aufgeschmolzen wird, und einer Schlagkorrektureinrichtung, wobei die Schlagkorrekturein richtung in einem ersten Längsabschnitt entlang der Längsrichtung zur Beschichtungsflamme angeordnet ist und derart eingerichtet ist, dass mittels einer ersten Drucklufteinrichtung, insbesondere einer Druckluftdüse, mittels Druckluft die Preform ausgerichtet wird.
[16] Dieses Verfahren kann ohne Öffnen der Einhausung und ohne manuelles Einwirken eines Anlagenbedieners erfolgen. Zudem sind dadurch die Ergebnisse reproduzierbar und die Strahlqualität von aus der Preform gezogenen Lichtwellenleitern ist deutlich erhöht.
[17] Aufgrund dessen, dass das Verfahren im Wesentlichen berührungsfrei (ohne mechanischen Kontakt) erfolgt, können Kontaminationen und Störungen der Außenoberfläche der Preform verhindert werden.
[18] Folgendes Begriffliche sei erläutert:
[19] Ein „Schlag" ist insbesondere eine Abweichung der eigentlichen Rotationsachse der Preform zu der Rotationsachse der Dreheinrichtung und somit der Drehbank. Der Schlag wird gelegentlich auch als Rohrschlag bezeichnet. Dabei kann der Schlag entlang der Rotationsachse unterschiedlich stark ausgeprägt sein.
[20] Unter dem „Ausrichten" des Schlags wird verstanden, dass die reale Rotationsachse der Preform näher an die Rotationsachse der Dreheinrichtung verbracht wird. Im Idealfall entspricht nach dem Ausrichten die Rotationsachse entlang der gesamten Preform der Rotationsachse der Dreheinrichtung. Auch beim Überführen des Schlags unterhalb eines Grenzwertes wird vorliegend von einem Ausrichten gesprochen .
[21] Eine „Preform" (auch „Präform" oder „Vorform" genannt) ist insbesondere ein rohrförmiges Glaselement, beispielsweise aus Quarzglas, welches mittels MCVD- Verfahren beschichtet und anschließend kollabiert wird. Im Allgemeinen wird aus der Preform durch Ziehen ein Lichtleiter (auch als „Glasfaser" oder „Lichtwellenleiter" bezeichnet) gezogen, welcher beispielsweise für die optische Kommunikation eingesetzt werden kann. Die Preform weist eine „Außenoberfläche" und eine „Innenwand" auf.
[22] Die „Außenoberfläche der Preform" ist die Fläche der rohrförmigen Preform, welche im Wesentlichen der Beschichtungsflamme ausgesetzt ist und welche mit Druckluft zum Ausrichten beaufschlagt wird.
[23] Die „Innenwand" der Preform umschließt einen Hohlraum der Preform, welcher beim MCVD-Verfahren von einem Reaktivgas durchströmt wird. Somit bildet die Innenwand mit dem Hohlraum das Rohrinnere aus. An dieser Innenwand setzt sich beim MCVD-Verfahren der Glassoot ab und wird zu einer transparenten Schicht verschmolzen. Nach dem Kollabieren der Preform liegt weder ein Hohlraum noch eine Innenwand vor .
[24] Diese Preform wird im Allgemeinen in eine „Dreheinrichtung" (z.B. eine „Glasmacherdrehbank") eingespannt. Die Dreheinrichtung versetzt dabei die Preform in Rotation um eine Rotationsachse der Dreheinrichtung. Dazu wird im Allgemeinen die Preform in die Dreheinrichtung eingespannt. Zusätzlich wird dabei in das Rohrinnere ein Reaktivgas gerichtet eingeführt.
[25] Die „Brennereinrichtung" ist beispielsweise ein Knallgasbrenner, welcher bei der Rotation der Preform in der Dreheinrichtung in einem definierten Abstand mit einer definierten Flammentemperatur der rotierenden Preform eine Temperatur mittels der „Beschichtungsflamme" aufprägt. Aufgrund der Rotation, welche durch die Dreheinrichtung der Preform aufgeprägt wird, wird die Preform am Ort der Brennereinrichtung homogen erwärmt. Dabei wird das Reaktivgas erwärmt und nachgelagert als Soot an der Innenwand der rohrförmigen Preform abgeschieden. Die Brennereinrichtung ist im Allgemeinen beweglich entlang der Rotationachse der Dreheinrichtung angeordnet. Anfänglich wird der Rohranfang, an dem die „Reaktivgaszuführung" das Reaktivgas in die rohrförmige Preform einführt wird, erwärmt und wird zum Ende der Preform bewegt. Anschließend wird die Temperatur der Brennereinrichtung reduziert und die Brennereinrichtung wieder zum Ausgangspunkt (Rohranfang) verfahren, um erneut entlang der Preform diese während einer Reaktivgaszufuhr zu erhitzen. Sobald die Brennereinrichtung über abgelagertes Soot gelangt, wird dieses Soot aufgeschmolzen, sodass eine transparente Schicht an der Innenwand der Preform gebildet wird.
[26] Die „Längsrichtung" ist eine Richtung, die im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse der Dreheinrichtung ausgerichtet ist. In diesem Sinne ist ein Längsabstand ein Abstand, welcher in Längsrichtung bestimmbar ist.
[27] Die „Schlagkorrektureinrichtung" ist eine Einrichtung, welche durch Beaufschlagen mit Druckluft der Preform quasi berührungsfrei und somit ohne mechanischen Kontakt eine Kraft aufprägt, sodass die reale Rotationsachse der Rotationsachse der Dreheinrichtung angenähert wird. Dies kann ohne ein Öffnen der Einhausung erfolgen, sodass die Temperaturen während des MCVD-Verfahrens definiert bleiben.
[28] Die „Drucklufteinrichtung" ist insbesondere eine Druckluftdüse, welche Im Allgemeinen ölfreies, inertes Gas, wie beispielsweise N2 auf die Außenoberfläche der Preform sprüht .
[29] Die „Druckluft" wird umgangssprachlich auch als Pressluft bezeichnet und umfasst im Allgemeinen komprimierte Luft oder ein komprimiertes Gas oder Gasgemisch. Beim Verlassen der Druckluftdüse expandiert die Druckluft, sodass einer Oberfläche in der Nähe der Druckluftdüse ein gerichteter Druck und somit eine Kraft aufgeprägt wird. [30] In einer Ausführungsform weist die Schlagkorrektureinrichtung eine zweite Drucklufteinrichtung, eine dritte Drucklufteinrichtung, eine vierte Drucklufteinrichtung und/oder weitere Drucklufteinrichtungen auf, wobei insbesondere die Drucklufteinrichtungen äquidistant radial um die Rotationsachse der Dreheinrichtung angeordnet sind.
[31] Insbesondere bei der radial äquidistanten Anordnung der Drucklufteinrichtung kann während des Beschichtungsvorgangs kontinuierlich die Preform ausgerichtet werden. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass die Drucklufteinrichtungen in einem definierten Längsabstand zur Brennereinrichtung angeordnet sind und quasi während des Beschichtungsvorgangs mit der Beschichtungsflamme und somit der Brennereinrichtung gekoppelt ist. Die Kopplung kann dabei mechanisch beispielsweise durch das gemeinsame anordnen auf einen Verfahrschlitten erfolgen.
[32] Beim Verwenden von vier Drucklufteinrichtungen ist jede Drucklufteinrichtung um 90° zur nächsten Drucklufteinrichtung versetzt angeordnet. Sofern diese vier Drucklufteinrichtungen eine konstante Druckluft der rotierenden Preform aufprägen, wirken diese Drucklufteinrichtungen quasi als fixierende „Lagerung".
[33] Sofern ein Schlag besteht, befindet sich beim Rotieren die Außenoberfläche der Preform „näher" an einer Drucklufteinrichtung und erfährt somit einen intensiveren Druck, sodass eine gerichtete Kraft entsteht, welche den Schlag der Preform vermindert. Somit ist eine einfache konstruktive Ausgestaltung zur Schlagverminderung realisierbar .
[34] In einer Ausführungsform sind die Drucklufteinrichtungen in einem Abstand zwischen 1 mm und 20 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 6 mm, zu einer Idealoberfläche der Preform ausgerichtet.
[35] Dabei ist die Idealoberfläche insbesondere die Außenoberfläche der Preform bei keinem Schlag, sodass die Rotationsachse der Dreheinrichtung und die Rotationsachse der Preform identisch sind.
[36] Um etwaige Glasspannungen, welche durch die Drucklufteinrichtungen der Preform aufgeprägt werden, zu kompensieren, kann die Vorrichtung einen Stressabbaubrenner aufweisen, wobei die erste Drucklufteinrichtung, die weiteren Drucklufteinrichtungen oder sämtliche Drucklufteinrichtungen in Längsrichtung zwischen der Brennereinrichtung und dem Stressabbaubrenner angeordnet ist oder sind. Somit kann eine spannungsfreie Preform hergestellt werden.
[37] In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Kopplungseinrichtung, insbesondere einen Verfahrschlitten, auf, wobei mittels der Kopplungseinrichtung die Brennereinrichtung, die Schlagkorrektureinrichtung und der Stressabbaubrenner in Längsrichtung zueinander definiert positionierbar sind. Dies kann beispielsweise durch eine rein mechanische Kopplung über einen Verfahrschlitten oder auch jeweils durch einzelne Verfahrschlitten realisiert werden, welche beispielswiese mittels einer Steuerung oder Regelung über Antriebe zueinander eingestellt werden.
[38] In einer weiteren Ausführungsform prägt oder prägen die erste Drucklufteinrichtung, die weiteren Drucklufteinrichtungen oder sämtliche Drucklufteinrichtungen einen zeitlich kontinuierlichen Druckluftstrahl oder einen gepulsten Luftdruckstrahl der Außenoberfläche der Preform auf. Somit kann ein unterschiedliches Druckluftprofil mittels der Drucklufteinrichtungen der Außenoberfläche der Preform aufgeprägt werden.
[39] Zudem kann ein durch eine der Drucklufteinrichtungen oder durch mehrere Drucklufteinrichtungen erzeugter Luftstrahl unterschiedliche Intensität und/oder Form aufweisen und der Preform aufprägen.
[40] So kann beispielsweise ein kegelförmiger Luftstrahl, welcher aus einer Luftdruckdüse austritt, ein definiertes Druckprofil entsprechend einem vorliegenden Schlag der Außenoberfläche der Preform aufprägen, da sich bei einem Schlag bei einer Rotation die Außenoberfläche der Preform der Luftdruckdüse nähert, sodass dadurch ein höherer Druck an der Beaufschlagungsstelle auf die Außenoberfläche wirkt.
[41] Um insbesondere einen gepulsten Luftdruckstrahl beispielsweise oberhalb der Preform der Außenoberfläche der Preform aufzuprägen, kann eine Schlagmesseinrichtung vorgesehen sein, welche den Schlag der rotierenden Preform ermittelt und anhand der von der Schlagmesseinrichtung ermittelten Messwerte die Drucklufteinrichtung beispielsweise mittels gepulster Druckluftstrahlen jeweils zum richtigen Zeitpunkt der Außenoberfläche der Preform einen Druck aufprägen, sodass der Schlag vermindert wird.
[42] Unter einem „Steuern" wird das setzen eines vorgegebenen Wertes verstanden. Beim „Regeln" wird insbesondere ein Messwert zurückgekoppelt und jeweils ein Stellwert, wie beispielsweise die Intensität, Pulsdauer oder Pulswinkel des Luftdruckstrahls, eingestellt. Somit kann eine Vorrichtung bereitgestellt werden, mit der höchste Qualitätsanforderungen an einen Lichtwellenleiter realisiert werden können. Insbesondere können hochgenaue Brechzahlverläufe innerhalb der Faser erzeugt werden.
[43] In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Schlagkorrigieren einer Preform mittels einer zuvor beschriebenen Vorrichtung, wobei mittels der Druckluft ein Schlag verhindert oder korrigiert wird.
[44] Somit kann erstmals berührungsfrei - ohne mechanischen Kontakt - der Schlag einer Preform korrigiert werden.
[45] In einer diesbezüglichen Ausführungsform des Verfahrens, weist die Schlagkorrektureinrichtung eine einzelne Drucklufteinrichtung auf und diese Drucklufteinrichtung prägt der Preform aufgrund des Messwertes der Schlagmesseinrichtung einen rotationsabhängigen gepulsten oder intensitätsgeänderten Luftdruckstrahl auf. [46] Somit können hochqualitative Lichtwellenleiter mit definiertem Brechzahlprofil hergestellt werden.
[47] In einer weiteren Ausführungsform weist die Schlagkorrektureinrichtung zwei oder mehr Drucklufteinrichtungen auf, welche radial und insbesondere äquidistant um die Preform angeordnet sind und die Drucklufteinrichtung der Preform jeweils kontinuierlich einen Luftdruckstrahl aufprägen.
[48] Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine schematische Schnittdarstellung einer in eine Glasmacherdrehbank eingespannten Preform mit einem dargestellten Seitenschlag und angeordneten Luftdüsen zur Schlagkorrektur,
Figur 2 eine schematische Seitenansicht einer
Glasmacherdrehbank mit einer Schlagkorrektureinrichtung, und
Figur 3 eine schematische SchnittdarStellung einer in einer Glasmacherdrehbank eingespannten Preform mit einem dargestellten Vertikalschlag und oben angeordneter Impulsluftdüse.
[49] Eine MCVD-Vorrichtung 200 umfasst eine
Glasmacherdrehbank 202. In dieser Glasmacherdrehbank 202 ist ein rohrförmiges Quarzglas 201 eingespannt. Dieses rohrförmige Quarzglas bildet die zu beschichtende Preform. Am Reaktivgaseinlass 232 wird in Strömungsrichtung 233 ein reaktives Gas durch die rohrförmige Preform geführt. Auf einem Schlitten (nicht dargestellt) sind ein Hauptbrenner 221 und ein Zusatzbrenner 223 sowie zwei Luftdüsen 215 angeordnet .
[50] Zum Innenbeschichten der Preform 201 wird während des Einbringens des Reaktivgases der Hauptbrenner 221 mittels einer Knallgasflamme vom Eingang des Reaktivgaseinlasses 232 in Bewegungsrichtung 231 mittels des Schlittens (nicht dargestellt) verfahren. Dabei wird die Preform örtlich partiell auf circa 1.800°C bis 2.000°C erwärmt. Die Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens liegt zwischen 10 bis 20 cm/min. Am Rohrende 234 wird der Hauptbrenner 221 auf eine Temperatur von circa 400 °C heruntergefahren und mittels des Schlittens zurück zum Reaktivgaseinlass 232 verfahren .
[51] Am Reaktivgaseinlass 232 wird die Brennertemperatur wieder auf circa 1.800°C bis 2.000°C erhöht bis Reaktivgase reagieren und sich stromabwärts Glassoot bildet, der mittels der heißen Brennerzone erwärmt und an der Rohrinnenwand aufgrund von Thermophorese abgeschieden wird und anschließend durch die folgenden heißen Zonen (und somit durch den Hauptbrenner) zu einer transparenten Schicht aufgeschmolzen wird. [52] Dieser Beschichtungszyklus wird so lange wiederholt, bis eine geforderte Kernquerschnittsfläche abgeschieden ist .
[53] Anschließend wird die Brennertemperatur des Hauptbrenners 221 noch einmal auf circa 2.200°C bis 2.300°C erhöht, sodass das innenbeschichtete Quarzglasrohr durch seine Oberflächenspannung zu einem massiven Stab kollabiert .
[54] Während all dieser Bearbeitungsschritte rotiert das Quarzglasrohr um seine Längsachse, sodass die Preform (Quarzglasrohr) gleichmäßig partiell örtlich erwärmt wird.
[55] Eine Schlagkorrektureinrichtung 224 umfasst zwei diametral zueinander angeordnete Luftdüsen 215 und einen nachfolgend gelagerten Zusatzbrenner 223. Die Luftdüsen 215 und der Zusatzbrenner 223 sind zusammen mit dem Hauptbrenner 221 auf dem Schlitten angeordnet.
[56] Vorliegend soll die Preform 303 und somit das Quarzglasrohr zu einem Zeitpunkt und Rotationsort einen Schlag aufweisen. Dabei weicht eine Rotationsachse 113, 313 des Quarzglasrohres 103, 303 von einer Rotationsachse 111, 311 der Glasmacherdrehbank 202 ab. Mittels eines Laserscanners (nicht dargestellt) wird der Schlag und somit die Abweichung der Rotationsachse des Quarzglasrohrs 103, 303 von der Rotationsachse 111, 311 der Glasmacherdrehbank bestimmt .
[57] Zusätzlich werden die Luftdüsen 215 angesteuert, sodass, sofern sich die Außenoberfläche aufgrund des Schlages der jeweiligen Luftdüse 215 nähert, die Luftdüsen 215 die Quarzglasrohroberfläche anblasen. Dieser Luftstrahl bewirkt, dass sich die Rotationsachse 113, 313 des Quarzglasrohrs 103, 303, wieder der Rotationsachse 111, 311 der Glasmacherdrehbank 202 annähert und sich im Idealfall eine optimale Preform 101, 301 ausbildet.
[58] Etwaige dadurch entstehende Spannungen im Quarzglas werden beim Verfahren des Schlittens durch den Zusatzbrenner 223 nachlaufend beseitigt.
[59] In einer weiteren Alternative ist lediglich eine Impulsluftdüse 315 vorgesehen, welche in einem oberen Punkt angeordnet ist, sodass die Gravitation und der Impulsluftdruck gemeinsam das rotierende Quarzglasrohr 303 und somit deren Rotationsachse 313 der Rotationsachse 311 der Glasmacherdrehbank 202 annähern.
[60] In einer dritten Alternative wird auf das Messen des Schlages mittels des Laserscanners verzichtet. Zudem sind drei Luftdüsen 115 um das Quarzglasrohr 101 herum angeordnet. Die Luftdüsen 115 sind jeweils in einem Abstand von 90° zueinander angeordnet, wobei auf eine obere Luftdüse verzichtet wird und somit die beiden seitlichen Luftdüsen 115 180° zueinander beabstandet sind. Vorliegend wird auf eine Luftdüse oberhalb verzichtet, da die Gravitation einen gewissen Verschiebungseffekt bewirkt.
[61] Die Luftdüsen 115 strömen einen kegelförmigen Luftstrahl 117 aus. Diese kontinuierlichen strömenden Luftstrahlen betten somit das rotierende Quarzglasrohr 101. Sollte sich beispielsweise ein Seitenschlag ausbilden, wodurch die Rotationsachse 113 des Quarzglasrohres von der Rotationsachse 111 der Glasmacherdrehbank 202 abweicht, so nähert sich die Oberfläche des rotierenden Quarzglasrohres 103 jeweils einer Düse 115 an. Aufgrund des kegelförmigen LuftStrahlprofils erfährt aufgrund der Annäherung der Oberfläche des Quarzglasrohres an die Luftdüse 115 das Quarzglasrohr eine größere Kraft, sodass sich die
Rotationsachse 113 des Quarzglasrohres 103 der
Rotationsachse 111 der Glasmacherdrehbank 202 annähert. [62] Anschließend werden die Luftdruckdüsen abgeschaltet und der Zusatzbrenner 223 ausgeschaltet und das Quarzglasrohr zu einer Preform kollabiert. Aus dieser Preform wird anschließend eine Glasfaser gezogen.

Claims

Patentansprüche :
1. Vorrichtung zum Ausrichten eines Schlags einer rohrförmigen Preform eines Lichtwellenleiters mit einer Dreheinrichtung, welche die Preform um eine Rotationsachse in eine Rotation versetzt, einer Reaktivgaszuführung, welche innenliegend der Preform ein Reaktivgas zuführt, einer Brennereinrichtung, welche beweglich in einer Längsrichtung entlang der Rotationsachse der Preform zugeordnet ist und mittels einer Beschichtungsflamme eine Außenoberfläche der Preform temperiert, sodass teilweise das Reaktivgas von innen an einer Innenwand der Preform abgeschieden und zu einer transparenten Schicht aufgeschmolzen wird, und einer Schlagkorrektureinrichtung, wobei die
Schlagkorrektureinrichtung in einem ersten Längsabstand entlang der Längsrichtung zur Beschichtungsflamme angeordnet ist und derart eingerichtet ist, dass mittels einer ersten Drucklufteinrichtung, insbesondere einer Druckluftdüse, mittels Druckluft die Preform ausgerichtet wird .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlagkorrektureinrichtung eine zweite
Drucklufteinrichtung, eine dritte Drucklufteinrichtung, eine vierte Drucklufteinrichtung und oder weitere Drucklufteinrichtungen aufweist, wobei insbesondere die Drucklufteinrichtungen äquidistant, radial um die Rotationsachse angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Drucklufteinrichtungen, mehrere der Drucklufteinrichtungen oder sämtliche Drucklufteinrichtungen derart angeordnet ist oder sind, dass die Drucklufteinrichtung oder die
Drucklufteinrichtungen einen Abstand zwischen 1,0mm und 20mm, insbesondere zwischen 2mm und 6mm, zu einer Idealoberfläche der Preform aufweist oder aufweisen.
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Stressabbaubrenner, wobei die erste Drucklufteinrichtung, die weiteren
Drucklufteinrichtungen oder sämtliche
Drucklufteinrichtungen in Längsrichtung zwischen der Brennereinrichtung und dem Stressabbaubrenner angeordnet ist oder sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine
Kopplungseinrichtung, insbesondere ein Verfahrschlitten, wobei mittels der Kopplungseinrichtung die
Brennereinrichtung, die Schlagkorrektureinrichtung und/oder der Stressabbaubrenner in Längsrichtung zueinander definiert positionierbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Drucklufteinrichtung, die weiteren Drucklufteinrichtungen oder sämtliche
Drucklufteinrichtungen einen zeitlich kontinuierlichen Luftdruckstrahl oder einen gepulsten Luftdruckstrahl der Außenoberfläche der Preform aufprägt oder aufprägen.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drucklufteinrichtungen oder weitere Drucklufteinrichtungen einen Luftdruckstrahl unterschiedlicher Intensität und/oder Form der Preform aufprägt oder aufprägen.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Schlagmesseinrichtung, welche den Schlag einer rotierenden Preform ermittelt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Regeleinrichtung, welche derart eingerichtet ist, dass anhand eines Messwertes der Schlagmesseinrichtung die
Schlagkorrektureinrichtung gesteuert und/oder geregelt wird .
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