DE1421700B1

DE1421700B1 - Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden Fasern

Info

Publication number: DE1421700B1
Application number: DE19611421700
Authority: DE
Inventors: Lawrence Edward Curtiss
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1960-12-19
Filing date: 1961-12-19
Publication date: 1969-09-25
Also published as: GB993322A; US3236710A; DE1421700C2

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Her- von einem Motor 16 mit variabler Umdrehungszahl

stellen von lichtleitenden Fasern oder Fäden aus Glas ' über ein geeignetes Reduktionsgetriebe 17 angetrie-

oder einem anderen lichtleitenden thermoplastischen ben wird. Der Glasstab 10 wird in einen Kragen 20,

Material, wobei ein praktisch zentrisch und vertikal der sich auf dem Ende eines Armes 21 befindet, ein-

in einem Glasrohr angeordneter Glasstab zusammen 5 gespannt. Am anderen Ende des Armes 21 befindet

mit dem Rohr kontinuierlich durch die Heizzone sich ein Kragen 22, welcher lösbar mit dem mit einem

eines Heizelementes vorgeschoben wird. Gewinde versehenen Teil der Spindel 13 im Eingriff

Das Umhüllen von Glasfasern zur Erzeugung von steht. Ein Kegelrad 23, das auf dem oberen Ende der lichtleitenden Fasern aus Glas ist bekannt (Journal of Spindel 13 befestigt ist, greift in ein Kegelrad 24, das the Optical Society of America, Bd. 49, Nr. 8 (August io auf der Ausgangswelle 25 befestigt ist, ein, die sich 1959), S. 785, Fig. 10 a und 10 b). Hierbei ist es von einem Ende des Differentialgetriebes 15 aus erwesentlich, daß ein Glasstab vertikal und zentrisch in streckt. Geeignete Lager- und Halterungen (nicht einem Glasrohr angeordnet und zusammen mit dargestellt) sind, soweit erforderlich, vorgesehen. Eine diesem durch die Heizzone eines Heizelementes ge- Klammer 26 erleichtert das Loslösen des Kragens 22 führt wird. 15 von der Spindel 13, so daß der Arm 21 und der Glas-

Es wurde nun gefunden, daß die erforderliche stab 10, der von ihm getragen wird, dadurch in die Stärke des Überzugs unabhängig von der Faserstärke gewünschte Stellung relativ zu dem Ofen 12 zu Beginn ist. Die Schwierigkeit bei dem bekannten Verfahren der Arbeitsweise eingestellt werden können,
besteht darin, daß eine Geschwindigkeitsänderung Eine ähnliche Anordnung ist für den Vorschub des beim Vorschieben der Faser die Faserstärke und 20 Glasrohres 11 auf der Spindel 14 und zum Antrieb ebenfalls die Stärke des Überzugs verändert, da das dieser Welle vorgesehen. Aus Gründen der ÜberRohr und der Stab miteinander vorgeschoben werden. sichtlichkeit werden für gleichartige Teile dieselben,

Die Erfindung beseitigt diese Schwierigkeit da- mit einem Apostroph versehenen Bezugsziffern ver-

durch, daß das Rohr unabhängig von dem Stab gehal- wendet. Dementsprechend wird die Spindel 14 von

tert und in die Heizzone geschoben wird. Hierdurch 25 der Ausgangswelle 25 des Differentialgetriebes 15

lassen sich Fasern mit verschiedenen Faserstärken, über ein Kegelgetriebe 23' und 24' angetrieben. Das

jedoch mit gleichen Überzugsstärken herstellen. Wei- Glasrohr 11 ist in einem Kragen 20', der von einem

ter können Überzüge mit gleichen Stärken aus Rohren Ende des Armes 21' gehalten wird, festgeklammert,

verschiedener Wandstärke hergestellt werden. Das andere Ende des Armes 2Γ endigt in einen

Vorzugsweise werden die Temperaturen in der 30 Kragen 22', der mit dem mit einem Gewinde ver-

Heizzone und die Relativbewegung so gesteuert, daß sehenen Teil der Spindel 14 je nach der Stellung der

eine fortschreitende Erwärmung der aus Rohr und Klammer 26' im Eingriff steht oder über diesen Teil

Stab bestehenden Anordnung erfolgt, so daß ein fort- frei gleiten kann.

schreitendes Zusammenschrumpfen des Rohres und Der Glasstab 10, aus dem der Faserkern gezogen

inniges Verschmelzen von Rohr und Stab bewirkt 35 wird, kann aus einem geeigneten optischen Glas

wird, und anschließend die zusammengeschmolzenen hoher Qualität hergestellt sein. Unter Berücksichti-

Glasteile auf eine gewünschte verringerte Quer- gung des Brechungsindex und des Erweichungspunkts

schnittsgröße gezogen werden. Dies ermöglicht die des Glases, das den Stab 10 bildet, wird auch eine

Verwendung eines Rohres und eines Stabes aus GIa- hohe Glasqualität für die Verwendung in dem Rohr

sern mit verschiedenen Brechungsindizes. 40 11 gewählt, das den Überzug bildet, der auf die Ober-

An Hand der Figur wird die Erfindung beispiels- fläche des Kerns der Faser 30 aufgeschmolzen wird,

weise erläutert. In bekannter Weise soll das Glas, das den Faserkern

Die Figur zeigt von vorn einen Aufriß einer bevor- bildet, einen höheren Brechungsindex als das Glas,

zugten Ausführungsform zur Durchführung des erfin- das den Überzug bildet, aufweisen. Es können die

dungsgemäßen Verfahrens. 45 verschiedensten Glassorten verwendet werden, jedoch

Ein fester Glasstab 10, der etwa 2,5 cm Durch- werden mit einem Brechungsindex von etwa 1,68 für messer besitzen kann, erstreckt sich innerhalb eines den Glaskern und einem Brechungsindex von etwa Glasrohres 11, und beide werden in axialer Richtung 1,52 für den Überzug gute Resultate erhalten. Es der Länge nach durch einen elektrisch beheizten Ofen können jedoch auch Glassorten mit anderen 12 geführt. Wenn beispielsweise das Verhältnis der 5° Brechungszahlen verwendet werden. Die Gläser sollen Stärke des Glasüberzugs zu dem Durchmesser des so beschaffen sein, daß sie, wenn sie erhitzt werden, Kerns der Faser 30 gleich dem Verhältnis der Wand- während sich der Glasstab 10 innerhalb des Glasstärke des Rohrs 11 zu dem Durchmesser des Stabes rohres 11 befindet, im wesentlichen gleiche Viskosi-10 ist und beide Verhältnisse etwa 1:8 betragen, kann täten besitzen. Die Ausdehnungskoeffizienten der zwei der Vorschub des Rohres 11 und des Stabes 10 gleich 55 verwendeten Glassorten sollen die gleichen sein oder schnell erfolgen. Da die erforderliche Stärke des Glas- hinreichend übereinstimmen, um die Ausbildung von Überzugs von der Fasergröße vollständig unabhängig inneren Spannungen, die zu einem Bruch der Fasern ist, kann die Proportion des Überzugglases aus dem führen, zu vermeiden.

Rohr eingestellt werden, indem die Vorschub- Der Ofen 12 ist so angeordnet, daß der Stab 10

geschwindigkeit des Rohres relativ zu dem Stab da- 60 und das Rohr 11 in axialer Richtung in sein oberes

von abhängig vergrößert oder verlangsamt wird, ob Ende eingesetzt werden können. Die Heizspulen des

die Dicke der Rohrwandung kleiner oder größer als Ofens 12 werden in üblicher Weise über einen Tem-

der Wert ist, dem gleiche Vorschubgeschwindigkeiten peraturregler 27 mit einer elektrischen Stromwelle

entsprechen. Auf diese Weise werden der Glasstab 10 mittels Kontakten verbunden, die auf eine tempe-

und das Glasrohr 11 unabhängig voneinander ver- 65 raturempfindliche Einrichtung, z. B. ein Thermopaar,

mittels eines Paares von Spindeln 13 und 14 vor- ansprechen, welches in dem Ofen angeordnet ist.

geschoben, die über ein verstellbares Differential- Solche Anordnungen sind allgemein bekannt, und

getriebe 15 angetrieben werden, welches seinerseits deshalb unterbleibt eine Beschreibung dieser Vor-

richtung im einzelnen. Es genügt zu erwähnen, daß die Anordnung automatisch arbeitet, um eine bestimmte Temperatur in dem Ofen aufrechtzuerhalten.

Die Faser 30, die nach unten aus dem Ofen 12 herausgezogen wird, wird durch eine Meßeinrichtung 28, die den Durchmesser abtastet oder mißt, und von hier aus über ein Laufrollensystem zu einer Aufwickeltrommel 35 geführt.

Die Meßeinrichtung 28 ist ein Teil eines üblichen Systems 29 zum Messen und Anzeigen des Faserdurchmessers, wobei die Faser zwischen einer photoelektrischen Einrichtung und einer Lichtquelle hindurchgeführt wird, wobei die photoelektrische Einrichtung einen dem Durchmesser der Faser entsprechenden Ausgang erzeugt.

Die Faser wird nach unten aus der Meßeinrichtung 28 herausgezogen und um eine Laufrolle 31 geführt, von der aus sie in horizontaler Richtung zu einer Laufrolle 32 gelangt. Von der Rolle 32 aus wird die Faser in vertikaler Richtung über eine Laufrolle 33 und unter einer Laufrolle 34 geführt und auf die Wickeltrommel 35 aufgespult. Wenn die Faser gezogen wird, besitzt sie eine so niedrige Zugfestigkeit, daß sie nicht in der Lage ist, den Zug der Rollen auszuhalten. Die Laufrollen können deshalb mit Druckluft und auf andere Weise angetrieben werden, um einen Bruch der Faser zu vermeiden. Wenn mehrere Fasern gleichzeitig, wie weiter unten näher ausgeführt wird, gezogen werden, kann die kombinierte Zugfestigkeit aller Fasern ausreichen, um den Rollenwiderstand zu überwinden.

Wie dargestellt, sind die Rollen 32, 33 und 34 in vertikaler Flucht zueinander angeordnet und werden von einem verschiebbar angeordneten Support 44 gehalten. Die Laufrolle 32 wird vermittels eines starren Halters 36 drehbar gelagert, während die Laufrolle 33 auf einem Rahmenteil 37, das auf dem Support 44 befestigt ist, gehalten wird. Während die Laufrollen 31, 32 und 33 in festen Abständen voneinander angeordnet sind, ist die Laufrolle 34 so angebracht, daß sie zwischen zwei Endstellungen verschwenkt werden kann, von denen eine sich in einem geringen Abstand von der Trommel 35 und die andere von der Oberfläche dieser Trommel abgerückt befindet. Zu diesem Zweck ist die Rolle 34 auf einem Ende eines Arms 41 befestigt, der um eine Welle 42 geschwenkt werden kann, die mit dem Rahmenteil 37 verbunden ist. Die Schwenkung erfolgt zwischen einer Stellung, in der die Laufrolle 34 sich nahe der Wickeltrommel 35 befindet, und einer zweiten Stellung, in der sich die Laufrolle 34 in einer von der Trommel 35 abgerückten Lage befindet. Eine Feder 43 ist an einem Ende des Armes 41 neben der Rolle 34 angekoppelt, und das andere Ende dieser Feder ist mit dem Rahmenteil 37 unterhalb und in solcher Beziehung zu der Welle 42 befestigt, daß sie die Rolle 34 in eine vorbestimmte dieser beiden Stellungen drückt. Wenn die Rolle 34 sich in der der Trommel 35 nahen Stellung befindet, greift das andere Ende des Armes 41 in das Ende eines verstellbaren Anschlags 38, der auf dem Rahmenteil 37 befestigt ist, ein. Der Rahmen 37 ist seinerseits ebenfalls verstellbar angeordnet, so daß die Laufrolle 34 relativ zu der Wickeltrommel 35 in eine genaue Stellung gebracht werden kann.

Die Wickeltrommel 35 ist drehbar auf einer Welle 45, die von einem Motor 46 angetrieben wird, gelagert. Die Kupplung zwischen der Welle 45 und dem Motor 46 ist so ausgebildet, daß die Möglichkeit einer unerwünschten Veränderung der Drehgeschwindigkeit der Welle weitgehend vermindert wird. Der Motor 46 ist mit der elektrischen Stromquelle über einen einstellbaren Geschwindigkeitsregler und ein Anzeigegerät 47 gekoppelt, mit dem die Ausgangsdrehgeschwindigkeit der Motorwelle und andererseits die Drehgeschwindigkeit der Welle 45 vom Anlaufen des Motors bis zur normalen Arbeitsgeschwindigkeit genau geregelt werden kann. Mit der Welle 45 dreht sich ein damit fest verbundenes Getrieberad mit, das zum Antrieb eines mit der Leitspindel 50 fest verbundenen Getrieberads 49 über ein mit dem Bezugszeichen 51 allgemein bezeichnetes Getriebe dient, das ein variables Getriebegehäuse 52 aufweist, durch das die Drehgeschwindigkeit der Leitspindel 50 in bezug auf die Drehgeschwindigkeit der Welle 45 verändert werden kann.

Die Leitspindel 50 erstreckt sich parallel zur Welle 45 und trägt den Support 44, der so angeordnet ist, daß er längs einer Schiene 44' gleitet. Irgendeine der zahlreichen bekannten Anordnungen kann in dem Support 44 vorgesehen sein, um diesen nach links oder nach rechts relativ zu der Rolle 35 (entsprechend der Darstellung in der Figur) je nach der Stellung eines Wähigriffs 53 zu verschieben.

Die Wickeltrommel 35 besitzt einen zylindrischen Mantel. Die äußere Oberfläche des Mantels ist mit einer etwa 1,25 cm dicken Harzschicht überzogen, die mit Schichten aus porösem Material, wie z. B. einem losen Gewebe, aufgebaut ist. Der äußere Teil der Harzschicht ist frei von diesem porösen Material, so daß die Oberfläche genau zylindrisch geformt werden ktnn. Es wurde völlig überraschend gefunden, daß die Wickeltrommel, die auf diese Weise mit einer Harzschicht überzogen ist, das Aufwickeln der Glasfaser mit der erforderlichen Genauigkeit, wie sie im Gegensatz zu einer Trommel erreicht wird, die eine metallische Wickeloberfläche aufweist, erleichtert.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden Fasern oder Fäden aus Glas oder einem anderen lichtleitenden thermoplastischen Material, wobei ein praktisch zentrisch und vertikal in einem Glasrohr angeordneter Glasstab zusammen mit dem Rohr kontinuierlich durch die Heizzone eines Heizelements vorgeschoben wird, dadurchgekennzeichnet, daß das Rohr unabhängig von dem Stab gehaltert und in die Heizzone geschoben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Heizzone und die Relativbewegung so gesteuert werden, daß eine fortschreitende Erwärmung der aus Rohr und Stab bestehenden Anordnung erfolgt, so daß ein fortschreitendes Zusammenschrumpfen des Rohres und inniges Verschmelzen von Rohr und Stab bewirkt wird, und anschließend die zusammengeschmolzenen Glasteiie auf eine gewünschte verringerte Querschnittsgröße gezogen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen