DE1421700C2 - Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden Fasern - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden Fasern oder Fäden aus Glas oder einem anderen lichtleitenden thermoplastischen Material, bei welchem in einem vertikalen Glasrohr ein Glasstab angeordnet wird, dessen Brechungsindex größer als der des Glasrohres ist, Glasrohr und Glasstab kontinuierlich durch die Heizzone eines Heizelementes vorgeschoben und erhitzt werden, das Glasrohr gleichmäßig über der ganzen Oberfläche des Glastabes aufgeschmolzen wird und daran anschließend die Fasern oder Fäden mit dem gewünschten verringerten Querschnitt gezogen werden.

Es ist bereits bekannt, Glasfaden, die nicht für optische Zwecke benutzt werden, dadurch herzustellen, daß zwei konzentrisch zueinander, mit oder ohne Zwischenraum zwischeneinander angeordnete, voneinander unabhängige Glaskörper mit unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten an einem Ende miteinander verschweißt werden, wobei an einem Ende der verschweißten Anordnung die Temperatur so hoch ist, daß ein Faden von verringertem Querschnitt gezogen werden kann (DT-PS 745 142, US-PS 2 313 296).

Obwohl derartige Fäden eine höhere Zugfestigkeit als normale Glasfaden aufweisen, eignen sie sich infolge der unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von Hülle und Seele nicht für optische Verwendungszwecke, da infolge der inneren Spannungen Brüche an Hülle und Seele relativ häufig sind.

Zum Stand der Technik gehört weiterhin die Herstellung von lichtleitenden Fasern aus einem Glasstab mit hohem Brechungsindex, der in einem Rohr aus einem mit dem Glas des Glasstabes verträglichem Material von niedrigem Brechungsindex angeordnet ist. Dabei ist ein enger Sitz zwischen dem Stab und dem Rohr nicht erforderlich. Die aus Stab und Rohr bestehende Anordnung wird mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit in die Heizzone eines hohlzylindrischen Ofens geführt, wobei die heißeste Stelle des Ofens sich in seiner Mitte befindet. Wenn die aus Stab und Rohr bestehende Anordnung diese Stelle im Ofen erreicht, erfolgt ein Verschmelzen der beiden Materialien, wobei sich gleichzeitig eine Verjüngung zu einer dünneren Faser infolge des Einflusses der Schwerkraft einstellt. Das dünne Ende der Faser wird auf einer zylindrischen Trommel aufgewickelt. Auf diese Weise ist es möglich, lichtleitende Fasern großer Länge mit einem Gesamtdurchmesser von 10 μ und einer Außenschichtstärke von 1μ bei einer Durchmesseränderung von ± 3 % zu erhalten] Der Faserdurchmesser ist bei dieser Herstellungsweise von der Größe des Stabes und des Rohres, der Vorschubgeschwindigkeit, der Ofentemperatur und der Umfangsgeschwindigkeit der Aufwickeltrommel abhängig. Das Verhältnis der Stärke des Ausgangsstabes zur Wandstärke des Ausgangsrohres wird zwischen Seele und Hülle der hergestellten Faser beibehalten (Journal of the Optical Society of America, Vol. 49, Nr. 8, August 1959, S. 785). Dabei ist es bekannt, daß Glas und somit auch Glasrohre im Durchmesser beim Erhitzen schrumpfen (Procedures in Experimental Physics, Prentice Hall Inc., New York, 1938, S. 11, 12).

Da in der gezogenen Faser das Verhältnis von Hülle zu Seele dem Verhältnis von Rohrstärke und Stabdurchmesser entspricht, muß, um bei der gezogenen Faser ein gewünschtes Verhältnis zu erzielen, dieses Verhältnis bei Rohr und Stab vorgegeben werden, wodurch die Herstellung der lichtleitenden Fasern an ganz bestimmte Abmessungszuordnungen von Rohr und Stab gebunden ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, diese Beschränkung durch die vorzugebende Abmessungszuordnung zu beseitigen und ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich unabhängig von den Maßverhältnissen zwischen Stab und Rohr des Ausgangsmaterials lichtleitende Fasern mit einem festgelegten Verhältnis von Hüllenstärke zu Seelendurchmesser herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das Glasrohr und der Glasstab unabhängig voneinander in die Heizzone vorgeschoben werden.

Das bedeutet, daß das Verhältnis von Hülle zu Seele der gezogenen Glasfaser dadurch eingestellt werden kann, daß die Vorschubgeschwindigkeit des Glasrohres relativ zu dem Glasstab davon abhängig vergrößert oder verlangsamt wird, ob die Dicke der Hülle kleiner oder größer als der Wert sein soll, dem gleiche Vorschubgeschwindigkeiten entsprechen.

An Hand der Figur wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Die Figur zeigt von vorn einen Aufriß einer bevorzugten Ausführungsform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ein fester Glasstab 10, der etwa 2,5 cm Durchmesser besitzen kann, erstreckt sich innerhalb eines Glasrohres 11, und beide werden in axialer Richtung der Länge nach durch einen elektrisch beheizten Ofen 12 geführt. Wenn beispielsweise das Verhältnis der Stärke des Glasüberzugs zu dem Durchmesser des Kerns der Faser 30 gleich dem Verhältnis der Wandstärke des Rohrs 11 zu dem Durchmesser des Stabes 10 ist und beide Verhältnisse etwa 1: 8 betragen, kann der Vorschub des Rohres 11 und des Stabes 10 gleich schnell erfolgen. Da die erforderliche Stärke des Glasüberzugs von der Fasergröße vollständig unabhängig ist, kann die Proportion des Überzugglases aus dem Rohr eingestellt werden, indem die Vorschubgeschwindigkeit des Rohres relativ zu dem Stab davon abhängig vergrößert oder verringert wird, ob

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 PvOlle 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.

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, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr unabhängig von dem Stab gehaitert 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

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Herstellen von lichtleitenden Fasern oder Fäden aus Glas oder einem anderen lichtleitenden thermoplastischen Material, bei welchem in einem vertikalen Glasrohr ein Glasstab angeordnet wird, dessen Brechungsindex größer als der des Glasrohres ist, Glasrohr und Glasstab kontinuierlich durch die Heizzone eines Heizelementes vorgeschoben und erhitzt werden, das Glasrohr gleichmäßig über der ganzen Oberfläche des Glasstabes aufgeschmolzen wird und daran anschließend die Fasern oder Fäden mit dem gewünschten verringerten Querschnitt gezogen werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Glasrohr und der Glasstab unabhängig voneinander in die Heizzone vorgeschoben werden.