DE19635287C2 - Ofen zum Spinnen einer Lichtleitfaser - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Ofen zum Spinnen einer Lichtleitfaser gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solcher, aus der DE 42 28 955 A1 bekannter Ofen zum Spinnen einer Lichtleitfaser umfasst eine Einlassöffnung zum Einführen eines Vorformlings und eine Auslassöffnung zum Herausführen des durch eine Heizvorrichtung erwärmten Lichtleitfaser-Vorformlings. Ein oberer Ofendeckel begrenzt die Einlassöffnung, und ein unterer Ofendeckel begrenzt die Auslassöffnung. Jeweils seitlich befindet sich am oberen bzw. unteren Ofendeckel eine Öffnung zum Einleiten von Inertgas in den Ofen und zum Herausleiten des Inertga­ ses aus dem Ofen.

Fig. 1 zeigt schematisch als Blockschaltbild eine Vorrichtung zum Spinnen einer Licht­ leitfaser. Nachstehend wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein Verfahren zum Spinnen der Lichtleitfaser beschrieben.

Ein Lichtleitfaser-Vorformling 100 wird langsam in einen Ofen 102 durch den Positionie­ rungsmechanismus einer Positionssteuerung 116 eingeführt. Die Temperatur innerhalb des Ofens beträgt gewöhnlich einige 1000°C, und typischerweise 2100°C bis 2300°C. Bei dieser Temperatur kann eine nackte Lichtleitfaser 118 aus dem Vorformling 100 durch ein sich verjüngendes Ende herausgezogen werden. Eine Antriebsrolle 110 sorgt für die Zugkraft, die auf die nackte Lichtleitfaser 118 einwirkt.

Ein Außendurchmesserdetektor 104 bestimmt, ob der Außendurchmesser der Lichtleit­ faser einem vorbestimmten Wert (typischerweise 125 km) entspricht, und liefert das Er­ gebnis an eine Durchmessersteuerung 114. Die Durchmessersteuerung 114 steuert die Antriebsrolle 110 so, dass der Durchmesser der nackten Lichtleitfaser auf 125 µm gehalten wird. In Reaktion auf Steuersignale von der Durchmessersteuerung 114 dreht sich die Antriebsrolle 110, um auf diese Weise die Zugkraft einzustellen, die auf die Lichtleitfaser einwirkt. Eine primäre Beschichtungseinheit 106 und eine sekundäre Be­ schichtungseinheit 108 beschichten die hinausgehende Lichtleitfaser mit einem schüt­ zenden Acrylharz oder einem schützenden Silikonharz. Dieser Vorgang wird bei relativ kalten, nackten Lichtleitfasern durchgeführt. Nach dem voranstehend geschilderten Vorgang wird die Lichtleitfaser, die durch die Zugkraft der Antriebsrolle 110 herausgezogen wird, um eine Spule 112 herum aufgewickelt.

Fig. 2 zeigt im Schnitt den Aufbau eines Ofens einer konventionellen Vorrichtung zum Spinnen von Lichtleitfasern. Innerhalb des Ofens 60, der einen Vorformling 70 bei hoher Temperatur verflüssigt, um eine Lichtleitfaser 90 herauszuspinnen, ist ein Heizelement 78 so angebracht, dass es durch elektrische Widerstandsheizung eine erhebliche Wär­ memenge erzeugt. Um das Heizelement 78 herum ist ein Isolator 80 vorgesehen, um zu verhindern, dass die von dem Heizelement 78 erzeugte Wärme auf die Umgebung über­ tragen wird. Eine Bodenbuchse 84, die aus Graphit besteht, ist um das Bodenende in dem Heizelement 78 herum angeordnet. An der Oberseite des Heizelements 78 ist ein Gasdiffusor 76 vorgesehen, um Inertgase 92 zur Verfügung zu stellen. Der Gasdiffusor 76 weist ein dünnes Quarzrohr 74 auf, das an seinem oberen Ende angebracht ist, um Inertgase 92 abzuziehen. Am Boden einer verlängerten Einheit 86, die auf dem Bode­ nende des Ofens 60 angebracht ist, ist eine Irisblende 88 angebracht, um die Größe des Lochs zu steuern, durch welches die Lichtleitfaser 90 abgezogen wird.

Die voranstehend geschilderte Vorrichtung zum Spinnen einer Lichtleitfaser verflüssigt den Vorformling 70 bei hohen Temperaturen, normalerweise oberhalb von 2000°C, in dem Ofen 60, um eine Lichtleitfaser 90 mit einem Durchmesser von 125 µm zu spinnen. Normalerweise wird ein Graphitwiderstandsofen 60 verwendet. Allerdings erzeugt bei hohen Temperaturen der Graphitwiderstandsofen 60 Graphitpulver, und dieses könnte die mechanischen Eigenschaften der Lichtleitfaser 90 negativ beeinflussen.

Aus diesem Grund ist der Graphitwiderstandsofen 60 mit dem Gasdiffusor 76, 77 verse­ hen. Der Gasdiffusor 76, 77 veranlasst Inertgas 92, beispielsweise Argon oder Helium, in den Ofen 60 hineinzufließen, um eine Lichtleitfaser 90 mit gleichmäßiger Qualität zu er­ halten. Dann verlassen die Inertgase den Ofen über einen ersten Spalt 72, der zwischen dem dünnen Quarzrohr 74 und dem Vorformling 70 vorhanden ist, der sich an der Ober­ seite des Ofens 60 befindet. Bei einem typischen Druck innerhalb des Ofens 60, der durch die zugeführten Inertgase 92 hervorgerufen wird, und einem gleichmäßigen Fluss der Inertgase 92 sollten sich stabile Zustände in dem Ofen 60 einstellen. Um diese Be­ dingungen zu erzielen, wird ein dünnes Quarzrohr 74 auf der Oberseite des Ofens 60 angebracht, so dass der Vorformling 70 durch das Quarzrohr 74 eingeführt wird, und sich zum Zentrum des Ofens 60 bewegt, während der Spalt zwischen dem Quarzrohr 74 und dem Vorformling 70 auf etwa 1 mm gehalten wird.

In dem Ofen 60 mit dem voranstehend geschilderten Aufbau ändern sich die Bedingun­ gen innerhalb des Ofens 60 drastisch, wenn ein Vorformling 70 mit einem geringfügig geänderten Durchmesser durch den oberen Abschnitt des Ofens 60 hindurchgeht. Dies liegt daran, dass die Inertgase 92 den Ofen verlassen, ohne dass ihr Fluss wesentlich eingeschränkt wird, und führt zu einer Beeinträchtigung der Qualität der hergestellten Lichtleitfasern 90.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Ofen so zu verbes­ sern, dass bei sich änderndem Durchmesser des in den Ofen eingeführten Vorformlings die Qualität der hergestellten Lichtleitfaser nicht beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angege­ benen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist entlang des Innenumfangs der Einlassmuffe mindestens eine Nut ausgebildet, die zur Erhöhung des Widerstandes gegen den Fluss des nach außen strömenden Inertgases wirkt. Der Innendurchmesser der Einlassmuffe ist 0,5 mm bis 8 mm größer als der Durchmesser des Vorformlings. Obwohl der Vorformling damit einen vergleichsweise großen Toleranzbereich des Durchmessers aufweisen kann, bzw. ver­ schieden dimensionierte Vorformlinge durch die Einlassöffnung eingebracht werden können, wird eine übermäßiges Herausströmen des Inertgases durch eine Einlassöff­ nung der Nut auf eine einfache und sichere Weise verhindert.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Spinnen einer Licht­ leitfaser;

Fig. 2 eine Schnittansicht des Aufbaus eines Ofens einer konventionellen Vor­ richtung zum Spinnen einer Lichtleitfaser nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine Schnittansicht des Aufbaus des Ofens einer Vorrichtung zum Spinnen einer Lichtleitfaser gemäß der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 4A und 4B jeweils schematische Schnittansichten des Aufbaus der Einlass­ muffe, die auf der Oberseite des Ofens gemäß der vorliegenden Erfindung angebracht ist.

Nunmehr wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im einzel­ nen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Fig. 3, Fig. 4A und 4B sind Schnittansichten des Ofens und der Einlassmuffe zum Spin­ nen einer Lichtleitfaser gemäß der vorliegenden Erfindung, bei welcher ein Heizelement 24 zur Erzeugung hoher Temperaturen durch elektrische Widerstandsheizung in einem Ofen 10 vorgesehen ist.

Das Element 24 verflüssigt einen Vorformling 12, damit eine Lichtleitfaser 40 gesponnen werden kann. Ein Isolator 30 ist um das Heizelement 24 herum vorgesehen, um zu ver­ hindern, dass die von dem Heizelement 24 erzeugte Wärme auf die Umgebung übertra­ gen wird. Eine Graphitbodenmuffe 34 ist um den Innenboden des Heizelements 24 her­ um angeordnet. Ein Gasdiffusor 20 und 21 zum Liefern von Inertgasen 28 ist oben und unten auf dem Heizelement 24 vorgesehen. Eine Einlassmuffe 16 ist auf der Oberseite des Gasdiffusors 20 so angebracht, dass sie mit der Zentrumsachse des Heizelements 24 ausgerichtet ist, um Druckschwankungen innerhalb des Heizelements 24 und eine Änderung der Flussrate der Inertgase 28 zu minimalisieren. Der Innendurchmesser der Einlassmuffe 16 ist größer als der Durchmesser des Vorformlings 12, und zwar um mehr als zumindest 0,5 mm, jedoch nicht mehr als 8 mm.

Die Einlassmuffe 16 ist mit zumindest einer gleichmäßigen Nut 18 um ihren Innenumfang herum versehen, um einen großen Widerstand gegen den Fluss der hinausgehenden Inertgase 28 zu verhindern. Der Innendurchmesser B der Nut 18 ist größer als der In­ nendurchmesser C der Einlassmuffe um zumindest 1 mm (die Tiefe beträgt daher zu­ mindest 0,5 mm), die Breite D der Nut 18 beträgt zumindest 1 mm, die Entfernung E zwi­ schen Nuten beträgt zumindest 1 mm, und die Höhe A der Einlassmuffe 16 beträgt zu­ mindest 10 mm. Darüber hinaus ist die Form der Einlassmuffe 16 so gewählt, dass die Höhe A und der Innendurchmesser B der Einlassmuffe 16 den Wert von 450 mm bzw. 53 mm aufweisen, der Innendurchmesser C der Nut 18 den Wert 56 mm hat (also die Tiefe s gleich 1,5 mm ist), die Breite D der Nut 18 den Wert 0,5 mm aufweist, und die Entfernung E zwischen den Nuten 18 den Wert von 5 mm hat. Zumindest zwei Nuten 18 können mit unterschiedlichen Durchmessern vorgesehen sein.

Am Boden einer Verlängerungseinheit 36, die unter dem Ofen 10 angebracht ist, ist eine Irisblende 38 vorgesehen, um die Abmessungen des Lochs zu steuern, durch welches Lichtleitfasern abgezogen werden.

Bei einem derartigen Ofen wird der Lichtleitfaser-Vorformling 12 in den Ofen 10 durch das Zentrum der Einlassmuffe 16 hindurch eingeführt, und verlassen die Inertgase 28 den Ofen 10 durch einen ersten Spalt 14 zwischen dem Vorformling 12 und der Muffe 16. Während die Inertgase 28 den Ofen verlassen, ist die Auswirkung dieses Vorgangs auf die Bedingungen innerhalb des Ofens 10 relativ gering, da die Einlassmuffe 16 des Ofens 10 eine Höhe A aufweist, die größer ist als jene des Ofens 60 nach dem Stand der Technik, und da die Innenoberfläche der Muffe 16 mehrere Nuten 18 mit unterschiedli­ chen Durchmessern aufweist, so dass ein großer Widerstand gegen den Fluss der Inert­ gase 28 vorhanden ist, wenn diese den Ofen 10 durch den ersten Spalt 14 verlassen.

Daher kann dieser Ofen die Beeinträchtigung der Qualität von Lichtleitfasern minimalisie­ ren, die von der Änderung der Bedingungen innerhalb des Ofens herrührt, selbst wenn ein Vorformling mit einer Hilfsquarzstange mit unterschiedlichem Durchmesser verbun­ den wird. Darüber hinaus weist der Ofen eine Einlassmuffe auf, welche Schwankungen der Flussgeschwindigkeit der Inertgase minimalisiert, und des Drucks innerhalb des O­ fens, selbst wenn der Vorformling mit einer Hilfsquarzstange mit einigen lokalen Durch­ messeränderungen verbunden wird.

Claims (11)

1. Ofen zum Spinnen einer Lichtleitfaser (40), mit
einer Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung,
einer Heizvorrichtung (24, 30) zur Erwärmung eines Lichtleitfaser-Vorformlings (12), der durch die Einlaßöffnung eingeführt wird und zum Herausziehen einer nackten Lichtleit­ faser aus der Auslaßöffnung,
einer Vorrichtung (21, 22) zur Erzeugung eines Flusses eines Inertgases (28) von innerhalb des Ofens (10) nach außen, und
einer Einlaßmuffe (16), in der die Einlaßöffnung ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß entlang des Innenumfangs der Einlaßmuffe (16) mindestens eine Nut (18) ausge­ bildet ist zur Erhöhung des Widerstandes gegen den Fluß des durch die Einlaßöffnung nach außen strömenden Inertgases (28), und
daß der Innendurchmesser der Einlaßmuffe (16) 0,5 mm bis 8 mm größer als der Durch­ messer des Vorformlings (12) ist.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (18) gleichförmig um den Umfang herum mit gleichmäßiger Tiefe ausgebildet ist.

3. Ofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Nut (18) zumindest 0,5 mm beträgt, die Breite der Nut (18) zumindest 1 mm beträgt, und die Axiallänge der Einlaßmuffe (16) zumindest 10 mm beträgt.

4. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als eine Nut (18) vorge­ sehen ist, und daß die Entfernung zwischen den Nuten (18) zumindest 1 mm beträgt.

5. Ofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Axiallänge der Einlass­ muffe (16) 450 mm und ihr Innendurchmesser 53 mm beträgt, die Tiefe jeder Nut (18) 1,5 mm beträgt, die Breite jeder Nut (18) 5 mm beträgt, und dass die Entfernung zwi­ schen den Nuten (18) 5 mm beträgt.

6. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaßmuffe (16) zumin­ dest zwei Nuten (18) mit unterschiedlichen Tiefen aufweist.

7. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvor­ richtung ein elektrisches Heizelement (24) aufweist.

8. Ofen nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Isoliervorrichtung (30), die das Heizelement (24) umgibt, um zu verhindern, daß von dem Heizelement (24) erzeugte Wärme in die Umgebung entweicht.

9. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Graphitboden­ muffe (34), die von dem Heizelement (24) umgeben ist, und in der Nähe der Auslaßöff­ nung angeordnet ist.

10. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung eines Flusses von Inertgas einen Gasdiffusor (20, 21) aufweist, der in der Nähe der Einlaßmuffe (16) und des Bodens des Heizelements (24) angeordnet ist.

11. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßöffnung durch eine einstellbare Irisblende (38) gebildet wird, die in einer Verlängerungseinheit (36) angeordnet ist.