DE4017354C2 - Verfahren zum Beschichten einer optischen Faser - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschichten optischer Fasern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der Europäischen Patentanmeldung 174699 bekannt. Dort wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen optischer Fasern mit einer Kunststoffumhüllung beschrieben, wobei eine Vorrichtung zum Kühlen der Faser nach dem Ziehen aus der Vorform verwendet wird. Die Kühlvorrichtung weist als prinzipiellen Bestandteil ein forciert gekühltes doppelwandiges Rohr auf. In dem von der Innenrohrwand umschlossenen Raum, durch den die zu kühlende Faser hindurchgeführt wird, befindet sich ein Gas mit guten Transporteigenschaften, beispielsweise Helium, das über ein Zuführungsrohr eingeleitet wird. Die Kühlung der Faser erfolgt durch Wärmeabgabe über das Helium der forciert gekühlten Rohrwand. Diese Rohrwand wird dadurch gekühlt, daß ein Kühlmittel über Zu- bzw. Abführungen durch den Raum zwischen den Rohrwänden hindurchgeführt wird.

Bekannt ist auch eine Kühlvorrichtung für optische Fasern, welche aus einer Vorform gezogen und einer Beschichtungsvorrichtung zugeführt werden. Das Kühlgas wird hierbei in Richtung der Faserachse geleitet und über eine ringförmige Verteilung in eine Kühlkammer geführt, in der es der gezogenen Faser entgegenströmt. Ein Durchmischen des in die Kühlkammer eingeführten Gases mit der Außenluft und den Folgen einer Kontamination der Faser durch eingeschleppte Staubteilchen läßt sich so nicht vermeiden.

Aus der Europäischen Patentanmeldung 79186 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der die Kühlung der Faser ausschließlich oder im wesentlichen durch gekühltes Helium im Gegenstrom erfolgt. Diese Vorrichtung weist ein Rohr auf, in das die Faser unmittelbar nach dem Ziehen eingeführt wird; gekühltes trockenes Helium wird derart in das Rohr eingeführt, daß die Strömungsrichtung eine radial auf die Faser gerichtete Kompo­ nente und eine Komponente entgegen der Bewegungsrichtung der Faser aufweist. Das Rohr ist mit einer Wärmeisolierumhüllung versehen, um möglichst zu vermeiden, daß das gekühlte Helium aus der Umgebung Wärme aufnimmt. Nach einer besonderen Aus­ führungsform wird das Helium über nahezu die gesamte Rohr­ länge durch ein poröses Rohr zugeführt. In dem Raum zwischen dem porösen Rohr und der Innenwand eines äußeren Rohres wird gekühltes Helium eingeblasen. Dieses Helium diffundiert durch das poröse Rohr in den Raum, durch das die Faser hindurchge­ führt wird. Das Helium wird durch ein äußeres Kühlsystem durch flüssigen Stickstoff gekühlt. Bei hohen Ziehgeschwin­ digkeiten der Faser wird an der Eintrittsstelle der Faser in die Vorrichtung eine nicht unbeträchtliche Menge Luft mitge­ rissen. Zwar enthält das hohle Rohr zum Hindurchführen der Faser lediglich eine kleine Öffnung, jedoch wird hier außer Luft auch eine Menge von Staubpartikeln aus der Umgebungsluft eingeschleust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens der eingangs erwähnten Art anzugeben, wobei die Gefahr der Durchmischung des Kühlgases mit der Außenluft vermieden wird. Außerdem soll das Einschleppen von Staubpartikeln in den Hohlraum verhin­ dert werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale gelöst. Weiterbildungen sind in den An­ sprüchen 2-5 beschrieben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die von der Faser beim Ziehen aus der Ziehzwiebel aufgenommene Wärme im wesent­ lichen über das in der Kühlvorrichtung fließende Gas abge­ führt. Der Gasstrom wird in der Nähe der oberen Eintrittsöff­ nung der Faser in die Kühlvorrichtung zugeführt, um einen ausreichenden Druck zum Ausströmen des Kühlgases zwischen Faser und oberer Blende zu ermöglichen. In dem Kühlrohr strömt das Gas laminar mit einer wesentlich geringeren Ge­ schwindigkeit (ca. 1 m/s) als die Faser. Die Geschwindigkeit bezieht sich auf das Laborsystem, da die Faser sich in die gleiche Richtung bewegt (mit mehr als 2 m/s), ist die Rela­ tivgeschwindigkeit zwischen Gas und Faser wesentlich geringer als im Falle der Gegenströmung, was zur geforderten Turbu­ lenzfreiheit der Strömung führt. Als Kühlgas wird vorzugs­ weise Reinstluft verwendet. Es hat sich nämlich herausge­ stellt, daß die Kühlwirkung von Luft ausreicht, um die Faser vor dem Eintritt in die Beschichtungsvorrichtung soweit abzu­ kühlen, daß die Beschichtung störungsfrei erfolgen kann. Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei den Vorteil, daß man ein preisgünstiges Gas verwenden kann. Mit Helium, welches auf Grund der Wärmeeigenschaften an sich sehr günstig wäre, hat man Schwierigkeiten mit der Rückgewinnung. Im allgemeinen muß man mit größeren Verlusten rechnen.

Das Verfahren besteht insbesondere darin, daß der kühlende Luftstrom in Richtung der Faserachse durch eine spezielle Vorrichtung aufgespalten wird und sich die Zweigströme faser­ aufwärts und faserabwärts so verteilen, daß Turbulenzen aus­ geschlossen sind. Die laminare Strömung des Kühlgases kann in dem oberen Teil noch dadurch unterstützt werden, daß zum Auf­ spalten des Gasstromes Leitbleche verwendet werden. Im Gegen­ satz zu bisher üblichen Verfahren wird hier nicht das Gegen­ stromprinzip verwendet. Dies trifft allerdings nur auf den oberen Teil der Kühlvorrichtung zu. In einer weiteren Ausfüh­ rungsform der Erfindung ist das langgestreckte Kühlrohr durch Blenden unterteilt, wobei oberhalb der Blende das Kühlgas ab­ geführt und unterhalb der Blende frisches Gas zugeführt wird. Auf diese Weise kann eine hohe Leistung dadurch herbeigeführt werden, daß das Kühlgas ausgewechselt wird, bevor es eine zu hohe Temperatur erreicht und der Wärmeübergang verlangsamt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in den unteren Bereichen der Kühlvorrichtung die Gaszufuhr von unten nach oben also im Gegenstromprinzip vorgenommen. Anschließend gelangt die Faser über eine Austrittsöffnung in den Beschich­ tungstopf und wird dort mit einer Kunststoffschicht versehen. Vorzugsweise ist am Ende - wo die Faser das Kühlrohr verläßt - eine Gaszufuhr in Form eines Rohres vorgesehen, die eine ähnliche Konstruktion aufweist, wie an der Eintrittseite der Faser in die Kühlvorrichtung. Auf diese Weise kann auch an der Austrittsöffnung eine Durchmischung des Kühlgases mit der Umgebungsluft verhindert werden.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt die Fig. 1 die Anordnung einer Faser­ ziehanlage und die Fig. 2 den oberen Teil der Beschichtungs­ vorrichtung.

Aus der Vorform 6 wird im Ziehofen 7 die Faser 1 gezogen. Dies geschieht durch einen Capstanantrieb 19 und einen Wickler 20. Bevor die Faser im Beschichtungstopf 17 mit einer Kunststoffschicht versehen wird, muß sie gekühlt wer­ den; dies geschieht im Faserschutzrohr in einer Kühlkammer 2. Ist die Faser beschichtet, so wird die Beschichtung in der UV-Lampe 18 ausgehärtet. Da die Fig. 1 lediglich eine mehr prinzipielle Anordnung zeigt, ist in Fig. 2 der obere Teil der Kühlvorrichtung 2 gesondert dargestellt.

Fig. 2 zeigt die Luftzufuhr über einen Verteilring 3 mit etwa sechs Öffnungen im inneren Zylindermantel und ein engma­ schiges Netz 4. Durch das engmaschige Netz tritt die Luft sowohl nach unten in Richtung der Faser aus als auch nach in­ nen in Richtung des Zentrums. Im Zentrum des Kühlrohres be­ findet sich die Faser 1, welche von der Reinstluft umströmt wird. Die Reinstluftströmung spaltet sich in zwei Ströme - faserabwärts und faseraufwärts - auf. Faseraufwärts tritt die Luft durch die Blende 5 nach oben aus und verhindert die Kon­ tamination durch Staubpartikel, die von oben durch die Faser mitgerissen werden könnten. Diese Vorrichtung ist spiegelsym­ metrisch auch am Ausgang der Faser zur Beschichtungsvorrich­ tung vorgesehen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Kühl­ rohr durch Blenden 15 und 16 geteilt. Durch Luftzuführungs­ stutzen 12, 13 und 14 wird Kühlluft an der einen Seite der Blende eingeleitet, strömt entlang der Faser und wird am an­ deren Ende der Kammer durch die Stutzen 9, 10 und 11 wieder abgeführt. Diese Kammern sind quasi abgeschlossen und führen der Faser jeweils Kühlluft einer sehr niedrigen Temperatur - beispielsweise Zimmertemperatur - zu. Die Reinstluft ist ge­ filtert, getrocknet und gekühlt; es besteht aber die Möglich­ keit, auch andere gefilterte Gase wie beispielsweise Stick­ stoff einzusetzen.

Der Eintritt der Kühlluft über den Luftzuführungsstutzen kann außer durch ein engmaschiges Sieb auch durch Leitbleche er­ folgen, welche die Faser konzentrisch umgeben. Sie können an­ stelle des engmaschigen Siebes und auch bei den Luftzufüh­ rungsstutzen in Nähe der Blenden 15 und 16 angebracht werden.

Claims (5)

1. Verfahren zum Beschichten einer optischen Faser, welche aus einer am unteren Ende durch einen Ringofen erhitzten Vorform gezogen, in einer Kühlvorrichtung mittels eines Kühlgases gekühlt, in einem Beschichtungstopf mit einem Lack überzogen, ausgehärtet und anschließend die so umhüllte Faser aufgespult wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgas mit hoher Geschwindigkeit in Richtung der Achse der Faser (1) geleitet über eine ringförmige Verteilung (4) in eine Kühlkammer (2) geführt und in Zweigströme aufgespalten faserabwärts und faseraufwärts gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlgas gereinigte Luft verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der faserabwärts gerichteten kühlenden Gasströmung mehr als zweimal so groß wie der nach oben ausströmende Anteil gewählt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der faserabwärts und faseraufwärts gerichteten Gasströmung mehr als fünfmal so groß wie der nach oben ausströmende Anteil gewählt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strömungsrichtung zum Kühlen von unten nach oben verlaufend gewählt wird.