DE2818550C2 - Apparatus for drawing optical fibers - Google Patents
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Description
2020th
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ziehen von optischen Fasern mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 als aus der DE-OS 23 52 613 bekannt hervorgehenden Merkmalen. Die aus dieser Vorveröffentlichung bekannte Vorrichtung ist insofern nachteilig, als der Kohlenstoff des Heizrohres häufig eine der Ursachen für unerwünschte Durchmesserfehler der hergestellten optischen Fasern bildet Bei aus Kohlenstoff herkömmlicher Beschaffenheit bestehenden Heizrohren verdampft während des Betriebes zumindest ein Teil des Bindemittels mit der Wirkung, daß Kohlenstoffpartikeln freigesetzt werden, welche im Inneren des Heizrohres schweben und Beeinträchtigungen der im Heizrohr ausgezogenen lichtopiischen Fasern dadurch hervorrufen, daß sich derartige Fremdstoffteilchen auf der Oberfläche des Faserwerkstoffes absetzen und dort Veränderungen hervorrufen.The invention relates to a device for drawing optical fibers with the in the preamble of Claim 1 as known from DE-OS 23 52 613 emerging features. The ones from this pre-release known device is disadvantageous in that the carbon of the heating tube is often one of the Causes of undesirable diameter errors in the optical fibers produced are formed from carbon of conventional nature existing heating tubes evaporated during operation at least one Part of the binder with the effect that carbon particles are released which are inside the The heating pipe floats and the light-opiic fibers drawn out in the heating pipe are thereby impaired cause such foreign matter particles to settle on the surface of the fiber material and there Cause changes.
Die DE-AS 26 53 836 beschreibt eine Vorrichtung zum Ziehen optischer Fasern mit einem vermutlich aus Aluminiumoxid bestehenden Heizrohr. Diese Vorrichtung ist insofern nachteilig, als werkstoffbedingt aus der Heizrohrwandung als Folge des Verdampfen von Bindemittelanteilen kleine Verunreinigungspartikeln austreten, die die Qualität der hergestellten optischen Fasern nachteilig beeinträchtigen.DE-AS 26 53 836 describes a device for pulling optical fibers with a presumably from Alumina existing heating tube. This device is disadvantageous in that due to the material from the Heating tube wall as a result of the evaporation of binder fractions, small contaminant particles leak which adversely affect the quality of the optical fibers produced.
Aus der DE-AS 24 51 969 ist es bereits bekannt, aus Kohle, Kohlenstoff oder Graphit bestehende Werkstükke mit einem Überzug aus glasartigem Kohlenstoff zu versehen, um diese Gegenstände den unterschiedlichsten Verwendungen zuzuführen. Aus der DE-AS 21 37 289 ist es bereits bekannt, Gegenstände mit pyrolytischem Kohlenstoff zu beschichten, weil diese dann wärmestabil und korrosionsbeständig sind.From DE-AS 24 51 969 it is already known to work pieces made of coal, carbon or graphite with a coating of vitreous carbon to give these objects the most diverse To be used. From DE-AS 21 37 289 it is already known to use objects To coat pyrolytic carbon, because they are then heat-stable and corrosion-resistant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des vorstehenden Anspruchs 1 angegebenen Gattung so auszubilden, daß optische Fasern mit verbesserten Eigenschaften herstellbar sind.The invention is based on the object of providing a device as described in the preamble of the above Claim 1 specified generic form so that optical fibers with improved properties can be produced are.
Diese Aufgabe wirrf erfindungsgemäß wie im Anspruch 1 angegeben gelöstAccording to the invention, this task is the same as in Claim 1 stated solved
Aufgrund der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird erreicht, daß aus der Wandung des Heizrohres praktisch kein freier Kohlenstoff austritt, der zu unerwünschten Ablagerungen oder Verbindung auf der Oberfläche der gezogenen Faser führen könnte. Hierdurch lassen sich optische Fasern mit gleichmäßigerem Durchmesser sowie erhöhter Zugfestigkeit erhalten.Due to the device according to the invention it is achieved that practically from the wall of the heating pipe no free carbon escapes, which can lead to undesirable deposits or compounds on the surface of the drawn fiber. This allows optical fibers with a more uniform diameter as well as increased tensile strength.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der ErfindungAccording to an advantageous embodiment of the invention
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60 ist vorgesehen, daß der Belag aus pyrolytischem Graphit bzw. aus glasartigem Kohlenstoff eine Dicke von weniger als 4 mm aufweist 60 it is provided that the coating made of pyrolytic graphite or of vitreous carbon has a thickness of less than 4 mm
Ferner hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, statt eines Oberzuges aus glasartigem Kohlenstoff ein aus glasartigem Kohlenstoff bestehendes Heizrohr vorzusehen. Furthermore, it has been found to be advantageous to use a cover instead of a glass-like carbon cover vitreous carbon existing heating pipe to be provided.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. In dieser zeigtThe invention is described in more detail below with reference to the drawings. In this shows
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Erfindung,1 shows a cross section through a first embodiment of the invention,
Fig.2 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung,2 shows a cross section through a second embodiment the invention,
Fig.3 einen Querschnitt durch eine dritte Ausführungsform der Erfindung,3 shows a cross section through a third embodiment the invention,
F i g. 4 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform der Erfindung undF i g. 4 shows a cross section through a fourth embodiment of the invention and
Fig.5 einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform der Erfindung.5 shows a cross section through a fifth embodiment the invention.
In Fig. 1 ist eine erste Ausführungsform der Erfindung dargestellt, die eine HF-Induktionsheizeinrichtung aufweist Ein Heizrohr 15 aus Kohlenstoff oder Graphit besitzt in einem Zwischenabschnitt eine große Wanddicke, um seine Impedanz herabzusetzen. Ein wärmeisolierendes Material ist mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet, während das Bezugszeichen 17 ein Distanzstück bezeichnet Das Bezugszeichen 18 bezeichnet einen Einlaß für Inertgas, das Bezugszeichen 19 ein aus Quarz bestehendes Schutzrohr und das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Induktionsspule, die mit dem Kohlenstoffheizrohr 15 zusammenwirktIn Fig. 1, a first embodiment of the invention is shown, which is an RF induction heating device A heating tube 15 made of carbon or graphite has a large one in an intermediate section Wall thickness to reduce its impedance. A heat insulating material is denoted by the reference number 16 denotes, while the reference number 17 denotes a spacer. The reference number 18 denotes an inlet for inert gas, the reference numeral 19 a protective tube made of quartz and the Reference numeral 20 denotes an induction coil which cooperates with the carbon heating pipe 15
Bei dieser Ausführungsform wird ein üblicher Kohlenstoff oder Graphit als Rohmaterial für das Heizrohr 15 verwendet, jedoch ist ein Überzug 15a aus pyrolytischem Kohlenstoff über der gesamten Innenumfangsfläche des Heizrohres 15 vorgesehen. Dieser pyrolytische Graphit ist auf der Oberfläche des Rohmaterials gemäß einem CVD-Verfahren (chemische Dampfzersetzung) aufgebracht, das an sich bekannt ist. Die so hergestellten Überzugsschichten besitzen eine hohe Dichte und ReinheitIn this embodiment, a common carbon or graphite is used as the raw material for the Heating tube 15 is used, but a coating 15a of pyrolytic carbon is over the entire inner peripheral surface of the heating tube 15 is provided. This pyrolytic graphite is on the surface of the Raw material applied according to a CVD (chemical vapor decomposition) process, which is known per se. The coating layers produced in this way have a high density and purity
Bei der Herstellung von transparenten bzw. glasartigen Kohlenstoffen wird ein Furan-Harzmaterial in eine Form eingebracht und allmählich in einem Ofen bis zur Zersetzung erwärmt Da die Carbonisierungsrate des Rohmaterials 60 bis 70% erreicht, läßt sich das Material beträchtlich verdichten, so daß man einen homogenen Kohlenstoff mit hoher Dichte erhält. Somit gibt transparenter bzw. glasartiger Kohlenstoff wesentlich weniger Kohlenstoffstaub ab als üblicher Kohlenstoff oder Graphit, die eine relativ poröse Struktur aufweisen. Pyrolytischer Graphit wird gebildet, indem ein Kohlenwasserstoff, wie zum Beispiel Propan, als ein zusätzliches Rohmaterial in das erwähnte Basismaterial eingebracht wird. Das Gas zersetzt sich gemäß einem an sich bekannten chemischen Dampfzersetzungsverfahren thermisch, und es bildet sich auf dem Basismaterial ein aufgebrachter Überzug mit hoher Dichte.In the manufacture of transparent or glass-like carbons, a furan resin material is turned into a Mold placed and gradually heated in an oven until decomposition As the rate of carbonization of the Raw material reaches 60 to 70%, the material can be considerably compacted, so that a homogeneous Preserves high density carbon. Thus, transparent or vitreous carbon is essential emits less carbon dust than conventional carbon or graphite, which have a relatively porous structure. Pyrolytic graphite is formed by using a hydrocarbon, such as propane, as an additional Raw material is introduced into the aforementioned base material. The gas decomposes according to one known chemical vapor decomposition processes thermally, and it forms on the base material an applied high density coating.
Bei der Oxidation dieser speziellen Kohlenstoffsorten entstehen im wesentlichen CO- und CO2-GaSe. Dabei wird wenig oder nahezu gar kein Kohlenstoff in Pulverform freigesetzt, der sonst bei an sich bekannten Heizelementen aus Kohlenstoff vorhanden ist. Somit läßt sich die Atmosphäre in dem Ofen weitgehend verbessern. Eine weitere Verbesserung der erhaltenen optischen Fasern, insbesondere in Form eines gleichmäßigeren Durchmessers, läßt sich dadurch erreichen, daß die Innenseite des Heizrohres aus einer glattenThe oxidation of these special types of carbon essentially produces CO and CO 2 gases. Little or almost no carbon is released in powder form, which is otherwise present in heating elements made of carbon, which are known per se. Thus, the atmosphere in the furnace can be largely improved. A further improvement of the optical fibers obtained, in particular in the form of a more uniform diameter, can be achieved in that the inside of the heating tube is made of a smooth one
durchgehenden zylindrischen Wand besteht Hierdurch wird erreicht, daß das Inertgas das Heizrohr ohne Turbulenzen durchströmen kann, so daß sich auch eine gleichmäßigere Temperaturverteilung im Heizrohr ergibLcontinuous cylindrical wall. This ensures that the inert gas without the heating tube Turbulence can flow through, so that there is also a more uniform temperature distribution in the heating pipe result
In Fig.2 ist eine zweite Ausfühiungsform der Erfindung gezeigt, bei der ein feuerbeständiges Heizrohr 22 aus Kohlenstoff oder Graphit an seiner Innenfläche mit pyrolytischem Kohlenstoff mit eintr Schichtdicke 22a von kleiner als 4 mm überzogen ist Bei dieser Ausfuhr angsform ist der Innenraum des Ofens mit pyrolytischem Kohlenstoff ausgekleidet, und er ist im wesentlichen zylinderförmig angebildet, wobei stufenförmig abgesetzt ausgebildete Wandteile vermieden sind. Auf diese Weise werden Turbulenzen des Inertgasstromes vermieden, und es gelangt kein Kohlenstoff mehr in die Ofenatmosphäre. Die hierdurch erhaltenen Fasern zeichnen sich durch einen gleichmäßigen Außendurchmesser längs ihrer Länge und eine erhöhte Zugfestigkeit aus. Die Wanddicke des Mittelabschnittes des Heizrohres ist so groß wie bei der ersten Ausführungsform. Der Hauptunterschied zu dieser Ausführungsform ist darin zu sehen, daß das Heizrohr nunmehr indirekt über einen Heizring 15 erwärmt wird, der nicht einen einstückig ausgebildeten Teil mit dem Heizrohr wie in F i g. 1 bildetIn Fig.2 is a second Ausfühiungsform the Invention shown in which a fire-resistant heating tube 22 made of carbon or graphite on his Inner surface is coated with pyrolytic carbon with a single layer thickness 22a of less than 4 mm Angsform this export, the interior of the furnace is lined with pyrolytic carbon, and it is formed essentially cylindrical, wherein Stepped stepped trained wall parts are avoided. In this way, turbulence in the Inert gas flow avoided, and there is no more carbon in the furnace atmosphere. The result obtained fibers are characterized by a uniform outer diameter along their length and a increased tensile strength. The wall thickness of the central section of the heating pipe is as great as that of the first Embodiment. The main difference to this embodiment can be seen in the fact that the heating tube is now heated indirectly via a heating ring 15, which is not an integral part with the Heating pipe as in FIG. 1 forms
Eine dritte Ausführungsform nach der Erfindung ist in Fig.3 gezeigt, bei der mit 29 ein hitzebeständiges Heizrohr bezeichnet ist das aus einem glasartigen Kohlenstoff besteht Ansonsten ist der Aufbau im wesentlichen ähnlich wie bei der Vorrichtung in F i g. ί. Da bei dieser Konstruktion das Heizrohr 29 aus einem transparenten Kohlenstoff besteht der selbst keine Kohlenstoffteilchen abgibt erhält man in dem Ofen eine saubere Atmosphäre. Die nachteilige Bildung von Kohlenstoffpulver, wie sie bei Heizrohren mit dem üblichen Kohlenstoff bisher auftraten, ist durch das Heizrohr 29 unterbunden.A third embodiment of the invention is shown in FIG Fig.3 shown, in which with 29 a heat-resistant heating tube is designated that is made of a glass-like Otherwise the structure is essentially similar to that of the device in FIG. ί. Since, in this construction, the heating tube 29 is made of a transparent carbon, it does not itself have any Carbon particles give off a clean atmosphere in the furnace. The adverse formation of Carbon powder, as it has so far occurred in heating pipes with the usual carbon, is due to this Heating pipe 29 prevented.
Die Innen wandung des Ziehofens ist wiederum zylindrisch ausgebildet und besitzt keine Unregelmäßigkeiten bzw. Unebenheiten oder stufenförmig abgesetzte Teile. Turbulenzen treten hierbei nicht auf. Hierdurch werden unerwünschte Temperaturschwankungen vermieden, wodurch eine Faser erhalten wird, deren kurze periodische Änderungen des Durchmessers wesentlich herabgesetzt sind, so daß sich eine Faser mit gleichmäßigerem Durchmesser ergibtThe inner wall of the drawing furnace is again cylindrical and has no irregularities or bumps or stepped offsets Parts. Turbulence does not occur here. This avoids undesirable temperature fluctuations, whereby a fiber is obtained whose short periodic changes in the diameter are significantly reduced, so that a fiber with results in a more uniform diameter
In F i g. 4 ist eine vierte Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt bei der im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsformen ein Widerstandsheizofen als Heizung gezeigt ist Diese vierte Ausführungsform ist im wesentlichen der in F i g. 1 gezeigten Ausführungsform ähnlich, jedoch mit der Ausnahme,In Fig. FIG. 4 shows a fourth embodiment according to the invention in which, in contrast to FIGS In the previous embodiments, a resistance heating furnace is shown as the heater. This fourth embodiment is essentially that in FIG. 1 shown Embodiment similar, but with the exception daß die Wärme über eine elektrische Widerstandsheizung 35 aus Kohlenstoff oder Graphit geliefert wird, die mit Elektroden 38, 38 verbunden ist Mit 36 ist ein Heizrohr aus Kohlenstoff, mit 37 ein wärtneisolierendes Material, mit 39 ein Distanzelement zur Abstützung der Heizung 35 und mit 40 ein Inertgaseinlaß bezeichnet Das Inertgas verhindert einen Verschleiß infolge einer Oxidation des Heizrohres. Mit 41 ist die Aiißenwandung des Ofens bezeichnet Zum Kühlen kann Wasser an der Wand 41 vorbei geleitet werden. Bei dieser Ausführungsform ist das Heizrohr 36 aus Kohlenstoff oder Graphit auf den Innenumfang mit einem pyrolytischen Kohlenstoffüberzug 36a mit einer Dicke von kleiner als 4 mm überzogen. Mit dieser Ausführungsform erhält man den gleichen Effekt und dieselbe Funktion wie bei den vorstehenden Ausführungsformen. £s ist jedoch darauf hinzuweisen, daß zwischen der elektrischen Widerstandsheizung 35 und dem Heizrohr ein Zwischenraum erforderlich ist um einen Kurzschluß zwischen der elektrischen Widerstandsheizung 35 und dem Heizrohr zu vermeiden. Das Heizrohr sollte von den anderen Bauteilen isoliert sein.that the heat is supplied via an electrical resistance heater 35 made of carbon or graphite, the with electrodes 38, 38 is connected with 36 a heating tube made of carbon, with 37 a heat insulating one Material with 39 a spacer element to support the Heater 35 and 40 with an inert gas inlet denoted. The inert gas prevents wear as a result of a Oxidation of the heating pipe. At 41 is the outer wall of the furnace. Water can be directed past the wall 41 for cooling. In this embodiment, the heating tube 36 is made of carbon or Graphite on the inner periphery with a pyrolytic carbon coating 36a with a thickness of less than 4 mm coated. This embodiment gives the same effect and function as in the above embodiments. It should be noted, however, that between the electrical Resistance heater 35 and the heating tube a gap is required to avoid a short circuit to avoid between the electrical resistance heater 35 and the heating tube. The heating pipe should be from be isolated from the other components.
In F i g. 5 ist eine fünfte Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt in der ebenfalls ein Widerstandsheizofen dargestellt ist Bei dieser Ausführungsform besteht das Heizrohr 42 aus einem transparenten Kohlenstoff. Diese Ausführungsform ist im wesentlichen ähnlich wie die Ausführungsform nach Fig.2 mit Ausnahme der Widerstandsheizung, und man erhält im wesentlichen die gleiche Funktion und denselben Effekt wie bei den vorstehenden Ausführungsformen.In Fig. 5 shows a fifth embodiment according to the invention in which a resistance heating furnace is also shown. In this embodiment, the heating tube 42 consists of a transparent carbon. This embodiment is substantially similar to the embodiment of Fig. 2 except for the resistance heater, and substantially the same function and effect as the previous embodiments are obtained.
Die im Ofen gemäß Fig.2 hergestellte optische Faser, die eine hohe Zugfestigkeit besitzt wurde nach der Verfahrensweise gemäß der DE-OS 25 12 312 durch Beschichten mit Polyäthylen behandelt und hat einen Außendurchmesser von 150μπι sowie einen Außendurchmesser des Polyäthylenüberzuges von 0,9 mm. Die Zugfestigkeitsprüfung wurde unter Verwendung eines derartigen Faserstranges mit einer Länge von 1 m und einer auf 5 mm/min eingestellten Zuggeschwindigkeit durchgeführt Hierbei zeigte keine Probe eine Zugfestigkeitvon weniger als 7 kg bis zum Bruch.The optical produced in the furnace according to FIG Fiber, which has a high tensile strength, was carried out according to the procedure according to DE-OS 25 12 312 Coating treated with polyethylene and has an outer diameter of 150μπι and an outer diameter of the polyethylene coating of 0.9 mm. the Tensile strength testing was carried out using such a fiber strand with a length of 1 m and at a tensile speed set at 5 mm / min. No sample showed a tensile strength of less than 7 kg to break.
Die Änderung des Außendurchmessers der Faser, die mit einem Ziehumformofen nach der Erfindung hergestellt worden ist läßt sich auf weniger als ±03 μπι verringern. Des weiteren besitzt der Ofen nach der Erfindung eine beträchtlich sauberere Atmosphäre als sie bisher erreicht werden konnte. Aufgrund dessen liegt der Übertragungsverlust der Faser in einem Größenbereich von 2,4 bis 3,7 dB/km. Dieser Wert ist im wesentlichen oder beinahe gleich groß wie der Eigenübertragungsverlust des Quarzes.The change in the outer diameter of the fiber obtained with a drawing furnace according to the invention has been produced can be reduced to less than ± 03 μπι to decrease. Furthermore, the furnace according to the invention has a considerably cleaner atmosphere than it has so far been achieved. Because of this, the transmission loss of the fiber is in a range of 2.4 to 3.7 dB / km. This value is in substantial or almost the same as the intrinsic transmission loss of the quartz.
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