DE2738506A1 - METHOD FOR PRODUCING A HIGH-TENSION-RESISTANT LIGHT-GUIDE - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING A HIGH-TENSION-RESISTANT LIGHT-GUIDEInfo
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Description
M.S.Maklad-3M.S. Maklad-3
Verfahren zur Herstellung eines hochzugfesten LichtleitersProcess for the production of a high tensile strength light guide
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines hochzugfesten Lichtleiters.The invention relates to a method for producing a high tensile strength light guide.
Lichtleiter fUr die Nachrichtenübertragung finden zunehmend Anwendung auf allen Gebieten des Informationsaustausches. Das geringe Gewicht und die große Übertragungskapazität von Glas zusammen mit seiner Nichtbeeinflußbarkeit durch elektromagnetische Störungen machen es zu einem optimalen übertragungsmittel. Eine Schwierigkeit, welche bei der Verwendung von langen Lichtleitern aus Glas in Lichtleiterkabeln auftritt, ist ihre Bruchanfälligkeit bei plötzlicher oder dauernder Zugbeanspruchung.Light guides for message transmission are increasingly used in all areas of information exchange. The low weight and the large transmission capacity of glass together with its non-influenceability electromagnetic interference makes it an optimal means of transmission. A difficulty, which one When using long glass fiber optic cables in fiber optic cables, they are susceptible to breakage in the event of sudden or permanent tensile stress.
Obwohl Glas an sich eine außerordentlich hohe Zugfestigkeit von theoretisch einigen zehntausend N/mm besitzt brechen die Glasfasern für Lichtleiter derzeit in einigen Fällen bei Zugspannungen von einigen 10 N/mm .Although glass itself has an extraordinarily high tensile strength of theoretically a few tens of thousands N / mm The glass fibers for light guides currently break in some cases at tensile stresses of a few 10 N / mm.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Lichtleitern zu schaffen, deren Zugfestigkeit nahe an der theoretischen Zugfestigkeit von Glas liegt.The object of the invention is to provide a method and a device for producing To create light guides whose tensile strength is close to the theoretical tensile strength of glass.
23.08.1977, Bö/KuAugust 23, 1977, Bö / Ku
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I,I,
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in einer Atmosphäre, die völlig frei von Verunreinigungen ist, aus einem schmelzflüssigen Glaskörper eine Glasfaser gezogen und diese unmittelbar danach mit einem Schutzüberzug versehen wird.This object is achieved according to the invention in that In an atmosphere that is completely free of impurities, a glass fiber is made from a molten glass body pulled and this is immediately provided with a protective coating.
Die extrem zugfesten Glasfasern werden unter gleichzeitiger strenger Kontrolle der Umgebungsatmosphäre während des Ziehvorganges der Fasern hergestellt. Vorrichtung und Verfahren sind dazu ausersehen, die Umgebung der Glasfaser während des Ziehvorganges von Staubteilchen freizuhalten. Die Umgebung des dem Ziehverfahren unterworfenen Glases wird von dem Ort, an dem das Glas auf seine Erweichungstemperatur erhitzt wird bis zu dem Ort, an dem die gezogene Faser vollständig mit.einer Schutzhülle aus Kunststoff bedeckt wird,in ein gasdichtes Gehäuse eingesetzt, um in der Luft mitgeführte Teilchen von der ungeschützten Oberfläche der Faser fernzuhalten. Sauerstoffhaltige Gase werden ständig an einem Ende in das die ungeschützte Faser aufnehmende Gehäuse geblasen und an dem anderen Ende wieder abgezogen, um ständig eine reine, staubfreie Umgebung um die ungeschützte Faser sicherzustellen. The extremely high tensile strength glass fibers are under strict control of the surrounding atmosphere during of the drawing process of the fibers. The device and method are designed to protect the vicinity of the optical fiber to be kept free of dust particles during the pulling process. The surroundings of the subject to the drawing process Glass is made from the place where the glass is heated to its softening temperature to the place where the drawn fiber is completely covered with a protective plastic sheath, inserted into a gas-tight housing, to keep airborne particles away from the unprotected surface of the fiber. Oxygenated Gases are continuously blown into the housing containing the unprotected fiber at one end and at the The other end is pulled off again to ensure a constant clean, dust-free environment around the unprotected fiber.
Daβ Spülgas wird vor dem Eintritt in das Gehäuse durch extrem dichte Filter geschickt, damit es frei von Staubteilchen ist, und eine elektrostatische Elektrode ist parallel zur gezogenen Glasfaser im Gehäuse angeordnet, um eine elektrostatische Wechselwirkung zwischen in der Luft enthaltenen Teilchen und der Faseroberfläche zu neutralisieren, und damit die Faser davon abzuhalten, diese Teilchen auf sich zu ziehen.The purge gas is passed through before it enters the housing extremely tight filter sent so that it is free from dust particles, and an electrostatic electrode is arranged parallel to the drawn glass fiber in the housing to ensure an electrostatic interaction between the To neutralize airborne particles and the fiber surface, thus preventing the fiber from to attract these particles.
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Das Ziehen der Glafasern in einer gesteuert staubfreien Umgebung verhindert eine mögliche Rißbildung auf der Glasoberfläche.Pulling the glass fibers in a controlled, dust-free environment prevents possible cracks from forming on the Glass surface.
Weitere Einzelheiten werden nachstehend anhand der Figuren 1 und 2 erläutert. Es zeigen:Further details are explained below with reference to FIGS. 1 and 2. Show it:
Fig. 1 eine Ansicht - teilweise im Schnitt - der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen VerfahrensFig. 1 is a view - partially in section - of the device for carrying out the method according to the invention
und
Fig. 2 den Querschnitt eines Lichtleiters, der mit derand
Fig. 2 shows the cross section of a light guide, which with the
Glasfasern für die optische Nachrichtenübertragung werden üblicherweise aus einer Glasvorform, die aus verschiedenen festen Kern- und Hüllschichten besteht, hergestellt. Die Herstellung der Vorform erfolgt auf einer Glasdrehbank mit einem horizontalen Support. Nach der Abnahme von dieser erfolgt das Ziehen zur Faser in einem separaten Arbeitsgang. Nach der Herstellung auf der Glasdrehbank wird die Vorform chemisch gereinigt, gespült und auch sonst sorgfältig behandelt, damit die Glasoberfläche frei von Verunreinigungen bleibt. Die Vorform wird nach dem Einspannen in eine Ziehvorrichtung bis zum Erreichen des Erweichungspunktes erhitzt, kontinuierlich zur Faser ausgezogen und danach auf eine Trommel aufgewickelt. Bei Fasern, die auf diese Weise hergestellt wurden, wurde eine erzielbare Zugfestigkeit von einigen 10 N/mm gemessen. Wenn unmittelbar hinter der Ziehvorrichtung eine Beschichtungsvorrichtung zum Beschichten der Faser mit einem flüssigen Kunststoff vor dem Auftrommeln angeordnet war, wurde an den derart beschichteten Fasern eine Zugfestigkeit vonGlass fibers for optical communications are usually made from a glass preform made up of various solid core and shell layers is made. The preform is made on a glass lathe a horizontal support. After this has been removed, the fiber is drawn in a separate operation. After production on the glass lathe, the preform is chemically cleaned, rinsed and otherwise carefully treated so that the glass surface remains free from contamination. The preform is made after clamping heated in a drawing device until the softening point is reached, drawn continuously into fibers and then wound onto a drum. Fibers made in this manner have become achievable Tensile strength of a few 10 N / mm measured. If there is a coating device immediately behind the drawing device for coating the fiber with a liquid plastic prior to reeling it was on the fibers coated in this way have a tensile strength of
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2
einigen tausend N/mm gemessen.2
measured a few thousand N / mm.
theoretisch möglichen Zugfestigkeit für Quarzglas vontheoretically possible tensile strength for quartz glass of
2
30 bis 50 TausendN/mm und der verhältnismäßig niedrigen Festigkeit der daraus gezogenen Fasern zu ergründen, wurde
nach der Fehlerursache geforscht und festgestellt, daß diese von der Rißbildung in der Faseroberfläche herrührte.
Obwohl die Zugspannung, die tatsächlich auf die2
To find out about 30 to 50 thousandN / mm and the relatively low strength of the fibers drawn therefrom, the cause of the defect was investigated and it was found that this originated from the formation of cracks in the fiber surface. Although the tensile stress actually applied to the
2 Faser ausgeübt wurde, nur einige 10 N/mm betrug, wurde durch theoretische Überlegungen ermittelt, daß diese Belastung der Glasfaser in Wirklichkeit an den Spitzen der2 fiber was applied, was only a few 10 N / mm determined by theoretical considerations that this load on the glass fiber is actually at the tips of the
Haarrisse Belastungen von einigen Zehntausend N/mm hervorruft. Eine Untersuchung der Bruchstellen an der Faser mit starker optischer Vergrößerung.unmittelbar nach einer Rißbildung an der Oberfläche offenbarte, daß sich der Riß kreisförmig zum Fasermittelpunkt hin ausdehnt. Die äußere Rißstruktur an der Oberfläche zeigte, daß die Anwesenheit eines Fremdstoffes der Ausgangspunkt für die Rißbildung war.Hairline cracks cause loads of tens of thousands of N / mm. An examination of the breaks on the fiber with high optical magnification. Immediately after a crack formation on the surface revealed that the The crack extends circularly towards the center of the fiber. The external crack structure on the surface showed that the The presence of a foreign matter was the starting point for the crack formation.
Luft enthaltenen Staubpartikel, die die Oberfläche von frisch gezogenen Fasern berühren und sich dort absetzen, dazu führen, daß die Faser an den Berührungsstellen abgerieben wird und an diesen Stellen zur Bildung von Mikrorissen neigt.Air-containing dust particles that touch the surface of freshly drawn fibers and settle there, lead to the fiber being abraded at the points of contact and to the formation of microcracks at these points tends.
unmittelbar nach dem Ziehen der Faser erhöhte die Zug-immediately after the fiber was drawn, the tensile strength
2 festigkeit der Faser wesentlich von einigen 10 N/mm2 strength of the fiber substantially of a few 10 N / mm
2
bis auf etwa 8.000 N/mm . Es wird daher vermutet, daß der2
up to about 8,000 N / mm. It is therefore believed that the
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Schutz der blanken Faseroberfläche mit einer Kunststoffhülle die Faseroberfläche vor der Berührung mit Staubpartikeln aus der Luft nach dem Ziehen und daher vor einem Abrieb an harten Flächen während der Fertigung bewahrt.Protection of the bare fiber surface with a plastic cover protects the fiber surface from contact with dust particles from the air after pulling and therefore before abrasion on hard surfaces during manufacture preserved.
2
keit von 30 bis 50 000 N/mm herzustellen, wurde eine2
The ability to produce from 30 to 50,000 N / mm became a
Die Lichtleiter-Vorform 10 ist. in eine Spannvorrichtung 11 eingespannt und wird von einer Heizung 15 auf ihre Erweichungstemperatur erhitzt. Die gezogene Faser 16 ist von einem Gehäuse 12 umgeben, das einen mit einer gereinigte Luft oder Sauerstoff liefernden Versorgungseinrichtung verbundenen Anschluß 13 besitzt, wobei die Luft oder der Sauerstoff an der Faser 16 vorbei und am Auslaß 11 aus dem Gehäuse 12 ausströmt.The light guide preform 10 is. clamped in a clamping device 11 and is of a heater 15 on their Softening temperature heated. The drawn fiber 16 is surrounded by a housing 12, one with a cleaned Air or oxygen supplying device connected terminal 13 has, wherein the Air or oxygen flows past fiber 16 and out of housing 12 at outlet 11.
Das Gehäuse 12 kann aus irgendeinem hierfür geeigneten Werkstoff hergestellt sein, welcher jedoch durchsichtig sein sollte, damit die Bedienungsperson den Ziehvorgang ständig beobachten kann. Die Heizung 15 kann beispielsweise aus einem Knallgasbrenner bestehen; es kann aber auch ein Laser oder eine Hochfrequenz-Heizeinrichtung sein. Das Gehäuse 12 soll während des Ziehvorganges alle Staubpartikel von der Faser fernhalten. Das gefilterte sauer-' stoffhaltige, durch den Einlaß 13 gelieferte Gas stellt die chemisch richtige Umgebungeatmosphäre für die exakteThe housing 12 can be made of any material suitable for this purpose, but which is transparent should be so that the operator can constantly observe the pulling process. The heater 15 can, for example consist of an oxyhydrogen burner; but it can also be a laser or a high-frequency heating device. The housing 12 is intended to keep all dust particles away from the fiber during the drawing process. The filtered sour ' Substantial gas delivered through the inlet 13 provides the chemically correct ambient atmosphere for the exact
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Faserzusamniensetzung dar. Indem es über die Faseroberfläche streicht, sorgt es dafür, daß kein Staubpartikel zufällig die Faseroberfläche erreicht.Fiber composition. By putting it over the fiber surface strokes, it ensures that no dust particle accidentally reaches the fiber surface.
Es ist als weitere Sicherung für den Fall, daß dennoch einmal ein Staubpartikel in das Gehäuse 12 gelangt, eine sich parallel zur Faser 16 erstreckende elektrostatische Elektrode 26 im Gehäuse 12 vorgesehen. Die elektrostatische Elektrode 26 bewirkt ständig die Anziehung von im Gasstrom vorhandenen Staubpartikeln und verhindert dadurch, daß Staubpartikel von der gezogenen Faser angezogen werden können.It is a further safeguard in the event that a dust particle nevertheless gets into the housing 12, a electrostatic electrode 26 extending parallel to the fiber 16 is provided in the housing 12. The electrostatic Electrode 26 constantly attracts dust particles present in the gas flow and thus prevents that dust particles can be attracted to the drawn fiber.
Nachdem die Faser 16 in der staubfreien Atmosphäre innerhalb des Gehäuses 12 gezogen worden ist, wird sie zunächst durch einen in einer Tauchvorrichtung 18 angeordneten Kunststoff 17 hindurchgezogen. Die auf diese Weise aufgebrachte Kunststoffschicht hat eine zweifache Wirkung. Einerseits bedeckt sie die bisher blanke Faseroberfläche und verhindert dadurch, daß sich außerhalb des Gehäuses 12 Staubpartikel auf der Faseroberfläche ablagern, und andererseits bildet sie eine weiche, nachgiebige und elastische Hülle für die Faser. Auf eine andere Eigenschaft der weichen Kunststoffhülle 21 wird später noch eingegangen. Eine konzentrische Dichtung 20 ist an der öffnung 19, durch welche die Faser nach der Beschichtung abgezogen wird, angeordnet, damit ein Verlust an Kunststoff 12 aus der Tauchbeschichtungsvorrichtung 28 vermieden wird.After the fiber 16 has been drawn in the dust-free atmosphere within the housing 12, it is first pulled through a plastic 17 arranged in a dipping device 18. That way applied plastic layer has a twofold effect. On the one hand, it covers the previously bare fiber surface and thereby prevents dust particles from settling on the fiber surface outside the housing 12 deposit, and on the other hand it forms a soft, resilient and elastic cover for the fiber. To another Property of the soft plastic sheath 21 will be discussed later. A concentric seal 20 is arranged at the opening 19, through which the fiber is drawn off after coating, so that there is a loss of plastic 12 from dip coating device 28 is avoided.
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- Sf-. - Sf-.
Ein weiterer Kunststoff 22, der eine harte Kunststoffhülle 2Ί bilden soll, wird über die erste weiche Kunststoff hülle 21 mit einem Extruder 23 aufgespritzt. Nachdem die.zweite harte Kunststoffhülle 21 aufgebracht worden ist, wird die Faser auf der Trommel 25 zur Zwischenlagerung aufgewickelt. In der NShe der Trommel 25 ist eine weitere elektrostatische Elektrode 27 angeordnet, welche die Ansammlung von Ladungen auf der Oberfläche der beschichteten Faser während des Aufwickeins verhindert.Another plastic 22, which is a hard plastic shell 2Ί is supposed to form over the first soft plastic shell 21 injected with an extruder 23. After the second hard plastic cover 21 has been applied is, the fiber is wound on the drum 25 for intermediate storage. In the NShe of the drum 25 Another electrostatic electrode 27 is arranged, which prevents the accumulation of charges on the surface of the coated fiber during winding.
Der Zweck der Verbindung von äußerer harter Kunststoffhülle 2Ί mit innerer weicher Kunststoffhülle 21 wird aus Fig. 2 deutlich. Der dort im Querschnitt gezeigte fertige Lichtleiter 28 besitzt einen Kern 30 mit hohem Brechungsindex, der von einer Hülle 29 mit niedrigerem Brechungsindex umgeben ist. Der Kern 30kann beispielsweise aus Germaniumsilikatglas bestehen, während die HUllse 29 aus Borsilikatglas oder reinem Quarzglas besteht. Bei anderen AusfUhrungsformen wird ein Kern 30 aus reinem Quarzglas verwendet und die weiche Kunststoffteile 21 wird aus einem Werkstoff hergestellt^ der solche Durchlässigkeitsund Brechungswerte besitzt, daß er sowohl eine weiche Schutzschicht als auch eine optische Hülle für den Quarz glaskern 30 bilden kann. In diesem Fall wird die Zwischenschicht 29 nicht benötigt. Die äußere harte Kunststoffhülse 24, beispielsweise aus einem Polytetrafluoräthylen, wird über die weiche Kunststoffhülle 21, beispieleweise aus einem Silikonkunststoff, gespritzt. Die Verbindung von diesen beiden Hüllen führt zu einem hochzugfesten Lichtleiter, der auch eine hohe Biegefestigkeit selbst dann besitzt, wenrjer um einen kleinen Biegeradius gebogen wird. Dabei wirkt die Kunststoffhülle 21 als Polster ■The purpose of connecting the outer hard plastic shell 2Ί with the inner soft plastic shell 21 is shown Fig. 2 clearly. The finished light guide 28 shown there in cross section has a core 30 with a high refractive index, which is surrounded by a shell 29 with a lower refractive index. The core 30 can, for example, consist of Germanium silicate glass, while the sleeve 29 consists of borosilicate glass or pure quartz glass. With others Embodiments a core 30 made of pure quartz glass is used and the soft plastic parts 21 are made from made of a material which has such permeability and refraction values that it is both soft Protective layer and an optical shell for the quartz glass core 30 can form. In this case it becomes the intermediate layer 29 not required. The outer hard plastic sleeve 24, for example made of a polytetrafluoroethylene, is over the soft plastic sleeve 21, for example made of a silicone plastic, injected. The connection of these two covers leads to a high-tensile light guide, which also has a high flexural strength even if it is bent around a small bending radius. The plastic cover 21 acts as a cushion
o leiter weiseneine Zugfestigkeit von 20 bis 30.000 N/mm auf,o conductors have a tensile strength of 20 to 30,000 N / mm,
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LeerseifeEmpty soap
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