DE3527017C2 - Verfahren zur Herstellung einer stabförmigen Vorform für Lichtleitfasern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein derartiges Verfahren ist z. B. bekannt aus der DE-AS 27 41 854. Bei diesem Verfahren der Vorformherstellung werden gas- oder dampfförmige Ausgangsstoffe in ein Substratrohr eingeleitet und unter Wärmeeinwirkung lokal erhitzt und so eine oder mehrere Glasschichten mit meistens unterschiedlicher Zusammensetzung auf der Innenwand des Substratrohres abgeschieden. Nach der Abscheidung wird der dabei entstandene Glaskörper, der immer noch rohrförmig ist, in eine stabförmige Vorform kollabiert, aus der die Lichtleitfaser gezogen werden kann. Die Maßnahme, während des Kollabierens einen Überdruck im Innern des rohrförmigen Glaskörpers aufrechtzuerhalten, dient dazu, die Rundheit des rohrförmigen Glaskörpers während des Kollabierens, was üblicherweise in mehreren Durchgängen und Kollabierschritten erfolgt, beizubehalten. Bei dem eingangs angegebenen bekannten Verfahren wird dies auf statische Weise erreicht, indem der rohrförmige Glaskörper an einer Stelle verschlossen und am offenen Ende ein Gas bei dem gewünschten über dem Umgebungsdruck liegenden Druck eingeleitet wird, so daß dieser erwünschte Druck im gesamten Rohrinnenraum herrscht.

Erfahrungen mit diesem Verfahren haben jedoch gezeigt, daß die Druckdifferenz zwischen dem Außendruck und dem Innendruck des rohrförmigen Glaskörpers während des Kollabierens Schwankungen unterworfen ist, die Unregelmäßigkeiten in den Kollabierprozeß einbringen. Hinzu kommt die bekannte Schwierigkeit, daß bei den relativ hohen Temperaturen, die für das Kollabieren notwendig sind, ein erheblicher Anteil von Dotiermitteln, wie z. B. Germanium, aus der innersten Schicht des rohrförmigen Glaskörpers verdampft, so daß die optischen Eigenschaften des Glaskörpers stark verändert werden. Durch diese Verdampfung entsteht im Brechungsindexverlauf des Kerns der Vorform und damit auch in der darauf gezogenen Faser ein sogenannter "Dip", wenn nicht die betroffenen Schichten durch Abätzen unmittelbar vor dem letzten Kollabierschritt entfernt werden. Das Abätzen von Schichten ist ein zeitraubender Verfahrensschritt, so daß er nur bei der Herstellung von Vorformen für Glasfasern mit sehr hoher Qualität angewendet wird.

Man hat zwar auch bereits (US 4 165 224) vor dem letzten Kollabierschritt ein Gas durch den zu kollabierenden Glaskörper strömen lassen, um einen geringen Überdruck sicherzustellen, aber auch hier ist nicht sichergestellt, daß während des Kollabierens der eingestellte Druck über die Länge des rohrförmigen Glaskörpers erhalten bleibt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das hinsichtlich des Kollabierens die Nachteile des bekannten Verfahrens nicht mehr aufweist.

Diese Aufgabe wird entsprechend den Kennzeichen des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens des Kollabierens von rohrförmigen Glaskörpern in stabförmige Vorformen. Die Vorrichtung zeigt einen rohrförmigen Glaskörper 2, der in einem Halter oder einem Spannfutter 3 befestigt ist, das in einer feststehenden Haltevorrichtung 4 relativ zu dieser drehbar gelagert ist. Das Ende des rohrförmigen Glaskörpers 2, das vom Spannfutter 3 entfernt ist, mündet in ein Abgasrohr 5, das wiederum drehbar gelagert ist, mit Hilfe einer drehbaren Rohrverbindung 6 bekannter Konstruktion in einer feststehenden Haltevorrichtung 7. Während des Kollabierens dreht das Spannfutter den rohrförmigen Glaskörper 2 zusammen mit dem Abgasrohr 5 um die Achse des rohrförmigen Glaskörpers 2, und die drehbare Rohrverbindung 6 sorgt für eine im wesentlichen leckfreie Verbindung zwischen dem Innenraum des Abgasrohres 5 und dem Innenraum der Haltevorrichtung 7.

Eine Wärmequelle 8, z. B. ein Sauerstoff-Wasserstoff- Brenner, ist so an der Vorrichtung befestigt, daß er in den durch den Doppelpfeil angezeigten Richtungen entlang dem rohrförmigen Glaskörper 2 im wesentlichen zwischen dem Spannfutter 3 und der Einmündungsstelle des rohrförmigen Glaskörpers 2 in das Abgasrohr 5 verschiebbar ist.

Durch ein Einlaßrohr 9 wird ein Gas bei einem vorbe­ stimmten über dem Umgebungsdruck liegenden Druck in das Innere des rohrformigen Glaskörpers 2 eingeleitet, während das Rohr kollabiert, genauer gesagt während wenigstens eines, aber vorzugsweise während aller außer dem letzten, der Kollabierschritte. Das Kollabieren wird wie vielfach bekannt durch Wirkung der von der Wärmequelle 8 erzeugten Hitze verursacht. In bekannter Weise wird die Wärmequelle 8 entlang dem rohrförmigen Glaskörper 2 verschoben während jedes der Kollabierschritte oder Durchgänge, so daß bei jedem Durchgang oder Kollabierschritt der innere und der äußere Durchmesser des rohrförmigen Glaskörpers 2 sich schrittweise verringert, bis die in dem rohrförmigen Glas­ körper 2 vorhandene Öffnung während des letzten Kollabier­ schrittes vollständig verschwindet und der rohrförmige Glaskörper 2 in eine massive stabförmige Vorform überführt ist.

Soweit bisher beschrieben, ist die in der Zeichnung ge­ zeigte Vorrichtung eine bekannte und häufig angewendete Vorrichtung, die daher keiner näheren Erläuterung bedarf. Es genügt, darauf hinzuweisen, daß die Haltevorrichtung 7 hohl ist und ein hohles Anschlußteil 10 aufweist. An dieses Anschlußteil 10 ist mittels eines Verbinders 11 irgendeiner bekannten Bauart ein Rohr 12 angeschlossen, das wie gezeigt, ein flexibler Schlauch sein kann. Der im Innern des hohlen Anschlußteils 10 herrschende Druck wird auf ein Rohr 13 übertragen, das wie gezeigt, zwei Abzweige 14 und 15 hat. Der Abzweig 14 führt zu einem Druckan­ zeiger 16 bekannter Konstruktion. Auf der andern Seite führt der Abzweig 15 zu einem Drucksensor 17, der auch eine Einlaßöffnung 18 hat, durch die der Umgebungsdruck in das Innere des Drucksensors 17 übertragen wird.

Der Drucksensor 17 ist ebenfalls von bekannter Bauart und wird daher nicht näher erläutert. Er dient dazu, den über den Rohrabzweig 15 zu ihm übertragenen Druck mit dem von der Einlaßöffnung übertragenen Umgebungsdruck zu ver­ gleichen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das das Ergebnis dieses Vergleichs der beiden Drücke, vorzugsweise ihre Differenz, darstellt. Um Wärmeeinflüsse auf das elek­ trische Ausgangssignal auszuschließen, ist der Drucksensor 17 auf einer Grundplatte 19 befestigt.

Das elektrische Ausgangssignal des Drucksensors 17 wird über eine elektrische Verbindungsleitung 20 einem elek­ tronischen Manometer 21 zugeführt. Dieses erzeugt ein Aus­ gangssignal, das über eine elektrische Leitung 22 einem Sollwertgeber 23 zugeführt wird.

Das vom Verbinder 11 abgewandte Ende des flexiblen Schlauchs 12 ist mit einem Anschluß verbunden, der mit dem Inneren eines Druckausgleichszylinders 24 in Verbindung steht. Das Innere dieses Zylinders 24 ist durch eine Wand 25 in zwei Kammern 26 und 27 geteilt.

Die Kammern 26 und 27 sind begrenzt miteinander verbunden über einen Durchgangsbegrenzer 28, dessen Durchgangsöff­ nung einen vorgegebenen Querschnitt hat. Eine Auslaßöff­ nung verbindet die Kammern 27 mit einem Auslaßrohr 30, das zu einem Auslaßventil 31 führt. Dieses Ventil steuert den Durchfluß durch das Auslaßrohr und den Auslaß des in dem Rohr 30 vorhandenen Gases in die Umgebung. Das Ventil 31 ist vorzugsweise als Drosselventil konstruiert. Ein Ein­ laßrohr 32, in das ein einstellbares Ventil 33 eingebaut ist, steht mit der Kammer 26 des Druckausgleichszylinders 24 in Verbindung.

Ein Inertgas, beispielsweise Stickstoff, wird in das Ein­ laßrohr 32 eingeleitet. Eine elektrische Leitung 34 ver­ bindet einen Ausgang des Sollwertgebers 23 mit dem ein­ stellbaren Ventil 33. Das Ventil 33 wird abhängig vom von der Leitung 34 empfangenen Signal eingestellt und dadurch der Fluß des Inertgases durch das Einlaßrohr in die Kammer 26 gesteuert.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend be­ schriebenen Vorrichtung beschrieben. Während des Kolla­ bierens wird ein Gas bei vorgegebenem Druck in das innere des rohrförmigen Glaskörpers 2 durch das Einlaßrohr 9 ein­ geleitet. Gleichzeitig wird das Inertgas, vorzugsweise Stickstoff, in die Kammer 26 des Druckausgleichszylinders 24 eingeleitet. Abhängig davon, wie weit das Ventil 33 offen ist, wird in der Kammer 26 ein Druck aufgebaut, und dieser Druckaufbau breitet sich durch den flexiblen Schlauch 12 und das rohrförmige Anschlußteil 10 der Halte­ vorrichtung 7 in das Innere des Abgasrohres 5 aus. Selbst­ verständlich wird ein Teil des Inhalts der Kammer 26 gleichzeitig durch den Durchgangsbegrenzer 28 in die Kammer 27 und von dort durch die Auslaßlüftung 29, das Auslaßrohr 30 und das Auslaßventil 31 in die Umgebung ab­ gelassen. Trotzdem findet der Druckaufbau noch statt.

Der Drucksensor 17 stellt fest, wie weit dieser aufgebaute Druck über dem Umgebungsdruck liegt und gibt ein Ausgangs­ signal über die Leitung 20 zum elektronischen Manometer 21 und von dort über die Leitung 22 zum Sollwertgeber 23. Wenn dann der im rohrförmigen Anschlußteil 10 herrschende Druck von dem gewünschten Druck abweicht, gibt der Soll­ wertgeber 23 ein Signal über die Leitung 34 zum Ventil 33, das dieses entweder mehr schließt oder mehr öffnet, ab­ hängig davon, in welcher Richtung der Druck vom gewünsch­ ten Druck abweicht. Dabei wird die drosselnde Wirkung des Ventils 33 vergrößert, wenn der Druck nach oben vom ge­ wünschten Druck abweicht. Gleichzeitig gibt der Druckan­ zeiger 16 eine visuelle Anzeige des im rohrförmigen Teil der Haltevorrichtung 7 vorhandenen Drucks und versetzt so die Bedienungsperson der Vorrichtung in die Lage, falls erforderlich, die am Sollwertgeber 23 voreingestellten Werte zu ändern.

Es ist erwünscht, daß der Druckausgleichszylinder 24 als ein Pulsierungsdämpfer wirkt, insofern, als zeitliche Fluktuationen in ihm aufgehoben werden. Andererseits wer­ den Langzeittrends beim Druckaufbau durch den Drucksensor 17 festgestellt und dazu verwendet, die Einstellung des Durchlaßquerschnitts des Ventils 33 zu steuern. Es ist klar, daß der Druck im rohrförmigen Anschlußteil 10 immer geringer ist als der im Einlaßrohr 9 herrschende Druck, so daß ein Gasfluß vom Einlaßrohr 9 zum Abgasrohr 5 und von dort durch das Anschlußteil 10, den flexiblen Schlauch 12, die Kammer 26, den Durchgangsbegrenzer 28, die Kammer 27, die Auslaßöffnung 29, das Auslaßrohr 30 in die Umgebung während des Kollabierens aufrechterhalten wird.

Es wurde festgestellt, daß während des Kollabierens ge­ wisse Dotierungsmittel wie zum Beispiel Germanium, Phos­ phor oder ähnliches leichter als das Grundmaterial Sili­ ziumdioxid aus dem rohrförmigen Glaskörper verdampfen. Normalerweise ist die vor dem Kollabieren abgeschiedene innerste Schicht des rohrförmigen Glaskörpers 2 die am meisten dotierte Schicht, da sie die größte Abweichung des Brechungsindex vom Brechungsindex des undotierten Sili­ ziumdioxids haben soll. Somit ergibt die Verdampfung eines solchen Dotierungsmittels aus dieser innersten Schicht eine Verschlechterung der gewünschten optischen Eigen­ schaften dieser Schicht und/oder mehrerer sich daran an­ schließender Schichten.

Um dieser Verschlechterung entgegenzuwirken, enthält das in den rohrförmigen Glaskörper 2 während des Kollabierens durch das Einlaßrohr 9 eingeleitete Gas Stoffe, die unter Hitzeeinwirkung das jeweilige Dotiermittel oder die jewei­ ligen Dotiermittel freisetzen. Dies bedeutet, daß während des Kollabierens ein Teil des Do­ tiermaterials aus der innersten Schicht verdampft und mit dem durch das Innere des rohrförmigen Glaskörpers strömen­ den Gas abtransportiert wird, aber gleichzeitig in der durch die Wärmequelle 8 erzeugten Erhitzungszone im Gas­ strom eine Ersatzmenge des Dotiermittels erzeugt wird, die sich auf der inneren Oberfläche des rohrförmigen Glas­ körpers stromabwärts von der Erhitzungszone abscheidet. Somit wird die Verarmung der innersten Schicht an Dotier­ mitteln mindestens zum Teil kompensiert. In jedem Fall wird der Dotiermittelverlust, der in den in radialer Rich­ tung nach außen sich anschließenden Schichten auftritt und sich daraus ergibt, daß diese Dotiermittel in die innerste Schicht diffundieren und von dort verdampfen, minimal ge­ halten, wenn nicht sogar vollständig ausgeglichen.

Gemäß der Erfindung wird die oben beschriebene Druck­ regelung vorzugsweise während sämtlicher Durchgänge der Wärmequelle 8 angewendet, d. h. während aller Kollabier­ schritte, die den rohrförmigen Glaskörper 2 in eine Vor­ form mit massivem Querschnitt überführen, außer beim letzten Kollabierschritt, bei dem die Öffnung im ursprüng­ lich rohrförmigen Glaskörper 2 verschwindet. Wegen des Verschwindens der Öffnung im rohrförmigen Glaskörper min­ destens an einer Stelle, beim letzten Kollabierschritt, kann das Gas nicht mehr durch das Innere des rohrförmigen Glaskörpers 2 hindurchströmen, und daher würde die oben erwähnte Druckregelung keinen Sinn ergeben.

Der Druckausgleichszylinder 24 regelt Kurzzeitfluktua­ tionen des Drucks aus. Jedoch hat die Erfahrung gezeigt, daß dieser Druckausgleichszylinder 24 und die damit ver­ bundenen Elemente in vielen Fällen auch weggelassen werden können, ohne daß der erwünschte Druckaufbau das Gegen­ drucks im Abgasrohr 5 sich verschlechtert. Das Einlaßrohr würde dann direkt in das Innere des rohrförmigen Anschluß­ teils 10 der Haltevorrichtung 7 führen und dort enden und an dieser Stelle einen Gegendruck aufbauen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß auch unter diesen Umständen eine aus­ reichende Regelung des Gegendrucks möglich ist.

Claims (1)

1. Verfahren zur Herstellung einer stabförmigen Vorform für Lichtleitfasern aus einem rohrförmigen Glaskörper, der in mehreren Schritten kollabiert und dabei während mindestens einem der Schritte vor dem Verschließen des Rohres dieses von einem Gas mit einem über dem Umgebungsdruck liegenden Druck durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom an einem Ende des rohrförmigen Ausgangskörpers in die Rohröffnung und am anderen Ende in einen Gasbehälter geleitet, an einer bestimmten Stelle des Gasbehälters die Differenz zwischen dem herrschenden und dem Umgebungsdruck ermittelt, zur Druckregelung das Gas mit überatmosphärischem Druck in einen stromabwärts von der vorgegebenen Stelle liegenden Bereich eingeleitet und das Einleiten in Abhängigkeit von der festgestellten Druckdifferenz gesteuert wird.