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Dokumentenidentifikation DE3913519C2 27.06.1996
Titel UV-Aushärtesystem für optische Fasern
Anmelder Kabel Rheydt AG, 41238 Mönchengladbach, DE
Erfinder Berndt, Jürgen, Dipl.-Ing., 4060 Viersen, DE;
Lysson, Hans-Jürgen, Dipl.-Ing., 4050 Mönchengladbach, DE;
Zamzow, Peter, Dipl.-Ing., 4630 Bochum, DE;
Leppert, Hans-Detlef, Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., 4050 Mönchengladbach, DE
DE-Anmeldedatum 25.04.1989
DE-Aktenzeichen 3913519
Offenlegungstag 31.10.1990
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 27.06.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.06.1996
IPC-Hauptklasse G21K 5/00
IPC-Nebenklasse H01J 65/00   H01J 61/30   H01J 61/70   H01J 61/52   C03B 37/10   B05D 3/06   C03C 25/02   G02B 6/44   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein UV-Aushärtesystem zum Aushärten einer auf eine optische Faser aufgebrachten, UV-aushärtbaren Kunststoffbeschichtung mit einem eine UV-Lichtquelle aufweisenden rohrförmigen UV-Bestrahlungssystem.

Optische Fasern werden in bekannter Weise dadurch hergestellt, daß sie beispielsweise aus einer Vorform gezogen und in einer anschließenden Kühlstrecke auf eine Temperatur gebracht werden, bei der eine Beschichtung mit organischen Harzen erfolgen kann. Üblicherweise werden mehrere Kunststoffschichten aufgebracht. Für eine Beschichtung besonders geeignet sind UV-aushärtbare Kunststoffe. Vor dem Aufbringen einer UV-aushärtbaren Schicht kann beispielsweise auch eine geeignete härtbare Flüssigkeit aufgebracht werden, die durch verdampfende Lösungsmittel oder unter direkter Einwirkung der hohen Fasertemperatur aushärtet. Die Vorrichtung, die es gestattet, die optische Faser mit einer Flüssigkeit zu beschichten, ist ein Topf, der an seinem unteren Ende eine zentrische Öffnung hat und mit der Flüssigkeit gefüllt ist, und durch den die Faser in Richtung von oben nach unten hindurchgezogen wird.

Das Aushärten einer flüssigen Kunststoffschicht ist in vielen Fällen der geschwindigkeitsbestimmende Schritt beim Herstellen optischer Fasern. Um die Geschwindigkeit, mit der die Faser beschichtet wird, zu erhöhen, kann man die Strecke, längs der die Aushärtung erfolgt, zu erhöhen versuchen, stößt jedoch bald auf räumliche Grenzen.

Rohrförmige UV-Bestrahlungssysteme, durch die eine mit einer UV-aushärtbaren Kunststoffbeschichtung versehene optische Faser hindurchgeführt und ihre Beschichtung dabei ausgehärtet wird, wie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorgesehen, sind in der DE 24 59 320 B1, der US-PS 4,636,405 und der EP 0 314 174 A1 beschrieben. Als UV-Lichtquellen zur Aushärtung der Beschichtung werden im allgemeinen stabförmige UV-Lampen mit hoher UV-Strahlung verwendet. Durch die Anordnung von zusätzlichen Spiegeln in dem rohrförmigen Gehäuse eines solchen UV-Bestrahlungssystems soll erreicht werden, daß die optische Faser mit höherer Intensität und möglichst gleichmäßig mit UV-Licht bestrahlt wird und sich daher bei unverändertem Aushärtegrad der Beschichtung die Durchlaufgeschwindigkeit der Faser durch das UV-Bestrahlungssystem erhöhen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, beim Hindurchführen der Faser durch ein UV-Aushärtesystem die Trocknungsgeschwindigkeit einer aus einem UV-aushärtbaren Kunststoff ausgebildeten Beschichtung der optischen Faser weiter zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird bei einem UV-Aushärtesystem der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung gelöst, indem die UV-Lichtquelle ein Entladungsgefäß mit einem die optische Faser konzentrisch umgebenden doppelwandigen Rohr aufweist und das doppelwandige Rohr mit einem durch Energiezufuhr anregbaren Gas zum Aussenden von UV-Strahlung gefüllt ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Das erfindungsgemäße UV-Aushärtesystem eignet sich insbesondere für die Beschichtung von Quarzglasfasern für optische Zwecke. Durch die erste Beschichtung wird die Oberfläche der frisch gezogenen Quarzglasfaser versiegelt. Mindestens eine weitere Schicht wird zum Zwecke der besseren Handhabbarkeit und der mechanischen Festigkeit aufgebracht.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hat ein konzentrisch zur Faser angeordnetes doppelwandiges Rohr, dessen Füllgas von einer elektromagnetischen Mikrowelle zum Aussenden von UV-Strahlung angeregt wird. Vorzugsweise ist der Mikrowellensender ein Klystron oder Magnetron. Das sich in dem doppelwandigen Rohr befindende Gas kann auch infolge direkten Stromdurchgangs zum Aussenden von UV-Strahlung veranlaßt werden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist der apparative Aufwand wesentlich geringer, da kein Hochfrequenzerzeuger benötigt wird.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; dabei zeigt:

Fig. 1 ein doppelwandiges Entladungsgefäß mit innerem Kühlmantel im Schnitt,

Fig. 2 eine im wesentlichen perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zur Hochfrequenzanregung.

Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung zeigt ein Entladungsgefäß 1 mit Elektroden 2, 2, welche der Stromzuführung dienen. Durch den Stromfluß zwischen den Elektroden entsteht in einem Raum 4, der beispielweise mit einem verdünnten Gas gefüllt ist, bei geeigneter Wahl der Gaszusammensetzung, des Druckes und der elektrischen Spannung zwischen den Elektroden 2, 2&min; eine UV-Strahlung. Diese UV-Strahlung wird allseitig abgegeben und trifft auch auf eine optische Faser 3. Diese Faser 3 ist mit einem Kunststoff beschichtet, der durch die UV-Strahlung ausgehärtet wird. Zur Kühlung der Anordnung ist ein mit Wasser gekühlter Mantel 5 vorgesehen. Die Kühlmittel und Wandungen sind so ausgebildet, daß sie möglichst wenig UV-Strahlung absorbieren. Beispielsweise besteht das ganze Entladungsgefäß 1 aus Quarzglas. Um die ganze Anordnung sind konzentrische Spiegel angebracht, welche die nach außen dringende Strahlung auf die Faser konzentrieren.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß mit Hilfe eines oder mehrerer Magnetrons in einem Entladungsgefäß 1 ein Hochfrequenz- Plasma angeregt wird, so daß eine zur beschichteten Faser konzentrische Gasentladung entsteht, welche ein geeignetes UV-Strahlungsspektrum abgibt.

In der Fig. 2 sind zwei Klystrons 6 und 9 dargestellt, welche eine Hochfrequenzquelle H, einen Zirkulator Z, einen Kurzschlußschieber KS und eine Öffnung im Resonatorgehäuse aufweisen. Die durchgehende Öffnung ist zylindrisch ausgebildet und zur Aufnahme des Entladungsrohres 7 vorgesehen. Das Entladungsrohr 7 enthält beispielsweise ein Edelgas, das unter geeignetem Füllgasdruck steht. Seitlich an dem mittleren Teil des Resonators schließt sich im allgemeinen eine Einwegleitung an, welche in Fig. 2 nicht dargestellt ist. Auch hier können wieder Spiegelsysteme in den Resonatoren das Abstrahlen der UV-Energie in Richtung auf die optische Faser 3 unterstützen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind beispielsweise drei symmetrisch angeordnete Magnetrons vorgesehen. Die Gasfüllung im Entladungsrohr 7 ist so gewählt, daß ein zur Aushärtung der Kunststoffbeschichtung der Faser 3 günstiger UV-Strahlungsbereich bevorzugt angeregt wird.

Die Entladungsgefäße 1 bestehen normalerweise aus konzentrischen Rohren, an deren Innenseite ein Kühlmantel vorgesehen ist. Durch diesen Kühlmantel zirkuliert eine Flüssigkeit, welche im Falle der Hochfrequenz-Anregung eine geringe HF-Absorption aufweist und beispielsweise aus destilliertem Wasser besteht.


Anspruch[de]
  1. 1. UV-Aushärtesystem zum Aushärten einer auf eine optische Faser aufgebrachten, UV-aushärtbaren Kunststoffbeschichtung mit einem eine UV-Lichtquelle aufweisenden rohrförmigen UV-Bestrahlungssystem, dadurch gekennzeichnet, daß die UV-Lichtquelle ein Entladungsgefäß (1) mit einem die optische Faser (3) konzentrisch umgebenden doppelwandigen Rohr aufweist und das doppelwandige Rohr mit einem durch Energiezufuhr anregbaren Gas zum Aussenden von UV-Strahlung gefüllt ist.
  2. 2. UV-Aushärtesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung des Gases elektrodenlos Hochfrequenz-Energie zuführbar ist.
  3. 3. UV-Aushärtesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anregung des Gases elektrische Energie über Elektroden (2, 2&min;) zuführbar ist.
  4. 4. UV-Aushärtesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entladungsgefäß (1) aus Quarzglas besteht.
  5. 5. UV-Aushärtesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß um ein als Faserschutzrohr ausgebildetes inneres Rohr ein Kühlmantel (5) vorgesehen ist.
  6. 6. UV-Aushärtesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für die Kühlung ein Kühlmittel mit geringer Mikrowellenabsorption vorgesehen ist.
  7. 7. UV-Aushärtesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel destilliertes Wasser vorgesehen ist.
  8. 8. UV-Aushärtesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß konzentrische Spiegel zum Konzentrieren der UV-Strahlung auf die Faser (3) vorgesehen sind.
  9. 9. UV-Aushärtesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zufuhr der Hochfrequenz- Energie ein Magnetron oder Klystron (6, 9) vorgesehen ist.
  10. 10. UV-Aushärtesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zufuhr der Hochfrequenz- Energie drei symmetrisch angeordnete Magnetrons oder Klystrons (6, 9) vorgesehen sind.






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