用於使光纖預製件的拉制端再成形的方法和裝置的製作方法

2023-06-19 11:12:36 2

專利名稱：用於使光纖預製件的拉制端再成形的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造光纖預製件和光纖的系統和方法，更具體地說，涉及一種用於製備一預製件的尖端以加速光纖拉制的方法和裝置。
在拉制相當長的光纖之後，其長度取決於預製件的尺寸，並消耗預製件。必須中斷生產，並且必須用新的預製件來更換已消耗的預製件。在具有所需特性的光纖生產得以恢復之前，通常經過了不止一個小時。在這段起動時間中，不能使用的石英玻璃塊發生熔滴(gobbing off)，以及使拉制尖端剝離和成形。僅拉制尖端的成形需要大約30至40分鐘。在某些情況下，這是拉制裝置上消耗的寶貴時間，也是生產過程的瓶頸。
根據本發明的一個實施例，提供一種用於製造光纖預製件的系統，它包括一預熔滴爐膛，該預熔滴爐膛適於加熱光纖預製件並導致將玻璃去除，預熔滴爐膛具有一溫度分布，該溫度分布基本上與使用在隨後過程中從預製件拉制光纖的拉制爐膛的溫度分布相同。通過具有基本相同的溫度分布，尖端具有如果在拉制裝置中進行尖端製備所具有的精確形狀。
根據本發明的另一個實施例，提供一種用於製造光纖預製件的系統。該系統包括一預熔滴裝置，該預熔滴裝置包括一具有第一溫度分布的加熱爐膛，該預熔滴裝置適於在光纖預製件上提供預先優化的尖端形狀；以及一拉制爐膛，該拉制爐膛具有一第二溫度分布，該第二溫度分布基本上與第一溫度分布相同，拉制爐膛適於從具有預先優化的尖端形狀的預製件拉制光纖。較佳的是，預熔滴裝置包括一感應加熱器。最佳的是，預熔滴裝置和拉制裝置各包括一感應加熱器。
根據本發明的另一個實施例，一種用於製造光纖預製件的方法，該方法包括以下步驟用具有一第一溫度分布的感應加熱裝置對固化的光纖預製件進行加熱，以使粘塊在熱量和重力的作用下掉落；從預製件去除玻璃，直至形成一具有預先優化形狀的拉制尖端；以及將預製件送到拉制裝置的拉制爐膛。較佳的是，預先優化的形狀包括一尖端錐體，該尖端錐體具有約5至約12之間的尖端長度對半徑變化的比值，最好是約6至約9之間。本文所用的術語「預先優化」的尖端形狀是指已經預成形的尖端，以使其具有與在拉制裝置中拉制光纖時它將具有的錐度大致相同的錐體。上述比值代表本發明的預先優化的尖端錐體。
根據本發明的又一個實施例，提供一種用於製造光纖的方法，它包括以下步驟在多個預熔滴裝置內對多個固化的光纖預製件進行加熱，每個裝置包括一爐膛，該爐膛具有一第一溫度分布，以便在多個預製件的每一個上形成具有預先優化的形狀的預製件尖端；以及將多個預製件送到多個拉制裝置，每個拉制裝置包括一爐膛並從其中拉制光纖，多個拉制爐膛各具有一基本上與第一溫度分布相同的第二溫度分布。因此，通過少量的熔滴裝置可以將預先優化的預製件供應給大量拉制裝置。
由上可知，應當清楚的是，通過適當地使用預熔滴的預製件，也就是說，具有預先優化的拉制尖端形狀的預製件，可以將玻璃纖維拉制裝置的停機時間有利地使每次更換預製件減少耗費60分鐘。尤其是，由於拉制塔的高溫拉制爐膛需要熔化較少的石英玻璃塊，這會導致加熱時間縮短。此外，初始熔化和光纖拉制之間的過渡階段所耗費的時間顯著減少。因而，拉制塔運行和生產具有產品級質量的光纖的時間更多。這在一分離的預熔滴裝置中離線優化拉制尖端時尤其如此。另外，不必移動預製件深入拉制爐膛(由於通常的低進給速率而節約時間)。此外，減少了在拉制塔處用於剝離質量不好的光纖的剝離時間。因而，應當認識到，離線預熔滴代表顯著節約時間。


圖1示出了本發明的用於預製件的預熔滴處理的裝置的一個實施例的側視圖；圖2示出了固化的預製件在預熔滴之前的示意形狀的側視圖；圖3是預製件的沒有預熔滴的前端和預熔滴的前端的示意圖；圖4示出了本發明的預熔滴爐膛的局部側剖視圖；圖5示出了本發明的方法步驟的流程圖；圖6示出了拉制裝置在拉制時的局部側剖視圖；圖7示出了將預先優化的預製件供應給多個拉制裝置的多個預熔滴裝置的示意圖。
如圖4最佳地所示，預熔滴加熱爐膛24具有一圓筒形加熱腔室28、包圍加熱腔室的絕熱體30，以及一包圍腔室和預製件22並提供用於加熱預製件22的前端32的熱區60的感應線圈62。設置感應線圈、腔室的尺寸和形狀以及絕熱體，以使預熔滴爐膛24靠近尖端的溫度分布基本上與拉制爐膛42(圖6)的溫度分布相同。實際上，這可以通過使爐膛的內部構件相同並調整用於任何細微差異的溫度控制得以實現。
如圖1和圖5最佳地所示，通過懸吊升降設備或軌道34以使預製件22大致橫向就位，以便如步驟35中所示的那樣提供固化的預製件22。預製件22可以直接來自於固化過程或中間保持爐膛。預製件22最好容納在一載運箱36內，該載運箱包圍預製件，以保護其在運送到預熔滴裝置20期間免受汙染和碰撞。一名操作人員52使預製件22脫離軌道34，並且將預製件安裝到從一機動化向下進給裝置44延伸的手柄38。向下進給裝置44最好安裝到一可以垂直移動的滑座46或其它可移動結構。向下進給裝置44從滑座46的下端向下延伸，滑座可以沿軌道48垂直滑動，以使預製件隨指令升高和降低。
通過一安裝到框架54的驅動電動機50來控制預製件22和滑座46相對於裝置框架54的總體垂直運動。一旦由操作人員52或53起動，電動機50開始旋轉一與軌道48平行的導引螺杆56。導引螺杆56與安裝在滑座46中的螺紋部分(圖中未示出)協作。導引螺杆56的旋轉導致滑座46的垂直位置發生運動，藉此使滑座沿軌道48移動，並因而改變預製件22的垂直位置。在裝配預製件22時，滑座46位於虛線所示的位置，並用「A」標註。一旦預製件22適合裝載在手柄38上，卸下載運箱36並將其放在旁邊，然後使預製件22降低進入預熔滴爐膛24的入口29(圖4)，以將預製件22送入預熔滴爐膛24，如步驟37所示(圖5)。這可以通過旋轉導引螺杆56以使滑座46沿滑動軌道48向下滑動得以實現。
玻璃預製件22向下移動，直到尖端32的最下方部分大致位於爐膛24的熱區60內(圖4)。圖1所示的下方的預製件22被圖示成降低進入爐膛24的腔室28。在僅通過熱量和重力的作用使尖端32軟化到玻璃的小粘塊27自預製件22滴下的程度之前，允許預製件22停留於該位置。粘塊通過出口31滴落並進入廢料。預製件22在爐膛24內的大致位置通過鏡子確定。
一旦一小粘塊滴落，向下進給裝置44驅動預製件22更深地進入熱區60，以使整個尖端32(圖2)直接位於爐膛24的熱區60中。隨著預製件22被繼續加熱，一第二個更大的粘塊在熱量和重力的影響下滴落。操作人員53用剪刀或其它類似工具拉動更大的粘塊，並繼續從預製件22剝離具有晶粒或其它缺陷的廢料玻璃，並且在其滴落和固化時適當地計算並丟棄廢料玻璃。在圖5的標註為39的步驟中實現這些粘塊去除步驟。然而，應當理解的是，根據初始條件和操作人員提供的剝離率，可能會有一個或多個粘塊滴落。在去除了預定數量的玻璃、以使操作人員53確信預製件中出現具有產品級質量的玻璃、可以從該預製件拉制具有可接受的產品質量的光纖以後，停止該過程並從預熔滴爐膛24中移走預製件22。
在預熔滴過程中，爐膛的熱區保持約1800℃和2000℃之間的溫度，最好是在1900℃和1950℃之間。一旦尖端的末端暴露於熱區，通常會在約25分鐘內滴落一小粘塊27。整個預熔滴過程(包括剝離)耗費約45-50分鐘。
在完成預熔滴過程之後，最好將預製件22放回在保護箱36中。然後根據圖5的步驟41將預製件22送到一從其中拉制光纖的拉制塔40(圖6)。最好通過一懸吊起重機或單軌系統傳送預製件22。將預製件22移出載運箱36，使其與拉制爐膛手柄158相連，並且降低進入拉制爐膛42。驅動具有優化的拉制尖端32的預製件22進入燃燒室128的熱區160，該燃燒室保持基本上與預熔滴爐膛24的溫度分布相同的溫度分布。包圍預製件22的感應線圈162導致熱量進入感受體64，以提供約1800℃-2200℃的熱區60。在步驟43(圖5)中，通過一牽引機或其它張力提供裝置來提供足夠的張力，以從預製件22拉制光纖65。光纖65最好具有約0.125微米的直徑。如同傳統方式那樣，然後可以冷卻、塗覆光纖65並將其卷繞在筒管上。
根據本發明的另一個實施例，如圖7最佳地所示，可以採用多個預熔滴裝置220、320以將具有預先優化形狀的尖端的預製件供應到多個拉制裝置240、340、440、540。由於預熔滴步驟所耗費的時間通常少於從預製件拉制光纖的時間，因此預熔滴裝置的數量少於拉制裝置的數量。根據該方法，在多個預熔滴裝置220、320內對多個固化的光纖預製件進行加熱。每個裝置220、320包括一圖4所示的感應爐膛，該感應爐膛具有一第一溫度分布，以便在多個預製件的每一個上形成具有預先優化形狀的預製件尖端。類似地，多個拉制裝置240-540中的每一個包括一上文所述的感應爐膛。
通過任何一條圖示路徑(a-h)將具有預先優化尖端的預製件運送到多個拉制裝置240-540。因而，應當認識到的是，任何預熔滴裝置可以供應任何拉制裝置。根據本發明，多個拉制爐膛240-540各具有一第二溫度分布，該第二溫度分布基本上與第一溫度分布相同。因而，可以使用少量預熔滴裝置將預先優化的預製件供應到大量拉制裝置。應當認識到的是，儘管圖示了兩個預熔滴裝置和四個拉制裝置，但可以根據生產需要的規定採用更少或更多的拉制裝置。此外，可以使用更多的預熔滴裝置。
本技術領域的普通技術人員應當清楚的是，在不背離本發明的範圍的情況下，可以對本發明作出多種修改和變型。因而，本發明應當覆蓋在所附的權利要求書及其等價物的範圍內提供的修改和變型。
權利要求
1.一種用於製造光纖的系統，它包括(a)一預熔滴裝置，所述預熔滴裝置包含一具有第一溫度分布的爐膛，所述預熔滴裝置適於在光纖預製件上提供預先優化的尖端形狀，以及(b)一拉制爐膛，所述拉制爐膛具有一第二溫度分布，該第二溫度分布基本上與第一溫度分布相同，所述拉制爐膛適於從具有預先優化的尖端形狀的預製件拉制光纖。
2.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述預熔滴加熱爐膛包括一感應加熱器。
3.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述預熔滴加熱爐膛和一用於從預製件拉制光纖的拉制裝置各包括一感應加熱器。
4.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述預熔滴爐膛包括一約1800℃至2000℃之間的溫度。
5.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述預熔滴爐膛包括一約1900℃至1950℃之間的溫度。
6.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述預先優化的尖端形狀包括一尖端錐體，該尖端錐體在整個尖端長度中具有約5至約12之間的尖端長度對半徑變化的比值。
7.如權利要求1所述的系統，其特徵在於，所述預先優化的尖端形狀包括一尖端錐體，該尖端錐體在整個尖端長度中具有約6至約9之間的尖端長度對半徑變化的比值。
8.一種用於製造光纖預製件的系統，它包括一預熔滴爐膛，所述預熔滴爐膛適於加熱光纖預製件並導致將玻璃去除，所述預熔滴爐膛具有一溫度分布，該溫度分布基本上與使用在隨後過程中從預製件拉制光纖的拉制爐膛的溫度分布相同。
9.一種用於製造光纖預製件的系統，它包括一預熔滴爐膛，所述預熔滴爐膛適於加熱光纖預製件，並導致將玻璃去除，以便在預製件上形成一預先優化的拉制尖端，所述預熔滴爐膛具有一溫度分布，該溫度分布基本上與從預製件拉制光纖的一單獨的拉制爐膛的溫度分布相同。
10.一種用於製造光纖預製件的方法，它包括以下步驟(a)用具有一第一溫度分布的感應加熱裝置對固化的光纖預製件進行加熱，以使一粘塊在熱量和重力的作用下掉落，(b)從預製件去除另外的玻璃，直至形成一具有預先優化的尖端形狀的拉制尖端，以及(c)將預製件送到拉制裝置的拉制爐膛。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括將預製件暴露在拉制爐膛內的第二溫度分布，該第二溫度分布基本上與第一分布相同。
12.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，通過至少一個包圍預製件的感應加熱器來完成加熱步驟。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，預先優化的形狀包括一尖端錐體，該尖端錐體沿尖端長度具有約5至約12之間的尖端長度對半徑變化的比值。
14.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，預先優化的形狀包括一尖端錐體，該尖端錐體沿尖端長度具有約6至約9之間的尖端長度對半徑變化的比值。
15.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，感應加熱裝置包括約1800℃至2000℃之間的一溫度。
16.如權利要求10所述的系統，其特徵在於，感應加熱裝置包括約1900℃至1950℃之間的一溫度。
17.一種製造光纖預製件的方法，它包括以下步驟在從拉制爐膛中的預製件拉制光纖之前， 在一與拉制爐膛相分離的預熔滴加熱爐膛中對預製件的尖端進行加熱，以便在預製件上形成一預先優化的拉制尖端，以及使預熔滴爐膛的溫度分布基本上與拉制爐膛的溫度分布相同。
18.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，預先優化的拉制尖端包括一尖端錐體，該尖端錐體沿尖端長度具有約5至約12之間的尖端長度對半徑變化的比值。
19.如權利要求17所述的方法，其特徵在於，預先優化的形狀包括一尖端錐體，該尖端錐體沿尖端長度具有約6至約9之間的尖端長度對半徑變化的比值。
20.一種用於製造光纖的方法，它包括以下步驟在一預熔滴裝置內對一固化的光纖預製件進行加熱，該預熔滴裝置包括一感應爐膛，該感應爐膛具有一第一溫度分布，以形成預先優化形狀的預製件尖端，以及將預製件送到一拉制裝置，該拉制裝置包括一感應爐膛並從其中拉制光纖，該拉制爐膛具有一基本上與第一溫度分布相同的第二溫度分布。
21.一種用於製造光纖的方法，它包括以下步驟在多個預熔滴裝置內對多個固化的光纖預製件進行加熱，每個預熔滴裝置包括一感應爐膛，該感應爐膛具有一第一溫度分布，以便在多個預製件的每一個上形成預先優化形狀的預製件尖端，以及將多個預製件送到多個拉制裝置，每個拉制裝置包括一感應爐膛並從其中拉制光纖，多個拉制爐膛各具有一基本上與第一溫度分布相同的第二溫度分布。
22.如權利要求21所述的方法，其特徵在於，預熔滴裝置的數量比拉制裝置的數量少。
全文摘要
一種用於預熔滴光纖預製件以提供預先優化尖端錐體的方法和裝置，以及用於從其中拉制光纖的系統。通過提供具有預先優化尖端形狀的預製件，可以顯著縮短光纖拉制裝置的停機時間。通過加熱爐膛的感應加熱器提供在尖端已熔化掉的預先優化的尖端。預熔滴爐膛最好具有基本上與拉制爐膛的溫度分布相同的溫度分布。因此，由於優化了預製件的尖端並去除了不能使用的玻璃，因此較佳地增加了拉制裝置的生產率。此外，由於預製件暴露於與在拉制爐膛中形成拉制尖端所看到的相同的溫度分布，因此優化了預製件的尖端形狀。
文檔編號C03B37/012GK1457324SQ00819933
公開日2003年11月19日 申請日期2000年9月29日 優先權日2000年9月29日
發明者T·A·克拉夫特, K·J·科勒梅, T·L·沃特金斯 申請人:康寧股份有限公司