Sie können Glasfaser-Vorformlinge mit einem sehr einfachen System herstellen, im Wesentlichen einem Gasversorgungssystem in einem Raum mit einer MCVD-Drehmaschine. Oder Sie können Ihr System verbessern, indem Sie viele Zubehörteile hinzufügen, die die Faserfestigkeit und -ausbeute sowie die Reproduzierbarkeit Ihres Preform-Herstellungsprozesses verbessern.
Im Laufe der Jahre, in denen ich Spezialfasern entwickelte und herstellte - wo ich ein Gasversorgungssystem von SG Controls betrieb und wartete -, suchte ich aktiv nach verschiedenen zusätzlichen Steuergeräten, um unsere Prozess- und Faserqualität zu verbessern. In der Tat wurden einige Funktionen wie die automatische Ventilleckprüfung und die automatische Kalibrierung speziell auf meine Anfrage und auf meine Bedürfnisse hin entwickelt. In den folgenden Informationen werden kurz Zusatzfunktionen für MCVD-Systeme beschrieben, mit denen Sie hochwertige Spezialfaser-Vorformlinge herstellen können, die Ihren Entwurfszielen entsprechen.
Mehrkanal-Gastrockner und Taupunktmonitor
Ohne Gastrocknung können ernsthafte Probleme mit Wasserspitzen in Ihrer Faser und Korrosion der Förderleitung auftreten, die zur Kontamination von Chemikalien führen. Ich bin mit dem Mehrkanal-Gastrockner SG Controls vertraut, der Feuchtigkeit aus den Eingangsgasströmen entfernt. Dieser Gastrockner enthält auch einen Taupunktmonitor, mit dem Sie den Feuchtigkeitsgehalt in den Gasströmen verfolgen können. Der Mehrkanal-Gastrockner hat zwei Trocknungssäulen. Während eine Säule trocknet und Prozessgas an das System liefert, befindet sich die andere Säule im Standby-Modus. Abhängig davon, wie Sie das Gerät programmieren, können Sie Ihr MCVD-System anweisen, auf die Standby-Säule umzuschalten, bevor die verwendete Säule mit Feuchtigkeit gesättigt ist. Zur Sauerstoffzufuhr wird vor der Trocknungssäule eine "Crack" -Säule verwendet. Diese Crackkolonne zerlegt das H2O im O2-Strom in H2, H, O und O2, bevor es durch die Standardtrocknungssäule fließt.
Der Mehrkanal-Gastrockner und der Taupunktmonitor sind wichtige Merkmale, da sie vollständig automatisiert sind. Wenn Sie keinen automatischen Gastrockner installieren möchten, können Sie auch feste Trocknungssäulen mit austauschbaren Patronen erwerben, die in Ihrem Labor an einer Wand montiert werden können. Diese festen Trocknungssäulen müssen von einem Bediener manuell gewechselt und gespült werden. In diesem Fall besteht die Gefahr, dass während dieses Vorgangs Feuchtigkeit in das System gelangt. Außerdem liefert der Gastrockner in einem SG Controls MCVD trockenen Stickstoff an die Trockenbox, die alle Teflonblockventile und -schläuche umschließt, um das System trocken zu halten. Es liefert auch trockenes Gas zur Übertragung von Chemikalien, was ein kritisches Gerät ist.
Automatische Ventilleckprüfung
Die Ventile in Ihrem Gasversorgungssystem bestimmen, welche Chemikalien wann an das Abscheidungsrohr geliefert werden. Wenn die Ventile nicht dicht sind, erhalten Sie nicht den erwarteten Gasfluss oder können sich mit anderen Chemikalien vermischen. Es ist sehr wertvoll zu wissen, dass Sie vor der Herstellung Ihres Preforms ein dichtes System haben. Die manuelle Dichtheitsprüfung von etwa 100 Ventilen ist jedoch äußerst zeitaufwändig. Für das von mir betriebene MCVD-System würde es bis zu 2 Tage dauern, das gesamte System manuell auf Dichtheit zu testen und Lecks aufzuspüren. Beachten Sie, dass Ventile in geöffneter Position auf Dichtheit geprüft werden müssen (Gas wird dem System zugeführt), da immer noch Gas in die Atmosphäre austreten kann. Natürlich müssen sie auch in geschlossener Position getestet werden (es wird kein Gas an das System abgegeben).
Alternativ können Sie ein automatisches Dichtheitsprüfsystem als Zusatzoption erwerben. Dieses computergesteuerte Dichtheitsprüfsystem schaltet jedes Ventil im System in allen Kombinationen automatisch in die geöffnete und geschlossene Position. Diese zeitsparende Option setzt jedes Ventil mit Niederdrucksauerstoff unter Druck und sucht nach einem Zustand ohne Durchfluss in der Förderleitung. Dies erfolgt mit jedem Ventil im System - ohne Bediener - und das Computerprogramm dokumentiert alle Ergebnisse und liefert einen Bericht. Anhand des Berichts können Sie dann feststellen, welches Ventil undicht ist, und es schnell reparieren.
Dies ist eine zeitsparende Funktion: Anstatt 2 Tage für die manuelle Dichtheitsprüfung des Systems zu benötigen, dauerte die Durchführung des Tests 2 Stunden. Wenn Sie Leckventiltests manuell durchgeführt haben, kennen Sie ein Hauptproblem: Wenn mehr als ein Ventil undicht ist, ist es sehr schwierig festzustellen, welche Ventile das Problem verursachen. Diese automatische Dichtheitsprüfung bietet einen Bericht, der Sie auf die spezifischen Ventile hinweist, die beachtet werden müssen, damit Reparaturen schnell durchgeführt werden können.
Software-Schnittstelle für die automatische Kalibrierung
Ich habe festgestellt, dass die Kalibrierung ein entscheidender Faktor bei der Herstellung von Qualitätsvorformlingen ist, die die Entwurfsziele erfüllen. In diesem Artikel werde ich meine Kommentare zur Kalibrierung kurz halten. Ich empfehle Ihnen, einen meiner vorherigen Artikel zu lesen, in dem ich die Bedeutung der Kalibrierung Ihrer H2 / O2-Massendurchflussregler diskutiere und zahlreiche Tipps gebe. (Weiterlesen: "Kritische Designziele für die Herstellung von Glasfaser-Preforms.")
Auf meine Anfrage hin hat SG Controls ein automatisches Kalibrierungssystem entwickelt, um den Massenstrom, der durch jedes Gerät im Gasversorgungssystem fließt, mit einem Massenstromstandard zu vergleichen. Der Massendurchflussstandard befand sich auf einem Wagen, der neben der Gaszufuhranlage positioniert und mit dem MCVD verbunden war. Der durch die Steuervorrichtung fließende Gasstrom würde dann die Maschine verlassen und durch den Kalibrierungsstandard fließen. Ein Computerprogramm hat den zu testenden Massendurchflussregler automatisch durch 10 verschiedene Sollwerte geschaltet, die mit dem Massendurchflussregelungsstandard verglichen werden. Dies wurde für jeden Massendurchflussregler im System durchgeführt. Der von mir betriebene MCVD hatte 12 Massendurchflussregler. Die Massendurchflussregler wurden vom Computer automatisch in Übereinstimmung mit dem Standard geschaltet, und jeder wurde ohne Anwesenheit eines Bedieners getestet.
Diese Option war auch eine zeitsparende Funktion. Sie können den Kalibrierungswagen abends anschließen und nach Hause gehen. Am Morgen wird Ihnen ein Bericht für jeden Massendurchflussregler im Vergleich zum Standard angezeigt. Wenn einer nicht den Spezifikationen entspricht, haben Sie die Möglichkeit, den Massendurchflussregler zu korrigieren, auszutauschen oder einfach die Steuerungsrezeptsoftware automatisch die falschen Werte kompensieren zu lassen, die ein bestimmter Massendurchflussregler liefert.
Ein Hauptvorteil der Autokalibrierungssoftware besteht darin, dass Sie absolute Klarheit über den Betrieb Ihrer Massendurchflussregler haben. Wenn Sie Ihre Kalibrierungen nicht im Auge behalten - zum Beispiel nach 100 CC fragen und tatsächlich 110 CC erhalten -, verfolgen Sie ständig das Design. Ich habe mit erfahrenen Branchenfachleuten gesprochen, die erkennen, dass sie in diese Falle geraten sind. Anstatt das Rezept unter Kontrolle zu halten, würden sie Feedback vom Profiler oder der Glasfasermessung erhalten. Dieses Ergebnis würde in den MCVD zurückgeführt, um das Rezept zu „korrigieren“. Stattdessen sitzen Sie mit der Kalibrierung auf dem Fahrersitz und haben freie Sicht auf die Straße. Sie können bestimmen, wie Sie am besten effizient und effektiv vorankommen.
Es ist hilfreich darüber nachzudenken, was passieren kann, wenn Sie die Massendurchflussregler nicht kalibrieren. Wenn Sie die optischen Ergebnisse einfach in das MCVD-Systemrezept zurückführen, verfolgen Sie das Design. Dies kann eine Weile dauern, aber wenn ein Massendurchflussregler ausfällt und ersetzt werden muss, haben Sie keine Ahnung, wie der tatsächliche Durchfluss war. Die neue, kalibrierte Einheit, die Sie installieren, liefert den tatsächlichen Durchfluss. Leider müssen Sie neu beginnen und die Durchflusssollwerte neu festlegen, um die Spezifikationen zu erfüllen. Das Verfolgen der Drift des Massendurchflussreglers kann sehr zeitaufwändig sein. Auf der anderen Seite liefert ein automatisches Kalibrierungssystem die tatsächlichen Durchflusskurven aller System-Massendurchflussregler, um sicherzustellen, dass Ihre MCVD-Rezepte reproduzierbare Ergebnisse liefern.
Atmosphärendruckkompensation
Wenn Sie darüber nachdenken, wirkt sich der atmosphärische Druck auf Ihr Gasversorgungssystem aus. Wenn Sie Sauerstoff durch die Chemikalien sprudeln, wirkt sich der atmosphärische Druck über der Flüssigkeit auf die Geschwindigkeit aus, mit der Sie die Chemikalie verdampfen können. Ein niedrigerer atmosphärischer Druck erhöht die Verdampfungsrate Ihrer Chemikalie. Wenn Sie einen Bubbler mit konstanter Temperatur und eine sehr gute Kontrolle über Ihren Verdampfungsprozess haben - aber wenn der atmosphärische Druck abfällt -, können Sie theoretisch bei gleichen Strömungen und Temperaturen einen höheren Dampfgehalt erzielen. Dies kann sich auf Ihre Preform-Ergebnisse auswirken. Es stehen Funktionen zur Verfügung, um Änderungen des atmosphärischen Drucks in MCVD-Systemen auszugleichen.
Drehgehäuse
Einige Preform-Hersteller installieren ihre MCVD-Geräte in einem Reinraum der Klasse 10,000. Es ist jedoch möglich, Vorformlinge mit einem sehr einfachen System herzustellen: einem Dreh- und Gasversorgungssystem in einem offenen Labor. Wenn Sie sich dafür entscheiden und einen höheren Reinheitsgrad wünschen, können Sie ein Drehgehäuse hinzufügen (das Drehmaschinengehäuse ist in einem Glasgehäuse mit Schiebetüren untergebracht). In diesem Gehäuse fügen Sie normalerweise HEPA-Filter hinzu, um die einströmende Luft bis zur Sauberkeit der Klasse 10,000 oder besser zu filtern. Das Gehäuse erzeugt einen Überdruck relativ zum Außenraum. Diese Kombination - Überdruck mit sauberer Luft - verhindert, dass Partikel in die saubere Umgebung gelangen, mit dem Vorformling verschmelzen und Schwachstellen in der gezogenen Faser verursachen.
Darüber hinaus ist ein Drehgehäuse ein Sicherheitsmerkmal, da es den Bediener vor Flammen und beweglichen Bauteilen schützt. Wenn Sie es sich nicht leisten können, einen Reinraum der Klasse 10,000 zu installieren, können Sie in Ihrer Laborumgebung ein Drehgehäuse hinzufügen. Diese kleine Investition kann einen ROI in Bezug auf höhere Preform-Renditen bieten.
Zusätzliche isotherme Sprudlerheizung
Dieser Tauchsieder fügt der Bubbler-Chemikalie Wärme hinzu, um die Abkühlung aufgrund des Bubbling-Effekts auszugleichen. Dies ist eine großartige Funktion, die Sie Ihrem MCVD hinzufügen können, da sie die chemische Temperatur des Bubblers in weniger als 5 Minuten wieder stabilisiert. Wenn Sie meine vorherigen Artikel gelesen haben, werden Sie wissen, dass ich den Bubbler als äußerst kritisches Gerät bei der Herstellung von Glasfaser-Vorformlingen betrachte. Tatsächlich bevorzuge ich einen Glas-Bubbler, da Sie so Chemikalien anzeigen, den richtigen Füllstand bestätigen und einen gleichmäßigen Blasenstrom bestätigen können. Im Laufe der Jahre habe ich festgestellt, dass die chemische Sichtbarkeit ein echter Vorteil ist. (Lesen Sie mehr über isotherme Bubbler-Heizungen: “Vergleich der beiden Arten von MCVD-Gasversorgungssystemen zur Herstellung optischer Vorformlinge: Edelstahl und Teflon / Glas. ”)
Scan-Pyrometer
SG Controls bietet ein Abtastpyrometer an, das sich bewegt, um auf die heißeste Stelle auf dem Abscheidungsrohr zu zeigen. Vorbestimmte Pyrometer-Zielpositionen gegenüber der Geschwindigkeit werden entwickelt und in der Programmierung verwendet. Ohne diese Option wird das Pyrometerziel auf eine Geschwindigkeit eingestellt. Wenn sich die Brennergeschwindigkeit erhöht, kann die heiße Zone hinter dem Pyrometer zurückbleiben, was zu einer kälteren als der tatsächlichen Temperatur führt, die in die Steuerung eingegeben wird. Ihr Temperaturregler gleicht dies aus und bringt die tatsächliche Temperatur höher als den programmierten Wert. Ohne dieses wichtige Gerät können Sie die Temperatur überkompensieren, was die Effizienz Ihrer Ablagerungen verringern und möglicherweise ein vorzeitiges Schrumpfen des Rohrs verursachen kann. (Lesen Sie mehr über dieses Scan-Pyrometer, einschließlich eines Tipps zu Handpyrometern: „Kritische Entwurfsziele für die Herstellung von Glasfaser-Vorformlingen"
Durchmesserkontrolle
Um ein Schrumpfen des Rohrs zu verhindern, müssen Sie den Durchmesser des Rohrs mit einer gleichmäßigen Schichtdicke für jeden Durchgang sorgfältig kontrollieren. Wenn Ihr Vorformling schrumpft, nimmt die Wandstärke zu, wodurch die interne Abscheidungstemperatur abkühlt. Dies ändert die Schichtdicke, die Sie pro Durchgang erreichen, und den Brechungsindex dieser Schicht. Angenommen, Sie haben das Rezept so programmiert, dass 20 Schichten mit einer Dicke von X erhalten werden. Wenn jede Schicht immer dünner wird, entspricht der resultierende Vorformling nicht Ihren Spezifikationen. Mit der Durchmessersteuerungsoption von SG Controls können Sie den Durchmesser des Ablagerungsrohrs von Lauf zu Lauf und innerhalb eines Laufs besser steuern. (Lesen Sie mehr über die Durchmesserkontrolle: “Kritische Entwurfsziele für die Herstellung von Glasfaser-Vorformlingen").
Langbettdrehmaschine mit motorisiertem Reitstock
Mit dieser Zusatzfunktion können Sie Preforms auf einen kleineren Durchmesser dehnen. Sie können die Drehmaschine, den Feuerwehrwagen und den motorisierten Reitstock so programmieren, dass sie mit einer bestimmten Geschwindigkeit laufen, um einen bestimmten Durchmesser des Vorformlings zu erhalten. (Das Programm berechnet dies automatisch.) Dies ist ein sehr hilfreicher Ansatz, um die Preform-Ausbeuten zu erhöhen. Tatsächlich können Sie in Ihrem Vorformling einen Kern herstellen, der größer als gewünscht ist, ihn auf einen kleineren Durchmesser dehnen und dann mit Quarzrohren übermanteln, um das gewünschte Verhältnis von Kern zu Mantel für Ihr Faserdesign zu erzielen. Dieser Prozess kann deutlich mehr Faser ergeben. Tatsächlich wird dies ein beliebter Ansatz zur Herstellung von Telekommunikationsfasern. Die Kernstangen werden mit einem sehr großen Durchmesser hergestellt, dann in lange Längen gedehnt und in kurze Abschnitte geschnitten. Als nächstes wird jeder Abschnitt übermantelt, um viele Vorformlinge aus einem Kern herauszuholen. Dies ist eine kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Preforms. Diese Zusatzfunktion kann sich natürlich direkt auf Ihre Faserausbeuten auswirken.
Eine kleine, verwandte Option sind Doppelbackenfutter. In der Regel werden Drehmaschinen mit einem Satz Backen geliefert, um das Rohr zu greifen. Wenn das Ablagerungsrohr nicht perfekt kreisförmig ist, können Bewegungen in den Backen auftreten. Der zusätzliche Satz Backen bietet einen weiteren Satz Kontaktpunkte, sodass das Abscheidungsrohr stabil gehalten wird. Die Doppelbackenfutter können auch zum Übermanteln verwendet werden: Ein Satz Backen hält den Vorformling, während der zweite Satz das Überklapprohr hält.
Vertikale Dehnung über Jackendrehmaschine
Wie oben diskutiert, kann eine horizontale Drehmaschine mit verlängertem Bett zum Strecken oder Überziehen verwendet werden. Alternativ bieten Unternehmen wie SG Controls eine vertikale Dehnungs- und Übermanteldrehmaschine an. Es gibt 2 Vorteile:
- Die vertikale Drehmaschine beseitigt das Problem der Schwerkraft, das beim Erhitzen zum Durchhängen der Rohre führt. Dies ist bei einer horizontalen Drehmaschine nur allzu häufig der Fall.
- Vertikale Streckdrehmaschinen sind normalerweise viel länger und Sie können längere Vorformlinge verarbeiten.
Schaltkasten für manuelle Drehmaschine
Eine der vielen Zusatzoptionen, die SG Controls bietet, ist eine manuelle Drehmaschinen-Steuerbox für die Einrichtung. Wenn Sie Ablagerungsrohre, Kollabierrohre oder Vorformlinge in die Drehmaschine laden - und Glas glätten und verschmelzen -, können Sie die Brennerflamme und -position unabhängig vom automatischen System steuern. Mit dieser Funktion können Sie den Brennerfeuerwagen auf der Drehmaschine auf und ab bewegen, während Sie vor der Drehmaschine sitzen. Die Steuerbox für manuelle Drehmaschinen verfügt außerdem über Steuerpotentiometer für die H2 / O2-Ströme zum Brenner. Auf diese Weise können Sie die Brennertemperatur während des Setups manuell steuern.
Darüber hinaus können Sie mit dem Fußschalter für Pilot / Hauptbrenner beide Hände frei haben, um sich auf das Richten und Verschmelzen des Vorformlings mit Graphitpaddeln zu konzentrieren. Zum Ein- und Ausschalten des Brenners drücken Sie lediglich das Fußpedal. Das Fußpedal verfügt über eine Sanftanlauffunktion, mit der der Massendurchflussregler langsam hochgefahren werden kann. Wenn Sie ohne diese Funktion das Pedal betätigen und ein Wasserstoffventil öffnen, damit der Massendurchflussregler den Durchfluss zum Brenner leiten kann, entsteht ein großer Wasserstoffstoß. Dies sind sehr schöne, benutzerfreundliche Funktionen für den MCVD-Bediener.
Chemisches Nachfüllsystem: SiCl4, GeCl4, POCl3 und Ersatz
Wie ich bereits in früheren Artikeln erwähnt habe, verdampfen die Gase, wenn Sie Vorformlinge und Blasengase durch die chemischen Reagenzien herstellen, und der chemische Gehalt im Bubbler sinkt. Bestimmte Komponenten im MCVD-System helfen, diesen chemischen Abfall auszugleichen. Irgendwann muss der Bubbler jedoch gefüllt werden, um eine reproduzierbare Dampferzeugung aufrechtzuerhalten. Das halbautomatische chemische Nachfüllsystem entfernt den Bediener von den wichtigsten Teilen des Prozesses. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit von Fehlern und das Einbringen von Feuchtigkeit in das System erheblich.
Typischerweise sind automatische chemische Nachfüllsysteme eigenständige Schränke, die an das Gasversorgungssystem angeschlossen und an jeden Bubbler angeschlossen werden. (Diese Systeme können aus Edelstahl oder Teflon / Glas bestehen.) Steuerventile befinden sich in einer Linie mit den Rohrleitungen, um zum richtigen Zeitpunkt ein- und ausgeschaltet zu werden. Der Chemikalien-Nachfüllschrank beherbergt auch die von Chemielieferanten gekauften Großbehälter. Um ein chemisches Nachfüllsystem zu starten, wird die Förderleitung bis zum Entlüften unter Umgehung des Bubblers mit einem trockenen Gas durch das Gasfördersystem gespült. Sobald der Vorgang abgeschlossen ist, wird das chemische Massenbehälter unter Druck gesetzt und die Chemikalie in den MCVD-Bubbler gedrückt, bis das richtige Niveau erreicht ist. Als nächstes wird die verbleibende Chemikalie für eine programmierte Zeitdauer mit trockenem Gas aus der Nachfüllleitung gespült, wodurch der Nachfüllvorgang abgeschlossen ist.
Abschließende Gedanken
Wie oben erwähnt, habe ich mit SG Controls zusammengearbeitet, um viele dieser Zusatzfunktionen zu entwickeln, die ich als unglaublich nützlich empfand. Wenn Sie Fragen zu einer dieser Funktionen haben, empfehlen wir Ihnen, mich anzurufen. Wir können verschiedene Optionen prüfen, die die Faserfestigkeit und -ausbeute Ihres Unternehmens sowie die Reproduzierbarkeit Ihres Preform-Herstellungsprozesses verbessern.
Möglicherweise haben Sie einen besonderen Bedarf. Ich kann Ihnen einen Einblick geben, ob eine vorhandene Funktion zum Kauf verfügbar ist, die Ihren Anforderungen entspricht. Alternativ kann ich Sie durch den Prozess führen, um eine hochspezifische Funktion für Ihr System zu entwickeln. Es ist hilfreich zu wissen, dass es großartig war, mit SG Controls zusammenzuarbeiten, wenn es darum geht, einzigartige Add-Ons für einen bestimmten Bedarf zu erstellen. Stellen Sie sich die Optionen in diesem Artikel als Beispiele für die Funktionen von SG Controls vor und nicht als vollständige Liste.
Egal, ob Sie derzeit über ein MCVD-Gasversorgungssystem verfügen oder eines kaufen möchten, ich bin hier, um Ihnen bei der Identifizierung und Installation der benötigten Geräte zu helfen. In einem früheren Artikel habe ich festgestellt, dass ich mich aufgrund der umfangreichen Zeit, die für die Fehlerbehebung zur Optimierung des Designs und zur Erzielung der gewünschten optischen Eigenschaften im Herstellungsprozess aufgewendet wurde, als „technischer Problemlöser“ betrachte. Ich bin nicht nur ein technischer Problemlöser, sondern auch ein Anwalt für FOC-Kunden. Ich bin hier, um Ihnen zu helfen, das genaue System oder die Zusatzfunktion zu erhalten, die Ihre Fertigungsziele für Preforms unterstützt.
