Schmelzeinrichtung zur Herstellung von blasen- und verunreinigungsfreiem Quarzglas Zum Schmelzen von Bergkristall zu Quarz-Klar- glasrohren sind verschiedene Schmelzeinrichtungen bekannt, die aber alle aus einem Schmelzgefäss, einem am Boden angebrachten Ziehring und einem in der Mitte befindlichen Ziehdorn bestehen. Die für den Schmelzvorgang erforderliche Wärme wird dem Tiegel bzw. der Tiegelwandung elektrisch, entweder durch Widerstands- oder Induktionsheizung zuge führt.
Bei dieser Wärmezuführung von der Aussen wand des Tiegels, bilden sich an der Innenwand des Tiegels, infolge der schlechten Wärmeleitfähigkeit des Quarzes, örtliche überhitzungen, die an diesen Stellen den geschmolzenen Quarz sehr leicht zum Verdampfen bringen. Der Schmelzpunkt bzw. die Temperatur, die erforderlich ist, um den geschmolze nen Quarz in Viskosität zu bringen, damit der Quarz sich überhaupt ziehen lässt, liegt sehr nahe an dem Punkt, an welchem der geschmolzene Quarz bereits anfängt zu verdampfen. Diese bei leichter Überhit zung des Tiegels entstehenden Quarzdämpfe steigen als weisser Rauch im Ofen nach oben und setzen sich an den kälteren Ofenteilen als eine weisse, schwamm artige Masse fest.
Besonders leicht setzen sich diese Quarzdämpfe am oberen Teil des Ziehdornes fest, der an dieser Stelle in einer Fassung gehalten wird und durch die damit bedingte Wärmeableitung kälter ist als in und in der Nähe der Schmelze selbst.
Durch die periodisch oder beim kontinuierlichen Schmelzen und Ziehen erforderliche Zugabe von Quarzstücken oder gebrochenem Quarz, wird der an gesetzte schwammartige Quarzdampf zum Teil ab- und damit in die Schmelze hineingerissen. Dieser kondensierte, schwammartige Quarzdampf löst sich in der Schmelze nicht mehr auf und verursacht grosse Verunreinigungen, die zum Teil Schlieren und zum Teil Blasen im Quarzglas bilden. Dies ergibt eine ganz erhebliche Qualitätsverschlechterung der gezo genen Rohre, somit Ausschuss und eine erhebliche Verteuerung.
Bisher war es nicht möglich, diesem allgemein beobachteten übelstand wirksam zu begegnen.
Nach der vorliegenden Erfindung soll dieser Mangel gänzlich behoben werden.
Zur grösstmöglichen Vermeidung des Entstehens von Quarzdämpfen ist es erforderlich, dass das zu schmelzende Quarz nicht nur von der Tiegelwandung aus, sondern auch vom Innern der Schmelze bzw. des Tiegels aus erhitzt und zum Schmelzen gebracht wird. Dies ist umso mehr erforderlich, je grösser das Schmelzgefäss ist, da ja Quarz ein sehr schlechter Wärmeleiter ist und eine bestimmte Zeit erforderlich ist, bis die von der Tiegelwand zugeführte Wärme nach dem Innern des Tiegels bis zum Ziehdorn wei ter geleitet wird und dann den Ziehdorn noch mit er wärmen soll.
Um nun diesen Umstand zu vermeiden und zu erreichen, dass die Schmelze gleichzeitig von aussen und von innen aufgeheizt werden kann, wird erfin- dungsgemäss eine Schmelzeinrichtung verwendet, die sich dadurch auszeichnet, dass der Ziehdorn als zu sätzlicher Heizkörper verwendet, in der Mitte zum Zwecke der Strom-Zu und -Abführung geteilt und teilweise je nach der erwünschten Heizlänge als Rohr geformt ist, und dass die untere ringförmige Strom brücke den eigentlichen Ziehdorn bildet, dass ferner das Schutz- oder Spülgas über die Dornfassung dem Ziehdorn so zugeleitet wird,
dass es durch die Schlitze oder Löcher im Ziehdorn über der Schmelze austreten kann und entstandene Quarzdämpfe mit nach oben abführt.
In beiliegender Zeichnung ist in den Abb. 1 und 2 ein Beispiel der Schmelzeinrichtung dargestellt. Der rohrförmige Ziehdorn ist auf die gewünschte Länge L, auf die er geheizt werden soll, als Rohr ge formt und von oben bis zu einem unteren ringbilden- den Teil a geschlitzt. Die Halterung bzw.
Aussparung c ist, wie aus Abb. 2 ersichtlich, schwalbenschwanz- förmig ausgeführt, wodurch ein leichtes und schnelles Auswechseln ermöglicht wird und ein guter Strom übertrag gesichert ist. Der Ziehdornhalter g selbst ist geteilt, wobei die Teile durch eine dazwischengelegte Isolierschicht d verbunden sind, wodurch der Strom über die Einspannung b zu dem Ziehdorn und über die ringförmige Ausbildung am unteren Teil des Ziehdornes, nach der anderen Einspannung e abge führt wird.
Die Höhe a der ringförmigen Ausbildung richtet sich nach dem Querschnitt des Ziehdornes. Die Länge L der rohrförmigen Ausbildung des Zieh- dornes, die in dieser Länge zum Glühen kommt, kann beliebig gross gehalten werden; in jedem Fall so lang, als wie es erforderlich ist, die Schmelze in ganzer Höhe von innen heraus zu erhitzen, wodurch der Schmelze eine beträchtliche Wärmemenge zugeführt wird.
Ganz abgesehen von der Wirtschaftlichkeit die ser Art der Wärmezuführung, da überhaupt keine Strahlungsverluste entstehen können, bringt dies noch den Vorteil mit sich, dass sich an dem sehr heissen Ziehdorn keine Quarzdämpfe ansetzen und daran kondensieren können.
Um weiterhin doch noch auf der Oberfläche der Schmelze sich bildende Quarzdämpfe zu entfernen bzw. zu verhindern, dass diese sich am oberen Ofen teil kondensieren, von wo sie auf die Schmelze zu rückfallen können, wird das Schutz- oder Spülgas von aussen durch eine Zuführung über den Zieh dornhalter g dem Ziehdorn zugeführt und tritt sowohl beidseitig des: Ziehdornes durch Schlitze in diesen über der Schmelze in den Ofen nach oben abziehend aus.
Es wird dabei erreicht, dass ganz unabhängig von der Höhe der Schmelze im Tiegel das einströ mende Gas immer über der Schmelze ein und nach oben strömt und dabei eventuelle Quarzdämpfe mit nimmt und diese nach oben führt, wobei sie sich dort an geeigneten Kühlblechen niederschlagen und von Zeit zu Zeit entfernt werden können. Diese ganze Ausführung und Anordnung hat sich bei den Versu chen bereits bestens bewährt.
Die Qualität der auf diese Art hergestellten Quarzrohre wurde ganz erheblich verbessert und der bisher dadurch entstandene Ausschuss vollständig vermieden.
Melting device for the production of bubble-free and contamination-free quartz glass Various melting devices are known for melting rock crystal into quartz-clear glass tubes, but they all consist of a melting vessel, a drawing ring attached to the bottom and a drawing mandrel in the middle. The heat required for the melting process is electrically supplied to the crucible or the crucible wall, either by resistance or induction heating.
With this supply of heat from the outer wall of the crucible, local overheating forms on the inner wall of the crucible due to the poor thermal conductivity of the quartz, which very easily cause the molten quartz to evaporate at these points. The melting point or the temperature that is required to bring the molten quartz into viscosity so that the quartz can be drawn at all is very close to the point at which the molten quartz already begins to evaporate. These quartz vapors, which arise when the crucible is slightly overheated, rise as white smoke in the furnace and settle on the colder parts of the furnace as a white, sponge-like mass.
These quartz vapors settle particularly easily on the upper part of the mandrel, which is held in a holder at this point and, due to the resulting heat dissipation, is colder than in and near the melt itself.
The addition of pieces of quartz or broken quartz, which is required periodically or during continuous melting and drawing, means that the spongy quartz vapor that is set is partially removed and thus torn into the melt. This condensed, spongy quartz vapor no longer dissolves in the melt and causes large amounts of impurities, some of which form streaks and some of which form bubbles in the quartz glass. This results in a very significant deterioration in the quality of the drawn pipes, thus rejects and a considerable increase in price.
So far it has not been possible to effectively counter this commonly observed malady.
According to the present invention, this deficiency should be completely eliminated.
In order to avoid the formation of quartz vapors as much as possible, the quartz to be melted is not only heated from the crucible wall, but also from the inside of the melt or the crucible and is brought to melt. The larger the melting vessel, the more necessary this is, since quartz is a very poor conductor of heat and a certain amount of time is required before the heat supplied by the crucible wall is passed inside the crucible to the mandrel and then the mandrel nor with he should warm.
In order to avoid this circumstance and to achieve that the melt can be heated from the outside and the inside at the same time, a melting device is used according to the invention, which is characterized in that the drawing mandrel is used as an additional heating element, in the middle for the purpose the current supply and discharge is divided and partly shaped as a tube depending on the desired heating length, and that the lower annular flow bridge forms the actual drawing mandrel, that furthermore the protective or purging gas is fed to the drawing mandrel via the mandrel socket,
that it can escape through the slots or holes in the mandrel above the melt and that the resulting quartz vapors are carried upwards with it.
In the accompanying drawing, FIGS. 1 and 2 show an example of the melting device. The tubular drawing mandrel is formed as a tube to the desired length L, to which it is to be heated, and slotted from above to a lower ring-forming part a. The bracket or
As can be seen from Fig. 2, recess c is designed in the shape of a dovetail, which enables quick and easy replacement and ensures good power transmission. The mandrel holder g itself is divided, the parts being connected by an interposed insulating layer d, whereby the current over the clamping b to the drawing mandrel and over the annular formation on the lower part of the drawing mandrel, after the other clamping e leads down.
The height a of the annular design depends on the cross section of the mandrel. The length L of the tubular design of the drawing mandrel, which comes to glow in this length, can be kept as large as desired; in any case as long as it is necessary to heat the melt from the inside out to the full height, whereby a considerable amount of heat is supplied to the melt.
Quite apart from the economic efficiency of this type of heat supply, since no radiation losses can occur at all, this has the advantage that no quartz vapors can accumulate and condense on the very hot drawing mandrel.
In order to continue to remove quartz vapors that are still forming on the surface of the melt or to prevent them from condensing on the upper part of the furnace, from where they can fall back onto the melt, the protective or purging gas is supplied from the outside through a supply The drawing mandrel holder g is fed to the drawing mandrel and exits on both sides of the drawing mandrel through slots in these, pulling upwards over the melt into the furnace.
It is achieved that regardless of the height of the melt in the crucible, the inflowing gas always flows in and up above the melt, taking any quartz vapors with it and leading them upwards, where they are deposited on suitable cooling plates and from Can be removed from time to time. This whole design and arrangement has already proven its worth in the trials.
The quality of the quartz tubes manufactured in this way has been considerably improved and the resulting rejects have been completely avoided.