CN115140926A - 石英玻璃管和制造石英玻璃管的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种石英玻璃管和制造石英玻璃管的方法。将具有至少为20mm壁厚的空心圆柱体在围绕旋转轴旋转的情况下连续地以相对进给速度V_C送往加热区，在其中分区软化，并且使软化的区域在施加在空心圆柱体孔中的气体压力的作用下径向伸展，并且从所述软化的区域连续地成型管段，将所述管段以拉出速度V_T拉出。为将厚壁的石英玻璃初始空心圆柱体变型为具有更大直径的但具有大致相同或更大的玻璃横截面积的管，将所述气体压力用作针对所述管外径或与所述管外径相关的几何参数的直径控制的操纵量，并且在压力建立阶段将所述气体压力从较低的初始值逐渐增加到较高的最终值，并且对于V_C和V_T之比，适用：V_T＝V_C±0.2·V_C。

Description

石英玻璃管和制造石英玻璃管的方法

技术领域

本发明涉及一种制造石英玻璃管的方法。本发明特别地涉及一种通过使空心圆柱体变型来制造石英玻璃管的方法，该空心圆柱体具有空心圆柱体孔、外径C_a、内径C_i和壁厚，该壁厚为至少20mm，方法是，将空心圆柱体在围绕旋转轴旋转的情况下连续地以相对进给速度V_C送往加热区，在其中分区软化，并且使软化的区域在施加在空心圆柱体孔中的气体压力的作用下径向伸展，并且从软化的区域连续地成型具有管外径T_a、管内径T_i和管壁厚的管段，并且以拉出速度V_T拉出。

此外，本发明涉及一种石英玻璃管，该石英玻璃管具有管外径T_a、管内径T_i、管壁厚、外表面和内表面。

背景技术

借助此类方法和装置，在一个或几个高温变型步骤中将玻璃空心圆柱体，特别是石英玻璃空心圆柱体变型为管，其中相对于空心圆柱体的径向尺寸改变径向管尺寸。其中，使围绕其纵轴旋转的初始空心圆柱体分区软化，并且其中，在径向向外指向的力的作用下使初始空心圆柱体向成型模具伸展，该成型模具布置在距管纵轴预定的径向距离上，或者不使用模具使初始空心圆柱体变型。径向向外指向的力基于离心力和/或基于空心圆柱体内孔中的内部超压(也称为“气体压力”)。

与管或空心圆柱体相关的术语“内孔”或“孔”并不意味着内孔或孔是通过钻孔工序产生的。

关于初始空心圆柱体的加热，可区分为基于火焰的加热区和电加热炉。石英玻璃是一种良好的热绝缘体，因此基于火焰的加热区仅限于具有小壁厚的初始空心圆柱体的变型，例如壁厚小于10mm，因为在基于火焰的加热区中，表面的加热主要基于加热作用渗透深度低的重组反应。相比之下，电加热炉使得更高的并且还在更远距离上均匀的热量输入成为可能，因为红外辐射可渗透到玻璃深处。

原则上，被拉出的管段要有高的尺寸精度和表面质量。不使用模具的变型意味着高的表面质量。

而使用成型模具通常可更容易实现尺寸精度的保持。在任何情况下，持续检测和连续控制管段的径向尺寸，如外径、内径或壁厚，是必不可少的。气体压力、空心圆柱体和加热区之间的相对进给速度和加热区的温度通常被用作这种控制的操纵量。

一种制造上述类型的石英玻璃管的方法在JP 2010-111557 A中已知。其中，将具有200mm的外径的厚壁的石英玻璃空心圆柱体以水平指向的纵轴连续地并且在旋转的情况下以4cm/min的进给速度送往加热炉并在其中分区软化，达到2100℃左右的温度。在加热炉内，水冷石墨板布置在距管纵轴可调的径向距离上，这些水冷石墨板用作成型模具。由于空心圆柱体内的超压，将软化的石英玻璃吹向石墨板，并且在其中变型为管段，该管段以12cm/min的拉出速度从加热炉拉出。其中，管段从石墨板上脱落，从而仍可发生直径的变化，该直径的变化取决于过程条件。为了实现将管段外径独立控制到340mm的设定值，设置有两台摄像机，它们侧向地布置在管段的左侧和右侧，并产生管段左周边的图像和管段右周边的图像。借助图像处理，从图像中持续确定管段的外径作为控制的被控量。水冷石墨板与管纵轴的径向距离用作控制的操纵量，该径向距离可借助电动模具钳口跟踪系统进行调整。

印刷品US 2017/327403 A1和JP 2007-001811 A描述了使用成型模具，例如石墨板，制造大直径石英玻璃管的其他方法。

技术任务

由于空心圆柱体围绕其纵轴旋转，与该纵轴间隔布置的石墨板限定了圆形的“准开口”，在变型过程中，迫使软化的石英玻璃通过该准开口。石墨板导致存在缺陷，特别是在被拉出的石英玻璃管外侧上存在螺旋状条纹。

由于气体压力的内部超压，可在朝向炉子看去的空心圆柱体的输送方向上，在石墨板前堆积出软石英玻璃制成的周向隆起部。该周向隆起部的体积受制于一种更新机制，在该更新机制中，不断有新的玻璃堆积，并经由管段以相同的程度拉出，因为管段的拉出速度明显大于空心圆柱体的进给速度。这种速度比引起了空心圆柱体的“拉伸”，并且不可避免地伴随着变型管与初始空心圆柱体相比的玻璃横截面积的减少。

到目前为止，用已知的方法实现具有相同或更高的玻璃横截面积的石英玻璃管的所有尝试都失败了。这可归因于：为此需要颠倒上述速度比，即管段的拉出速度小于空心圆柱体的进给速度，这一般来说也被称为“镦粗”。在镦粗时，上述隆起部体积的更新机制不再起作用，因为软化的玻璃体积在“准开口”前堆积的始终要比拉出的多。在使空心圆柱体变型时，软化的玻璃体积向成型模具的这种“推动”，要么导致成型模具不得不短暂地打开，要么导致隆起部以不规则的时间间隔向内推，要么导致隆起部粘在成型模具处。在第一种情况下出现内径和外径中的波动，在第二种情况下出现内径的波动，在第三种情况下出现变型过程的中止。在每种情况下，都得到不稳定的过程。

由于加热区短，在基于火焰的加热区中可行的是，对初始空心圆柱体进行小范围的镦粗，然而如上所述，只在待变型的初始空心圆柱体的小壁厚小于10mm的情况下。

因此存在对具有良好的表面质量，大且同时厚壁的石英玻璃管的需求。

因此，本发明的目的在于提供一种对应的石英玻璃管。

此外，本发明的目的还在于提供一种方法，该方法允许将具有超过20mm的壁厚的厚壁的石英玻璃初始空心圆柱体变型为具有更大直径的但具有大致相同或更大的玻璃横截面积的管。

发明内容

关于该方法，从开头提及的方法出发，根据本发明如此实现该目的：将气体压力用作针对管外径或与管外径相关的几何参数的直径闭环控制和/或直径开环控制的操纵量，并且在压力建立阶段将气体压力从较低的初始值逐渐增加到较高的最终值，并且对于V_C和V_T之比，适用：V_T＝V_C±0.2·V_C。

初始空心圆柱体——或简称：空心圆柱体——由石英玻璃制成。这可由天然存在的原料融化而成，或者可由合成产生的SiO₂产生。石英玻璃是无掺杂的或含有一种或几种掺杂物。空心圆柱体是厚壁的；也就是说，它的壁厚为例如超过20mm，超过40mm，超过60mm或超过80mm。

在变型过程中，初始空心圆柱体基本上如此指向，即空心圆柱体的纵轴优选地水平延伸。变型方法的结果是管段，从该管段中切割出一个或几个具有所需长度的石英玻璃管。术语“管”和“管段”在这里就此而言同义地使用。石英玻璃管具有比初始空心圆柱体更大的外径和更大的内径。如果不必明确区分为内径和外径，下文针对这两个尺寸也使用统称“直径”或“径向几何形状”。初始空心圆柱体的“径向几何形状”也被称为“起始几何形状”，并且管段的“径向几何形状”为“目标几何形状”。

变型过程的目标是具有和初始空心圆柱体的玻璃横截面积大约一样大或甚至更大的玻璃横截面积的石英玻璃管。玻璃横截面积是指在垂直于管纵轴的截面中玻璃所占的面积。

目标几何形状，特别是管段外径，是闭环控制或开环控制的设定量。闭环控制借助对设定量的测量值在计算机控制下进行；开环控制也可在读取的参数值的基础上至少部分地通过手动调整进行。也有闭环控制和开环控制的组合，例如在具有前馈控制的闭环控制中。除非明确排除，术语“控制”在下文中被用作“闭环控制”和“开环控制”以及这些措施的组合的统称。

根据本发明的变型过程至少在三个方面与以前的方法不同。

(i)由于上文所阐述的原因，放弃使用成型模具。这是因为将软化的玻璃体积“推动”通过成型模具的“准开口”可能导致出现不稳定的过程，在其中越来越多的软化的玻璃体积在成型模具前堆积，并且导致管段中出现波浪状。在这种情况下观察到横截面积的波动，该波动无法通过计算从镦粗率(进给速度与拉出速度之比)和初始空心圆柱体的横截面中确定。

通过省略成型模具得出这样的优点：管表面是光滑的并且是火焰抛光的。可排除成型模具的材料对玻璃的化学污染。

但是，为了可通过自由成型可靠且精确地制造所需的目标几何形状，需要对管段直径进行另一种控制。因此，在根据本发明的方法中，将气体压力直接或间接地用作针对管段外径或与管外径相关的几何参数的直径闭环控制和/或直径开环控制的操纵量。这种意义上的间接使用发生在例如当操纵量不是气体压力，而是与气体压力相关的参数，如压缩气体的流量时。其中，测量或读取被拉出的管段的内径和/或外径。

与管外径相关的几何参数例如为管的内径和壁厚。管外径可用光学方法测得。内径经由横截面积和镦粗率(进给速度与拉出速度之比)得出。这样做的前提是稳定的过程，其中横截面积没有变化。

空心圆柱体的变型基于气体压力或旋转(离心)时的离心力，或基于这两种作用。气体压力占管壁中的切向应力σT的分量由所谓的锅炉公式来描述：

σT＝压力*半径/壁厚 (1)，

其中：压力＝气体压力

半径＝变形区域中的管半径

壁厚＝变形区域中的壁厚

在“变形区域”中，壁厚、直径和温度(粘度)连续变化。例如，软化的玻璃段的直径从空心圆柱体到管连续增加，这取决于玻璃的抗变形能力，该抗变形能力特别是由壁厚和粘度决定的。在纵截面中，变形区域整体呈漏斗状，在空心圆柱体和管之间具有一个或多或少都会有的S形过渡，在下文中也被称为“肩部”。在实践中，变形区域典型地具有几百毫米的长度，例如200mm至800mm，通常约500mm。

根据微分方程，切向应力反过来又引起了在变形区域中对管半径(r)的调整，该微分方程为：

dRadius/dt ＝应力*半径/粘度 (2)。

其中：dRadius/dt＝伸展速度

应力＝切向应力

半径＝变形区域中的管半径

粘度＝壁厚上的局部粘度平均值(ii)对于每个预定的参数组(初始空心圆柱体和管段的径向几何形状以及过程参数，

如进给速度和拉出速度、变形区域中的气体压力和温度分布)，只存在一个稳定的、固定的肩部形状，该肩部形状是微分方程(2)的解。只有以这个计算为基础的气体压力值才会在理想情况下从起始几何形状出发并取决于过程参数导致出现目标几何形状。

可将这个气体压力值作为名义初始值用于管段径向几何形状的闭环控制或开环控制的基础(前提是将气体压力至少辅助性地用作闭环控制/开环控制的操纵量)。但是，已证明的是，并且这也从上述方程(2)得出，每个压力变化不仅对某一点有影响，而且对变形区域的所有点都有影响，更确切地说，视当前的局部条件而定有不同程度的影响。因此，每个压力变化都导致目标几何形状出现波动，但是，这些波动只有在很晚的时候，即在很长的死区时间之后才会显现出来，并且这些波动不再能够受控。其中，控制很容易进入不稳定的振荡状态，该状态导致管段具有波浪结构。

制造技术上，长的死区时间几乎不能缩短。因此，建议避免出现突然的压力变化，例如在变型过程开始时为了将气体压力调整到其名义初始值而可能进行的压力变化。取而代之的是，建议在压力调整阶段将气体压力从较低的初始值逐渐增加到较高的最终值。其中，“逐渐”是指稳定地，即以尽可能小的步幅或在理想情况下连续地增加气体压力。初始值是等于零或明显低于气体压力最终值的压力值，并且最终值是位于目标几何形状的闭环控制/开环控制的操纵值的范围内的压力值。在压力建立阶段期间，变型过程已经发生，也就是说，将初始空心圆柱体的石英玻璃材料连续地变型为管段的石英玻璃材料，但后者还没有达到预定的径向几何形状。

对于每一对初始几何形状和目标几何形状，都存在一个最大可能的斜坡，以便不进入不稳定的振荡状态。这个斜坡可用微分方程(2)来计算。这个最大可能的斜坡是一个理想值。更高的压力增加斜坡可导致被拉出的外径的一致性变差和/或导致出现更高的材料损失。另一方面，比理想值更低的压力增加斜坡对于外径的一致性来说是无害的。这种情况是相反的；没法明确这方面的下限。然而，较低的压力增加斜坡使得在调整为预定的气体压力最终值并且因此调整为直径设定值之前需要一长段时间，这就伴随着时间损失和材料损失，因为在那时之前还没有调整为预定的管径向几何形状，并且在那时之前产生的管材料只意味着材料损失。因此，存在这样一种经济动机，即将压力增加斜坡调整得越大越好。虽然无法减少时间损失，但通过使用前端由质量较差的假体材料制成的初始空心圆柱体可减少材料损失。

(iii)变型过程的目标是具有比初始空心圆柱体更大的直径但具有大致相同或更大的玻璃横截面积的管。为此，需如此调整管段的拉出速度V_T与初始空心圆柱体的进给速度V_C之比，即适用：V_T＝V_C±0.2·V_C。

在这里的本变型过程中，拉出速度V_T因而位于进给速度V_C的范围内，或者拉出速度甚至小于进给速度。相比之下，在将初始圆柱体拉伸成坯段时，前往加热区的进给速度明显低于管段从加热区出来的拉出速度。由此在拉伸时使得拉伸过程具有一定的固有稳定性，该固有稳定性使得调整和控制管段的径向几何形状变得容易。然而，在拉伸时，初始圆柱体和管段的玻璃横截面积通常会有很大差异。赋予拉伸过程的固有稳定性在本变型过程中无法出现。根据本发明的方法借助上文所阐述的措施(i)和(ii)弥补了这个缺点。

通过这种方式，可首次通过自由成型从厚壁的石英玻璃空心圆柱体中产生具有超过20mm的壁厚的管，该管的玻璃横截面积等于或大于初始空心圆柱体的玻璃横截面积。从低的气体压力初始值出发对管段的目标几何形状进行常规控制可能会引起尽可能快地调整为气体压力最终值，这然而出于上文所阐述的原因可导致出现过程不稳定和振荡状态，因此在压力建立阶段中气体压力的逐渐增加优选地独立于直径闭环控制或独立于直径开环控制来进行。

在最简单的情况下，以小步幅手动增加气体压力，直到达到设定气体压力。对此替代性地，线性地或基于非线性函数以受控方式增加气体压力，直到达到设定气体压力。然而，独立于常规的直径闭环控制，在压力建立阶段中气体压力的逐渐增加同样也优选地通过闭环控制来进行。

为常规的直径闭环控制或开环控制分派针对管外径和/或管内径的直径设定值，其中该直径设定值分配有设定气体压力。其中有利的是，较低的初始值位于设定气体压力的0％到50％的范围内，优选地位于设定气体压力的10％到30％的范围内，并且较高的最终值位于设定气体压力的70％到110％的范围内，优选地位于设定气体压力的90％至100％的范围内。

压力建立阶段在实际变型过程之前。在压力建立阶段开始时，空心圆柱体已达到软化温度，并且过程参数，如加热区温度、进给速度和拉出速度，如它们在实际变型过程中所期望的那样调整。在压力建立阶段期间，将空心圆柱体内孔中的气体压力(并且因此也将管段内孔中的气体压力)从较低的初始压力值开始缓慢增加到最终值。只有在达到设定气体压力时才产生具有目标几何形状的管段。在那时之前变型的管段材料是损失。如果初始空心圆柱体的起始件由劣质石英玻璃制成，则可减少材料损失。无论如何，压力建立阶段应尽可能短，并且只需要持续必要长的时间，以便一方面保持较低的材料损失并且另一方面通过平坦的压力增加斜坡实现变型过程的稳定状态。为了尽管在压力增加斜坡平坦的情况下压力建立阶段仍保持得尽可能短，有利的是，气体压力的某个初始值高于零至设定气体压力的约50％，优选地至设定气体压力的最多30％。

设定气体压力例如位于2mbar至20mbar的范围内，优选位于3mbar至15mbar的范围内，并且特别优选位于4mbar至10mbar的范围内。超过20mbar的特别高的气体压力可损害过程稳定性。

另一方面，并非绝对需要的是，压力建立阶段中的压力增加精确地导致得到设定气体压力。因为当达到设定气体压力的至少70％，优选至少90％时，或者甚至当压力已经略高于设定气体压力时，常规的直径闭环控制或开环控制可接管压力调整。

要在一方面尽可能短的压力建立阶段和因此尽可能低的材料损失和在另一方面尽可能平坦的压力增加斜坡和因此以极少的直径波动精确调整目标几何形状之间进行衡量。已证实为特别合适的妥协的是，压力建立阶段具有介于1分钟与120分钟之间的持续时间，优选地介于5分钟与100分钟之间的持续时间，特别优选地介于10分钟与80分钟之间的持续时间并且特别地介于15分钟与60分钟的持续时间。

从这些衡量中还得出压力建立阶段中压力增加的时间变化过程。例如，压力增加可以恒定坡度(线性)发生，或者它可具有非线性的变化过程，该非线性的变化过程在结束时具有减小或增加的坡度。已证实有利的是，在压力建立阶段中至少在某段时间里以时间斜坡Δp增加气体压力，对此适用：

0.01mbar/min<Δp<0.8mbar/min，优选地：Δp<0.5mbar/min并且特别地Δp<0.2mbar/min。

与压力建立阶段中的压力增加的时间变化过程无关，也可为压力增加斜坡分配整个压力建立阶段上的平均值。其中，在整个压力建立阶段期间，优选地以平均时间斜坡Δp_m增加气体压力，对此适用：

0.01mbar/min<Δp_m<0.5mbar/min，优选地：Δp_m<0.1mbar/min并且特别地Δp_m<

0.06mbar/min。

该变型方法特别适合于工业化制造大体积和厚壁的石英玻璃管。有鉴于此，空心圆柱体(cylinder；C)和管段(tube；T)优选地具有以下径向几何形状：

150mm<C_a<300mm，

30mm<C_i<180mm，

40mm<(C_a-C_i)/2)<100mm

300mm<T_a<500mm，

250mm<T_i<450mm，

20mm<(T_a-T_i)/2)<60mm。

该变型过程导致得到具有比初始空心圆柱体更大的外径和更大的内径的石英玻璃管。其中，对于空心圆柱体和管段优选地得出以下关系：

4·C_i<T_i<8·C_i,

C_a+100mm<T_a<C_a+300mm。

特别优选地，管外径T_a位于空心圆柱体外径C_a的1.5倍至2.2倍的范围内。

此外，该变型过程特别地适合于制造具有大直径的并且具有和初始空心圆柱体大致相同或更大的玻璃横截面积的石英玻璃管。其中，在初始空心圆柱体的玻璃横截面积A_C和管段的玻璃横截面积A_T之间优选地存在以下关系：

A_T＝A_C±0.15·A_C，优选地：0.90·A_C≤A_T≤1.15·A_C，

特别地：A_C≤A_T≤1.10·A_C。

其中，玻璃横截面积A_C和A_T优选地位于250cm²至1000cm²的范围内。

在将初始圆柱体拉伸为坯段时，其前往加热区的进给速度明显低于管段从加热区出来的拉出速度。由此在拉伸时使得拉伸过程具有一定的固有稳定性，该固有稳定性使得调整和控制管段的径向几何形状变得容易。然而，初始圆柱体和管段的玻璃横截面积会有很大差异。相比之下，在这里的本变型过程中，管段的拉出速度位于进给速度的范围内，或者拉出速度甚至小于进给速度。由此，在伸长过程中赋予的固有稳定性无法出现。根据本发明的方法避免了这个缺点，其中，对于V_C和V_T之比，适用：

0.8·V_C≤V_T≤1.05·V_C，

特别地：0.9·V_C≤V_T≤0.99·V_C。

通过速度V_C和V_T之比确定管段的壁厚。如果这个速度比小于1，则不拉伸管段，而发生镦粗。

已证明的是，在玻璃物质的通过量相对低的情况下，过程不稳定性更容易得以避免。有鉴于此，行之有效的是，如此调整V_C，使得得到至少30kg/h但低于60kg/h并且优选地低于45kg/h的石英玻璃物质的通过量。

关于石英玻璃管，根据本发明由此解决上述目的，即该石英玻璃管具有火焰抛光的外表面，并且对于管外径T_a、管内径T_i和管壁厚，适用：

300mm<T_a<550mm，

250mm<T_i<450mm，

20mm<(T_a-T_i)/2)<60mm。

该石英玻璃管具有大外径，并且该石英玻璃管尽管如此仍是厚壁的，厚壁的意思是，该石英玻璃管的壁厚大于20mm。该石英玻璃管具有不受成型模具作用的，也就是说火焰抛光的，因变型过程而在熔体流中产生的外表面，该外表面是光滑的且没有条纹的。该石英玻璃管可按照本发明的方法制造而成并且优选地借助该方法来制造。优选地，该管由合成产生的石英玻璃制成。

有利地，对于管外径T_a、管内径T_i和管壁厚(T_a-T_i)/2)适用：

330mm<T_a<500mm，

275mm<T_i<400mm，

25mm<(T_a-T_i)/2)<50mm。

附图说明

图1通过侧视图和示意性的图示示出了用于将石英玻璃空心圆柱体变型为石英玻璃管的装置，

图2为根据第一对比例在变型过程的压力调整阶段期间从加热炉中离开时石英玻璃管部分的照片，

图3为具有图2的变型的石英玻璃管部分的外径和壁厚的曲线的示意图，

图4为具有第一对比例中在变型过程的起始阶段期间和之后气体压力的时间变化过程的示意图，

图5为根据第二对比例在变型过程期间从加热炉中离开时石英玻璃管部分的照片，

图6为根据本发明的第一实施例在变型过程期间从加热炉中离开时石英玻璃管部分的照片，

图7为具有图6的变型的石英玻璃管部分的外径和壁厚的曲线的示意图，

图8为具有第一实施例中在变型过程的起始阶段期间和之后气体压力的时间变化过程的示意图，

图9为具有参考例中外径和壁厚的曲线的示意图，并且

图10为具有参考例中在变型过程期间气体压力的时间变化过程的示意图。

具体实施方式

下面借助实施例和附图更详细地解释本发明。具体而言：

图1示意性地示出了用于将石英玻璃空心圆柱体2变型为管22的装置。空心圆柱体2由合成产生的，无掺杂的石英玻璃制成。该空心圆柱体是根据所谓的OVD方法(OutsideVapor Deposition，外汽相沉积法)在烟尘分离过程中制造的。其中，使液态或气态的初始物质经受化学反应(水解或热解)，并且从气相中作为固体的SiO₂沉积在旋转的芯轴上。初始物质例如为四氯化硅(SiCl₄)或不含氯的硅化合物。作为中间产物，得到空心圆柱体形状的多孔SiO₂烟尘体，其内孔是由后来被拆除的芯轴形成的。通过使烟尘体玻璃化，得到合成石英玻璃制成的空心圆柱体2。

在待变型的石英玻璃空心圆柱体2的端面处焊接保持管4、5，这些保持管被夹持在水平玻璃车床8的卡盘6中，并围绕旋转轴10同步旋转。借助塞子34封闭进给方向32上的前保持管4。可将压力气体引入到另一个保持管5中。

借助玻璃车床8将空心圆柱体2连续地并且在围绕其旋转轴和纵轴10旋转的情况下以预定的输送速度推到电阻炉12中，该电阻炉环状地围绕空心圆柱体2，并在其中分区加热到2100℃左右的温度。电阻炉经由可受控的电源26与计算机24连接。

通过气体入口14可将压力气体引入到空心圆柱体2和管22的内孔16中，并且可调整为一个限定的气体压力。气体入口14利用可受控的阀18与压力气体容器20并且与计算机24连接。

在离心力和气体压力的驱动下，使石英玻璃空心圆柱体2的低粘度物质膨胀到石英玻璃管22的设定直径。为了测量出现的外径和为了控制外径，设置有测量和控制装置，该测量和控制装置包括高分辨率的CCD摄像机30，该摄像机指向管段22。将摄像机30捕捉到的测量数据持续传输到计算机24，该计算机上安装有图像数据处理程序，借助该程序确定管段22的当前外径。将当前外径作为被控量(管段外径)的实际值输送到控制系统中，该控制系统的操纵量是气体压力。燃气管路示意性地通过双实线标示，电源线路通过单实线标示，数据线路通过虚线标示。

在下文中借助图1阐述变型过程的实施例。

比较例1

在这个比较例中，将初始空心圆柱体2在围绕其纵轴10旋转的情况下移入到加热炉12中，并且使初始空心圆柱体2的长度部分在加热炉12中均匀加热，之后，将气体压力调整到这样的值，该值为达到预定的管段外径而借助方程(2)计算得出(设定气体压力)。在该情况下，设定气体压力为5.3mbar。同时，将进给率调到7.5mm/min，并且以预定的7.4mm/min的拉出速度拉出自由的管段端部。

这在一段时间后导致管段外径过快增加，因此必须将气体压力降低到1mbar，以防止玻璃与电阻炉12的加热管接触。这在一段时间后导致管段外径迅速缩小，因此必须再次将压力增加到4mbar。然而，没有出现稳定的状态，并且直到变型过程结束也没能达到目标几何形状。

图2示出了从加热炉12离开的管段22的照片。可立即看出外径的不规则性。

图3的示意图示出了外径和壁厚的对应的变化过程。在y轴上绘制的是直径T_a和壁厚d，单位为毫米，并且在x轴上的是被拉出的管段的长度L，单位为米。曲线A代表外径的变化过程，曲线B代表壁厚的变化过程(由于强烈的直径波动，无法连续测量)。

图4的示意图示出了上文所阐述的气体压力的时间变化过程。在y轴上绘制的是压力p，单位为mbar，并且在x轴上的是时间t，单位为分钟。

比较例2

在这个比较例中，在加热炉12中安装有成型模具，该成型模具应预定被拉出的管段22的外径。将初始空心圆柱体2在围绕其纵轴10旋转的情况下移入到加热炉12中，并且使初始空心圆柱体2的长度部分在加热炉12中均匀加热。将进给率调到7.5mm/min，并且以预定的7.4mm/min的拉出速度拉出自由的管段端部。首先将气体压力固定调整到4mbar。尝试向成型模具进行塑型，该成型模具被调整到363mm的外径。然而，在第一次与成型模具接触时，石英玻璃开始扭曲。然后将压力降低到2mbar，此后以1mbar/h(大约0.017mbar/min)的平缓斜坡再次提高。尽管几次尝试稳定变型过程，但仍未达到预定的目标尺寸，最后不得不打开成型模具以释放石英玻璃物质。

图5的照片示出了在那时之前被拉出的管段的外径的扭曲和不规则。

实施例1

在实施例1中，将初始空心圆柱体2在围绕其纵轴10旋转的情况下移入到加热炉12中，并且将最初的气体压力调整到1mbar并在加热期间保持恒定。在初始空心圆柱体2的长度部分在加热炉12中均匀加热后，将进给率调到7.5mm/min，并且以预定的7.4mm/min的拉出速度拉出自由的管段端部。同时，以0.06mbar/min的受控斜坡增加气体压力的初始值，直到气体压力达到其最终值5.3mbar。这个最终值同时完全对应于借助方程(2)计算出的设定气体压力。这样，压力建立阶段就完成了，并且管段22具有所需的363mm的外径。并且。在那时之前，即在压力建立阶段中，经由计算机24的实际直径控制没有被激活。随后启用针对外径的控制，以将几何形状保持在所需范围内。其中，气体压力用作控制的操纵量。通过将空心圆柱体内孔的原本较小的体积膨胀到管内孔的较大的体积，需要持续的气体输送来维持导致得到管外径目标T_a的气体压力。

图6示出了从加热炉离开的管段22的照片。该管段具有基本一致的外径和光滑的壁部，具有因所述变型过程而产生的，火焰抛光的并且因此无故障的表面。

图7的示意图示出了外径和壁厚的对应的变化过程。在y轴上绘制的是直径T_a和壁厚d，单位为毫米，并且在x轴上的是被拉出的管段的长度L，单位为米。曲线A代表外径的变化过程，并且曲线B代表壁厚的变化过程。

图8的示意图示出了上文所阐述的气体压力的时间变化过程。在Y轴上绘制的是压力p，单位为mbar，相对的是时间t，单位为分钟。压力建立阶段通过时间跨度a和随后的时间跨度b来限定，时间跨度a具有最初恒定的1mbar的压力初始值，在时间跨度b中，气体压力缓慢增加直到5.3mbar的最终值。在压力建立阶段期间，直径控制是未激活的。

从拉出的管段22中裁切出由合成石英玻璃制成的厚壁管，具有363mm左右的大的平均外径，290mm的大的平均内径，同时具有36.5mm的大的平均壁厚。这些管的特征在于，因变型过程而在溶体流中产生的，光滑的和基本无缺陷的外表面和内表面。

参考例

该参考例对应于现有技术。其中用作初始圆柱体的空心圆柱体由无掺杂的石英玻璃制成，该石英玻璃根据维尔纳叶法(Verneuil)由天然存在的石英原料熔化而成。其中，通过使用氧氢焰熔化结晶石英粉末，产生大而细长的块状物。借助配备有金刚石磨料颗粒的岩心钻，产生中心孔，最后用机械方式将内壁和外壁磨平。

在这个变型过程中使用成型模具，并且将管段在围绕其纵轴旋转的情况下从加热区和软化的石英玻璃物质中拉出(而不是镦粗)。在初始空心圆柱体2的长度部分在加热炉12中均匀加热后，将进给率调到12mm/min，并且以预定的66mm/min的拉出速度调整自由的管段端部。同时，以1mbar/min的斜坡非常快地增加气体压力并且其中手动控制。在气体压力的作用下将玻璃吹向模具钳口，该模具钳口被调整到343mm的外径。

图9的示意图示出了外径和壁厚的时间变化过程(如图7)。事实证明，由于使用了成型模具，尽管气体压力存在波动，但外径非常一致，如图10所示。在这种变型过程中，气体压力的波动对外径和壁厚没有显著影响。这归因于：在达到设定外径后，仅还非常粗略地手动控制气体压力，就能将外径保持在所需范围内。

Claims (15)

1.一种通过使空心圆柱体(2)变型来制造石英玻璃管(22)的方法，所述空心圆柱体具有空心圆柱体孔(16)、外径C_a、内径C_i和壁厚，所述壁厚为至少20mm，方法是，将所述空心圆柱体在围绕旋转轴(10)旋转的情况下连续地以相对进给速度V_C送往加热区(12)，在其中分区软化，并且使软化的区域在施加在所述空心圆柱体孔(16)中的气体压力的作用下径向伸展，并且从所述软化的区域连续地成型具有管外径T_a、管内径T_i和管壁厚的管段(22)，并且以拉出速度V_T拉出，其特征在于，将所述气体压力用作针对所述管外径或与所述管外径相关的几何参数的直径闭环控制(24)和/或直径开环控制的操纵量，并且在压力建立阶段将气体压力从较低的初始值逐渐增加到较高的最终值，并且对于V_C和V_T之比，适用：V_T＝V_C±0.2·V_C。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力建立阶段中的所述气体压力的所述逐渐增加独立于所述直径闭环控制(24)或独立于所述直径开环控制来进行。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为所述直径闭环控制或所述直径开环控制分派针对所述管外径和/或所述管内径的直径设定值，并且所述直径设定值分配有设定气体压力，并且所述较低的初始值位于所述设定气体压力的0％至50％的范围内，优选地位于所述设定气体压力的10％至30％的范围内，并且所述较高的最终值位于所述设定气体压力的70％至110％的范围内，优选地位于所述设定气体压力的90％至100％的范围内。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述设定气体压力调整为在2mbar至20mbar的范围内，优选地在3mbar至15mbar的范围内，特别优选地在4mbar至10mbar的范围内。

5.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，所述压力建立阶段具有介于1分钟与120分钟之间的持续时间，优选地介于5分钟与100分钟之间的持续时间，特别优选地介于10分钟与80分钟之间的持续时间并且特别地介于15分钟与60分钟之间的持续时间。

6.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，在所述压力建立阶段中至少在某段时间里以时间斜坡Δp增加所述气体压力，对此适用：

0.01mbar/min<Δp<0.8mbar/min，优选地：Δp<0.5mbar/min并且特别地Δp<0.2mbar/min。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在整个所述压力建立阶段期间，以平均时间斜坡Δp_m增加所述气体压力，对此适用：

0.01mbar/min<Δp_m<0.5mbar/min，优选地：Δp_m<0.1mbar/min并且特别地Δp_m<0.06mbar/min。

8.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，对于所述空心圆柱体(2)和所述管段(22)适用：

150mm<C_a<300mm，

30mm<C_i<180mm，

40mm<(C_a-C_i)/2)<100mm

300mm<T_a<550mm，

250mm<T_i<450mm，

20mm<(T_a-T_i)/2)<60mm。

9.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，对于所述空心圆柱体(2)和所述管段(22)适用：

4·C_i<T_i<8·C_i,

C_a+100mm<T_a<C_a+300mm。

10.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，所述管外径T_a位于所述空心圆柱体外径C_a的1.5倍至2.2倍的范围内。

11.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，所述初始空心圆柱体(2)具有玻璃横截面积A_C并且所述管段(22)具有玻璃横截面积A_T，其中适用：

A_T＝A_C±0.15·A_C，优选地：0.90·A_C≤A_T≤1.15·A_C，

特别地：A_C≤A_T≤1.10·A_C。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述玻璃横截面积A_C和A_T位于250cm²至1000cm²的范围内。

13.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，对于V_C和V_T之比，适用：

0.8·V_C≤V_T≤1.05·V_C，特别地：0.9·V_C≤V_T≤0.99·V_C。

14.根据前述权利要求中的一项或几项所述的方法，其特征在于，如此调整V_C，使得得到至少30kg/h但低于60kg/h并且优选地低于45kg/h的石英玻璃物质的通过量。

15.一种石英玻璃管，所述石英玻璃管具有管外径T_a、管内径T_i、管壁厚、外表面和内表面，其特征在于，所述石英玻璃管具有火焰抛光的外表面，并且对于所述管外径T_a、所述管内径T_i和所述管壁厚，适用：

300mm<T_a<550mm，

250mm<T_i<450mm，

20mm<(T_a-T_i)/2)<60mm。

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