DE10043031A1 - Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers

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Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Grünkörpers werden mindestens einem Abscheidebrenner glasbildendes Ausgangsmaterial zugeführt, daraus in einer dem Abscheidebrenner zugeordneten Brennerflamme, die auf einen um seine Mittelachse in vorgegebener Drehrichtung rotierenden Träger gerichtet ist, Partikel gebildet und diese auf der Zylindermantelfläche des Trägers unter Bildung des Grünkörpers schichtweise abgeschieden, indem der Abscheidebrenner in einem vorgegebenen Bewegungsablauf entlang des Trägers zwischen Wendepunkten hin- und herbewegt wird. Um das bekannte Verfahren hinsichtlich der Abscheide-Effizienz und der Homogenität des Grünkörpers zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Brennerflamme (7) auf den Träger (1) gerichtet ist, derart, dass ihre Hauptausbreitungsrichtung (8) die Träger-Mittelachse (2) nicht schneidet und um einen vorgegebenen Versatz (11) entgegen der Drehrichtung (3) verschoben zur Träger-Mittelachse (2) verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Grünkörpers, indem einem Abscheidebrenner glasbildendes Ausgangsmaterial zugeführt, daraus in einer dem Abscheidebrenner zugeordneten Brennerflamme, die auf einen um seine Mittelachse in vorgegebener Drehrichtung rotierenden Träger gerichtet ist, Partikel gebildet und diese auf der Zylindermantelfläche des Trägers unter Bildung des Grünkörpers schichtweise abgeschieden werden, indem der mindestens eine Abscheidebrenner in einem vorgegebenen Bewegungsablauf entlang des Trägers zwischen Wendepunkten hin- und herbewegt wird.
Ein derartiges Verfahren ist aus der US-A 4,784,465 bekannt. Darin wird zur Herstellung eines sogenannten Kernstabs einer Vorform für eine Single-Mode-Faser mit geringer Dämpfung vorgeschlagen, einem Flammhydrolysebrenner Glasausgangsstoffe in Form von SiCl4 und GeCl4 zuzuführen, daraus in der Knallgasflamme des Brenners durch Hydrolyse SiO2- bzw. GeO2-Partikel zu erzeugen und diese auf einem waagerecht orientierten, um seine Längsachse rotierenden Trägerrohr schichtweise abzuscheiden. Der Brenner wird dabei parallel zur Längsachse des Trägerrohrs hin- und herbewegt, wobei er waagerecht orientiert und auf die Trägerrohr-Längsachse gerichtet ist. Der so hergestellte Sootkörper wird zur Herstellung einer Vorform für die Single-Mode-Faser eingesetzt, wobei er in der Vorform bzw. in der Faser den Bereich des lichtführenden Kerns oder einen Teil davon bildet.
Der Volumenanteil des lichtführenden Kerns an der Vorform ist zwar gering. Aufgrund der hohen Anforderungen an die optischen Eigenschaften des Kernbereichs und damit auch an die Reinheiten der eingesetzten Glasausgangsstoffe erfordert dessen Herstellung jedoch einen hohen Zeit- und Materialaufwand und stellt daher einen wesentlichen Kostenfaktor bei der Vorformherstellung dar. Dabei spielen Homogenität und Effizienz der Abscheidung eine wesentliche Rolle.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren hinsichtlich der Abscheide-Effizienz und der Homogenität des Grünkörpers zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brennerflamme auf den Träger gerichtet ist, derart, dass ihre Hauptausbreitungsrichtung die Träger- Mittelachse nicht schneidet und um einen vorgegebenen Versatz entgegen der Drehrichtung verschoben zur Träger-Mittelachse verläuft.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Brennerflamme nicht auf die Mittelachse des Trägers gerichtet, sondern daneben. Die Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme verläuft daher außerhalb der Ebenen, die die Träger-Mittelachse enthalten; sie schneidet diese Ebene, oder sie läuft parallel zu einer davon.
Weiterhin ist die Brennerflamme dadurch gekennzeichnet, dass ihre Hauptausbreitungsrichtung versetzt zur Träger-Mittelachse verläuft, mit der Maßgabe, dass der Versatz entgegen der Drehrichtung des Trägers auf einem vorgegebenen Wert eingestellt ist.
Dieser Versatz wird während des Abscheideprozesses konstant gehalten oder er wird in vorgegebener Art und Weise variiert.
Es hat sich gezeigt, dass durch einen Versatz der Brennerflamme in Bezug auf die Träger-Mittelachse wesentliche Produkteigenschaften des Grünkörpers, wie die Dichte, die Homogenität der Abscheidung und insbesondere auch die Abscheiderate beeinflußt werden. Durch einen Versatz entgegen der Drehrichtung wird eine deutlich höhere Abscheide-Effizienz erhalten. Ohne an diese Erklärung dafür gebunden zu sein, wird dies darauf zurückgeführt, dass sich aufgrund des Versatzes entgegen der Drehrichtung eine längere Kontaktdauer für die in der Brennerflamme gebildeten Partikel ergibt, während der ein Anhaften an der Oberfläche des sich bildenden Grünkörpers ermöglicht wird.
Weiterhin wurde überraschend gefunden, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Verbesserung der axialen Homogenität des Grünkörpers hinsichtlich seiner Materialeigenschaften und seiner optischen Eigenschaften im Vergleich zu einem Verfahren, bei dem die Brennerflamme direkt auf die Träger- Mittelachse gerichtet ist, erreicht wird.
Dies läßt sich dadurch erklären, dass bei der Hin- und Herbewegung des Abscheidebrenners entlang des Trägers infolge mechanischer Bauteiltoleranzen, Maßänderungen während des Abscheideprozesses und aufgrund von Justagefehler Abweichungen von der vorgegebenen Ausrichtung auftreten können. Diese Abweichungen wirken sich auf den Auftreffpunkt der Brennerflamme auf die Grünkörperoberfläche aus. Der Auftreffpunkt der Brennerflamme auf der Oberfläche des sich bildenden Grünkörpers ist für die Stabilität des Abscheideprozesses und die Materialhomogenität des Grünkörpers jedoch entscheidend. Denn der Auftreffpunkt der Brennerflamme hat wesentlichen Einfluss auf die Temperaturverteilung über der Grünkörper-Oberfläche. Die Temperaturverteilung wirkt sich wiederum auf die Materialeigenschaften des Grünkörpers aus. Beispielsweise hängt der Einbau von Dotierstoffen, von Hydroxylgruppen oder von Wasserstoff von der Maximaltemperatur im Bereich der Grünkörper-Oberfläche und dem zeitlichen Verlauf der Abkühlung ab. Damit beeinflusst die Temperaturverteilung auf der Grünkörper-Oberfläche die radiale und axiale chemische Zusammensetzung und damit auch die optischen Eigenschaften des Grünkörpers. Darüberhinaus bestimmt die Temperatur auch die Dichteverteilung.
Bei einer Ausrichtung des Brenners auf die Träger-Mittelachse machen sich bereits geringe Auslenkungen in einer deutlichen Änderung des Auftreffpunktes der Brennerflamme und damit in Schwankungen in den axialen Materialeigenschaften, wie der Dichte und der Dotierstoffhomogenität bemerkbar. Bei einem vorgegebenen Versatz des Abscheidebrenners in Bezug auf die Träger-Mittelachse haben Abweichungen von der vorgegebenen Ausrichtung jedoch eine deutlich geringere Auswirkung auf den Auftreffpunkt der Brennerflamme. Es hat sich gezeigt, dass in Abhängigkeit vom eingestellten Versatz ein "stabiler Arbeitsbereich" existiert, in dem eine Auslenkung von der vorgegebenen Position des Abscheidebrenners und Lage des Auftreffpunkts der Brennerflamme auf dem Grünkörper nur geringe Änderungen der Produkteigenschaften bewirkt. Solange der Versatz innerhalb des erwähnten Arbeitsbereichs liegt, wirken sich Abweichungen von der idealen Bewegungslinie des Abscheidebrenners daher nur wenig auf die Produkteigenschaften des Grünkörpers aus. Die Einstellung eines auf die jeweiligen Prozessbedingungen optimierten Versatzes ist für einen Fachmann anhand weniger Versuche auffindbar.
Wie oben bereits dargelegt, ist die Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme und deren Auftreffpunkt auf der Oberfläche des rotierenden Grünkörpers entscheidend. Die Form und Lage der Brennerflamme kann durch vielerlei Maßnahmen, etwa durch Gasströme durch den Abscheidebrenner oder außerhalb davon, durch mechanische Leitkörper oder durch Anlegen von elektrischen Feldern variiert werden, ohne dass hierzu der Abscheidebrenner selbst bewegt werden muß. Derartige Maßnahmen sind für die Positionierung der Brennerflamme und der Einstellung ihrer Hauptausbreitungsrichtung im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens grundsätzlich geeignet und sollen von den folgenden Erläuterungen umfaßt sein, auch wenn dabei der Einfachheit halber von einer Brennerflamme ausgegangen wird, die während des Abscheideprozesses hinsichtlich ihrer Form und Lage insoweit konstant gehalten wird, als das eine örtliche Verschiebung der Brennerflamme stets mit einer entsprechenden Verschiebung des Abscheidebrenners einhergeht.
Die "Hauptausbreitungsrichtung" der Brennerflamme stimmt in der Regel mit der Mittelachse des Abscheidebrenners überein. Der Versatz entspricht dem kürzesten Abstand zwischen der Hauptausbreitungsrichtung und der Längsachse des Trägers. In einer Projektion auf eine gemeinsame Ebene können Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme und Träger-Längsachse senkrecht zueinander stehen, oder einen von 90° abweichenden Winkel einschließen. Im letztgenannten Fall ist die Brennerflamme somit in Richtung der Träger-Längsachse verkippt.
Unter einem Grünkörper wird hier ein zylinderförmiger, poröser Körper aus reinem SiO2 oder aus Dotierstoffe enthaltendem SiO2 verstanden. Der Grünkörper dient zur Herstellung von Vorformen für optische Fasern oder von Teilen davon.
Die Größe des einzustellenden Versatzes hängt auch vom Außendurchmesser des sich bildenden Grünkörpers ab. Da dieser während des Abscheideprozesses kontinuierlich zunimmt, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Versatz auf einem Wert im Bereich zwischen 10% und 80% des Außendurchmessers, vorzugsweise zwischen 20% und 40% des Außendurchmessers des sich bildenden Grünkörpers zu halten. Je nach Außendurchmesser des Trägers und Enddurchmesser des Grünkörpers kann ein konstanter Versatz innerhalb dieser bevorzugten Bereiche gehalten werden. Andernfalls wird der Versatz gemäß einer bevorzugten Verfahrensvariante während der Bildung des Grünkörpers vergrößert. Die Vergrößerung des Versatzes kann kontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Dadurch wird sichergestellt, dass der Versatz stets in dem erwähnten "stabilen Arbeitsbereich" liegt. Die Vergrößerung des Versatzes erfolgt beispielsweise mittels einer zeitabhängigen Regelung oder Steuerung oder eine Regelung oder Steuerung anhand einer am sich bildenden Grünkörper erfassbaren Regelgröße, wie dem Außendurchmesser, der Wandstärke oder dem Gewicht des sich bildenden Grünkörpers. Der Versatz im Bereich zwischen 10% und 80%, vorzugsweise zwischen 20% und 40%, des Außendurchmessers des Grünkörpers gewährleistet wiederum ein Arbeiten in dem oben erwähnten "stabilen Arbeitsbereich", auch bei großvolumigen Grünkörperen. Die Änderung des Versatzes kann durch seitliche Verschiebung des Abscheidebrenners erreicht werden, oder durch eine Verkippung des Abscheidebrenners entgegen die Träger-Längsachse und einer damit einhergehenden Änderung der Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme.
Es hat sich als günstig erwiesen, den Versatz zwischen Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme und Träger-Mittelachse auf einen Wert zwischen 1 mm und 4 mm einzustellen, da bei einem derartigen Versatz entgegen der Drehrichtung der oben erwähnte "stabile Arbeitsbereich" bei den meisten Abscheidebedingungen erreicht wird.
Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante wird der Abstand zwischen dem Abscheidebrenner und der Oberfläche des sich bildenden Grünkörpers konstant gehalten. Wie bereits weiter oben erläutert, hat der Abstand zwischen dem Abscheidebrenner und der Grünkörper-Oberfläche wesentlichen Einfluß auf die Oberflächentemperatur. Diese wiederum wirkt sich auf die Dichte des sich bildenden Grünkörpers und auf die Abscheide-Effizienz aus. Ein konstanter Abstand während des Abscheideprozesses erleichtert die Einhaltung und Einstellung radial homogener Materialeigenschaften des Grünkörpers. Für die Konstanthaltung des Abstands kann eine Regelung vorgesehen sein, die mit der oben erwähnten Regelung oder Steuerung des Versatzes zwischen Brennerflamme und Träger-Mittelachse kombiniert ist. Um den Abstand des Abscheidebrenners von der Grünkörper- Oberfläche unabhängig von dem voreingestellten Versatz zwischen Brennerflamme und Träger-Mittelachse einstellen zu können, verläuft die Bewegungsrichtung des Abscheidebrenners beim Einstellen des Abstands zweckmäßigerweise senkrecht zu der Bewegungsrichtung bei der Einstellung des Versatzes.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens verläuft die Hauptausbreitungsrichtung senkrecht zur Träger-Mittelachse. Die Brennerflamme bzw. deren Ausbreitungsrichtung läßt sich hierbei besonders einfach ausrichten und regeln.
Als günstig hat es sich erwiesen, dass der Abscheidebrenner unterhalb der Träger- Mittelachse angeordnet ist. Die Brennerflamme ist hierbei nach oben, vorzugsweise senkrecht nach oben, gerichtet. Die durch die Thermik unterstützte Strömung trägt dabei zu einer hohen Abscheiderate bei.
Zur Erhöhung der Abscheideleistung werden zur Bildung des Grünkörpers zweckmäßigerweise mehrere, entlang der Träger-Mittelachse angeordnete und miteinander gekoppelte Abscheidebrenner eingesetzt. Die Abscheidebrenner sind mechanisch oder elektrisch gekoppelt, so dass sie den gleichen oszillierenden Bewegungsablauf zwischen Wendepunkten entlang des sich bildenden Grünkörpers ausführen. Es können zwei Wendepunkte der Brennerbewegung im Bereich der stirnseitigen Enden des sich bildenden Grünkörpers vorgesehen sein, wobei die Abscheidebrenner im wesentlichen über die gesamte Länge des Grünkörpers bewegt werden. Alternativ werden die Abscheidebrenner zwischen mehreren, über die Grünkörper-Länge verteilten Wendepunkten oszillierend hin- und herbewegt.
Die Abscheidebrenner können den gleichen Versatz aufweisen. Es hat sich aber gezeigt, dass benachbarte Abscheidebrenner sich gegenseitig beeinflussen, so dass die Effizienz der Abscheidung benachbarter Abscheidebrenner geringer ist als die Effizienz jedes einzelnen Abscheidebrenners. Daher wird eine Verfahrensweise bevorzugt, bei der sich die Versätze benachbarter Abscheidebrenner unterscheiden. Dadurch wird eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den benachbarten Abscheidebrennern erreicht. Dabei wird mindestens einer der Versätze entgegen der Drehrichtung des Trägers eingestellt. Bei einer Optimierung der Abscheide-Effizienz durch den Versatz entgegen der Träger-Drehrichtung einerseits und durch die Vergrößerung des Brennerabstands andererseits kann sich aber auch ein Versatz von Null oder sogar in Drehrichtung des Trägers als günstig erweisen.
Besonders bewährt hat sich eine Verfahrensweise, bei der die Abscheidebrenner entlang der Träger-Mittelachse gesehen wechselweise in mindestens einer ersten Reihe mit einem ersten Versatz und einer zweiten Reihe mit einem zweiten Versatz angeordnet sind, wobei sich der erste Versatz und der zweite Versätze voneinander unterscheiden. Die Abscheidebrenner sind entlang der Träger-Mittelachse zick­ zackförmig angeordnet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im einzelnen:
Fig. 1 eine Anordnung von Abscheidebrenner und Träger bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ansicht in Richtung der Träger- Längsachse,
Fig. 2 eine zick-zackförmige Anordnung mehrerer Abscheidebrenner entlang einem Träger bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ansicht in Richtung der Träger-Längsachse,
Fig. 3 ein Diagramm zu Aufbauleistung und Abscheideeffizienz in Abhängigkeit vom Seitenversatz des Abscheidebrenners, und
Fig. 4 ein Diagramm zu GeO2-Dotierstoffkonzentration und relativer Sootdichte in Abhängigkeit vom Seitenversatz.
Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt ein Trägerrohr 1 aus Aluminiumoxid, das um seine Längsachse 2 rotiert. Die Rotationsrichtung des Trägerrohrs 1 wird durch den Richtungspfeil 3 angegeben. Mittels eines Flammhydrolysebrenners 4 aus Quarzglas mit vertikal orientierter Mittelachse werden auf dem Trägerrohr 1 unter Bildung eines porösen, mit GeO2 dotierten Grünkörpers 5 schichtweise SiO2- und GeO2-Partikel abgeschieden, wobei der Flammhydrolysebrenner 4 entlang der Träger-Längsachse 2 oszillierend zwischen den Enden des sich bildenden Grünkörpers 5 hin- und herbewegt wird.
Dem Flammhydrolysebrenner 4 werden Glasausgangsstoffe und Brennstoffe zugeführt, wie dies schematisch anhand der Richtungspfeile 6 dargestellt ist, in einer Brennerflamme 7 zu den SiO2- und GeO2-Partikeln umgesetzt. Die Brennerflamme 7 ist auf den Träger 1 und den darauf bereits gebildeten Grünkörper 5 gerichtet. Die Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme 7 verläuft koaxial zur Mittelachse des Abscheidebrenners 4. Ihre Verlängerung über den Auftreffpunkt 9 auf der Oberfläche 10 des Grünkörpers 5 hinaus ist durch die punktierte Linie 8 dargestellt. Die Hauptausbreitungsrichtung 8 verläuft somit auch vertikal und gleichzeitig senkrecht zur Träger-Längsachse 2. Der Abscheidebrenner 4 ist derart ausgerichtet, dass die Hauptausbreitungsrichtung 8 der Brennerflamme 7 in Bezug auf die Träger- Längsachse 2 und entgegen der Rotationsrichtung 3 seitlich versetzt ist. Der Versatz 11 entspricht dem kürzesten Abstand zwischen der Hauptausbreitungsrichtung 8 (punktierte Linie 8) und der Träger-Längsachse 2.
Zur Veränderung des Versatzes 11 (durch den Abstandspfeil 11 angedeutet), ist der Abscheidebrenner 4 in Richtung des Richtungspfeils 12 hin- und herbewegbar. Außerdem ist der Abscheidebrenner 4 in Richtung des Richtungspfeils 13 auch in vertikaler Richtung bewegbar, damit der Abstand zwischen dem Abscheidebrenner 4 bzw. der Brennerflamme 7 und der Oberfläche des Grünkörpers 5 auf einem vorgegebenen Wert gehalten werden kann.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in Fig. 1 gezeigten Anordnung beispielhaft beschrieben:
Zur Herstellung des mit GeO2 dotierten Grünkörpers 5 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dem Flammhydrolysebrenner 4 Glasausgangsstoffe in Form von GeCl4, SiCl4, Sauerstoff und Brenngase zugeführt (Richtungspfeile 6) und daraus in der Brennerflamme 7 SiO2- und GeO2-Partikel gebildet, und diese auf der Oberfläche 10 des um die Längsachse 2 rotierenden Grünkörpers mittels eines üblichen Soot- Außenabscheideverfahrens (OVD-Verfahren) abgeschieden. Als Trägerrohr 1 wird ein Aluminiumoxid-Rohr mit einem Durchmesser von 5 mm eingesetzt. Der Flammhydrolysebrenner 4 wird während des Abscheidens kontinuierlich entlang der Längsachse 2 in einem vorgegebenen Bewegungsablauf zwischen zwei ortsfesten Wendepunkten hin- und herbewegt, wobei eine SiO2-Schicht nach der anderen auf dem Träger 1 bzw. auf der Oberfläche 10 des sich bildenden Grünkörpers 5 abgeschieden wird.
Ein wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Brennerflamme 7 seitlich versetzt zur Mittelachse 2 auf die Oberfläche 10 des Grünkörpers 5 auftrifft, wobei der Versatz 11 anhand einer (in der Fig. 1 nicht dargestellten) Regelung auf einem Wert gehalten wird, der 50% der Wandstärke des sich bildenden Grünkörpers 5 entspricht. Hierzu wird der Flammhydrolysebrenner 4 mit zunehmender Dicke des sich bildenden Grünkörpers 5 in Richtung des Richtungspfeils 12 weiter nach außen verschoben.
Weiterhin ist eine Regelung vorgesehen, um den Abstand zwischen dem Flammhydrolysebrenner 4 und der Oberfläche 10 des sich bildenden Grünkörpers 5 konstant zu halten. Hierzu wird der Flammhydrolysebrenner 4 mit zunehmender Dicke des Grünkörpers 5 nach unten verschoben, wie dies schematisch der Richtungspfeil 13 anzeigt.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Anordnung mehrerer Flammhydrolysebrenner entlang der Längsachse 2 des Trägerrohrs 1. Sofern in Fig. 2 die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 verwendet sind, so sind damit gleich oder äquivalente Bestandteile oder Funktionen der Anordnung bezeichnet, wie sie oben anhand dieser Bezugsziffern näher erläutert sind.
Im Unterschied zu der Anordnung gemäß Fig. 1 werden bei der Anordnung gemäß Fig. 2 eine Vielzahl von Flammhydrolysebrennern (4,14) eingesetzt, die entlang des um seine Längsachse 2 rotierenden Trägerrohrs 1 oszillierend zwischen ortsfesten Wendepunkten (in Fig. 1 nicht dargestellt) hin- und herbewegt werden. Die Flammhydrolysebrenner (4, 14) sind wechselweise in einer oberen und in einer unteren Reihe angeordnet, wobei die obere Reihe der Flammhydrolysebrenner durch den Flammhydrolysebrenner 4 und die untere Reihe der Flammhydrolysebrenner durch den Flammhydrolysebrenner 14 repräsentiert wird. Die Flammhydrolysebrenner der oberen Reihe sind auf einem gemeinsamen Brennerblock (in der Figur nicht dargestellt) montiert, der - wie durch die Richtungspfeile 12 und 13 dargestellt - bewegbar ist. Dies gilt gleichermaßen für Flammhydrolysebrenner der unteren Reihe. Zudem sind die Brennerblöcke der oberen und der unteren Reihe mittels einer gemeinsamen Regelung verbunden, mittels der die Bewegung der jeweiligen Flammhydrolysebrenner synchronisierbar ist.
Der Flammhydrolysebrenner 4 (und damit aller Flammhydrolysebrenner in der oberen Reihe) ist so auf das Trägerrohr 1 gerichtet, dass dessen Brennerflamme 7 mit einer schräg zur Vertikalen verlaufenden Hauptausbreitungsrichtung 8 und mit einem Versatz 15 zur Mittelachse 2 des Trägerohrs 1 verläuft. Die Hauptausbreitungsrichtung 8 verläuft somit schräg und gleichzeitig senkrecht zur Träger-Längsachse 2. Der Flammhydrolysebrenner 4 ist derart ausgerichtet, dass die Hauptausbreitungsrichtung 8 der Brennerflamme 7 in Bezug auf die Träger- Längsachse 2 und entgegen der Rotationsrichtung 3 seitlich versetzt ist. Der Versatz 15 entspricht dem kürzesten Abstand zwischen der Hauptausbreitungsrichtung 8 (punktierte Linie 8) und der Träger-Längsachse 2.
Der Flammhydrolysebrenner 14 (und damit aller Abscheidebrenner in der oberen Reihe) ist so auf das Trägerrohr 1 gerichtet, dass dessen Brennerflamme 7 eine Hauptausbreitungsrichtung (durch die gestrichelte Linie 16 symbolisiert) aufweist, die senkrecht zur Mittelachse 2 des Trägerohrs 1 verläuft und diese schneidet. Der Flammhydrolysebrenner 14 ist somit derart ausgerichtet, dass die Hauptausbreitungsrichtung 16 der Brennerflamme 7 in Bezug auf die Träger- Längsachse 2 keinen Versatz aufweist.
Durch die wechselweise Anordnung der Flammhydrolysebrenner (4; 14) in der oberen und der unteren Reihe ist der Abstand zwischen den Auftreffpunkten (9; 19) der jeweiligen Brennerflammen 7 auf der Oberfläche des Grünkörpers 5 im Vergleich zu einer linearen Anordnung der Flammhydrolysebrenner größer, so dass sich die Flammhydrolysebrenner (4; 14) gegenseitig wenig beeinflussen. Dies erhöht die Effizienz der Abscheidung im Vergleich zu einer linearen Brenneranordnung.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in Fig. 1 gezeigten Anordnung beispielhaft beschrieben:
Zur Herstellung des mit GeO2 dotierten Grünkörpers 5 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden dem Flammhydrolysebrenner 4 Glasausgangsstoffe in Form von GeCl4, SiCl4, Sauerstoff und Brenngase zugeführt (Richtungspfeile 6) und daraus in der Brennerflamme 7 SiO2- und GeO2-Partikel gebildet, und diese auf der Oberfläche 10 des um die Längsachse 2 rotierenden Grünkörpers mittels eines üblichen Soot- Außenabscheideverfahrens (OVD-Verfahren) abgeschieden. Als Trägerrohr 1 wird ein Aluminiumoxid-Rohr mit einem Durchmesser von 5 mm eingesetzt. Der Flammhydrolysebrenner 4 wird während des Abscheidens kontinuierlich entlang der Längsachse 2 in einem vorgegebenen Bewegungsablauf zwischen zwei ortsfesten Wendepunkten hin- und herbewegt, wobei eine SiO2-Schicht nach der anderen auf dem Träger 1 bzw. auf der Oberfläche 10 des sich bildenden Grünkörpers 5 abgeschieden wird.
Ein wesentliches Kennzeichen des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Brennerflamme 7 seitlich versetzt zur Mittelachse 2 auf die Oberfläche 10 des Grünkörpers 5 auftrifft, wobei der Versatz 11 anhand einer (in der Fig. 1 nicht dargestellten) Regelung auf einem Wert gehalten wird, der 50% der Wandstärke des sich bildenden Grünkörpers 5 entspricht. Hierzu wird der Flammhydrolysebrenner 4 mit zunehmender Dicke des sich bildenden Grünkörpers 5 in Richtung des Richtungspfeils 12 weiter nach außen verschoben.
Weiterhin ist eine Regelung vorgesehen, um den Abstand zwischen dem Flammhydrolysebrenner 4 und der Oberfläche 10 des sich bildenden Grünkörpers 5 konstant zu halten. Hierzu wird der Flammhydrolysebrenner 4 mit zunehmender Dicke des Grünkörpers 5 nach unten verschoben, wie dies schematisch der Richtungspfeil 13 anzeigt.
Die Wirkung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nachfolgend anhand der Fig. 1, 3 und 4 näher erläutert.
In Fig. 3 ist auf der x-Achse der seitliche Versatz "V" des Flammhydrolysebrenner 4 in Millimetern aufgetragen. Das negative Vorzeichen symbolisiert einen Versatz "V" entgegen der Rotationsrichtung 3. Auf der y-Achse ist einerseits die Aufbauleistung "A" in g/h und andererseits die Effizienz "E" der Abscheidung in % aufgetragen. Aus der Darstellung von Fig. 3 ist ersichtlich, dass sowohl die Aufbauleistung "A" (Kurve 20), als auch die Effizienz "E" (Kurve 21) mit größer werdendem Versatz "V" zunächst deutlich zunehmen, ein Maximum bei einem Versatz "V" von ca. 2 mm erreichen und danach wieder abfallen. Bei diesem Ausführungsbeispiel ergibt sich ein optimaler und stabiler Arbeitsbereich bei einem Versatz "V" im Bereich zwischen etwa -1 mm und etwa -3 mm entgegen der Rotationsrichtung 3.
Im Diagramm gemäß der Fig. 4 ist ebenfalls auf der x-Achse der seitliche Versatz "V" in Millimetern aufgetragen und auf der y-Achse der mittlere Germaniumdioxidgehalt "C" des Grünkörpers 5 in Gew.-%. Daraus ist ersichtlich, dass der Germaniumdioxidgehalt "C" mit zunehmendem seitlichen Versatz "V" bis zu einem Maximum bei etwa -3 mm deutlich zunimmt (Kurve 30). Ein optimaler, stabiler Arbeitsbereich ergibt sich im Hinblick auf den Germaniumdioxidgehalt "0" bei einem Versatz "V" im Bereich von etwa -1 mm und etwa -4 mm. Ergänzend ist in Fig. 4 noch die mittlere relative Dichte "d" in Abhängigkeit vom seitlichen Versatz "V" aufgetragen, wobei ersichtlich ist, dass die Dichte "d" mit zunehmendem Versatz "V" in etwa linear abnimmt (Kurve 31).

Claims (11)

1. Verfahren für die Herstellung eines Grünkörpers, indem mindestens einem Abscheidebrenner glasbildendes Ausgangsmaterial zugeführt, daraus in einer dem Abscheidebrenner zugeordneten Brennerflamme, die auf einen um seine Mittelachse in vorgegebener Drehrichtung rotierenden Träger gerichtet ist, Partikel gebildet und diese auf der Zylindermantelfläche des Trägers unter Bildung des Grünkörpers schichtweise abgeschieden werden, indem der Abscheidebrenner in einem vorgegebenen Bewegungsablauf entlang des Trägers zwischen Wendepunkten hin- und herbewegt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerflamme (7) auf den Träger (1) gerichtet ist, derart, dass ihre Hauptausbreitungsrichtung (8) die Träger-Mittelachse (2) nicht schneidet und um einen vorgegebenen Versatz (11; 15) entgegen der Drehrichtung (3) verschoben zur Träger-Mittelachse (2) verläuft.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (11; 15) auf einen Wert im Bereich zwischen 10% und 80% des Außendurchmessers des sich bildenden Grünkörpers (5) gehalten wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (11; 15) auf einen Wert im Bereich zwischen 20% und 40% des Außendurchmessers des sich bildenden Grünkörpers (5) gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (11; 15) auf einen Wert zwischen 1 mm und 4 mm eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (11; 15) während der Bildung des Grünkörpers (5) vergrößert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Abscheidebrenner (4) und der Oberfläche (10) des sich bildenden Grünkörpers (1) konstant gehalten wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptausbreitungsrichtung (8) senkrecht zur Träger- Mittelachse (2) verläuft.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheidebrenner (4) unterhalb der Träger- Mittelachse (2) angeordnet ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bildung des Grünkörpers (5) mehrere, entlang der Träger-Mittelachse (2) angeordnete und miteinander gekoppelte Abscheidebrenner (4; 14) eingesetzt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Versätze benachbarter Abscheidebrenner (4; 14) unterscheiden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidebrenner (4; 14) entlang der Träger-Mittelachse (2) gesehen wechselweise in mindestens einer ersten Reihe mit einem ersten Versatz (15)und einer zweiten Reihe mit einem zweiten Versatz angeordnet sind, wobei sich der erste Versatz (15) und der zweite Versätze voneinander unterscheiden.
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