DE10047100B4

DE10047100B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas

Info

Publication number: DE10047100B4
Application number: DE2000147100
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. Ruppert; Heinz Fabian
Original assignee: Heraeus Tenevo GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2000-09-21
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: WO2002024591A1; DE10047100A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas unter Einsatz einer Brenneranordnung, die mindestens zwei voneinander axial beabstandete Abscheidebrenner umfasst, denen die gleichen Ausgangssubstanzen für SiO₂ und einen Dotierstoff zugeführt, daraus in einer jedem Abscheidebrenner zugeordneten Brennerflamme, die auf einen um seine Längsachse rotierenden Träger gerichtet ist, Partikel gebildet und diese auf der Zylindermantelfläche des Trägers unter Bildung eines den Dotierstoff enthaltenden SiO₂-Rohlings schichtweise abgeschieden werden, indem die Brenneranordnung auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn parallel zur Träger-Längsachse und von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden SiO₂-Rohlings zum gegenüberliegenden Ende oszillierend hin- und herbewegt wird, wobei die Bewegungsbahn (6) der Brenneranordnung (5) einen parallel zur Träger-Längsachse (2) verlaufenden Mittelabschnitt (7) und mindestens einen Endabschnitt (8) im Bereich einer der Stirnseiten (9) des sich bildenden Rohlings (3) umfasst, wobei im Bereich des Endabschnitts (8) die Partikel-Abscheidung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner (4) vermindert oder verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel-Abscheidung vermindert...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas unter Einsatz einer Brenneranordnung, die mindestens zwei voneinander axial beabstandete Abscheidebrenner umfasst, denen die gleichen Ausgangssubstanzen für SiO₂ und einen Dotierstoff zugeführt, daraus in einer jedem Abscheidebrenner zugeordneten Brennerflamme, die auf einen um seine Längsachse rotierenden Träger gerichtet ist, Partikel gebildet und diese auf der Zylindermantelfläche des Trägers unter Bildung eines den Dotierstoff enthaltenden SiO₂-Rohlings schichtweise abgeschieden werden, indem die Brenneranordnung auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn parallel zur Träger-Längsachse und von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden SiO₂-Rohlings zum gegenüberliegenden Ende oszillierend hin- und herbewegt wird, wobei die Bewegungsbahn der Brenneranordnung einen parallel zur Träger-Längsachse verlaufenden Mittelabschnitt und mindestens einen Endabschnitt im Bereich einer der Stirnseiten des sich bildenden Rohlings umfasst, wobei im Bereich des Endabschnitts die Partikel-Abscheidung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner vermindert oder verhindert wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas mit einer Brenneranordnung, die mindestens zwei Abscheidebrenner aufweist, denen jeweils eine Brennerflamme zugeordnet ist und die auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn parallel zur Längsachse eines um seine Längsachse rotierbaren Trägers oszillierend hin- und herbewegbar ist, wobei die Bewegungsbahn der Brenneranordnung einen parallel zur Träger-Längsachse verlaufenden Mittelabschnitt und mindestens einen Endabschnitt, in dem ein Ablenkungsmittel vorgesehen ist, das eine Änderung der Ausrichtung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner oder der zugeordneten Brennerflamme bewirkt.

In der US-A-4,251,251 wird die Herstellung eines Kernglases einer optischen Vorform für eine Lichtleitfaser nach dem sogenannten OVD-Verfahren (outside vapour deposition) beschrieben. Hierzu wird in einem ersten Verfahrensschritt ein poröser SiO₂-Zylinder (im folgenden als „Sootzylinder" bezeichnet) hergestellt. Der Sootzylinder besteht aus einer mit Germaniumdioxid (25 Gew.-%) und Boroxid (5 Gew.-%) dotierten zentralen SiO₂-Innenschicht, die von einer mit Boroxid ( 2 Gew.-%) dotierten SiO₂-Außenschicht umgeben ist. Er wird durch Flammenhydrolyse von SiCl₄ (bzw. von GeCl₄ und BCl₃) hergestellt, indem mittels eines Flammhydrolysebrenners SiO₂-Partikel erzeugt und auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Dorns abgeschieden werden. In einem zweiten Verfahrensschritt wird auf der so erzeugten SiO₂-Innenschicht die SiO₂-Außenschicht nach dem gleichen Verfahren abgeschieden. Anschließend wird der Dorn aus dem Sootzylinder herausgezogen, der poröse Sootzylinder gesintert und dabei gleichzeitig die Bohrung kollabiert. Die so hergestellte Vorform hat einen Kern aus Quarzglas, das mit Boroxid und Germaniumdioxid dotiert ist, dessen Brechungsindex 1,476 beträgt und das von einem Mantelglas mit einem Brechungsindex von 1,457 umhüllt ist.

Das aus der US-PS 4,684,384 bekannte Verfahren dient zur Herstellung mehrerer Rohlinge aus porösem Quarzglas in einer einzigen Anlage. Hierzu ist eine Vielzahl in einer geschlossenen Schleife umlaufender Abscheidebrenner vorgesehen, wobei in der Schleife zwei oder mehr um ihre Längsachse rotierende Träger hintereinander angeordnet sind, entlang derer die Abscheidebrenner unter Abscheidung von SiO₂-Pratikeln auf dem Träger bewegt werden. Das Ende des Rohlings ergibt sich bei diesem Verfahren dadurch, dass alle Brenner der Reihe nach bei ihrem Umlauf um die Kreisbahn vom jeweiligen Träger wegschwenken um auf den nächsten Träger zubewegt zu werden. Dabei ändern die Abscheidebrenner ihre Bewegungsrichtung nicht, so dass alle Abscheidebrenner in ihrer Kreisbahn dieselben Positionen durchlaufen, so dass sich das Problem sich verjüngender Endbereiche des Rohlings bei dieser Verfahrensweise nicht stellt.

Ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung ist aus dem PAJ-Abstract zu JP 63-310745 A bekannt. Darin ist ein Verfahren zur Herstellung eines porösen, zylinderförmigen SiO₂-Rohlings (Sootkörpers) durch reversierende Bewegung einer Anordnung von Abscheidebrennern entlang der Sootkörper-Längsachse unter Abscheidung von SiO₂-Partikeln auf einem Träger beschrieben. Die Zufuhr von SiO₂-Ausgangsmaterial zu den Abscheidebrennern wird unterbrochen, sobald diese einen bestimmten Punkt im Bereich der stirnseitigen Sootkörperende überfahren. Infolge dieser Unterbrechung wird zwar eine SiO₂-Partikelabscheidung im Bereich der Sootkörperenden vermieden, es ergibt sich dadurch jedoch eine Verschlechterung der Stabilität des Abscheideprozesses.

Zur Herstellung des Mantelglases einer Vorform wird häufig eine Vorrichtung eingesetzt, wie sie aus der EP 0 476 218 A1 zu entnehmen ist. Dabei sind mehrere, in einer Reihe entlang des um seine Längsachse rotierenden Trägers angeordnete Abscheidebrenner vorgesehen sind, die bei ihrer Hin- und Herbewegung nur einen kleinen Teilbereich der Oberfläche des Trägers überstreichen. Im Bereich der Wendepunkte der Brennerbewegung kommt es jedoch zu Inhomogenitäten und damit zu axialen Gradienten in den Materialeigenschaften, so dass diese Technik zwar kostengünstig ist, jedoch üblicherweise nur zur Herstellung von undotiertem Quarzglas für den Mantelbereich einer Vorform eingesetzt werden kann. Die bekannte Brenneranordnung bringt es mit sich, dass der damit hergestellte Rohling nach außen sich verjüngende Endbereiche aufweist, deren Größe mindestens so groß ist, wie der Abstand benachbarter Abscheidebrenner. Diese konischen Endbereiche sind für die Herstellung einer Vorform nicht nutzbar.

An die optischen Eigenschaften des Kernstabs, insbesondere an die axiale Homogenität der Dotierstoffverteilung werden jedoch hohe Anforderungen gestellt. Bisher war dies nur dadurch zu gewährleisten, dass für die Abscheidung der den Dotierstoff enthaltenden SiO₂-Partikel ein einzelner Abscheidebrenner eingesetzt wird, der von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden Sootzylinders bis zum anderen Ende oszillierend hin- und herbewegt wird. Aufgrund der geringen Abscheiderate ist die Wirtschaftlichkeit dieses Verfahrens jedoch gering. Aus dem PAJ-Abstract zu JP 03-295827 A ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt, bei welcher eine mindestens zwei Abscheidebrenner umfassende Brenneranordnung zum Abscheiden eines Sootkörpers nach dem OVD-Verfahren eingesetzt wird, wobei die Brenneranordnung über die gesamte Sootkörperlänge bewegt wird. Die beiden endständigen Abscheidebrenner werden dabei jeweils in Richtung auf die Sootkörper-Mitte umgeschwenkt, wenn sie am Ende ihrer Bewegungsbahn ankommen. Hierzu sind die Abscheidebrenner um ihre Längsachse kippbar und stoßen am Ende der Bewegungsbahn gegen einen Stift, der sie in Richtung der Sootkörper-Mitte verkippt. Das Umschwenken des endständigen Abscheidebrenner in Richtung der Träger-Längsachse bewirkt ein zusätzliches Aufheizen und damit eine Verfestigung der Endbereich des Sootkörpers. Durch die Ablenkung wird jedoch die Abscheidung der SiO₂-Partikel weder vermieden noch vermindert.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das die Herstellung von Zylindern aus dotiertem Quarzglas mit axial homogener Verteilung des Dotierstoffes bzw. der Dotierstoffe bei gleichzeitig hoher Abscheiderate und Wirtschaftlichkeit erlaubt. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung bereitzustellen, die eine Herstellung von Rohlingen mit möglichst kurzen konischen Endbereichen ermöglicht.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Ausgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dadurch gelöst, dass die Partikel-Abscheidung vermindert oder verhindert wird, indem die Ausbreitungsrichtung der Brennerflamme mittels eines auf sie gerichteten Gasstroms verändert wird.

Eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren dadurch aus, dass im Endabschnitt die Ausrichtung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner geändert wird, und die Änderung der Ausrichtung ein Verkippen quer zur Träger-Längsachse umfasst.

Bei beiden Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Partikel-Abscheidung an den Enden des sich bildenden Rohlings verhindert wird, indem die Ausrichtung der Brennerflamme so verändert wird, dass sie die Abscheidefläche auf dem Träger nicht mehr trifft.

Dabei wird jeweils eine Brenneranordnung eingesetzt, die mindestens zwei Abscheidebrenner in vorgegebenem axialem Abstand voneinander umfasst. Da den Abscheidebrennern nominal die gleichen Ausgangssubstanzen zugeführt werden, wird eine höhere Gesamt-Abscheiderate erreicht.

Außerdem wird die Brenneranordnung von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden Rohlings bis zum gegenüberliegenden stirnseitigen Ende bewegt. Dadurch werden sich auf der Rohlingoberfläche abbildende Wendepunkte der Brennerbewegung vermieden und somit axial homogene Materialeigenschaften erreicht. Beim Bewegungsablauf der Brenneranordnung erreicht mindestens der jeweils vordere Abscheidebrenner das stirnseitige Ende des Rohlings. Bei einem Rohling mit sich verjüngenden Enden wird unter dem stirnseitigen Ende des Rohlings das Ende des sich verjüngenden Endbereichs verstanden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in beiden Varianten eine hohe Abscheiderate bei gleichzeitig axial homogenen Materialeigenschaften, insbesondere einer homogenen axialen Dotierstoffverteilung. Falls der Rohling zusätzliche Soot-Schichten ohne Dotierstoff aufweisen soll, wie dies zum Beispiel regelmäßig der Fall ist bei einem Rohling für einen Kern- und Mantelglasschichten umfassenden, sogenannten „Kernstab", können auch diese undotierten Schichten mittels derselben Brenneranordnung aufgebracht werden. Insoweit enthält der erfindungsgemäße „Zylinder aus dotiertem Quarzglas" stets Dotierstoffe; regelmäßig enthält er aber auch undotierte Bereiche.

Die Brenneranordnung besteht aus einer starren oder einer flexiblen Aneinanderreihung der Abscheidebrenner. Deren Brennerflammen sind axial beabstandet voneinander, entweder in einer Reihe parallel zur Längsachse des Rohlings – wobei die Flammen-Ausbreitungsrichtungen jeweils gleich sind – oder um den Umfang des Rohlings – wobei die Flammen-Ausbreitungsrichtungen verschieden sind – verteilt. Wesentlich ist, dass die Abscheidebrenner in axialer Richtung einen vorgegebenen, festen Abstand zueinander haben. Sofern nicht ausdrücklich anderes beschreiben, bezieht sich der Ausdruck „axial" hier und im folgenden stets auf die Längsachse des Rohlings.

Die Brenneranordnung kann auch Abscheidebrenner aufweisen, die mehrere voneinander beabstandete Brennerflammen erzeugen.

Die Bewegungsbahn der Brenneranordnung umfasst einen parallel zur Träger-Längsachse verlaufenden Mittelabschnitt und mindestens einen Endabschnitt im Bereich einer der Stirnseiten des sich bildenden Rohlings, wobei im Bereich des Endabschnitts die Partikel-Abscheidung von mindestens einem Teil der Brennerflammen vermindert oder verhinder wird.

Dies zielt in erster Linie auf eine Verkürzung der konischen Endbereiche und eine möglichst optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden Trägerlänge ab. Hierzu wird jedem oder mindestens einem der beiden Endbereiche des Rohlings ein Endabschnitt der Bewegungsbahn zugeordnet. Wenn sich die Brenneranordnung im Bereich dieses Endabschnitts bewegt, wird bei mindestens einem Teil der Brennerflammen die weitere Abscheidung von SiO₂-Partikeln und Dotierstoff auf dem Träger verhindert oder verringert.

Bei der erst genannten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Partikel-Abscheidung vermindert oder verhindert, indem die Ausbreitungsrichtung der Brennerflamme mittels eines auf sie gerichteten Gasstroms verändert wird. Dabei wird im Endbereich der Bewegungsbahn eine Gasströmung erzeugt, die quer zur Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme verläuft. Sobald die Brennerflamme in den Endbereich gelangt, wird sie mittels der Gasströmung weggeblasen, so dass die SiO₂-Partikel nicht mehr oder nur noch teilweise auf dem sich bildenden Rohling auftreffen. Um innerhalb der Brennerkammer vagabundierende SiO₂-Partikel möglichst zu vermeiden und um eine möglichst gerichtete Gasströmung zu erzeugen, kann die Gasströmung einer Absaugung zugeführt werden.

Bei der oben als zweites genannten Verfahrensvariante wird im Endabschnitt des Rohlings die Ausrichtung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner geändert. Eine Änderung der Ausrichtung der Abscheidebrenner an den jeweiligen Endabschnitten der Brennerbewegung ist konstruktiv verhältnismäßig einfach zu bewerkstelligen, wohingegen eine Drosselung der Zufuhr von Brenn- oder Glasausgangsstoffen zur Brenneranordnung regelungstechnisch aufwendig ist und der an und für sich gewünschte kontinuierliche Betrieb des Abscheidebrenners unterbrochen wird.

Die Änderung der Ausrichtung umfasst erfindungsgemäß ein Verkippen von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner – und damit der Ausbreitungsrichtung der Brennerflammen – quer zur Träger-Längsachse. Durch das Verkippen trifft die jeweilige Brennerflamme die Rohlingoberfläche nicht mehr oder nur noch teilweise. Dabei kann die Bewegungsbahn im Endabschnitt weiterhin parallel zur Träger-Längsachse verlaufen, so dass sich diese Verfahrensvariante besonders einfach realisieren lässt.

Aufgrund des Einsatzes einer Brenneranordnung mit mindestens zwei Abscheidebrennern wird zwar eine höhere Gesamt-Abscheiderate pro Zeiteinheit erreicht, jedoch kann es aufgrund von Wechselwirkungen zwischen benachbarten Brennerflammen zu einer Verringerung der mittleren Abscheiderate – bezogen auf einen einzelnen Abscheidebrenner – kommen. Zudem verringert sich durch den Einsatz der Brenneranordnung die nutzbare Länge des Rohlings, da sich aufgrund der Brennerbewegung beiderseits des Rohlings konische Endbereiche ausbilden, deren Länge mit zunehmender Ausdehnung der Brenneranordnung in axialer Richtung zunimmt. Daher wird bei beiden Verfahrensvarianten eine Verfahrensweise bevorzugt, bei der eine Brenneranordnung eingesetzt wird, deren Abmessung in axialer Richtung maximal 40 % der Gesamtlänge des Rohlings beträgt. Unter der Gesamtlänge wird die nutzbare Länge des Rohlings zuzüglich etwaiger sich verjüngender Endbereiche verstanden.

Zweckmäßigerweise wird eine Brenneranordnung eingesetzt, bei der die Abscheidebrenner äquidistanten Abstand voneinander haben. Dadurch wird eine im wesentlichen gleiche Wechselwirkung zwischen den einzelnen Brennerflammen – abgesehen von den randständigen Brennerflammen – erreicht, so dass sich für die einzelnen Brennerflammen eine in etwa gleiche Abscheiderate ergibt, was die Reproduzierbarkeit des Verfahrens erleichtert.

Als günstig hat sich ein Abstand zwischen den Abscheidebrennern erwiesen, der im Bereich zwischen 60 mm und 150 mm eingestellt wird. Bei einem Abstand der Abscheidebrenner in diesem Bereich wird eine ausreichend hohe mittlere Abscheiderate bei gleichzeitig kurzen konischen Endbereichen des Rohlings erreicht.

Bei der zweit genannten Verfahrensvariante hat es sich als günstig erwiesen, wenn der Endabschnitt der Bewegungsbahn quer zur Träger-Längsachse verläuft und die Änderung der Ausrichtung eine Auslenkung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner umfasst. Im Endabschnitt, das heißt im Bereich einer oder beider Enden des Rohlings, verläuft die Bewegungsbahn der Brenneranordnung quer zur Träger-Längsachse und damit weg vom Rohling. Sobald er vorderste Abscheidebrenner den Endabschnitt erreicht, wird er durch Wegschwenken ausgelenkt, beispielsweise um 90 °, so dass die Brennerflamme nicht mehr auf die Rohlingoberfläche auftrifft. Gelangt der nächste Abscheidebrenner zum Endabschnitt, wird dieser ebenfalls entsprechend ausgelenkt usw. Wenn der letzte Abscheidebrenner zum Endabschnitt gelangt, kann mit dieser ebenfalls entsprechend ausgelenkt werden, oder die Bewegungsrichtung der Brennerbewegung wird wieder umgekehrt, so dass die ausgelenkten Abscheidebrenner der Reihe nach wieder in den Mittelabschnitt einrücken und dem gegenüberliegenden Endabschnitt (sofern vorhanden) zugeführt werden. Auf diese Art und Weise können die konischen Endbereiche des Rohlings verkürzt – idealerweise sogar ganz vermieden – werden.

Es wird eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß der zweiten Variante bevorzugt, bei der die Abscheidebrenner einzeln nacheinander quer zur Träger-Längsachse verkippt oder ausgelenkt werden. Dadurch, dass die Abscheidebrenner einzeln – und nicht etwa paarweise oder zu mehreren – verkippt oder ausgelenkt werden, ist ein besonders kurzer Endbereich und eine hohe Ausnutzungsrad der verfügbaren Trägerlänge erreichbar.

Vorzugsweise wird ein Rohling erzeugt, der als Dotierstoff ausschließlich Germaniumdioxid und/oder Fluor enthält. Ausgangssubstanzen für den Dotierstoff oder für die Dotierstoffe werden dem Abscheidebrenner zugeführt. Darunter wird auch eine Zuführung verstanden, bei dem die Ausgangssubstanzen der Brennerflamme zugeführt werden. Diese Verfahrensweise bietet sich insbesondere zur Erzeugung einer Fluordotierung an.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß durch eine erste Ausführungsform gelöst, bei der das Ablenkungsmittel eine im Endabschnitt angeordnete Gasdüse aufweist, mittels der ein auf die Brennerflamme gerichteter Gasstrom erzeugbar ist.

Eine zweite zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe geeignete Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeichnet sich ausgehend von der gattungsgemäßen Vorrichtung dadurch aus, dass die Abscheidebrenner unabhängig voneinander quer zur Träger-Längsachse verkippbar oder auslenkbar sind.

Beide Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ermöglichen die Herstellung eines Rohlings mit kurzen konischen Endbereichen und eine möglichst optimale Nutzung der zur Verfügung stehenden Trägerlänge. Hierzu wird jedem oder mindestens einem der beiden Endbereiche des Rohlings ein Endabschnitt der Bewegungsbahn zugeordnet. Wenn sich die Brenneranordnung im Bereich dieses Endabschnitts bewegt, wird die Ausrichtung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner oder der jeweils zugeordneten Brennerflamme verändert, so dass sich die Ausbreitungsrichtung der Brennerflamme ändert und diese nicht mehr oder nur noch teilweise auf dem sich bildenden Rohling auftrifft. Dadurch kann die weitere Abscheidung von SiO₂-Partikeln und Dotierstoff auf dem Träger im Bereich der Enden des sich bildenden Rohlings verhindert oder verringert werden.

Die Änderung der Ausrichtung der Abscheidebrenner an den jeweiligen Endabschnitten der Brennerbewegung wird durch ein Ablenkungsmittel bewerkstelligt.

Konstruktiv besonders einfach gestaltet sich die erst genannte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Ablenkungsmittel eine im Endabschnitt angeordnete Gasdüse aufweist, mittels der ein auf die Brennerflamme gerichteter Gasstrom erzeugbar ist. Eine mechanische Verkippung oder Auslenkung der Abscheidebrenner ist hierbei nicht erforderlich.

Alternativ dazu ist gemäß der zweit genannten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein Ablenkungsmittels vorgesehen, mittels dem die Abscheidebrenner unabhängig voneinander quer zur Träger-Längsachse – einzeln oder zu mehreren, beispielsweise paarweise – verkippt oder ausgelenkt werden. Somit können die Endbereiche des Rohlings besonders kurz gehalten und die verfügbare Länge des Trägers kann möglichst vollständig ausgenutzt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Ausführungsform verläuft der Endabschnitt parallel zur Träger-Längsachse, und das Ablenkungsmittel bewirkt ein Verkippen von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner quer zur Träger-Längsachse. Die Konstruktion ist besonders einfach, da der Endabschnitt – wie auch der Mittelabschnitt – der Bewegungsbahn parallel zur Träger-Längsachse verläuft. Durch das Verkippen der Abscheidebrenner quer zur Träger-Längsachse trifft die Brennerflamme die Rohlingoberfläche nicht mehr oder nur noch teilweise.

Alternativ dazu verläuft der Endabschnitt vorteilhafterweise quer zur Träger-Längsachse, wobei das Ablenkungsmittel eine Auslenkung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner bewirkt. Im Endabschnitt, das heißt im Bereich einer oder beider Enden des Rohlings, verläuft die Bewegungsbahn der Brenneranordnung quer zur Träger-Längsachse – beispielsweise in einem Winkel von 90 ° – und damit weg vom Rohling. Das Ablenkungsmittel besteht hierbei in der vorgegebenen Krümmung der Bewegungsbahn in deren Endabschnitt, so dass dort ein „Wegschwenken" der Abscheidebrenner vom Rohling bewirkt wird. Auf diese Art und Weise können die konischen Endbereiche des Rohlings verkürzt und idealerweise ganz vermieden werden.

Vorzugsweise ist die Gasdüse bei der erst genannten Ausführungsform der Erfindung im Bereich der Brennerflamme gegenüberliegend einer Absaugung angeordnet. Die von der Gasdüse erzeugte Gasströmung ist auf die Brennerflamme gerichtet und trifft danach auf die Absaugung. Somit kann eine gerichtete, stabile Gasströmung erzeugt werden und gleichzeitig werden in der Abscheidekammer vagabundierende SiO₂-Partikel vermieden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im einzelnen:
1 eine Brenneranordnung und deren Bewegungsbahn in einer ersten Ausführungsform in einer Ansicht quer zur Träger-Längsachse, und
2 eine Brenneranordnung und deren Bewegungsbahn in einer zweiten Ausführungsform bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Ansicht quer zur Träger-Längsachse.
Die Anordnung gemäß 1 zeigt einen Träger 1 in Form eines Aluminiumoxidrohres, das um seine Längsachse 2 rotiert. Mittels eines sogenannten OVD-Verfahrens (Outside Vapour Deposition) wird auf dem Träger 1 ein poröser Sootkörper 3 gebildet. Hierzu sind insgesamt vier Flammhydrolysebrenner 4 aus Quarzglas vorgesehen, die mit einem Abstand von jeweils 100 mm auf einem gemeinsamen Schlitten 5 montiert sind. Der Schlitten 5 ist entlang des Trägers 1 über eine Bewegungsbahn 6 oszillierend zwischen den Enden des sich bildenden Sootkörpers 3 hin- und herbewegbar. Die Bewegungsbahn 6 besteht aus einem parallel zur Träger-Längsachse 2 verlaufenden Mittelabschnitt 7, der beiderseits in einem 90°-Bogen in einen Endabschnitt 8 übergeht, der von der Träger-Längsachse 2 wegweist.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in 1 gezeigten Anordnung beispielhaft beschrieben:
Zur Herstellung des mit GeO₂ dotierten SiO₂-Sootkörpers 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden den Flammhydrolysebrennern 4 nominal gleichermaßen Glasausgangsstoffe in Form von GeCl₄, SiCl₄, Sauerstoff und Brenngase zugeführt. und in einer jeweiligen Brennerflamme (deren Ausbreitungsrichtung in der Darstellung von 1 senkrecht zur Blattebene verläuft) zu den SiO₂- und GeO₂-Partikeln umgesetzt. Auf dem Träger 1 werden unter Bildung des porösen, mit GeO₂ dotierten SiO₂-Sootkörpers 3 schichtweise SiO₂- und GeO₂-Partikel abgeschieden, wobei der Schlitten 5 mit den Flammhydrolysebrennern 4 entlang der Bewegungsbahn 6 zwischen den Enden 9 des sich bildenden Sootkörpers 3 hin- und herbewegt wird.
Die Brennerflammen sind im Mittelabschnitt 7 auf den Träger 1 und den darauf bereits gebildeten Sootkörper 3 gerichtet. In den beiden Endabschnitten 8 werden die Flammhydrolysebrenner 4 hingegen um 90 ° ausgelenkt, so dass die jeweiligen Brennerflammen bei ihrem Bewegungsablauf in den jeweiligen Endabschnitten 8 nicht auf die Oberfläche des Sootkörpers 3 auftreffen. Nachfolgend wird dieser Bewegungsablauf näher beschrieben:
Sobald die vorderste Brennerflamme einen Endabschnitt 8 erreicht, wird sie durch Wegschwenken um 90 ° ausgelenkt, so dass sich ihre Ausbreitungsrichtung ändert und die Brennerflamme nicht mehr auf den Sootkörper 3 auftrifft. Gelangt die nächste Brennerflamme zum Endabschnitt 8, wird diese ebenfalls entsprechend ausgelenkt usw. Wenn die Brennerflamme des vierten Flammhydrolysebrenners 4 zum Endabschnitt 8 gelangt, wird die Bewegungsrichtung der Brennerbewegung umgekehrt, so dass die bis dahin ausgelenkten Brennerflammen der Reihe nach wieder in den Mittelabschnitt 7 einrücken und dem gegenüberliegenden Endabschnitt 8 zugeführt werden.
Auf diese Art und Weise können die konischen Endbereiche 9 des Sootkörpers 3 verkürzt werden. Dadurch, dass der Schlitten 5 im übrigen die gesamte Länge des Sootkörpers 3 abfährt, wird eine axial homogene Dotierstoffverteilung erreicht.
Sofern bei der Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in 2 die gleichen Bezugsziffern verwendet werden wie in 1, so sollen damit gleiche oder äquivalente Bestandteile der Vorrichtung bezeichnet sein. Auf die entsprechenden Erläuterungen zu 1 wird verwiesen.
Im Unterschied zu der Vorrichtung gemäß 1 verläuft bei der in 2 gezeigten Vorrichtung die Bewegungsbahn 26 vollständig parallel zur Träger-Längsachse 2. Dies gilt sowohl für den Mittelabschnitt 7, als auch für die beiderseitigen Endabschnitte 18. Im Bereich der Endabschnitte 18 und der konischen Endbereiche 9 des Sootkörpers 3 liegen sich am Dorn 1 jeweils ein Gebläse 10 und eine Absaugung 11 gegenüber. Mittels des Gebläses 10 wird eine Gasströmung 12 (Stickstoff) erzeugt, die senkrecht zur Träger-Längsachse 2 und senkrecht zur ungestörten Ausbreitungsrichtung der Brennerflammen, wie se im Mittelteil 7 der Bewegungsbahn 16 gegeben, verläuft. Sobald ein Abscheidebrenner 4 in den Endabschnitt 18 einfährt, gelangt seine jeweilige Brennerflamme in den Wirkungsbereich der Gasströmung 12. Dadurch wird die Ausbreitungsrichtung der Brennerflamme um etwa 90 ° umgelenkt, so dass in der Darstellung von 2 die umgelenkte Brennerflamme 13 in der Blattebene verläuft.
Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in 2 gezeigten Vorrichtung beschrieben:
Zur Herstellung des mit Fluor und GeO₂ dotierten SiO₂-Sootkörpers 3 nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden den Flammhydrolysebrennern 4 Glasausgangsstoffe in Form von fluorhaltigem Freon, GeCl₄, SiCl₄, Sauerstoff und Brenngase zugeführt und in einer jeweiligen Brennerflamme (deren Ausbreitungsrichtung in der Darstellung von 2 im Mittelabschnitt 7 senkrecht zur Blattebene und im Endabschnitt 18 in der Blattebene verläuft) zu Partikeln umgesetzt. Auf dem Träger 1 werden die Partikel unter Bildung des porösen, mit Fluor und GeO₂ dotierten SiO₂-Sootkörpers 3 schichtweise abgeschieden, wobei der Schlitten 5 mit den Flammhydrolysebrennern 4 entlang der Bewegungsbahn 16 zwischen den Enden 9 des sich bildenden Sootkörpers 3 hin- und herbewegt wird.
Die Brennerflammen sind im Mittelabschnitt 7 auf den Träger 1 und den darauf bereits gebildeten Sootkörper 3 gerichtet. In den beiden Endabschnitten 18 hingegen werden die Brennerflammen 13 der Flammhydrolysebrenner 4 mittels der kontinuierlichen Gasströmung 12 um 90 ° abgelenkt, so dass die jeweiligen Brennerflammen 13 bei ihrem Bewegungsablauf in den jeweiligen Endabschnitten 18 nicht mehr auf die Oberfläche des Sootkörpers 3 auftreffen, sondern über die gegenüberliegend angeordnete Absaugung 11 abgesaugt werden.
Nachfolgend wird dieser Bewegungsablauf näher beschrieben:
Sobald die vorderste Brennerflamme 13 in den Endabschnitt 1 und damit in den Wirkungsbereich der Gasströmung 12 gelangt, wird die um 90° abgelenkt, so dass sich ihre Ausbreitungsrichtung ändert und die Brennerflamme 13 nicht mehr auf den Sootkörper 3 auftrifft. Gelangt die nächste Brennerflamme in den Wirkungsbereich der Gasströmung 12, wird diese ebenfalls entsprechend abgelenkt usw. Wenn die Brennerflamme des vierten Flammhydrolysebrenners 4 zum Endabschnitt 18 gelangt, wird die Bewegungsrichtung der Brennerbewegung umgekehrt. Die abgelenkten Brennerflammen 13 verlassen sukzessive wieder den Wirkungsbereich der Gasströmung 12, bis sie im Mittelteil wieder ihre ursprüngliche Ausbreitungsrichtung haben und anschließend dem gegenüberliegenden Endabschnitt 8 zugeführt werden.
Auf diese Art und Weise können die konischen Endbereiche 9 des Sootkörpers 3 verkürzt werden. Dadurch, dass der Schlitten 5 im übrigen die gesamte Länge des Sootkörpers 3 abfährt, wird eine axial homogene Dotierstoffverteilung erreicht.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas unter Einsatz einer Brenneranordnung, die mindestens zwei voneinander axial beabstandete Abscheidebrenner umfasst, denen die gleichen Ausgangssubstanzen für SiO₂ und einen Dotierstoff zugeführt, daraus in einer jedem Abscheidebrenner zugeordneten Brennerflamme, die auf einen um seine Längsachse rotierenden Träger gerichtet ist, Partikel gebildet und diese auf der Zylindermantelfläche des Trägers unter Bildung eines den Dotierstoff enthaltenden SiO₂-Rohlings schichtweise abgeschieden werden, indem die Brenneranordnung auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn parallel zur Träger-Längsachse und von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden SiO₂-Rohlings zum gegenüberliegenden Ende oszillierend hin- und herbewegt wird, wobei die Bewegungsbahn (6) der Brenneranordnung (5) einen parallel zur Träger-Längsachse (2) verlaufenden Mittelabschnitt (7) und mindestens einen Endabschnitt (8) im Bereich einer der Stirnseiten (9) des sich bildenden Rohlings (3) umfasst, wobei im Bereich des Endabschnitts (8) die Partikel-Abscheidung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner (4) vermindert oder verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel-Abscheidung vermindert oder verhindert wird, indem die Ausbreitungsrichtung der Brennerflamme (13) mittels eines auf sie gerichteten Gasstroms (12) verändert wird.
Verfahren zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas unter Einsatz einer Brenneranordnung, die mindestens zwei voneinander axial beabstandete Abscheidebrenner umfasst, denen die gleichen Ausgangssubstanzen für SiO₂ und einen Dotierstoff zugeführt, daraus in einer jedem Abscheidebrenner zugeordneten Brennerflamme, die auf einen um seine Längsachse rotierenden Träger gerichtet ist, Partikel gebildet und diese auf der Zylindermantelfläche des Trägers unter Bildung eines den Dotierstoff enthaltenden SiO₂-Rohlings schichtweise abgeschieden werden, indem die Brenneranordnung auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn parallel zur Träger-Längsachse und von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden SiO₂-Rohlings zum gegenüberliegenden Ende oszillierend hin- und herbewegt wird, wobei die Bewegungsbahn (6) der Brenneranordnung (5) einen parallel zur Träger-Längsachse (2) verlaufenden Mittelabschnitt (7) und mindestens einen Endabschnitt (8) im Bereich einer der Stirnseiten (9) des sich bildenden Rohlings (3) umfasst, wobei im Bereich des Endabschnitts (8) die Partikel-Abscheidung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner (4) vermindert oder verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, daß im Endabschnitt (8) die Ausrichtung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner (4) geändert wird, und die Änderung der Ausrichtung ein Verkippen quer zur Träger-Längsachse (2) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brenneranordnung (5) eingesetzt wird, deren Abmessung in axialer Richtung maximal 40 % der Gesamtlänge des Rohlings (3) beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brenneranordnung (5) eingesetzt wird, bei der die Abscheidebrenner (4) äquidistanten Abstand zueinander haben.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Abscheidebrenner (4) voneinander im Bereich zwischen 60 mm und 150 mm eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (8) der Bewegungsbahn (6) quer zur Träger-Längsachse (2) verläuft.
Verfahren nach einem Ansprüche 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidebrenner (4) einzeln nacheinander quer zur Träger-Längsachse (2) verkippt oder ausgelenkt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rohling erzeugt wird, der als Dotierstoff ausschließlich Germaniumdioxid und/oder Fluor enthält.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas mit einer Brenneranordnung (5), die mindestens zwei Abscheidebrenner aufweist, denen jeweils eine Brennerflamme zugeordnet ist und die auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn parallel zur Längsachse eines um seine Längsachse rotierbaren Trägers oszillierend hin- und herbewegbar ist, wobei die Bewegungsbahn der Brenneranordnung (5) einen parallel zur Träger-Längsachse (2) verlaufenden Mittelabschnitt (7) und mindestens einen Endabschnitt (8), in dem ein Ablenkungsmittel vorgesehen ist, das eine Änderung der Ausrichtung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner (4) oder der zugeordneten Brennerflamme bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablenkungsmittel eine im Endabschnitt (8) angeordnete Gasdüse (10) aufweist, mittels der ein auf die Brennerflamme (13) gerichteter Gasstrom (12) erzeugbar ist.
Vorrichtung zur Herstellung eines Zylinders aus dotiertem Quarzglas mit einer Brenneranordnung (5), die mindestens zwei Abscheidebrenner aufweist, denen jeweils eine Brennerflamme zugeordnet ist und die auf einer vorgegebenen Bewegungsbahn parallel zur Längsachse eines um seine Längsachse rotierbaren Trägers oszillierend hin- und herbewegbar ist, wobei die Bewegungsbahn der Brenneranordnung (5) einen parallel zur Träger-Längsachse (2) verlaufenden Mittelabschnitt (7) und mindestens einen Endabschnitt (8), in dem ein Ablenkungsmittel vorgesehen ist, das eine Änderung der Ausrichtung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner (4) oder der zugeordneten Brennerflamme bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidebrenner (4) unabhängig voneinander quer zur Träger-Längsachse (2) verkippbar oder auslenkbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt parallel zur Träger-Längsachse verläuft, und dass das Ablenkungsmittel ein Verkippen von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner quer zur Träger-Längsachse bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Endabschnitt (8) quer zur Träger-Längsachse (2) verläuft, und dass das Ablenkungsmittel eine Auslenkung von mindestens einem Teil der Abscheidebrenner (4) bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasdüse (10) im Bereich der Brennerflamme (13) gegenüberliegend eine Absaugung (11) angeordnet ist.