DE10120817C2 - Process for the production of a full cylinder from quartz glass - Google Patents

Process for the production of a full cylinder from quartz glass

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DE10120817C2
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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines Vollzylin­ ders aus Quarzglas durch Ziehen aus einem Quarzglas-Hohlzylinder in einem Vertikalziehprozess, in welchem der Hohlzylinder einer Heizzone zugeführt, darin bereichsweise erweicht und aus dem erweichten Bereich der Vollzylinder abgezo­ gen wird, wobei in der Innenbohrung des Hohlzylinders ein gegenüber einem au­ ßerhalb davon anliegenden Außendruck verringerter Innendruck aufrechterhalten wird.The present invention relates to a method for producing a full cylinder quartz glass by pulling from a quartz glass hollow cylinder in one Vertical drawing process in which the hollow cylinder is fed into a heating zone softened in some areas and removed from the softened area of the solid cylinder gene is, a in the inner bore of the hollow cylinder compared to an au Maintain reduced internal pressure outside of it becomes.

In der DE 34 47 082 A1, die den gattungsgemäßen Stand der Technik darstellt, ist ein Verfahren zum Herstellen einer Vorform zum Ziehen von Lichtleitfasern be­ schrieben, bei dem ein rohrförmiger Glaskörper mit Bereichen mit unterschiedli­ chem Brechungsindex hergestellt wird. Der rohrförmige Glaskörper wird ganz oder teilweise kollabiert; das Kollabieren des rohrförmigen Glaskörpers erfolgt mit ei­ nem Unterdruck im Inneren des rohrförmigen Glaskörpers, wobei der Unterdruck derart gewählt wird, dass die Vorform bzw. die aus der Vorform entstehende Glasfaser möglichst keinen Dip aufweist. Das Verfahren wird in einem Vertikalpro­ zess durchgeführt, mit einer bereichsweisen Erhitzung über einen Brenner bzw. eine Heizzone.DE 34 47 082 A1, which represents the generic prior art a method of manufacturing a preform for drawing optical fibers wrote in which a tubular vitreous body with areas with differ chem refractive index is produced. The tubular vitreous body becomes whole or partially collapsed; the tubular glass body collapses with egg a negative pressure inside the tubular glass body, the negative pressure is selected in such a way that the preform or that which arises from the preform Glass fiber has no dip if possible. The procedure is in a vertical pro process, with area-by-area heating via a burner or a heating zone.

In der US-A 4,772,303 ist ein Verfahren für die Herstellung einer optischen Faser durch Ziehen aus einer hohlzylindrischen Vorform aus Quarzglas bekannt. Beim Faserziehprozess wird die Vorform in vertikaler Orientierung mit ihrem unteren Ende beginnend einem Ziehofen zugeführt, darin erweicht und aus dem erweich­ ten Bereich der Vorform unter Ausbildung einer Ziehzwiebel die Faser gezogen. Dabei wird in der Innenbohrung ein vorgegebener Unterdruck aufrechterhalten.In US-A 4,772,303 is a process for the manufacture of an optical fiber by drawing from a hollow cylindrical preform made of quartz glass. At the The fiber drawing process becomes the preform in a vertical orientation with its lower one Feeded towards the end of a drawing furnace, softened and softened area of the preform, the fiber being drawn to form a drawing onion. A predetermined negative pressure is maintained in the inner bore.

Aufgrund des Unterdrucks in der Innenbohrung wirken im erweichten Bereich nach Innen gerichtete Kräfte, die beim Kollabieren zu einer radialen Verformung führen können, wodurch die radiale Symmetrie der Vorform und der daraus gezogenen Faser verlorengeht und die Faser unbrauchbar wird. Um dies zu vermeiden wird in der US-A 4,772,303 vorgeschlagen, mit einem möglichst geringen Unterdruck in der Innenbohrung zuarbeiten, wobei als Optimum ein Unterdruck im Bereich zwi­ schen 0 und 22 mmWS (Millimeter Wassersäule; entsprechend 0 bis 2,2 mbar) genannt wird. Außerdem wird erwähnt, dass eine Innenbohrung mit geringem In­ nendurchmesser leichter ohne Verformung zu kollabieren ist.Due to the negative pressure in the inner bore, the softened area has an effect Internally directed forces that lead to radial deformation when collapsing  can, thereby reducing the radial symmetry of the preform and the resultant Fiber is lost and the fiber becomes unusable. To avoid this in US-A 4,772,303 proposed with the lowest possible negative pressure in work the inner bore, with a vacuum in the range between 0 and 22 mm water column (millimeter water column; corresponding to 0 to 2.2 mbar) is called. It is also mentioned that an inner bore with a low In diameter is easier to collapse without deformation.

Das bekannte Verfahren erfordert wegen des geringen Unterdrucks lange Pro­ zesszeiten und ist damit teuer. The known method requires a long time because of the low negative pressure times and is therefore expensive.  

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dem ein Quarzglas-Vollzylinder aus einem Hohlzylinder unter weitgehender Vermeidung einer radialen Verformung kostengünstig gezogen werden kann.The invention has for its object to provide a method by means of a quartz glass full cylinder from a hollow cylinder under extensive Avoiding radial deformation can be pulled inexpensively.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem oben genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Vertikalziehprozess eine Anziehphase und eine Ziehphase umfasst, wobei im Verlauf der Anziehphase der Innendruck (P1) allmählich, um 10 mbar pro Minute oder langsamer, bis auf einen vorgegebenen Sollwert verringert und gleichzeitig die Innenbohrung kollabiert wird.This task is based on the above procedure solved according to the invention in that the vertical drawing process is a tightening phase and comprises a drawing phase, with the internal pressure in the course of the drawing phase (P1) gradually, by 10 mbar per minute or slower, except for one predetermined setpoint is reduced and at the same time the inner bore is collapsed.

Der Vertikalziehprozess umfasst eine Anziehphase und die eigentliche Ziehphase. Während der Anziehphase verengt sich die Innenbohrung des Hohlzylinders allmählich. Die Anziehphase ist besonders kritisch hinsichtlich einer radial asymmetrischen Verformung. Eine in der Anziehphase ausgeprägte Verformung kann während des weiteren Ziehprozesses nicht oder nicht mehr vollständig beseitigt werden.The vertical pulling process comprises a pulling phase and the actual pulling phase. The inner bore of the hollow cylinder narrows during the tightening phase gradually. The tightening phase is particularly critical with regard to a radial asymmetrical deformation. A pronounced deformation in the tightening phase can not or not completely during the further drawing process be eliminated.

Erfindungsgemäß wird der Innendruck während der Anziehphase allmählich - um 10 mbar pro Minute oder langsamer - verringert. So wird zum Beispiel eine mit der Innenbohrung verbundene Saugpumpe nicht von Anfang an mit der Saugleistung betrieben, die zur Einstellung des Unterdruck-Sollwerts während der Ziehphase erforderlich ist, sondern die Saugleistung der Saugpumpe wird beginnend bei einem geringen Wert während der Anziehphase allmählich bis auf die zur Einstellung des Unterdruck-Sollwerts Erforderliche erhöht. Es hat sich gezeigt, dass dadurch eine radiale Verformung der Innenbohrung im erweichten Bereich vermieden werden kann. Erst wenn die hinsichtlich der Verformung kritische Phase überschritten ist, wird die Saugleistung der Saugpumpe so eingestellt, dass der Innendruck den vorgegebenen Sollwert erreicht.According to the invention, the internal pressure gradually - during the tightening phase 10 mbar per minute or slower - reduced. For example, one with the Suction pump connected to the inner bore does not interfere with the suction power right from the start operated to set the vacuum setpoint during the drawing phase is required, but the suction power of the suction pump starts at a low value gradually during the tightening phase down to the Setting the vacuum setpoint Required increased. It has shown, that this causes a radial deformation of the inner bore in the softened area can be avoided. Only when the deformation critical Phase is exceeded, the suction power of the suction pump is set so that the internal pressure reaches the specified setpoint.

Auf diese Weise gelingt es außerdem, in der eigentlichen Ziehphase einen vergleichsweise geringen Innendruck (hohen Unterdruck) einzustellen, ohne dass es zu radialen Verformungen des Hohlzylinders kommt. Der niedrigere Innendruck ermöglicht wiederum ein schnelleres Kollabieren der Innenbohrung während der Ziehphase und somit eine Beschleunigung des Ziehverfahrens. In this way it is also possible to get one in the actual drawing phase set comparatively low internal pressure (high negative pressure) without radial deformation of the hollow cylinder occurs. The lower internal pressure again allows the inner bore to collapse faster during the Drawing phase and thus an acceleration of the drawing process.  

Als "Unterdruck" wird der absolute Betrag der Druckdifferenz zwischen dem außerhalb der Innenbohrung im Bereich der erweichten Zone anliegenden Außendruck und dem Druck in der Innenbohrung (Innendruck) definiert. Der Außendruck entspricht im einfachsten Fall - aber nicht notwendigerweise - Atmosphärendruck. Da der Innendruck niedriger ist als der Außendruck haben die Unterdruckwerte positives Vorzeichen. Im Sinne dieser Definition ist somit eine Verringerung des Innendrucks gleichbedeutend mit einer Vergrößerung des Unterdrucks.The "negative pressure" is the absolute amount of the pressure difference between the outside the inner bore in the area of the softened zone External pressure and the pressure in the inner bore (internal pressure) defined. The External pressure corresponds in the simplest case - but not necessarily - Atmospheric pressure. Because the internal pressure is lower than the external pressure they have Negative pressure values positive sign. In the sense of this definition is therefore a Reduction of the internal pressure is equivalent to an increase in the Under pressure.

Die "allmähliche" Verringerung des Innendrucks während der Anziehphase erfolgt näherungsweise stetig. Idealerweise wird der Innendruck kontinuierlich verringert, wobei aber eine Verringerung in kleinen Einzelschritten für den technischen Erfolg der erfindungsgemäßen Lehre unschädlich ist. Die Angabe der Verringerung des Innendrucks als "um 10 mbar pro Minute oder langsamer" ist als Mittelwert innerhalb eines Zeitabschnitts, in dem der Innendruck verringert wird, zu verstehen.The "gradual" reduction in internal pressure occurs during the tightening phase approximately steady. Ideally, the internal pressure is continuously reduced but a reduction in small individual steps for technical success the teaching according to the invention is harmless. The indication of the reduction in Internal pressure as "around 10 mbar per minute or slower" is the average within a period in which the internal pressure is reduced understand.

Die Anziehphase ist abgeschlossen, sobald die Innenbohrung des Hohlzylinders vollständig kollabiert ist. Die Phase der allmählichen Verringerung des Innendrucks dauert vorteilhafterweise über das Ende der Anziehphase hinaus an. Denn Temperaturschwankungen im Ofen oder Maßabweichungen des Quarzglas- Hohlzylinders können dazu führen, dass ein für das Schließen der Innenbohrung gerade noch ausreichender Unterdruck, nachher nicht mehr ausreicht, um das Kollabieren der Innenbohrung aufrechtzuerhalten. Um ein Öffnen der bereits kollabierten Innenbohrung zu verhindern, wird daher sicherheitshalber der Innendruck nach dem Schließen der Innenbohrung noch weiter abgesenkt.The tightening phase is complete as soon as the inner bore of the hollow cylinder is completely collapsed. The phase of gradually reducing the internal pressure advantageously lasts beyond the end of the tightening phase. Because Temperature fluctuations in the furnace or dimensional deviations of the quartz glass Hollow cylinders can cause one to close the inner bore just enough vacuum, afterwards not enough to do that Maintain collapse of the inner bore. To open the already To prevent collapsed internal drilling, the Internal pressure reduced even further after the inner bore was closed.

Im Fall, dass die Phase der allmählichen Verringerung des Innendrucks bereits vor dem endgültigen Kollabieren der Innenbohrung beendet und daraufhin der Unterdruck-Sollwert eingestellt wird, sollte die verbleibende Innenbohrung so stabil sein, dass ihr "Rest-Durchmesser" ohne radiale Verformung kollabiert werden kann. Neben dem "Rest-Durchmesser" der Innenbohrung hängt dies im wesentlichen von der Wandstärke des Hohlzylinders und vom Unterdruck ab.In the event that the phase of gradual reduction in internal pressure already occurs the final collapse of the inner bore and then the Vacuum setpoint is set, the remaining inner bore should be so stable be that their "residual diameters" collapse without radial deformation can. In addition to the "remaining diameter" of the inner bore, this depends on depend essentially on the wall thickness of the hollow cylinder and on the negative pressure.

Unter dem "Sollwert" des Innendrucks wird ein Absolutwert für den Druck in der Innenbohrung verstanden, der während der eigentlichen Ziehphase einzustellen ist. Während der Ziehphase ist der Unterdruck im allgemeinen nicht konstant. Bei einem geregelten Ziehprozess ist die Regelgröße üblicherweise der Außendurchmesser des abgezogenen Vollzylinders. Der erforderliche Unterdruck hängt unter anderem von der Geometrie des Hohlzylinders und von der Viskosität des Quarzglases im erweichten Bereich ab. Je niedriger die Viskosität ist, umso geringer ist der erforderliche Unterdruck.Under the "setpoint" of the internal pressure is an absolute value for the pressure in the  Understood inner hole, the set during the actual drawing phase is. The negative pressure is generally not constant during the drawing phase. at In a controlled drawing process, the controlled variable is usually the Outside diameter of the withdrawn solid cylinder. The required vacuum depends among other things on the geometry of the hollow cylinder and the viscosity of the quartz glass in the softened area. The lower the viscosity, the more the required negative pressure is lower.

Vorzugsweise wird der Innendruck mindestens während eines Zeitabschnitts vor dem vollständigen Schließen der Innenbohrung in Abhängigkeit von einem verbleibenden Rest-Durchmesser der Innenbohrung verringert. Während der Anziehphase schließt sich die Innenbohrung allmählich. Der Rest-Durchmesser wird durch die minimale Öffnungsweite der Innenbohrung bestimmt. Je geringer der Rest-Durchmesser ist, umso geringer ist die Gefahr radialer Verformungen. Daher kann der Unterdruck in der Innenbohrung umso höher sein, je kleiner der Rest-Durchmesser ist. Durch die Verringerung des Innendrucks unter Berücksichtigung des Rest-Durchmessers lässt sich der Ziehprozess weiter beschleunigen.The internal pressure is preferably at least during a period before the complete closing of the inner bore depending on one remaining diameter of the inner bore is reduced. During the Tightening phase the inner bore gradually closes. The rest diameter is determined by the minimum opening width of the inner bore. The less the remaining diameter, the lower the risk of radial deformation. Therefore, the smaller the vacuum, the higher the inner bore Residual diameter is. By reducing the internal pressure below Taking the remaining diameter into account, the drawing process can be continued accelerate.

Es hat sich bewährt, den Innendruck derart zu verringern, dass der Sollwert erst dann erreicht wird, wenn die Innenbohrung einen Rest-Durchmesser von 4 mm oder weniger, vorzugsweise 2 mm oder weniger, aufweist. Bei einer Innenbohrung mit einem Rest-Durchmesser der angegebenen Größe ist die Gefahr einer Verformung beim restlichen Kollabieren gering. Unter Maßgabe der genannten Maximalwerte für den Rest-Durchmesser kann somit der Sollwert des Innendrucks bereits vor Abschluss der Anziehphase eingestellt und damit der Ziehprozess insgesamt beschleunigt werden. Die genannten Maximalwerte für den Rest- Durchmesser sind, wie bereits erwähnt, im wesentlichen von der absoluten Größe des Unterdrucks und von der Wandstärke des Hohlzylinders abhängig.It has proven useful to reduce the internal pressure in such a way that the setpoint only is achieved when the inner bore has a remaining diameter of 4 mm or less, preferably 2 mm or less. With an inner bore with a remaining diameter of the specified size there is a risk of Deformation during the remaining collapse is slight. In accordance with the above Maximum values for the remaining diameter can therefore be the setpoint of the internal pressure stopped before the end of the tightening phase and thus the pulling process be accelerated overall. The stated maximum values for the remaining As already mentioned, diameters are essentially of absolute size the negative pressure and the wall thickness of the hollow cylinder.

Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Innendruck im Verlauf der Anziehphase langsam, das heißt im Bereich von 1 mbar pro Minute und 5 mbar pro Minute, vorzugsweise im Bereich von 1,5 mbar pro Minute und 3 mbar pro Minute, zu verringern. Eine langsame Absenkung des Innendrucks mindert die Gefahr von radialen Verformungen des Hohlzylinders. Die angegebene Werte für die Absenkrate sind als Mittelwerte für ein Zeitintervall zwischen dem Beginn der Verringerung des Innendrucks und dem Erreichen des Sollwerts zu verstehen.It has proven to be useful to check the internal pressure during the tightening phase slow, i.e. in the range of 1 mbar per minute and 5 mbar per minute, preferably in the range of 1.5 mbar per minute and 3 mbar per minute reduce. Slowly lowering the internal pressure reduces the risk of radial deformations of the hollow cylinder. The specified values for the  Lowering rates are averages for a time interval between the onset of Understand the reduction in internal pressure and reaching the setpoint.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Sollwert des Innendrucks derart vorgegeben, dass sich in der Innenbohrung ein Unterdruck von mindestens 40 mbar, vorzugsweise mindestens 50 mbar und besonders vorteilhaft von mindestens 70 mbar, einstellt. Durch den vergleichsweise hohen Unterdruck wird das Kollabieren der Innenbohrung im erweichten Bereich - und damit der gesamte Ziehprozess - beschleunigt. Erst das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Einstellung eines derart hohen Unterdrucks während der Ziehphase ohne radiale Verformung des Hohlzylinders.In a preferred embodiment of the method according to the invention the setpoint of the internal pressure is given such that there is in the inner bore a vacuum of at least 40 mbar, preferably at least 50 mbar and particularly advantageously of at least 70 mbar. By the comparatively high negative pressure will collapse the inner bore in the softened area - and thus the entire drawing process - accelerated. First that The inventive method enables the setting of such a high Negative pressure during the drawing phase without radial deformation of the hollow cylinder.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn während der Ziehphase der Innenbohrung ein Gasstrom geregelt zuführbar ist, wobei der Innendruck mittels einer Saugpumpe aufrechterhalten wird. Die Einleitung des Gasstroms erleichtert die Regelung des Innendrucks auf den vorgegebenen Sollwert. Als Gasstrom ist ein Inertgas - wie Stickstoff - besonders geeignet.It has proven to be beneficial if during the drawing phase of the inner bore a gas flow can be supplied in a controlled manner, the internal pressure being controlled by means of a Suction pump is maintained. The introduction of the gas flow facilitates the Regulation of the internal pressure to the specified setpoint. As a gas flow is a Inert gas - like nitrogen - is particularly suitable.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich insbesondere bei Einsatz eines dickwandigen Hohlzylinders mit einem Außendurchmesser von mehr als 50 mm und einem Verhältnis von Außendurchmesser und Innendurchmesser von mindestens 2,0 bewährt. Die für das Kollabieren derartiger dickwandiger Hohlzylinder erforderlichen Prozesszeiten werden durch das erfindungsgemäße Verfahren deutlich verkürzt, so dass das Verfahren die Verarbeitung einer großer Quarzglasmasse in Form von Vollzylindern ermöglicht. Im Hinblick hierauf erweist es sich als besonders vorteilhaft, einen Hohlzylinders mit einem Außendurchmesser von mehr als 100 mm mit einem Verhältnis von Außendurchmesser und Innendurchmesser von 2,5 oder größer als Ausgangsmaterial für das Verfahren einzusetzen.The method according to the invention has proven particularly useful when using a thick-walled hollow cylinder with an outer diameter of more than 50 mm and a ratio of outside diameter and inside diameter of proven at least 2.0. Those for the collapse of such thick-walled Process times required for hollow cylinders are achieved by the invention Process significantly shortened, so that the process of processing a large Quartz glass mass in the form of full cylinders enables. With regard to this proves it proves to be particularly advantageous to use a hollow cylinder with a Outside diameter of more than 100 mm with a ratio of Outside diameter and inside diameter of 2.5 or larger than Use starting material for the process.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere zur kostengünstigen Herstellung eines Vollzylinders für die Fertigung eines optischen Wellenleiters, indem ein Hohlzylinder aus hochreinem, synthetischem Quarzglas eingesetzt wird.The method according to the invention is particularly suitable for inexpensive Production of a full cylinder for the production of an optical waveguide, by using a hollow cylinder made of high-purity, synthetic quartz glass.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. Als einzige Figur der Zeichnung zeigtThe method according to the invention is described below with reference to  Embodiments and a drawing explained in more detail. As the only figure of the Drawing shows

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung. Fig. 1 shows a device for performing the method according to the invention in a schematic representation.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfasst einen vertikal angeordneten Ofen 1 mit einem obenliegenden Ofeneintritt 2 und einem untenliegenden Ofenaustritt 3. Der innere Heizraum 4 des Ofens 1 ist auf Temperaturen bis oberhalb 2.300°C beheizbar.The device shown in FIG. 1 comprises a vertically arranged furnace 1 with an upper furnace inlet 2 and a lower furnace outlet 3 . The inner boiler room 4 of the furnace 1 can be heated to temperatures above 2,300 ° C.

In den Ofenraum 4 wird ein Quarzglas-Hohlzylinder 5 eingeführt, der an seiner Oberseite mit einem Träger 6 verschlossen ist. Hierzu greift an der Oberseite des Hohlzylinders eine (in der Figur nicht dargestellte) Führungseinrichtung an. Der Hohlzylinder 5 ist an seinem oberen Ende mit einem Träger 6 verschlossen, und über eine Versorgungsleitung 7 mit einem Prozeßbehälter 8 verbunden, der zum einen, über ein Absperrventil 9 mit einer Stickstoffversorgung 10 und zum anderen mit einem regelbaren Ventil 11 mit einer Vakuumpumpe 12 verbunden ist.A quartz glass hollow cylinder 5 is inserted into the furnace chamber 4 and is closed at its top with a carrier 6 . For this purpose, a guide device (not shown in the figure) acts on the top of the hollow cylinder. The hollow cylinder 5 is closed at its upper end with a carrier 6 , and connected via a supply line 7 to a process container 8, which is connected on the one hand, via a shut-off valve 9 to a nitrogen supply 10 and on the other hand to a controllable valve 11 with a vacuum pump 12 is.

Im Bereich einer Verformungszone 13, etwa in der Mitte des Ofenraums 4, erweicht der Hohlzylinder 5. Mittels eines Abzugs 16 wird aus dem erweichten Bereich in Richtung des Pfeils 14 ein Stab 18 abgezogen. Hierzu ist der Abzug 16 mit am Stabumfang angreifenden Führungsrollen 17 versehen. Dabei bildet sich eine Ziehzwiebel 15 und gleichzeitig kollabiert die Innenbohrung 19 des Hohlzylinders 5. Zur Erzeugung eines Unterdrucks innerhalb der Innenbohrung 19 dient eine Vakuumpumpe 12, die über einen Träger 6 am oberen Ende des Hohlzylinders 5 ansetzt.The hollow cylinder 5 softens in the region of a deformation zone 13 , approximately in the middle of the furnace chamber 4 . Using a trigger 16 , a rod 18 is withdrawn from the softened area in the direction of arrow 14 . For this purpose, the trigger 16 is provided with guide rollers 17 engaging the rod circumference. This forms a drawing bulb 15 and at the same time the inner bore 19 of the hollow cylinder 5 collapses. A vacuum pump 12 , which attaches to the upper end of the hollow cylinder 5 via a support 6, is used to generate a negative pressure within the inner bore 19 .

Während des Ziehvorgangs können die Druckverhältnisse im Ofenraum 4 sowie in der Innenbohrung 19 definiert eingestellt und verändert werden. Hierzu ist ein Druckmessgerät 21 zur Überwachung des Drucks in der Innenbohrung 19 sowie ein weiteres Druckmessgerät 22 zur Messung des Drucks im Ofenraum 4 vorgesehen. Weiterhin sind ein Druckregler 23, der das regelbare Ventil 11 ansteuert, ein Temperaturregler 24 zur Regelung der Ofentemperatur, ein Pyrometer 25 zur Messung und Überwachung der eingestellten Ofentemperatur, ein weiteres Pyrometer 26 zur Messung der Temperatur im Bereich der Ziehzwiebel 15, ein Durchmessermessgerät 27 zur Messung des Durchmessers des abgezogenen Stabs 18 unmittelbar im Anschluss an die Ziehzwiebel 15, d. h. innerhalb des Ofenraums 4, ein weiteres Durchmessermessgerät 28 zur Messung des Durchmessers des abgezogenen Stabs 18 außerhalb des Ofens 1, ein Geschwindigkeitsmessgerät 30 zur Messung der Ziehgeschwindigkeit des Stabs 18 in Richtung des Pfeils 14, sowie ein Geschwindigkeitsregler 31, der den Abzug 16 ansteuert und damit die Drehgeschwindigkeit der Führungsrollen 17 einstellt, vorgesehen. Alle Regler, Messgeräte und sonstigen Einrichtungen, wie sie vorstehend angegeben sind, sind mit einer zentralen Prozessregel- und Steuereinrichtung 32 verbunden. Über die zentrale Prozessregel- und Steuereinrichtung werden Sollwerte, beispielsweise für den Durchmesser des Stabes 18, der erforderliche Massendurchsatz, usw., eingegeben, wie durch den Eingabepfeil 33 angedeutet ist.During the drawing process, the pressure conditions in the furnace chamber 4 and in the inner bore 19 can be set and changed in a defined manner. For this purpose, a pressure measuring device 21 for monitoring the pressure in the inner bore 19 and a further pressure measuring device 22 for measuring the pressure in the furnace chamber 4 are provided. Furthermore, a pressure regulator 23 , which controls the controllable valve 11 , a temperature regulator 24 for regulating the furnace temperature, a pyrometer 25 for measuring and monitoring the set furnace temperature, a further pyrometer 26 for measuring the temperature in the area of the onion 15 , and a diameter measuring device 27 Measuring the diameter of the withdrawn rod 18 immediately after the onion 15 , ie inside the furnace chamber 4 , another diameter measuring device 28 for measuring the diameter of the withdrawn rod 18 outside the furnace 1 , a speed measuring device 30 for measuring the pulling speed of the rod 18 in the direction of the arrow 14 , and a speed controller 31 which controls the trigger 16 and thus adjusts the rotational speed of the guide rollers 17 . All controllers, measuring devices and other devices, as stated above, are connected to a central process regulation and control device 32 . Setpoints, for example for the diameter of the rod 18 , the required mass throughput, etc., are entered via the central process regulation and control device, as indicated by the input arrow 33 .

Wie anhand der Vielzahl der Mess- und Regeleinrichtungen sowie der sonstigen Überwachungseinrichtungen zu erkennen ist, kann der Ziehvorgang zur Herstellung des Stabs 18 mit dem gewünschten Außendurchmesser ständig überwacht und neu eingestellt bzw. den Gegebenheiten angepasst werden.As can be seen from the large number of measuring and regulating devices and other monitoring devices, the drawing process for producing the rod 18 with the desired outside diameter can be continuously monitored and readjusted or adapted to the circumstances.

Nachfolgend werden typische Beispiele für die Herstellung eines Stabes 18 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und unter Einsatz der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung näher beschrieben:
Der Prozess zum Ziehen des Stabes 18 aus dem Hohlzylinder 5 umfasst eine Anziehphase und die eigentliche Ziehphase. Während der Anziehphase ist die Innenbohrung 19 noch nicht vollständig geschlossen. Zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines definierten Unterdrucks in der Innenbohrung 19 ist es daher zweckmäßig, während der Anziehphase das untere, offene Ende des Hohlzylinder 5 durch eine Abdichtung, wie einen Silikonstopfen, verschlossen zu halten. Der Prozessbehälter 8 dient als Puffer um eventuelle Druckschwankungen zu dämpfen. Typical examples for the production of a rod 18 by means of the method according to the invention and using the device shown in FIG. 1 are described in more detail below:
The process for pulling the rod 18 out of the hollow cylinder 5 comprises a tightening phase and the actual pulling phase. The inner bore 19 is not yet completely closed during the tightening phase. To generate and maintain a defined negative pressure in the inner bore 19 , it is therefore expedient to keep the lower, open end of the hollow cylinder 5 closed by a seal, such as a silicone plug, during the tightening phase. The process container 8 serves as a buffer to dampen any pressure fluctuations.

Beispiel 1example 1

Als ein erstes typisches Beispiel wird mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 aus einem Hohlzylinder 5 mit einem Außendurchmesser von 165 mm und einem Innendurchmesser von 55 mm ein Stab 18 mit einem Außendurchmesser von 33 mm gezogen.As a first typical example, the device according to FIG. 1 is used to pull a rod 18 with an outer diameter of 33 mm from a hollow cylinder 5 with an outer diameter of 165 mm and an inner diameter of 55 mm.

Im Ofenraum 4 wird eine Temperatur von 2.300°C eingestellt. Während des Ziehprozesses beträgt der Druck P2 im Heizraum 4 1100 mbar. Während der Anziehphase wird der Innendruck P1 in der Innenbohrung 19 allmählich von einem Anfangsdruck von ebenfalls 1100 mbar bis auf einen Solldruck von 1040 mbar verringert; der Unterdruck in der Innenbohrung 19 beträgt somit 60 mbar. Dieser Unterdruck wird während einer Druckaufbauphase von 30 Minuten Dauer mit einer Rate von 2 mbar/min aufgebaut. Währenddessen verengt sich die Innenbohrung 19 des Hohlzylinder 5. Am Ende der Druckaufbauphase und bei Erreichen des Solldrucks von 1040 mbar hat die Innenbohrung noch eine Öffnungsweite von 2 mm. Während des weiteren Ziehprozesses wird auf einen konstanten Außendurchmesser des Stabs 18 geregelt, indem der Innendruck P1 innerhalb der Innenbohrung 19 als Stellgröße verwendet wird.A temperature of 2,300 ° C. is set in the furnace chamber 4 . During the drawing process, the pressure P 2 in the boiler room 4 is 1100 mbar. During the tightening phase, the internal pressure P 1 in the inner bore 19 is gradually reduced from an initial pressure of also 1100 mbar to a target pressure of 1040 mbar; the vacuum in the inner bore 19 is thus 60 mbar. This negative pressure is built up during a pressure build-up phase of 30 minutes at a rate of 2 mbar / min. In the meantime, the inner bore 19 of the hollow cylinder 5 narrows. At the end of the pressure build-up phase and when the target pressure of 1040 mbar is reached, the inner bore still has an opening width of 2 mm. During the further drawing process, a constant outer diameter of the rod 18 is regulated by using the internal pressure P 1 within the inner bore 19 as a manipulated variable.

Beispiel 2Example 2

In einem weiteren typischen Beispiel wird mit der Vorrichtung gemäß Fig. 1 aus einem Hohlzylinder 5 aus synthetischem Quarzglas mit einem Außendurchmesser von 100 mm und einem Innendurchmesser von 38 mm ein Stab 18 mit einem Außendurchmesser von 25 mm gezogen.In a further typical example, the device according to FIG. 1 is used to pull a rod 18 with an outer diameter of 25 mm from a hollow cylinder 5 made of synthetic quartz glass with an outer diameter of 100 mm and an inner diameter of 38 mm.

Im Ofenraum 4 wird eine Temperatur von 2.300°C eingestellt. Während des Ziehprozesses beträgt der Druck P2 im Heizraum 4 1100 mbar. Während der Anziehphase wird der Innendruck P1 in der Innenbohrung 19 allmählich von einem Anfangsdruck von 1100 mbar bis auf einen Solldruck von 1048 mbar verringert; der Unterdruck in der Innenbohrung 19 beträgt somit 52 mbar.A temperature of 2,300 ° C. is set in the furnace chamber 4 . During the drawing process, the pressure P 2 in the boiler room 4 is 1100 mbar. During the tightening phase, the internal pressure P 1 in the inner bore 19 is gradually reduced from an initial pressure of 1100 mbar to a target pressure of 1048 mbar; the vacuum in the inner bore 19 is thus 52 mbar.

Dieser Unterdruck wird während eines Zeitabschnitts vor dem vollständigen Schließen der Innenbohrung 19 aufgebaut. Hierzu wird der verbleibende Rest- Durchmesser der Innenbohrung 19 fortlaufend gemessen und in Abhängigkeit davon wird der Unterdruck stufenweise erhöht. Im konkreten Fall ergibt sich zwischen Unterdruck und Rest-Durchmesser der Innenbohrung die folgende Abhängigkeit: Mit jeder Abnahme des Rest-Durchmessers von etwa 1,5 mm wird der Unterdruck schrittweise um 2 mbar erhöht. Bei einem Rest-Durchmesser von 3 mm ist der oben genannte Solldruck erreicht. Die Dauer der Druckaufbauphase beträgt in diesem Fall etwa 35 Minuten, währenddessen der Unterdruck zeitlich gemittelt mit einer Rate von ungefähr 1,5 mbar/min aufgebaut wird. Beim weiteren Ziehprozess wird auf einen konstanten Außendurchmesser des Stabs 18 geregelt, wobei der Innendruck P1 innerhalb der Innenbohrung 19 wird laufend angepasst wird. Um im Falle eines zu hohen Unterdrucks eine Regelung in Richtung einer Verminderung des Unterdrucks zu ermöglichen, wird in die Innenbohrung 19 über die Stickstoffversorgung 10 ein Stickstoffstrom von etwa 5 l/min eingeleitet.This negative pressure is built up during a period before the inner bore 19 is completely closed. For this purpose, the remaining diameter of the inner bore 19 is measured continuously and depending on this, the vacuum is gradually increased. In a specific case, the following relationship arises between the vacuum and the residual diameter of the inner bore: With each decrease in the residual diameter of approximately 1.5 mm, the vacuum is gradually increased by 2 mbar. With a remaining diameter of 3 mm, the above-mentioned target pressure is reached. In this case, the duration of the pressure build-up phase is approximately 35 minutes, during which the vacuum is built up over time at a rate of approximately 1.5 mbar / min. In the further drawing process, a constant outer diameter of the rod 18 is regulated, the internal pressure P 1 within the inner bore 19 being continuously adapted. In order to enable control in the direction of a reduction in the negative pressure in the event of an excessively high negative pressure, a nitrogen flow of approximately 5 l / min is introduced into the inner bore 19 via the nitrogen supply 10 .

Der so erhaltene Vollstab wird in geeignete Teilstücke abgelängt und für die Herstellung einer Vorform für optische Fasern eingesetzt.The solid rod thus obtained is cut into suitable sections and for the Production of a preform used for optical fibers.

Claims (13)

1. Verfahren für die Herstellung eines Vollzylinders (18) aus Quarzglas durch Ziehen aus einem Quarzglas-Hohlzylinder (5) in einem Vertikalziehprozess, in welchem der Hohlzylinder (5) einer Heizzone (4) zugeführt, darin bereichsweise erweicht und aus dem erweichten Bereich (15) der Vollzylinder (18) abgezogen wird, wobei in der Innenbohrung (19) des Hohlzylinders (5) ein gegenüber einem außerhalb davon anliegenden Außendruck (P2) verringerter Innendruck (P1) aufrechterhalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Vertikalziehprozess eine Anziehphase und eine Ziehphase umfasst, wobei im Verlauf der Anziehphase der Innendruck (P1) allmählich, um 10 mbar pro Minute oder langsamer, bis auf einen vorgegebenen Sollwert verringert und gleichzeitig die Innenbohrung kollabiert wird.1. A method for producing a full cylinder ( 18 ) from quartz glass by pulling from a quartz glass hollow cylinder ( 5 ) in a vertical drawing process, in which the hollow cylinder ( 5 ) is fed to a heating zone ( 4 ), softened in some areas and out of the softened area ( 15 ) the full cylinder ( 18 ) is withdrawn, an internal pressure (P 1 ) reduced compared to an external pressure (P 2 ) present outside it being maintained in the inner bore ( 19 ) of the hollow cylinder ( 5 ), characterized in that the vertical drawing process has a tightening phase and comprises a drawing phase, the internal pressure (P 1 ) being reduced gradually, by 10 mbar per minute or slower, to a predetermined target value and the internal bore being collapsed at the same time. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck (P1) mindestens während eines Zeitabschnitts vor dem vollständigen Schließen der Innenbohrung (19) in Abhängigkeit von einem verbleibenden Rest- Durchmesser der Innenbohrung (19) verringert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the internal pressure (P 1 ) is reduced at least during a period before the inner bore ( 19 ) is completely closed as a function of a remaining diameter of the inner bore ( 19 ). 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck (P1) derart verringert wird, dass der Sollwert erst dann erreicht wird, wenn die Innenbohrung (19) einen Rest-Durchmesser von 4 mm oder weniger aufweist.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the internal pressure (P 1 ) is reduced such that the target value is only reached when the inner bore ( 19 ) has a remaining diameter of 4 mm or less. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert erst dann erreicht wird, wenn die Innenbohrung (19) einen Rest-Durchmesser von 2 mm oder weniger aufweist.4. The method according to claim 3, characterized in that the target value is only reached when the inner bore ( 19 ) has a residual diameter of 2 mm or less. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck (P1) im Bereich von 1 mbar pro Minute bis 5 mbar pro Minute verringert wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the internal pressure (P 1 ) is reduced in the range from 1 mbar per minute to 5 mbar per minute. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendruck (P1) im Bereich von 1,5 mbar pro Minute bis 3 mbar pro Minute verringert wird. 6. The method according to claim 5, characterized in that the internal pressure (P 1 ) is reduced in the range from 1.5 mbar per minute to 3 mbar per minute. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Innendrucks (P1) derart vorgegeben wird, dass sich in der Innenbohrung (19) ein Unterdruck von mindestens 40 mbar einstellt.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the target value of the internal pressure (P 1 ) is specified such that a negative pressure of at least 40 mbar is established in the inner bore ( 19 ). 8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert des Innendrucks (P1) derart vorgegeben wird, dass sich in der Innenbohrung (19) ein Unterdruck von mindestens 50 mbar einstellt.8. The method according to claim 7, characterized in that the target value of the internal pressure (P 1 ) is predetermined such that a negative pressure of at least 50 mbar is established in the inner bore ( 19 ). 9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Innenbohrung (19) ein Unterdruck von mindestens 70 mbar einstellt.9. The method according to claim 7, characterized in that a negative pressure of at least 70 mbar is established in the inner bore ( 19 ). 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Ziehphase der Innenbohrung (19) ein Gasstrom (10) geregelt zuführbar ist, und dass der Innendruck (P1) mittels einer Saugpumpe (12) aufrechterhalten wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that during the drawing phase of the inner bore ( 19 ) a gas stream ( 10 ) can be supplied in a controlled manner, and that the internal pressure (P 1 ) is maintained by means of a suction pump ( 12 ). 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein dickwandiger Hohlzylinder (5) mit einem Außendurchmesser von mehr als 50 mm und einem Verhältnis von Außendurchmesser und Innendurchmesser von mindestens 2,0 eingesetzt wird.11. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a thick-walled hollow cylinder ( 5 ) with an outer diameter of more than 50 mm and a ratio of outer diameter and inner diameter of at least 2.0 is used. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hohlzylinder (5) mit einem Außendurchmesser von mehr als 100 mm mit einem Verhältnis von Außendurchmesser und Innendurchmesser von 2, 5 oder größer eingesetzt wird.12. The method according to claim 11, characterized in that a hollow cylinder ( 5 ) with an outer diameter of more than 100 mm with a ratio of outer diameter and inner diameter of 2, 5 or larger is used. 13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung eines Vollzylinders (18) für die Fertigung eines optischen Wellenleiters ein Hohlzylinder (5) aus hochreinem, synthetischem Quarzglas eingesetzt wird.13. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a hollow cylinder ( 5 ) made of high-purity, synthetic quartz glass is used to produce a solid cylinder ( 18 ) for the production of an optical waveguide.
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