DE102004028258A1

DE102004028258A1 - Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas

Info

Publication number: DE102004028258A1
Application number: DE102004028258A
Authority: DE
Inventors: Ralph Sattmann
Original assignee: Heraeus Tenevo GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-12
Also published as: US20080028797A1; JP2008501616A; JP4809348B2; DE102004028258B4; CN1976879B; US8161772B2; CN1976879A; WO2005121037A1

Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas wird eine koaxiale Anordnung, die einen Kernstab umfasst, der von einem eine evakuierbare Innenbohrung aufweisenden Quarzglas-Hüllrohr umgeben ist, in vertikaler Ausrichtung einer Heizzone zugeführt, darin zonenweise erweicht und unter Bildung einer Ziehzwiebel zu dem Quarzglas-Bauteil elongiert. Um hiervon ausgehend ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, das die Herstellung hochwertiger optischer Bauteile durch Elongieren einer koaxialen Anordnung von Kernstab und einem Hüllrohr mit hoher Wirtschaftlichkeit ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein Kernstab eingesetzt wird, der aus mindestens zwei in der Innenbohrung lose übereinander angeordneten Kernstabstücken besteht, wobei das Geweicht eines oberen Kernstabstücks in einem oberhalb der Ziehzwiebel vorgesehenen Halte- oder Stützbereich des Hüllrohres abgetragen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas, indem eine koaxiale Anordnung, die einen Kernstab umfasst, der von einem eine evakuierbare Innenbohrung aufweisenden Quarzglas-Hüllrohr umgeben ist, in vertikaler Ausrichtung einer Heizzone zugeführt, darin zonenweise erweicht und unter Bildung einer Ziehzwiebel zu dem Quarzglas-Bauteil elongiert wird.
Durch Kollabieren und Elongieren einer koaxialen Anordnung eines Quarzglas-Kernstabs und einem diesen umhüllenden äußeren Hüllrohr aus Quarzglas werden optische Bauteile entweder in Form von Zwischenprodukten (Vorformen oder einfache Vollzylinder) für eine optische Faser hergestellt, oder auch unmittelbar das Endprodukt selbst in Form der optischen Faser.

Aus der US 6,460,378 B1 ist ein Verfahren gemäß der eingangs genannten Gattung bekannt. Dabei wird ein Kernstab gleichzeitig mit einem inneren Hüllrohr und mit einem äußeren Hüllrohr in einer vertikalen Anordnung im Rahmen eines Elongierprozesses überfangen. Der Kernstab ist an seinem oberen Ende mit einem Halter aus Quarzglas verschmolzen. Zur Fixierung des Kernstabs in der Innenbohrung des äußeren Hüllrohres ist das Hüllrohr im Bereich seines unteren Endes mit einer Einschnürung versehen. Die Einschnürung dient als Auflage für einen Haltering, der bei vertikal orientiertem äußerem Hüllrohr von oben in die Innenbohrung des Hüllrohres eingeführt wird. Der Haltering hat einen Außendurchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des äußeren Hüllrohres, jedoch geringfügig größer als der Innendurchmesser der Einschnürung ist, so dass sich der Haltering von oben auf den Bereich der Einschnürung auflegt. Durch die Mittelbohrung des Halterings erstreckt sich ein Teil des konisch ausgebildeten unteren Endes des Kernstabs, so dass der Haltering eine zentrische Fixierung und eine axialen Anschlag für den Kernstab bildet. Außerdem liegt das erste innere Hüllrohr stirnseitig auf dem Haltering auf.

Die mittels des Halterings zueinander fixierten Quarzglas-Bauteile werden anschließend an ihren oberen Enden miteinander verschmolzen, wobei in der Innenbohrung des äußeren Hüllrohres ein Vakuum erzeugt und aufrechterhalten wird. Hierzu ist zur Abdichtung des Spaltes zwischen innerem und äußerem Hüllrohr ein Quarzglasring erforderlich, der außerdem zur Fixierung der Bauteile zueinander im oberen Bereich der Anordnung beiträgt. Zum Verschmelzen der oberen Bauteil- Enden ist ein zusätzlicher Heizprozess erforderlich; hierbei auftretende Abweichungen von der Sollgeometrie sind später kaum noch zu korrigieren.

Die reproduzierbare Herstellung eines optischen Bauteils hoher Qualität erfordert bei dieser Verfahrensweise einen großen Fertigungs- und Zeitaufwand, um eine exakte koaxiale Anordnung und Fixierung von Kernstab und Hüllrohren zueinander vor dem Elongierprozess zu gewährleisten.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine feste Führung und Halterung des oberen Kernstab-Endes während des Elongierprozesses das Einhalten der Sollgeometrie des abzuziehenden Bauteils erschwert. Eine Halterung, die dem oberen Kernstab-Ende eine gewisse Beweglichkeit gestattet ermöglicht eine Selbstzentrierung während des Elongierprozesses, die zu einer besseren Maßhaltigkeit des herzustellenden Bauteils führt. Ein Nachteil bei dieser Verfahrensweise besteht allerdings darin, dass der lose in der Innenbohrung angeordnete Kernstab beim Elongierprozess wegen seines Gewichtes nach unten drückt und die erweichte Quarzglasmasse der Ziehzwiebel verformt oder diese sogar durchbricht. Darüber hinaus kommt es infolge des nach unten drückenden Kernstabs zu einer relativen Anreicherung von Kernstabmaterial im Vergleich zu Mantelmaterial, was zu einer Änderung des sogenannten „b/a-Verhältnisses" (Verhältnis von Manteldurchmesser zu Kerndurchmesser) führt. Dabei handelt es sich um eine besonders wichtige Kenngröße von optischen Fasern und Vorformen, für die in aller Regel nur eine sehr kleine Abweichung vom Sollwert toleriert werden kann.

Zwar kann durch Anlegen eines Unterdrucks in der Innenbohrung des Hüllrohres dem Absacken des Kernstabs entgegengewirkt werden; allerdings ergibt sich bei einem Außen an der Ziehzwiebel anliegenden Atmosphärendruck eine maximale Druckdifferenz zum Druck in der Innenbohrung von 1 bar. In Abhängigkeit von dem spezifischen Gewicht des Kernstabmaterials und der konkreten Form der Ziehzwiebel können mittels der maximalen Druckdifferenz von 1 bar Kernstäbe mit einer Länge von mehr als etwa 3 m nicht mehr sicher gehalten werden. Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens wird jedoch der Einsatz längerer Kernstäbe angestrebt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren anzugeben, das die Herstellung hochwertiger optischer Bauteile durch Elongieren einer koaxialen Anordnung von Kernstab und einem Hüllrohr mit hoher Wirtschaftlichkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Kernstab eingesetzt wird, der aus mindestens zwei in der Innenbohrung lose übereinander angeordneten Kernstabstücken besteht, wobei das Gewicht eines oberen Kernstabstücks in einem oberhalb der Ziehzwiebel vorgesehenen Halte- oder Stützbereich des Hüllrohres abgetragen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet durch folgende Aspekte aus:

1. Um einen möglichst langen Kernstab einsetzen zu können, ohne dass nennenswerte Verformungen der Ziehzwiebel und Veränderungen des „b/a-Verhätnisses" auftreten, sind zwei Maßnahmen unerlässlich. Zum einen wird ein längsgeteilter Kernstab eingesetzt. Dieser besteht aus mindestens zwei Teilstücken (Kernstabstücken), die in der Innenbohrung lose übereinander angeordnet sind, und zwischen denen ein Spalt verbleiben kann. Dadurch ist es möglich, das Gewicht von mindestens einem oberen Kernstabstück an anderer Stelle als der Ziehzwiebel abzutragen, nämlich an dem Hüllrohr. Hierfür weist das Hüllrohr oberhalb der Ziehzwiebel einen Halte- oder Stützbereich auf. Auf dem Stützbereich wird das obere Kernstabstück entweder unmittelbar oder mittelbar abgestützt, oder es wird an dem Haltebereich unmittelbar oder mittelbar hängend gehalten. Der Kernstab ist in Längsstücke geteilt. Das untere Kernstabstück bedarf daher einer eigenen Fixierung, um von Beginn des Elongierprozesses ein Herausfallen aus der Innenbohrung des Hüllrohres zu verhindern. Die Länge der einzelnen Kernstabstücke ist so ausgelegt, dass ihr Gewicht auch dann noch infolge des in der Innenbohrung erzeugten Unterdrucks sicher gehalten werden kann, wenn der jeweilige Halte- oder Stützbereich im Verlaufe des Elongierprozesses aufgeschmolzen ist. Durch die Segmentierung des Kernstabs ergeben sich zusätzliche Vorteile. Zum einen können kürzere Kernstab-Segmente einfacher und wirtschaftlicher hergestellt werden als größere, es können ausgewählte Reststücke verwendet werden, und unter Berücksichtigung unvermeidlicher Abweichungen von der idealen Zylindersymmetrie und Maßtoleranzen ist das Einführen kürzerer Kernstabstücke in ein Hüüllrohr einfacher und erlaubt daher die Einhaltung eines schmaleren Spaltes. Infolge des Abtrags von einem Teil des Kernstab-Gewichts auf das Hüllrohr kann beim erfindungsgemäßen Verfahren die Anordnung aus Kernstab und Hüllrohr insgesamt ein Mehrfaches der im Stand der Technik maximal realisierbaren Länge aufweisen.
2. Außerdem ist der Kernstab in der Innenbohrung des Hüllrohres lose angeordnet. Das heißt, dass die Kernstabstücke eine gewisse Freiheit für eine Kipp- oder Schwenkbewegung oder für eine seitliche Bewegung haben, die eine Selbstzentrierung während des Elongierprozesses ermöglicht.

In der koaxialen Anordnung ist der Kernstab von einem Mantelrohr oder von mehreren Mantelrohren umgeben. Bei dem Hüllrohr handelt es sich um dasjenige Mantelrohr, an dem das Gewicht des oberen Kernstabstücks letztlich abgetragen wird, das also den Halte- oder Stützbereich im Sinne der Erfindung aufweist. Das Hüllrohr umgibt den Kernstab unmittelbar, oder zwischen dem Hüllrohr und dem Kernstab befindet sich ein oder mehrere weitere Mantelrohre. Wesentlich ist, dass das Hüllrohr nicht mit seinem Gewicht auf der Ziehzwiebel lastet.

Der Kernstab ist innerhalb der Innenbohrung des Hüllrohres angeordnet. Die Innenbohrung ist evakuierbar, wobei der Anschlussort für die Vakuumeinrichtung für den Erfolg der erfindungsgemäßen Lehre nicht relevant ist, und somit auch außerhalb der Innenbohrung des Hüllrohres liegen kann.

Das obere Kernstabstück im Sinne der Erfindung ist ein Kernstabstück, dessen Gewicht auf dem Halte- oder Stützbereich des Hüllrohres abgetragen wird, und das sich oberhalb eines weiteren, unteren Kernstabstücks befindet. Es handelt sich um das oberste Kernstabstück des Kernstabes oder um ein unterhalb des obersten Kernstabstücks angeordnetes Kernstabstück.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine reproduzierbare Herstellung maßhaltiger optischer Bauteile (Stab, Vorform, Faser) mit vergleichsweise hoher Ausbeute durch Einsatz von Kernstäben und Hüllrohren mit großer Länge.

Bei einer ersten bevorzugten Verfahrensvariante wird das obere Kernstabstück am Halte- oder Stützbereich hängend gehalten.

Die hängende Halterung erleichtert die Einhaltung einer vorgegeben Position des oberen Kernstabstücks in der Innenbohrung. Der Halte- oder Stützbereich ist in dem Fall in der Regel am oberen Ende des oberen Kernstabstücks angeordnet, so dass er beim zonenweisen Erschmelzen der koaxialen Anordnung seine Haltefunktion lange beibehält.

Vorzugsweise weist das obere Kernstabstück an seinem oberen Ende einen Außenkragen auf, der auf der oberen Stirnseite des Hüllrohres aufliegt.

Der Halte- oder Stützbereich wird von der oberen Stirnseite des Hüllrohres gebildet, wobei sich das obere Kernstabstück mittelbar über andere Bauteile oder unmittelbar auf der oberen Stirnseite des Hüllrohres abstützt. Das obere Kernstabstück ist dabei mit einem Außenkragen versehen, der die obere Stirnseite des Hüllrohres übergreift. Um das Anlegen und Aufrechterhalten eines Unterdrucks in der Innenbohrung, und insbesondere in dem Ringspalt zwischen dem Kernstab und dem Hüllrohr, zu gewährleisten, weist der Außenkragen vorteilhafterweise Gasdurchlass-Öffnungen auf.

Alternativ dazu und gleichermaßen bevorzugt, greift am oberen Ende des oberen Kernstabstücks ein Haltekörper an, der in der Wandung des Hüllrohres gelagert ist.

Der Haltekörper ist mit dem oberen Ende des oberen Kernstabstücks verschmolzen, in diesem eingebettet oder er erstreckt sich durch eine Bohrung des Kernstabstücks. Wesentlich ist, dass er sich am Hüllrohr abstützt. Im einfachsten Fall handelt es sich um einen Quarzglas-Stift, der sich durch die Hüllrohrwandung und durch den Kernstab erstreckt.

Beide Verfahrensvarianten kommen ohne oder mit wenig Maßnahmen zur Heißverformung des oberen Kernstabstücks oder des Hüllrohres aus. Das Erzeugen einer Bohrung für die Durchführung eines Quarzglas-Stiftes kann im kalten Zustand (ohne Heißverformung) erfolgen. Das obere Kernstabstück kann dabei auch eine gewisse Bewegungsfreiheit behalten, die eine Selbstzentrierung beim Elongieren ermöglicht.

Alternativ oder ergänzend zu einer hängenden Lagerung hat es sich auch als günstig erwiesen, wenn das obere Kernstabstück am Halte- oder Stützbereich abgestützt wird.

Eine Schwachstelle bei der hängenden Lagerung ist die mechanische Festigkeit des oberen Endes beim zu haltenden Kernstabstück. Bei einer gestützten Lagerung ist ein Bruch des oberen Kernstabstücks ausgeschlossen.

Hierbei hat es sich bewährt, wenn der Halte- oder Stützbereich in Form einer Verengung der Hüllrohr-Innenbohrung ausgebildet ist, wobei das obere Kernstabstück mittelbar oder unmittelbar auf der Verengung der Innenbohrung aufliegt.

Das Hüllrohr ist aus einem Stück gefertigt oder es ist aus zwei oder mehr Hüllrohrstücken zusammengesetzt. Wesentlich ist, dass mindestens eine Verengung der Hüllrohr-Innenbohrung vorgesehen ist. Die Verengung dient als Halte- oder Stützbereich im Sinne der Erfindung. Sie ist so ausgeführt, dass darauf ein oberes Kernstabstück entweder unmittelbar oder mittelbar über andere in der Innenbohrung des Hüllrohres angeordnete Bauteile ruht. Daher wird das Gewicht des oberen Kernstabstücks über die Verengung am Hüllrohr abgetragen, so dass dieses nicht auf die sich beim Elongieren bildende Ziehzwiebel einwirkt. Die Verengung wird beispielsweise durch eine stufenartige oder konische Verjüngung der Innenbohrung bewirkt oder mittels eines durch die Hüllrohr-Wandung in die Innenbohrung hineinragenden Stützkörpers. Unterhalb der Verengung erstreckt sich das untere Kernstabstück oder ein Teil davon.

Im Bereich der Verengung ist der Kernstab in ein oberes und in ein unteres Kernstabstück geteilt. Während sich das obere Kernstabstück auf der Verengung abstützt, kann diese gleichzeitig für das untere Kernstabstück als Widerlager gegen ein Aufschwimmen dienen, wie dies weiter unten noch näher erläutert wird.

Besonders bewährt hat sich eine Verfahrensvariante, bei der die Verengung als umlaufender Innenwulst des Hüllrohres ausgebildet ist.

Ein umlaufender Innenwulst ist mechanisch besonders stabil und verhindert ein Abrutschen des darauf mittelbar oder unmittelbar aufliegenden Kernstabstücks. Probleme hinsichtlich der Dichtheit der Innenbohrung gibt es dabei nicht.

Außerdem ist ein Innenwulst besonders einfach herzustellen, insbesondere, wenn – wie in einer bevorzugten Verfahrensvariante – das Hüllrohr durch stoßweises Verschweißen von Rohrstücken erzeugt, und dabei gleichzeitig die Verengung (vorzugsweise als Innenwulst) beim Verschweißen im Bereich der Stoßstelle gebildet wird.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante liegt das obere Kernstabstück auf einem unteren Kernstabstück mittelbar der unmittelbar auf, wobei das Gewicht des unteren Kernstabstücks am Halte- oder Stützbereich abgetragen wird.

In dem Fall dient der Halt- und Stützbereich gleichzeitig zur Lagerung oder Halterung des unteren Kernstabstücks und des oberen Kernstabstücks, was den Fertigungsaufwand reduziert. Das obere Kernstabstück steht auf dem unteren Kernstabstück mittelbar oder unmittelbar auf und bedarf dafür keiner besonderen Bearbeitung.

Dabei hat es sich besonders bewährt, wenn das untere Kernstabstück am Halte- oder Stützbereich hängend gehalten wird.

Der Halte- oder Stützbereich ist beispielsweise in Form einer oberen Stirnseite des Hüllrohres ausgebildet, die von einem Außenkragen des unteren Kernstabstücks übergriffen wird, oder das untere Kernstabstück hängt an einem Stützkörper, der sich durch die Wandung des Hüllrohres erstreckt und der am oberen Ende des unteren Kernstabstücks angreift. Beim zonenweisen Erweichen der Anordnung während des Elongierprozesses erweicht dieser Bereich erst zu einem Zeitpunkt, zu dem das untere Kernstabstück kurz und das verbleibende Gewicht des unteren Kernstabstücks daher gering ist. Wichtig ist, dass sich das obere Kernstabstück zwar auf dem unteren Kernstabstück abstützen kann, ohne dass dadurch das Gewicht beider vollständiger Kernstabstücke auf der Ziehzwiebel lasten würde.

Bei einem lose in der Innenbohrung des Hüllrohres angeordneten oberen Kernstabstück kann es beim Elongierprozess zu einem „Aufschwimmen" kommen. Als Aufschwimmen wird hierbei eine Aufwärtsbewegung von einzelnen Kernstabstücken entgegen der Ziehrichtung verstanden. Das Aufschwimmen kann auftreten, wenn das gerade erweichte Kernstabstück ein geringes Gewicht und Spiel nach oben hat. Der Effekt führt zu einem relativen Mangel an Kernstabmaterial in der Ziehzwiebel und damit einhergehend zu einer Änderung des „b/a-Verhältnisses" des abgezogenen Bauteils.

Um dies zu vermeiden ist beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise mindestens ein Mittel gegen ein Aufschwimmen von Kernstabstücken beim Elongieren vorgesehen.

Dabei hat es sich besonders bewährt, wenn das Mittel gegen das Aufschwimmen von der Verengung der Innenbohrung gebildet wird.

In dem Fall dient die Verengung der Innenbohrung des Hüllrohres gleichzeitig als Stütze für das obere Kernstabstück und als Widerlager gegen ein Aufschwimmen eines unterhalb der Verengung angeordneten weiteren Kernstabstücks, das sich dabei vollständig unterhalb der Verengung befindet.

In einer besonders bevorzugten Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst die koaxiale Anordnung einen den Kernstab umgebenden Innenzylinder, welcher das mit dem Halte- oder Stützbereich versehene Hüllrohr bildet, und einen den Innenzylinder umgebenden Außenzylinder.

Der Innenzylinder ist in dem Fall mit dem Halte- oder Stützbereich für das obere Kernstabstück versehen und er weist eine eigene Lagerung auf. In der Regel weist der Innenzylinder eine geringere Wandstärke als der Außenzylinder auf, was die Erzeugung des Halte- oder Stützbereichs – etwa durch glasbläserische Arbeiten – vereinfacht.

In dem Zusammenhang hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn der Innenzylinder die Verengung aufweist.

Die mindestens eine Verengung – beispielsweise in Form eines Innenwulstes – lässt sich bei einem vergleichsweise dünnwandigen Innenzylinder leichter und kostengünstiger herstellen als bei einem Außenzylinder, der in der Regel als dickwandiger Hohlzylinder vorliegt.

Es hat sich außerdem bewährt, wenn das obere Kernstabstück am Halte- oder Stützbereich des Innenzylinders hängend gehalten wird.

Wie weiter oben bereits beschrieben, weist hierzu das obere Kernstabstück beispielsweise einen Außenkragen auf, der die obere Stirnseite des Innenzylinders übergreift. Oder es ist mindestens eine Haltevorrichtung vorgesehen, die das obere Kernstabstück hält und die sich am Innenzylinder abstützt. Diese Haltevorrichtung ist im einfachsten Fall ein Haltekörper in Form eines Quarzglas-Stiftes, der sich durch die Innenzylinder-Wandung und durch den Kernstab erstreckt.

In einer anderen Verfahrensweise, bei der die koaxiale Anordnung einen den Kernstab umgebenden Innenzylinder und einen den Innenzylinder umgebenden Außenzylinder umfasst, bildet der Außenzylinder das mit dem Halte- oder Stützbereich versehene Hüllrohr.

Am Außenzylinder wird hierbei nicht nur das Gewicht des oberen Kernstabstücks, sondern auch des Innenzylinders oder eines Teils davon abgetragen.

Der Kernstab stellt das Quarzglas für den Kernbereich des herzustellenden optischen Bauteils, dessen Herstellung besonders zeit-, material- und damit kostenaufwändig ist. Nach Fertigstellung des Kernstabes sind daher Nachbehandlungen, insbesondere Heißbehandlungen, die zu einer Änderung der optischen Eigenschaften oder sogar zum Verlust des Kernstabes führen können, möglichst zu vermeiden. Bei der bevorzugten Verfahrensvariante kann das obere Kernstabstück ohne aufwändige Bearbeitungsmaßnahmen innerhalb des Innenzylinders fixiert werden, indem der Innenzylinder aus mindestens einem unteren Längssegment und einem oberen Längssegment ausgebildet ist, welches an seinem unteren Ende eine sich verengende Innenbohrung aufweist, auf der das obere Kernstabstück aufliegt.

Bei dieser Verfahrensweise ist ein Innenzylinder vorgesehen, der – ähnlich wie der Kernstab -aus lose übereinander angeordneten Längssegmenten besteht. Mindestens eines dieser Längssegmente dient auch zur Halterung und Fixierung eines Kernstabstücks, indem seine Innenbohrung eine Verengung aufweist, die einen Innendurchmesser aufweist, der entweder kleiner ist als der Außendurchmesser des auf der Verengung aufliegenden Kernstabstücks, oder der – im Falle einer mittelbaren Auflage des Kernstabs auf der Verengung über ein Zwischenstück – kleiner ist als der Außendurchmesser dieses Zwischenstücks. Die Verengung der Innenbohrung ist bei dem in der Regel dünnwandigen Innenzylinder einfach herzustellen. Eine derartige Verengung der Innenbohrung ist beispielsweise auch für die anfängliche Fixierung des untersten Kernstabstücks geeignet.

Das betreffende Längssegment stützt sich auf dem Halte- oder Stützbereich des Hüllrohres (Außenzylinder) ab, oder es wird dort hängend gehalten.

Vorzugsweise ist der Halte- oder Stützbereich in Form einer Verengung der Innenbohrung des Außenzylinders ausgebildet, auf welcher das obere Längssegment des Innenzylinders mit seinem unteren Ende aufliegt.

In dem Zusammenhang wird auf die obigen Erläuterungen zu einer entsprechenden Gestaltung des Hüllrohres in seiner allgemeinen Form hingewiesen, die für die Ausbildung der Verengung am Außenzylinder ebenso zutreffen. Die Ausbildung der Verengung speziell am Außenzylinder hat den Vorteil, dass im einfachsten Fall weder der Kernstab, noch der Innenzylinder einer mechanischen oder glasbläserischen Bearbeitung bedürfen.

In einer besonders geeigneten Ausführungsvariante ist das obere Kernstabstück in einem Innenzylinder fixiert, das an seinem oberen Ende einen Außenkragen aufweist, der den Halte- oder Stützbereich übergreift.

Der Innenzylinder ist entweder einteilig ausgebildet oder er besteht aus mehreren Längssegmenten. In jedem Fall weist der das obere Kernstabstücke umgebende Teil des Innenzylinders ein oberes Ende mit Außenkragen auf, welcher den am Außenzylinder ausgebildeten Halte- oder Stützbereich – zum Beispiel in Form der oberen Stirnseite des Außenzylinders – übergreift. In dem Innenzylinder wird das obere Kernstabstück gehalten. Dessen Gewicht wird somit mittelbar über den Innenzylinder auf den Außenzylinder übertragen. Die Fixierung des oberen Kernstabstücks im Innenzylinder erfolgt beispielsweise mittels der oben erwähnten Maßnahmen (Verengung der Innenbohrung des Innenzylinders, Lagerung auf einem oder hängende Halterung an einem Stützkörper, der sich durch die Innenbohrung erstreckt, Versehen des oberen Kernstabstückendes mit einem den Innenzylinder übergreifenden Außenkragen). Der Außenkragen des Innenzylinders ist vorteilhafterweise so ausgebildet, dass es das Anlegen und Aufrechterhalten eines Unterdrucks im Ringspalt zwischen dem Innenzylinder und dem Außenzylinder nicht verhindert.

Anfänglich muss das untere Kernstabstück am Herausfallen aus der Innenbohrung des Hüllrohres gehindert werden. Sobald die entsprechende Haltefunktion durch Erweichen beim Elongierprozess entfallen ist, lastet das Gewicht des unteren Kernstabstücks der koaxialen Anordnung (oder der verbleibende Rest) auf der Ziehzwiebel.

Vorzugsweise wird das Gewicht des unteren Kernstabstücks an anderer Stelle abgetragen als am Halte- oder Stützbereich.

Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass die Gewichte von unterem und oberem Kernstabstück an verschiedenen Stellen abgetragen werden, so dass die entsprechenden Halteelemente kompakt ausgebildet sein können und die Gefahr eines Bruches aufgrund hoher Gewichtskräfte vermindert ist.

Alternativ dazu und gleichermaßen bevorzugt, wird das Gewicht eines unteren Kernstabstücks am Halte- oder Stützbereich abgetragen.

Diese Verfahrensvariante hat den Vorteil, dass die Anzahl der Halteelemente und damit der Fertigungsaufwand für die koaxiale Anordnung gering ist.

Außerdem hat es sich – auch ergänzend zu allen oben näher erläuterten Verfahrensvarianten – besonders bewährt, wenn im Halte- oder Stützbereich des Hüllrohres ein Zwischenstück aus Quarzglas angeordnet ist, auf dem das obere Kernstabstück aufliegt.

Im Bereich um den Halte- oder Stützbereich kann die Geometrie der koaxialen Anordnung eine Unstetigkeit in axialer Richtung aufweisen und es kann zusätzlich auch zu einer Abweichung von der idealen Zylindersymmetrie kommen. Infolgedessen ist dieser Bereich für die Herstellung hochwertiger optischer Bauteile nicht geeignet und wird in der Regel verworfen. Da insbesondere der Kernstab aus hochwertigem Quarzglas besteht, wird der betreffende Kernstababschnitt in diesem Bereich ersetzt durch ein weniger teures Quarzglas in Form des Zwischenstückes. Dies gilt gleichermaßen für den Innenzylinder bei einer Ausführungsform der Erfindung, bei der der Halte- oder Stützbereich am Außenzylinder vorgesehen ist. Das Zwischenstück kann außerdem eine ergänzende Halte- oder Stützfunktion für das obere Kernstabstück und gegebenenfalls für den Innenzylinder übernehmen, und dadurch die Ausbildung des Halte- oder Stützbereiches vereinfachen. Als Beispiel sei ein auf einer Verengung des Außenzylinders aufliegendes Zwischenstück genannt, auf dem sich das obere Kernstabstück und der Innenzylinder abstützen.

Um das Anlegen und Aufrechterhalten eines Unterdrucks in der Innenbohrung zu gewährleisten, ist das Zwischenstück vorteilhafterweise mit Gasdurchlass-Öffnungen versehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert zwar einen gewissen Aufwand für die Ausbildung eines geeigneten Hafte- oder Stützbereichs beim Hüllrohr oder eine geeignete Ausgestaltung des oberen Kernstabstücks. Dieser Mehraufwand wird aber durch eine erhöhte Ausbeute kompensiert, wenn das Hüllrohr eine Länge von mehr als 4 m aufweist. Der Kernstab weist eine dementsprechend große Länge auf.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im einzelnen
1: eine Gesamtansicht einer Ausführungsform einer koaxialen Anordnung von Kernstab, innerem Mantelrohr und äußerem Mantelrohr zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2: eine Detailansicht von 1 mit einer Lagerung eines oberen Kernstabstücks auf einem Innenwulst des äußeren Mantelrohres in einer vergrößerten Darstellung,
3: eine erste Abwandlung der in 2 gezeigten Lagerung,
4: eine weitere Abwandlung der in 2 gezeigten Lagerung,
5: eine gestützte Lagerung des oberen Kernstabstück auf einem unteren Kernstabstück, das an einem separat gehaltenen inneren Mantelrohr fixiert ist,
6: eine weitere Ausführungsform der Lagerung des oberen Kernstabstück in einem separat gehaltenen inneren Mantelrohr,
6: eine weitere Ausführungsform der Lagerung des oberen Kernstabstück in einem separat gehaltenen inneren Mantelrohr, und
7: eine Ausführungsform für die Halterung des oberen Kernstabstücks in einem mit Außenkragen versehenen inneren Mantelrohr.
1 zeigt eine Anordnung aus einem Kernstab 1, einem inneren Mantelrohr 2 und einem äußeren Mantelrohr 3 aus Quarzglas. Die Längsachsen dieser Bauteile verlaufen jeweils koaxial zu einer vertikal orientierten Mittelachse 4 der Gesamtanordnung.
Der Kernstab 1 besteht aus hochreinem synthetischen Quarzglas und umfasst ein oberes Kernstabstück 1a und ein davon getrenntes unteres Kernstabstück 1b. Die Kernstabstücke 1a, 1b sind durch Abscheidung von SiO₂-Partikeln nach dem sogenannten OVD-Verfahren hergestellt und weisen jeweils Kern-Mantelstruktur auf. Das heißt, sie zeigen in radialer Richtung gesehen einen nicht homogenen Brechzahlverlauf. Die Kernstabstücke 1a, 1b sind in der Innenbohrung des inneren Mantelrohres 2 mit Abstand voneinander lose übereinander gestapelt. Die Länge der Kernstabstücke 1a, 1b beträgt jeweils etwa 3 m und ihr Außendurchmesser liegt bei 38 mm, so dass sich zwischen dem Mantelrohr 2 und dem Kernstab 1 ein innerer Ringspalt 5 mit einer Spaltweite von etwa 1 mm ergibt.
Das den Kernstab 1 unmittelbar umgebende, innere Mantelrohr 2 besteht aus hochreinem Quarzglas, das durch Außenabscheidung nach dem sogenannten OVD-Verfahren erhalten wurde. Es umfasst ein oberes Teilstück 2a und ein unteres Teilstück 2b. Die Teilstücke sind in axialer Richtung (Mittelachse 4) in der Innenbohrung des äußeren Mantelrohres 3 getrennt voneinander und lose übereinander gestapelt. Die Längen der einzelnen Mantelrohr-Teilstücke 2a bzw. 2b korrespondieren zu denjenigen der darin eingesetzten Kernstabstücke 1a bzw. 1b und liegen im Ausführungsbeispiel somit ebenfalls bei je 3 m. Der Innendurchmesser des Mantelrohr-Teilstücke 2a, 2b beträgt 40 mm und ihr Außendurchmesser 52 mm.
Das das innere Mantelrohr 2 unter Belassung eines äußeren Ringspalts 7 umgebende äußere Mantelrohr 3 besteht aus synthetisch erzeugtem Quarzglas. Es setzt sich aus zwei Zylinderteilen 3a, 3b zusammen, die stoßweise miteinander verschweißt sind. An der Stoßstelle ist ein umlaufender Wulst 6 (im Folgenden als „Innenwulst 6" bezeichnet) ausgebildet, der sich ca. 3 mm in den äußeren Ringspalt 7 hinein erstreckt. Der Innenwulst 6 wird beim Verschweißen der Zylinderteile 3a, 3b erzeugt, indem die der Stoßstelle zugewandten Bereich der beiden Zylinderteile 3a, 3b erweicht und unmittelbar vor dem Zusammenpressen der Zylinderteile 3a, 3b bei einem davon die innere Kante unter Zuhilfenahme eines Grafit-Werkzeuges nach Innen gebogen wird. Der Außendurchmesser des äußeren Mantelrohres beträgt 195 mm. Im Bereich des Innenwulstes 6 liegt der Innendurchmesser bei etwa 48 und ansonsten bei 54 mm.
Unmittelbar auf dem Innenwulst 6 liegt eine mit Durchgangsbohrungen 10 versehene obere Abstandscheibe 9 aus Quarzglas auf. Die obere Abstandsscheibe 9 hat einen Außendurchmesser von 52 mm und eine Dicke von 20 mm. Die Durchgangsbohrungen 10 verlaufen in einem Radius um die Mittelachse 4, der etwa dem mittleren Radius des inneren Ringspalts 5 entspricht. Auf der oberen Abstandsscheibe 9 stehen das obere Kernstabstück 1a und das obere Mantelrohr-Teilstück 2a auf. Deren Gewicht wird somit über die obere Abstandsscheibe 9 auf den Innenwulst 9 und damit auf das äußere Mantelrohr 3 übertragen.
An der Unterseite des Innenwulstes 6 verläuft eine untere Abstandsscheibe 11 aus Quarzglas, deren Geometrie derjenigen der oberen Abstandsscheibe 9 entspricht. Die untere Abstandsscheibe 11 liegt auf den oberen Stirnseiten von unterem Kernstabstück 1b und unterem Mantelrohr-Teilstück 2b auf. Diese Bauteile werden am Herausfallen aus der Innenbohrung des äußeren Mantelrohres 3 mittels einer die Innenbohrung verschließenden Quarzglasplatte 12 gehindert, die ihrerseits mit einem Stift 13 fixiert ist, der sich durch die Platte 12 und beiderseits durch die Wandung des äußeren Mantelrohres 3 erstreckt.
An das obere stirnseitige Ende des äußeren Mantelrohres 3 ist ein Haltezylinder 14 aus einem geringwertigen Quarzglas angeschmolzen. Der Haltezylinder 14 ist mit einer umlaufenden Rechtecknut 15 versehen, die als Aufnahme für einen (in der Figur nicht dargestellten) Greifer dient, mittels dem das äußere Mantelrohr 3 gehalten und bewegt wird. Der Greifer ist kardanisch gelagert, so dass sich eine Schwenkbarkeit des äußeren Mantelrohres 3 um die kardanische Aufhängung in einer Richtung quer zur Ziehrichtung (Richtungspfeil 16) ergibt, welche zu einer Selbstzentrierung während des Elongierprozesses beiträgt.
Das obere Ende des Haltezylinders 14 ist mit einem Deckel 17 verschlossen, durch den eine Gasleitung 18 geführt ist, über die die Innenbohrung des äußeren Mantelrohres 3 und damit auch die Innenbohrung des inneren Mantelrohres 2 evakuierbar ist, und durch die ein Spülgas eingeleitet werden kann.
Eine weitere Quarzglasplatte 19 liegt auf den oberen Stirnseiten von oberem Kernstabstück 1a und oberem Mantelrohr-Teilstück 2a auf. Auch die Quarzglasplatte 19 weist Bohrungen für den Durchgriff des Vakuums auf die Innenbohrung des inneren Mantelrohres 2 auf. Zwischen der Quarzglasplatte 19 und dem Deckel 17 erstreckt sich ein Stützstab 20, der ein Aufschwimmen des oberen Kernstabstücks 1a während des Elongierprozesses verhindert.
Sofern in den 2 bis 8 dieselben Bezugsziffern wie in 1 verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand der Beschreibung der Anordnung beispielhaft erläutert sind.
2 zeigt den Bereich A von 1 in einer vergrößerten Darstellung. Der Außendurchmesser der Abstandsscheiben 9 und 11 entspricht etwa demjenigen des inneren Mantelrohres 2, so dass sich dessen oberes und unteres Teilstück auf den jeweiligen Abstandsscheiben 9 und 11 abstützen können. Andererseits ist der Durchmesser der Abstandsscheiben 9 und 11 größer als der Innendurchmesser der Innenbohrung im Bereich des Innenwulstes 6, so dass die Abstandsscheiben 9 und 11 von oben bzw. von unten gegen den Innenwulst anliegen.
In den 3 und 4 sind alternative Ausführungsformen für die Fixierung des oberen Kernstabstücks 1a im Bereich A durch Auflage auf einem Innenwulst 6 des äußeren Mantelrohres 3 dargestellt.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 ist das obere Teilstück 2a des inneren Mantelrohres 2 mit einem nach unten konisch zulaufenden unteren Ende 30 versehen, so dass sich eine Verengung der Innenbohrung des inneren Mantelrohres 2 mit einer Öffnungsweite von etwa 25 mm ergibt. Auf dieser Verengung ruht das obere Kernstabstück 1a. Auf eine der Abstandsscheiben kann hier verzichtet werden, was einen im Vergleich zur Ausführungsform von 2 geringeren Abstand zwischen den Kernstabstücken 1a, 1b ermöglicht. Allerdings kann hierbei das konische untere Ende 30 des inneren Mantelrohres 2a bis unterhalb des Innenwulstes 6 ragen, so dass ein Abstandsring 31 sinnvoll sein kann, um eine Berührung mit der Abstandsscheibe 11 zu verhindern.
Bei der Ausführungsform gemäß 4 kann auf beide Abstandsscheiben verzichtet werden. Auch hier ist das obere Teilstück 2a des inneren Mantelrohres 2 mit einem nach unten konisch zulaufenden unteren Ende 40 versehen, so dass sich eine Verengung 40 der Innenbohrung 5 des inneren Mantelrohres 2 mit einer Öffnungsweite von etwa 25 mm ergibt, auf der das obere Kernstabstück 1a aufliegt. Das untere Teilstück 2b des inneren Mantelrohres 2 weist ein oberes Ende auf, das mit einem nach außen weisenden Kragen 41 versehen, der den Innenwulst 6 übergreift.
In allen oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wird das Gewicht des oberen Kernstabstücks 1a und des oberen Teilstückes 2a des inneren Mantelrohres 2 unmittelbar oder mittelbar über den Innenwulst 6 auf dem äußeren Mantelrohr 3 abgetragen.
Um ein Aufschwimmen von Kernstab 1a, 1b und innerem Mantelrohr 50 während des Elongierprozesses zu verhindern, ist eine ähnliche Vorrichtung wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform vorgesehen. Diese umfasst einen Deckel 17, der fest mit dem Haltezylinder 14 verbunden ist. Zwischen dem Deckel 17 und eines Stützscheibe 19, die auf dem oberen Kernstabstück 1a aufliegt, erstreckt sich ein Stützstab 20. Über eine durch den Deckel 17 geführte Gasleitung ist zumindest der Ringspalt 5 evakuierbar.
Eine ähnliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der jedoch das Gewicht des oberen Kernstabstücks 1a auf dem inneren Mantelrohr 2 abgetragen wird, ist in 5 dargestellt.
Das innere Mantelrohr 42 und das äußeres Mantelrohr 43 sind jeweils 6 m lang und ohne sichtbare Naht aus 3 m langen Teilstücken zusammengeschweißt. Das obere Ende des unteren Kernstabstücks 1b ist mit einer Durchgangsbohrung versehen, durch die sich ein Quarzglas-Stift 54 erstreckt, mittels dem dieses Kernstabstück 1b an der Wandung des inneren Mantelrohres 42 in gewissem Rahmen schwenk- und verschiebbar hängend gehalten wird. Die Bohrung des Kernstabstücks 1b kann im kalten Zustand (ohne Heißverformung) erzeugt werden.
Unmittelbar auf der oberen Stirnseite des unteren Kernstabstücks 1b liegt das obere Kernstabstück 1a auf. Die Kontaktstelle ist in 5 mit der Bezugsziffer 55 gekennzeichnet. Auf Abstandsscheiben kann hierbei verzichtet werden. Das innere Mantelrohr 52 wird mittels eines separaten Halters (in 5 nicht dargestellt) gehalten. Um ein Aufschwimmen des oberen Kernstabstücks 1a während des Elongierprozesses zu verhindern, ist eine ähnliche Vorrichtung wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform vorgesehen, bei der das obere Kernstabstück 1a gegen eine Stützscheibe und einen Stützstab gegen einen Abschluss-Deckel anliegt.
Die 6 und 7 zeigen schematisch weitere Ausführungsformen der Erfindung, bei denen das Gewicht des oberen Kernstabstücks 1a auf dem inneren Mantelrohr 2 abgetragen wird.
Bei der Ausführungsform gemäß 6 sind äußeres Mantelrohr 3 und inneres Mantelrohr 60 aus jeweils zwei 3 m langen Teilstücken ohne erkennbare Naht stoßweise zusammengefügt. Das innere Mantelrohr 60 ist etwa in seiner Mitte mit einer Verjüngung 61 versehen, auf welcher das obere Kernstabstück 1a aufliegt. Die Verjüngung 61 wird beim Zusammenfügen der Mantelrohr-Teilstücke erzeugt. Unterhalb der Verjüngung 61 erstreckt sich das untere Kernstabstück 1b, wobei zwischen den Kernstabstücken 1a, 1b ein enger Spalt 63 verbleibt. Das innere Mantelrohr 60 wird mittels eines Halters 62 aus Quarzglas (und eines daran angreifenden Greifers mit kardanischer Lagerung) separat zum äußeren Mantelrohr 3 gehalten. Der Quarzglashalter 62 ist hierzu am oberen Ende des inneren Mantelrohres 60 angeschmolzen.
Im Unterschied zu 6 zeigt die Ausführungsform gemäß 7 eine hängende Lagerung des oberen Kernstabstücks 1a an einem inneren Mantelrohr 70. Dieses ist ebenfalls einstückig ohne sichtbare Naht aus zwei aneinandergefügten 3 m langen Teilstücken ausgebildet, und es wird mittels eines an seiner oberen Stirnseite angeschmolzenen Halters 71 aus Quarzglas (und eines daran angreifenden Greifers) gehalten. Die hängende Lagerung des oberen Kernstabstücks 1a erfolgt durch einen Quarzglas-Stift 72, der sich am oberen Ende des inneren Mantelrohres 70 durch dessen Wandung sowie durch das obere Ende des Kernstabstücks 1a erstreckt. Hierzu wurde das obere Kernstabstück 1a im kalten Zustand mit einer passenden Bohrung versehen, die eine gewisse Schwenkbarkeit um die Stift-Achse gewährleistet. Das untere Kernstabstück 1b liegt auf einem weiteren Quarzglas-Stift 74 auf, der sich am unteren Ende des inneren Mantelrohres 70 durch dessen Wandung erstreckt. Zwischen den Kernstabstücken 1a, 1b verbleibt ein schmaler Spalt 73. Die Vakuumdichtheit der Innenbohrung des inneren Mantelrohres 70 wird durch das äußere Mantelrohr 3 gewährleistet.
Bei der Ausführungsform der Erfindung gemäß 8 weist das obere Teilstück 2a des inneren Mantelrohres ein oberes Ende auf, das mit einem Außenkragen 80 versehen ist, der auf der oberen Stirnseite 86 des äußeren Mantelrohres 83 aufliegt. Weiterhin ist das untere Ende des oberen Teilstücks 2a des inneren Mantelrohres mit einer Verjüngung 81 versehen, auf der das obere Kernstabstück 1a ruht. Das Gewicht des oberen Kernstabstücks 1a wird somit über das innere Mantelrohr 2 auf der oberen Stirnseite 86 des äußeren Mantelrohres 83 abgetragen. Unterhalb des oberen Kernstabstücks 1a ist ein unteres Kernstabstück 1b angeordnet, das auf einer Verengung 85 eines unteren Mantelrohr-Teilstücks 2b aufliegt. Das untere Ende des äußeren Mantelrohres 83 verjüngt sich nach unten konisch. Auf dieser Verjüngung 84 ruht das untere Mantelrohr-Teilstück 2b mitsamt dem darin fixierten unteren Kernstabstück 1b,
Um ein Aufschwimmen von Kernstab 1a, 1b und innerem Mantelrohr 2a, 2b während des Elongierprozesses zu verhindern, ist eine ähnliche Vorrichtung wie bei der in 1 dargestellten Ausführungsform vorgesehen. Diese umfasst einen Deckel 17, der fest mit dem Haltezylinder 14 sowie mit dem Stützstab 20 verschmolzen ist. Der Stützstab 20 stützt sich auf einer mit Durchgangsbohrungen versehenen Stützplatte 19 auf, die sowohl auch dem oberen Kernstabstück 1a als auch auf dem Außenkragen 80 aufliegt. Über eine durch den Deckel 17 geführte Gasleitung ist die Innenbohrung des äußeren Mantelrohres 83 evakuierbar.
Nachfolgend wird eine für das erfindungsgemäße Verfahren typische Verfahrensweise zur Herstellung einer optischen Faser anhand 1 näher erläutert.
Es werden zunächst die Kernstabstücke 1a und 1b nach dem OVD-Verfahren hergestellt. Hierzu wird durch axiale Abscheidung einer zentralen GeO₂-dotierten Kernschicht und einer sie umgebenden undotierten SiO₂-Schicht auf einem rotierenden Träger ein Sootkörper erzeugt, der anschließend einer Dehydratationsbehandlung in einer chlorhaltigen Atmosphäre unterzogen und in einem Verglasungsofen bei einer Temperatur im Bereich um 1350 °C verglast wird, so dass der Kernstab 2 mit einem Außendurchmesser von 38 mm und dem gewünschten Brechzahlprofil erhalten wird. In der herzustellenden optischen Faser mit einem Außendurchmesser von 125 μm bildet der Kern des Kernstabs 1 einen Kernbereich mit einem Durchmesser von ca. 8,5 μm.
Alternativ zu dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren der Kernstäbe nach dem OVD-Verfahren können dieselben auch nach den bekannten MCVD-, VAD-, PCVD- oder FCVD- (Furnace Chemical Vapor Deposition) Verfahren hergestellt werden.
Weiteres Mantelmaterial für die Ausbildung der äußeren Mantelglasschichten der Faser wird in Form der Mantelrohre 2 und 3 bereitgestellt, welche unmittelbar beim Faserziehen auf den Kernstab 1 aufkollabiert werden. Die Herstellung der Mantelrohr-Teilstücke 2a, 2b, 3a, und 3b erfolgt anhand eines üblichen OVD-Verfahrens ohne Zusatz eines Dotierstoffs.
Die Teilstücke 3a und 3b des äußeren Mantelrohres werden miteinander verschmolzen, wobei unter Zuhilfenahme eines Formwerkzeugs der Innenwulst 6 erzeugt wird. Außerdem wird an das obere Ende des äußeren Mantelrohres 3 der Halter 14 angeschmolzen.
Die Innenbohrung des mit dem Innenwulst 6 versehenen äußeren Mantelrohres 3 wird von oben mit der oberen Abstandsscheibe 9, dem oberen Mantelrohr-Teilstück 2a und dem oberen Kernstabstück 1a aufgefüllt. Anschließend wird die Innenbohrung unterhalb des Innenwulstes 6 mit den entsprechenden Bauteilen (11, 2b, 1b und 12) von unten aufgefüllt, und diese werden mittels des Stiftes 13 gegen Herausfallen gesichert.
Das äußere Mantelrohr 3 wird mittels eines in die Umfangsnut 11 eingreifenden Greifers erfasst, und die gesamte koaxiale Anordnung von Kernstab 1, innerem Mantelrohr 2 und äußerem Mantelrohr 3 anschließend in vertikaler Ausrichtung mit dem unteren Ende beginnend einem ringförmigen Ofen zugeführt, darin zonenweise auf eine Temperatur um 2050 °C erweicht und dabei eine optische Faser aus dem erweichten Bereich abgezogen. Solange das untere Ende der Anordnung noch nicht erweicht und kollabiert ist, wird über die Gasleitung 18 ein Stickstoff-Spülgasstrom eingeleitet, der das Eindringen von Verunreinigungen in die Innenbohrung des äußeren Mantelrohres 3 vermeidet.
Sobald der untere Bereich der Anordnung kollabiert ist, wird in der Innenbohrung der Mantelrohre 2, 3 über die Gasleitung 18 ein Unterdruck von etwa 1000 mbar erzeugt und aufrechterhalten. Infolge des Abziehens von Glasmasse aus dem erweichten Bereich bildet sich eine Ziehzwiebel am unteren Ende der koaxialen Anordnung aus. Zu Beginn des Ziehverfahrens liegen das obere Mantelrohr-Teilstück 2a und das obere Kernstabstück 1a über die Abstandsscheibe 9 auf dem Innenwulst 6 auf und belasten die Ziehzwiebel dadurch nicht. Das Gewicht des unteren Kernstabstücks 2b mit einer Länge von 3 m kann durch das Vakuum in der Innenbohrung der Mantelrohre 2, 3 gehalten werden.
Aus dem erweichten und kollabierten Bereich der Anordnung wird eine optische Faser mit einem Außendurchmesser von 125 μm abgezogen. Auf ähnliche Weise kann auch eine Vorform für eine optische Faser erzeugt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas, indem eine koaxiale Anordnung, die einen Kernstab (1) umfasst, der von einem eine evakuierbare Innenbohrung aufweisenden Quarzglas-Hüllrohr (2) umgeben ist, in vertikaler Ausrichtung einer Heizzone zugeführt, darin zonenweise erweicht und unter Bildung einer Ziehzwiebel zu dem Quarzglas-Bauteil elongiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kernstab (1, 1a, 1b) eingesetzt wird, der aus mindestens zwei in der Innenbohrung (5, 7) lose übereinander angeordneten Kernstabstücken (1a, 1b) besteht, wobei das Gewicht eines oberen Kernstabstücks (1a) in einem oberhalb der Ziehzwiebel vorgesehenen Halte- oder Stützbereich (6, 54, 61, 72, 86) des Hüllrohres (2, 2a, 2b, 3, 3a, 3b) abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kernstabstück (1a) am Halte- oder Stützbereich (72) hängend gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kernstabstück an seinem oberen Ende einen Außenkragen aufweist, der auf der oberen Stirnseite des Hüllrohres aufliegt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am oberen Ende des oberen Kernstabstücks (1a) ein Haltekörper (72) angreift, der in der Wandung des Hüllrohres (2, 2a, 2b, 3, 3a, 3b) gelagert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kernstabstück (1a) am Halte- oder Stützbereich (6, 54, 61, 86) abgestützt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Halte- oder Stützbereich in Form einer Verengung (6, 61) der Hüllrohr-Innenbohrung (5, 7) ausgebildet ist, und dass das obere Kernstabstück (1a) mittelbar oder unmittelbar auf der Verengung (6, 61) der Innenbohrung (5, 7) aufliegt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung als umlaufender Innenwulst (6) des Hüllrohres (2, 2a, 2b, 3, 3a, 3b) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (2, 2a, 2b, 3, 3a, 3b) durch stoßweises Verschweißen von Rohrstücken erzeugt wird, wobei beim Verschweißen gleichzeitig die Verengung (6, 61) im Bereich der Stoßstelle gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kernstabstück (1a) auf einem unteren Kernstabstück (1b) mittelbar der unmittelbar aufliegt, wobei das Gewicht des unteren Kernstabstücks (1b) am Halte- oder Stützbereich (54) abgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das untere Kernstabstück (1b) am Halte- oder Stützbereich (54) hängend gehalten wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel (6, 61, 72, 19, 20, 17) gegen ein Aufschwimmen von Kernstabstücken (1a, 1b) beim Elongieren vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 11 und einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel gegen das Aufschwimmen von der Verengung (6, 61) der Innenbohrung (5, 7) gebildet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxiale Anordnung einen den Kernstab (1, 1a, 1b) umgebenden Innenzylinder (2, 2a, 2b), welcher das mit dem Halte- oder Stützbereich (54, 61, 72) versehene Hüllrohr bildet, und einen den Innenzylinder (2, 2a, 2b) umgebenden Außenzylinder (3, 3a, 3b), umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Halte- oder Stützbereich (61) als Verengung der Innenzylinder-Bohrung ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13 sowie einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kernstabstück (1a) am Halte- oder Stützbereich (54, 72) des Innenzylinders hängend gehalten wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die koaxiale Anordnung einen den Kernstab (1, 1a, 1b) umgebenden Innenzylinder (2, 2a, 2b) und einen den Innenzylinder (2, 2a, 2b) umgebenden Außenzylinder (3, 3a, 3b), welcher das mit dem Halte- oder Stützbereich (6, 86) versehene Hüllrohr bildet, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenzylinder (2, 2a, 2b) aus mindestens einem unteren Längssegment (2b) und einem oberen Längssegment (2a) besteht, welches an seinem unteren Ende eine sich verengende Innenbohrung (7) aufweist, auf der das obere Kernstabstück (1a) aufliegt.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Halte- oder Stützbereich in Form einer Verengung (6, 72) der Innenbohrung (7) des Außenzylinders (3, 3a, 3b) ausgebildet ist, auf welcher das obere Längssegment (2a) mit seinem unteren Ende aufliegt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das obere Kernstabstück (1a) in einem Innenzylinder (2, 2a, 2b) fixiert ist, der an seinem oberen Ende einen Außenkragen (80) aufweist, der den Halte- oder Stützbereich (86) übergreift.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 oder 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht eines unteren Kernstabstücks (1b) an anderer Stelle abgetragen wird als an dem Halte- oder Stützbereich (6, 54, 61, 72, 86).
Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 5 bis 14 oder 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht eines unteren Kernstabstücks (1b) am Halte- oder Stützbereich (6, 54, 61, 72, 86) abgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich des Halte- oder Stützbereichs (6) ein Zwischenstück (9, 11) aus Quarzglas innerhalb des Hüllrohres (2, 2a, 2b, 3, 3a, 3b) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenstück (9, 11) mit Gasdurchlass-Öffnungen (10) versehen ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllrohr (2, 2a, 2b, 3, 3a, 3b) eine Länge von mehr als 4 m aufweist.