DE102004050515A1

DE102004050515A1 - Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Quarzglas

Info

Publication number: DE102004050515A1
Application number: DE102004050515A
Authority: DE
Inventors: Norbert Cibis; Oliver Ganz
Original assignee: Heraeus Tenevo GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2004-10-15
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2024-10-16
Also published as: JP2008516875A; JP4918492B2; WO2006039986A1; DE102004050515B4; US7797965B2; CN101039882A; CN101039882B; US20080041112A1

Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Quarzglas, wird ein Quarzglas-Hohlzylinder kontinuierlich einer Heizzone zugeführt, darin bereichsweise erweicht und aus dem erweichten Bereich unter Bildung einer Ziehzwiebel ein Rohrstrang mit einer Ziehgeschwindigkeit abgezogen, wobei durch Trennen des Rohrstrangs an einer Soll-Trennstelle die herzustellenden Rohre in Form von Rohrstrang-Teilstücken abgelängt werden, und in der Innenbohrung des Hohlzylinders ein von dem am Außenmantel anliegenden Außendruck abweichender Innendruck aufrecherhalten wird, indem die Innenbohrung des Rohrstrangs mit einem Strömungshindernis versehen wird. Um hiervon ausgehend ein einfaches Verfahren anzugeben, das die Herstellung insbesondere großvolumiger Quarzglas-Rohre mit höchster Präzision und unter Einhaltung enger Toleranzen ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Strömungshindernis als Verengung der Innenbohrung ausgeführt ist, die durch Erweichen und plastische Verformung des Rohrstrangs im Bereich einer Verformungszone erzeugt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Quarzglas, bei dem ein Quarzglas-Hohlzylinder kontinuierlich einer Heizzone zugeführt, darin bereichsweise erweicht und aus dem erweichten Bereich unter Bildung einer Ziehzwiebel ein Rohrstrang mit einer Ziehgeschwindigkeit abgezogen wird, und durch Trennen des Rohrstrangs an einer Soll-Trennstelle die herzustellenden Rohre in Form von Rohrstrang-Teilstücken abgelängt werden, wobei in der Innenbohrung des Hohlzylinders ein von dem am Außenmantel anliegenden Außendruck abweichender Innendruck aufrechterhalten wird, indem die Innenbohrung des Rohrstrangs mit einem Strömungshindernis versehen wird.
Rohre aus Quarzglas werden in Form von Halb – und Fertigprodukten in der chemischen Industrie, der Halbleiterfertigung, im Bereich der Optik und insbesondere für die Herstellung von Vorformen für optische Fasern eingesetzt.

In der DE 195 36 960 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglasrohren in einem Vertikalziehprozess beschrieben. Dabei wird ein an einem Träger gehaltener Quarzglaszylinder mit seinem unteren Ende beginnend einem ringförmigen Ofen mit Grafit-Heizelement zugeführt und darin zonenweise unter Bildung einer Ziehzwiebel erweicht. Aus der Ziehzwiebel wird mittels eines Abzuges ein Quarzglasrohr vertikal nach unten abgezogen. In die Innenbohrung des Quarzglaszylinders wird Druckluft eingeleitet, die zur Erzeugung eines erforderlichen Blasdrucks innerhalb der Innenbohrung dient. Der Blasdrucks wird mittels eines Druckmessgerätes erfasst und einer Regelung für die Wandstärke des abgezogenen Quarzglasrohres herangezogen.

Zur Steigerung der Produktivität wird versucht, als Ausgangsmaterial für den Vertikalziehprozess zunehmend großvolumigere Hohlzylinder mit größeren Wandstärken und Innendurchmessern einzusetzen. Mit zunehmendem Innendurchmesser sind höhere Gasströme zur Einstellung des notwendigen Blasdrucks und für die Gewährleistung einer funktionierenden Druckregelung erforderlich. Diese höheren Gasströme stellen jedoch einerseits selbst einen beachtlichen Kostenfaktor dar – insbesondere beim Einsatz von Inertgasen – und sie führen andererseits zu einer Abkühlung im Bereich der Ziehzwiebel und beeinträchtigen dadurch den Ziehprozess merklich.

In der EP 0 394 640 B1 , aus der ein Verfahren der eingangs genannten Gattung bekannt ist, wird vorgeschlagen, das untere, offene Ende des Rohrstranges mit einem gasförmigen, flüssigen oder festen Stopfen zu verschließen. Der Stopfen dient als Strömungshindernis in der Innenbohrung des Rohrstrangs und verringert den Gasdurchfluss. Dadurch kann auch bei verhältnismäßig geringer Gasströmung in der Innenbohrung des Rohrstranges ein vorgegebener Blasdruck eingehalten werden.

Beim Ablängen der Rohrstücke würde ein am Rohrstrangende eingesetzter Stopfen seine Wirkung verlieren, und es müsste ein neuer Stopfen eingebracht werden. Auch bei sehr schnellem Wechsel der Stopfen würde dies zu Druckschwankungen und zu nicht tolerierbaren Geometrieänderungen führen. Aus diesem Grund wird in der EP 0 394 640 B1 vorgeschlagen, das Ablängen unter Wasser oder in einer Druckkammer auszuführen, in der ein ähnlicher Druck wie der Blasdruck herrscht.

Beide Verfahrensvarianten sind jedoch konstruktiv sehr aufwändig. Zudem ist die Aufenthaltsdauer in einer derartigen Druckkammer aus gesundheitlichen Gründen zu beschränken, und der Zugang wird durch die notwendige Schleuse erschwert.

Als weitere Ausführungsform für ein Ausströmungshindernis wird in der EP 0 394 640 B1 vorgeschlagen, einen an einem teleskopartig ausfahrbaren Halterohr befestigten Verschlussstopfen von unten in die Innenbohrung des abgezogenen Rohrstrangs einzuführen, wobei die Soll-Trennstelle zum Ablängen des Rohrstrangs unterhalb der Höhe des Verschlussstopfens liegt.

Auch dieses Verfahren ist aufwändig; das Einführen des Verschlussstopfens und die Entnahme des Halterohres aus dem abgetrennten Rohrstück gestalten sich kompliziert und können zu Beschädigungen der Innenwandung des herzustellenden Rohrs führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren anzugeben, das die Herstellung insbesondere großvolumiger Quarzglas-Rohre mit höchster Präzision und unter Einhaltung enger Toleranzen durch Ziehen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Ziehverfahren der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Strömungshindernis als Verengung der Innenbohrung ausgeführt ist, die durch Erweichen und plastische Verformung des Rohrstrangs im Bereich einer Verformungszone erzeugt wird.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren trägt eine Verengung der Rohrstrang-Innenbohrung zur Aufrechterhaltung des Innendruckes bei. Die Verengung verringert den offenen Strömungsquerschnitt der Innenbohrung teilweise oder vollständig, kann also auch zum vollständigen Verschluss der Innenbohrung führen.

Die Verengung wird durch Erweichen und plastische Verformung des Rohrstrangs während des Ziehprozesses gebildet. So gelingt es ohne hohen konstruktiven Aufwand, eine für die Erzeugung, die Aufrechterhaltung und die Regelung des Blasdrucks erforderliche Gasströmung durch die Innenbohrung des Rohrstrangs zu minimieren.

Während des Ziehprozesses ist stets mindestens eine derartige Verengung wirksam. Das Ablängen des Rohrstrangs zu den gewünschten Rohrlängen erfolgt unmittelbar beim Ziehen oder in einem separaten Verfahrensschritt nach dem Ziehprozess.

Die Bildung der Verengung der Rohrstrang-Innenbohrung erfolgt entweder in der Ziehzwiebel, wobei die Heizeinrichtung zum Beheizen und Erweichen des Hohlzylinders gleichzeitig als Heizquelle zum Erzeugen der Verformung dient, oder die Bildung erfolgt in Ziehrichtung gesehen hinter der Ziehzwiebel unter Einsatz einer von der Heizeinrichtung separaten Heizquelle.

Vorzugsweise wird die Verengung der Innenbohrung zwischen der Ziehzwiebel und der Soll-Trennstelle erzeugt.

Das Ausströmungshindernis wird hierbei als eine oberhalb der Soll-Trennstelle vorgesehene Verengung der Innenbohrung ausgeführt. Damit beim Ablängen der Rohrstrang-Teilstücke die Wirkung der Verengung als Ausströmungshindernis nicht oder nicht wesentlich beeinträchtigt wird, ist die Position der Soll-Trennstelle so zu wählen, dass zwischen der Ziehzwiebel und der Trennstelle mindestens noch eine derartige Verengung vorgesehen ist.

Für die Erzeugung der Verengung sind eine Vielzahl von Maßnahmen geeignet. In einer einfachen Verfahrensvariante wird die Verengung der Innenbohrung erzeugt, indem der Rohrstrang im Bereich der Verformungszone erweicht und mittels eines Werkzeuges verformt wird.

Dadurch ist ein reproduzierbarer Verformungsgrad besonders einfach zu gewährleisten, ohne dass Verfahrensparameter des Ziehprozesses geändert werden müssen. Außerdem kann der Bereich der Verformungszone besonders schmal gehalten werden, was den Materialverlust verringert. Diese Verfahrensvariante ist insbesondere bei hohem Innendruck zu bevorzugen. Im Bereich der mittels Werkzeug erzeugten Verformung bilden sich leicht mechanische Spannungen aus, die das Trennen des Rohrstrangs in diesem Bereich erleichtern. Die erzeugte Verformung besteht beispielsweise in einer Quetschung.

Alternativ oder ergänzend dazu hat es sich aber auch bewährt, wenn die Verengung der Innenbohrung erzeugt wird, indem der Rohrstrang im Bereich der Verformungszone erweicht und unter der Wirkung einer Relativbewegung zwischen Rohrstrangabschnitten beiderseits der Verformungszone verformt wird.

Bei dieser Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kraft zur Ausbildung der Verengung erzeugt, indem der – in Ziehrichtung gesehen – stromabseitig zum erweichten Bereich verlaufende Rohrstrangabschnitt in Bezug auf die Verformungszone bewegt wird, wobei durch diese Bewegung die Verformung des Rohrstrangs erzeugt wird, welche zu einer Verengung der Innenbohrung führt. Ein Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass die Verformung an der heißesten Stelle auftritt, die für ein Werkzeug in der Regel schwer zugänglich ist, zum Beispiel weil sie von einem Heizelement umgeben ist.

Die entsprechende Bewegung des stromabseitig zum erweichten Bereich verlaufenden Rohrstrangabschnitts kann beispielsweise in einem Verdrillen, einem Aufstauchen, einem kurzzeitigen schnelleren Elongieren und/oder in einem Abwinkeln bestehen.

Demzufolge umfasst die Relativbewegung im einfachsten Fall ein Verdrehen des stromabseitigen Rohrstrangabschnitts um die Rohrstrang-Längsachse, ein kurzzeitiges Abziehen des stromabseitigen Rohrstrangabschnitts in Richtung der Rohrstrang-Längsachse mit einer Geschwindigkeit, die kleiner oder größer ist als die Ziehgeschwindigkeit, und/oder ein Abwinkeln (Abknicken) des stromabseitigen Rohrstrangabschnitts in Bezug auf die Rohrstrang-Längsachse.

Ein ausreichendes Erweichen des Quarzglas-Rohrstrangs erfordert eine gewisse Zeit, die von dem Energieeintrag durch eine Heizquelle und einer etwaigen Restwärme des Rohrstrangs abhängt. Im Hinblick hierauf hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Erweichen des Rohrstrangs dadurch erfolgt, dass die thermische Einwirkung einer Heizquelle auf den Bereich der Verformungszone aufrechterhalten wird, während diese entlang einer vorgegebenen Bewegungsstrecke in Ziehrichtung befördert wird.

Die Heizwirkung der Heizquelle wird hierbei während einer bestimmten Zeitspanne auf einen vorgegebenen Bereich, nämlich die Verformungszone des sich mit Ziehgeschwindigkeit bewegenden Rohrstrangs fokussiert. Die Heizquelle – beziehungsweise deren Heizwirkung – wird der Verformungszone nachgeführt, wobei das Nachführen darin bestehen kann, dass sich die Heizquelle mit der Geschwindigkeit der Verformungszone bewegt, oder dass eine Heizflamme oder ein Heizstrahl (Laser) der sich bewegenden Verformungszone nachgeführt werden, oder dass sukzessive einzelne Heizelemente der Heizquelle jeweils auf der aktuellen Höhe (Position) der Verformungszone eingeschaltet werden.

Durch das Nachführen der Heizquelle bzw. der Heizwirkung wird auch bei dickwandigen Quarzglasrohren eine schmale Verformungszone erreicht.

Es hat sich besonders bewährt, wenn die Heizquelle der Verformungszone in Ziehrichtung und mit Ziehgeschwindigkeit nachgeführt wird.

Dabei gestaltet sich eine Verfahrensvariante als besonders einfach, bei der das Nachführen durch Fixeren der Heizquelle am Rohrstrang erfolgt.

Die am Rohrstrang fixierte Heizquelle bewegt sich automatisch mit Ziehgeschwindigkeit und synchron mit der Verformungszone, ohne dass sie einer eigenen Transporteinrichtung bedarf. Das Fixieren der Heizquelle erfolgt beispielsweise durch Festklemmen am Rohrstrang. Um einen Einfluss der Heizquelle auf den Ziehprozess zu vermeiden und um den Abzug nicht zusätzlich zu belasten, wird die auf die Ziehzwiebel wirkende Gewichtskraft der Heizquelle vorteilhafterweise ausbalanciert.

Vorteilhafterweise geht die Ausbildung der Verengung der Innenbohrung mit dem Ablängen des Rohrstrangs einher derart, dass die Soll-Trennstelle im Bereich der Verformungszone zu liegen kommt.

Da die Verengung durch plastische Verformung des Rohrstrangs erzeugt wird und der plastisch verformte Bereich in der Regel Materialausschuss darstellt, liegt die Soll-Trennstelle vorzugsweise in diesem Bereich. Das Erzeugen der für die Druckregelung erforderlichen Verengung der Innenbohrung und das Abtrennen eines Rohrstücks vom Rohrstrang erfolgt dabei bevorzugt in einem Arbeitsgang. Das Ablängen des Rohrstrangs geschieht somit durch Abschmelzen von Rohrstücken.

Dabei kommt die Soll-Trennstelle im Bereich der Verformungszone zu liegen, so dass die Verformung am Ende des abgetrennten Rohres entsteht, wo sie leicht beseitigt werden kann. Andererseits weist durch das Trennen in der Verformungszone auch das freie Ende des im Ziehprozess verbleibenden Rohrstrangs noch eine verengte Innenbohrung auf, die wiederum als Ausströmungshindernis im Sinne der Erfindung dient.

Diese Maßnahme schließt nicht zusätzliche Ablängungen des Rohrstrangs durch rein mechanische Maßnahmen wie Brechen oder Sägen aus, sofern stromaufseitig der entsprechenden Trennstelle noch eine als Ausströmungshindernis geeignete Verengung der Innenbohrung vorgesehen ist. Im Gegenteil, da jede Verformungszone einen Materialverlust darstellt, wird deren Anzahl so gering wie möglich gehalten, so dass – in Ziehrichtung gesehen – nach einer Verengung der Innenbohrung vorzugsweise mindestens eine, besonders bevorzugt mehrere Soll-Trennstellen vorgesehen sind, bei denen das Ablängen des Rohrstrangs durch mechanische Maßnahmen erfolgt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt als einzige Figur in
schematischer Darstellung
1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Ziehvorrichtung gemäß 1 umfasst einen vertikal angeordneten, auf Temperaturen oberhalb von 2300°C beheizbaren Ofen mit einem ringförmigen Widerstandsheizelement 1, ein Gasversorgungssystem und einen Abzug 22.
Beim Ziehprozess wird dem Heizelement 1 von oben ein Hohlzylinder 2 aus synthetischem Quarzglas (gebrochen dargestellt) mit vertikal orientierter Längsachse 3 kontinuierlich zugeführt, darin zonenweise erweicht und aus dem erweichten Bereich ein Rohrstrang 21 abgezogen, wobei sich eine Ziehzwiebel 26 ausbildet.
Hohlzylinder 2 und Rohrstrang 21 haben eine gemeinsame Innenbohrung 4. Diese ist nach unten hin offen, und nach oben mit einem Stopfen 5 verschlossen. Durch den Stopfen 5 ragt eine Spülgasleitung 6 in die Innenbohrung 4 hinein, die von einem Prozessbehälter 7 mit einem Mischgas aus Sauerstoff und Stickstoff gespeist wird. Der Prozessbehälter 7 ist über eine Mischgasleitung 8, die mittels Absperrventil 15 verschließbar ist, mit einem Mischbehälter 10 verbunden. In den Mischbehälter 10 mündet eine Stickstoffleitung 11 und eine Sauerstoffleitung 12. Stickstoffleitung 11 und Sauerstoffleitung 12 sind jeweils mit einem Durchflussmess- und -regelgerät 15 versehen. Der Richtungspfeil 23 kennzeichnet einen Stickstoffstrom, der Richtungspfeil 24 einen Sauerstoffstrom.
Der Prozessbehälter 7, der über ein Regelventil 13 mit einer Vakuumpumpe 14 verbunden ist, dient dazu, eventuelle Druckschwankungen in der Mischgasleitung 8 abzupuffern. Zum Zweck des Ausgleichs von Druckschwankungen ist der Prozessbehälter 7 zusätzlich mit einem Bypass-Ventil 25 versehen, das geöffnet und geschlossen werden kann. Im geöffneten Zustand strömt ständig ein Teil des Gases aus dem Prozessbehälter 7 ab, so dass sich plötzliche Änderungen der Strömungsverhältnisse infolge eines Regelungseingriffs oder anderer Ursachen nur teilweise auf Änderungen des Drucks im Prozessbehälter 7 auswirken.
Während des Ziehprozesses wird über die Spülgasleitung 6 von oben ein Mischgasstrom (23; 24), bestehend aus dem reinem Stickstoff und Sauerstoff der Reinheitsklasse 2.6 (99, 96%) in die Innenbohrung 4 eingeleitet. Der Mischgasstrom (23; 24) wird im Mischbehälter 10 erzeugt, indem diesem Stickstoff einer Reinheitsklasse von 4.0 (99, 99%) über die Stickstoffleitung 11 und Sauerstoff über die Sauerstoffleitung 12 zugeführt werden. Die Zufuhrraten von Stickstoff und Sauerstoff sind so eingestellt, dass sich während der gesamten Ziehphase ein Mischgasstrom (23; 24) aus 80 % Stickstoff und 20 % Sauerstoff bildet.
Nachfolgend wird eine für das erfindungsgemäße Verfahren typische Verfahrensweise anhand 1 näher beschrieben:
Der Hohlzylinder 2 hat einen Außendurchmesser von 150 mm und eine Wandstärke von 50 mm. Nachdem das Heizelement 1 auf seine Solltemperatur von ca. 2300 °C aufgeheizt ist, wird der Hohlzylinder 2 mit dem unteren Ende 19 mit einer Absenkgeschwindigkeit von 18 mm/min abgesenkt, und das im Heizelement 1 erweichte Ende 19 wird mittels des Abzugs 22 mit einer Geschwindigkeit von 1800 mm/min zu einem Rohrstrang 21 mit einem Innendurchmesser von 6 mm und einem Außendurchmesser von 8 mm abgezogen.
Dabei wird der Innenbohrung 4 über die Spülgasleitung 6 ein Mischgas mit der oben genannten Zusammensetzung von 80 % Stickstoff und 20 % Sauerstoff zugeführt. Der Durchfluss des Stickstoffstroms 23 wird mittels des Durchflussmess- und -regelgerätes 15 auf etwa 100 m³/l und derjenige des Sauerstoffstroms 24 auf etwa 24 m³/h eingestellt. In der Innenbohrung 4 stellt sich ein im wesentlichen konstanter Überdruck (Blasdruck) von 1,5 mbar ein. Der Blasdruck wird kontinuierlich gemessen und der Durchfluss des Stickstoffstroms 23 entsprechend eingeregelt (Stellgröße der Druckregelung). Der Mischgasstrom (23; 24) dient gleichzeitig für eine Regelung der Abmessungen (Außendurchmesser, Innendurchmesser, Wandstärke) des abgezogenen Rohrstrangs 21 als Stellgröße, so dass bei Maßänderungen die Menge des Mischgasstroms (23; 24) bei etwa gleichbleibendem Mischungsverhältnis mittels einer Regeleinheit reguliert wird.
Während des Ziehprozesses ist das Bypass-Ventil 25 geöffnet, so dass ein Teil des Mischgasstroms (23; 24) über das Ventil in Freie strömt und nicht in die Innenbohrung 4 des Glasrohres 21. Druckschwankungen in der Innenbohrung 4 werden so abgepuffert. Dazu trägt auch die nachfolgend näher beschriebene Maßnahme gemäß der vorliegenden Erfindung bei.
Um die Strömungsgeschwindigkeit des Mischgasstroms (23; 24) durch die Innenbohrung 4 zu reduzieren und damit ein übermäßiges Abkühlen der Ziehzwiebel 26 zu verhindern, ist die Innenbohrung 4 des abgezogenen Rohrstrangs 21 mit Verengungen 28, 29 versehen. Die Verengungen 28, 29 werden unterhalb der Ebene des Abzugs 22 durch plastische Verformung des Rohrstrangs 21 erzeugt.
Im Ausführungsbeispiel ist eine Verengung 29 der Innenbohrung 4 in der Verformungsebene V_u – am Ende des Rohrstrangs 21 – vorhanden. Zur Erzeugung einer weiteren Verengung 28 oberhalb der Verformungsebene V_u wird ein wassergekühlter Heizträgerring 30, der mit acht um seinen Umfang verteilten Knallgasbrennern 31 bestückt ist am Rohrstrang 21 angeklemmt, wobei die Flammen 32 der Knallgasbrenner 31 auf eine gemeinsame Umfangslinie um den Außenmantel des Rohrstrangs 21 gerichtet sind, die unterhalb der Klemmstelle des Heizträgerrings 30 liegt, und die in 1 als „V_o" bezeichnet ist. Im Bereich der Umfangslinie liegt das Maximum der plastischen Verformung, das durch eine gestrichelte Linie „V_o" dargestellt ist. Die Verformung erzeugt eine Verengung der Innenbohrung 4 mit einer Länge von mehreren Zentimetern. Die Verformung wird erzeugt, indem der Bereich um die Umfangslinie „V_o" solange mittels der Knallgasbrenner 31 erhitzt wird, bis er plastisch verformbar ist. Die dafür erforderliche Zeitspanne hängt vom Energieeintrag durch die Knallgasbrenner 31 und von der Wandstärke des Rohrstrangs 21 ab und beträgt im Ausführungsbeispiel etwa 30 Sekunden. Während dieser Zeitspanne wird der Heizträgerring 30 mit dem sich nach unten bewegenden Rohrstrang 21 mitgeführt. Sobald eine ausreichende plastische Verformbarkeit erreicht ist, wird das untere Ende 19 des Rohrstrangs 21 um eine halbe Umdrehung um die Längsachse 3 verdrillt, infolgedessen sich die Verengung 28 der Innenbohrung 4 bildet.
Das Gewicht des Heizträgerrings 30 und der daran montierten Knallgasbrenner 31 wird mittels einer (nicht dargestellten) Hilfseinrichtung ausbalanciert.
Das Ablängen des Rohrstrangs 21 erfolgt so, dass stets eine Verengung 28, 29 strömungsmindernd wirksam ist. Hierzu gibt es mehrere bevorzugte Arbeitsweisen, die nachfolgend näher beschrieben werden:
Das Ablängen des Rohrstrangs 21 in einem Arbeitsgang mit dem Ausbilden der Verengung 28, indem gleichzeitig mit dem Erweichen und Verdrillen das untere Ende 19 nach unten abgezogen und dadurch vom Rohrstrang 21 abgeschmolzen wird. Durch diesen Abschmelzvorgang bildet sich am unteren, nunmehr freien Ende des Rohrstrangs 21 eine ähnliche Verengung der Innenbohrung 4 aus, wie sie anhand der Bezugsziffer 29 in 1 schematisch dargestellt ist. Der Prozess der Bildung der Verengung und des Abschmelzens wird für jedes abzutrennende Rohrstück wiederholt. Dadurch ist gewährleistet, dass die Innenbohrung 4 auch dann noch eine Verengung 28, 29 aufweist, wenn gerade ein Rohrstück abgetrennt worden ist. Druckschwankungen werden so vermieden.
Alternativ dazu wird die Verengung 28 der Innenbohrung 4 durch plastische Verformung erzeugt, wie oben beschrieben, jedoch ohne dass das entsprechende Rohrstück 19 abgeschmolzen wird. In dem Fall werden im Bereich unterhalb der Verengung 28 und zwischen den Verformungsebenen „V_o" und „V_u" mehrere Rohrstücke an Soll-Trennstellen „T" von dem unteren Rohrstück 19 abgetrennt. Hierzu wird zunächst im Bereich der Soll-Trennstelle „T" eine Sollbruchstelle durch Anritzen erzeugt, und anschließend das Rohrstück an der Sollbruchstelle mittels eines Hammers abgeschlagen. Dabei vermindert die vorher erzeugte Verengung 28 das Ausströmen des Spülgases aus der Innenbohrung 4 und vermeidet Druckdifferenzen beim Abtrennen der Rohrstücke an den an Soll-Trennstellen „T". Beim weiteren Ziehprozess liegt eine Soll-Trennstelle „T" irgendwann im Bereich der Verformungsebene V_o, so dass dann das in 1 dargestellte Verfahrensstadium erreicht ist, das die erneute Erzeugung einer Verengung im oberen Bereich des Rohrstrangs 21 erfordert.
Das Trennen des Rohrstrangs 21 im Bereich der Trennstellen „T" zwischen den Verformungsebenen „V_o" und „V_U" kann auch in einem separaten Verfahrensschritt erfolgen, nachdem der Rohrstrang 21 im Bereich der Verformungsebenen „V_o" abgetrennt worden ist.
Die abgelängten Rohrstücke werden als Zwischenprodukt für die Fertigung von Vorformen für optische Fasern eingesetzt. Dabei handelt es sich beispielsweise um so genannte Substratrohre für die Innenabscheidung von SiO₂-Schichten in einem MCVD- oder PCVD-Prozess. Substratrohre weisen typischerweise Außendurchmesser um 50 mm und Wandstärken im Bereich zwischen 2 mm und 4 mm auf. Das erfindungsgemäße Verfahren bewährt sich aber insbesondere für die Herstellung von Quarzglasrohren mit größerem Innendurchmesser, wie sie beispielsweise als Mantel- und Zwischenrohre für die Vorform- oder Faserherstellung eingesetzt werden. Typische Außendurchmesser liegen hier bei 80 mm bei 10 mm Wandstärke.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Rohren aus Quarzglas, bei dem ein Quarzglas-Hohlzylinder (2) kontinuierlich einer Heizzone (1) zugeführt, darin bereichsweise erweicht und aus dem erweichten Bereich unter Bildung einer Ziehzwiebel (26) ein Rohrstrang (21) mit einer Ziehgeschwindigkeit abgezogen wird, und durch Trennen des Rohrstrangs (21) an einer Soll-Trennstelle (T, V_u, V_o) die herzustellenden Rohre in Form von Rohrstrang-Teilstücken abgelängt werden, wobei in der Innenbohrung (4) des Hohlzylinders (2) ein von dem am Außenmantel anliegenden Außendruck abweichender Innendruck aufrechterhalten wird, indem die Innenbohrung (4) des Rohrstrangs (21) mit einem Strömungshindernis versehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Strömungshindernis als Verengung (28, 29) der Innenbohrung (4) ausgeführt ist, die durch Erweichen und plastische Verformung des Rohrstrangs (21) im Bereich einer Verformungszone (V_u, V_o) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (28) der Innenbohrung zwischen der Ziehzwiebel (26) und der Soll-Trennstelle (T, V_u) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (28, 29) der Innenbohrung (4) erzeugt wird, indem der Rohrstrang (21) im Bereich der Verformungszone (V_u, V_o) erweicht und mittels eines Werkzeuges verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (28, 29) der Innenbohrung (4) erzeugt wird, indem der Rohrstrang (21) im Bereich der Verformungszone (V_u, V_o) erweicht und unter der Wirkung einer Relativbewegung zwischen Rohrstrangabschnitten beiderseits der Verformungszone (V_u, V_o) verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung ein Drehen des stromabseitigen Rohrstrangabschnitts (19) um die Rohrstrang-Längsachse (3) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung ein Abziehen des stromabseitigen Rohrstrangabschnitts (19) mit einer Geschwindigkeit umfasst, die kleiner oder größer als die Ziehgeschwindigkeit ist, in Richtung der Rohrstrang-Längsachse (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Relativbewegung ein Abwinkeln des stromabseitigen Rohrstrangabschnitts (19) in Bezug auf die Rohrstrang-Längsachse (3) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erweichen des Rohrstrangs (21) erfolgt, indem die thermische Einwirkung einer Heizquelle (30, 31, 32) auf den Bereich der Verformungszone (V_u, V_o) aufrechterhalten wird, während diese entlang einer vorgegebenen Bewegungsstrecke in Ziehrichtung befördert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle (30, 31, 32) der Verformungszone (V_u, V_o) in Ziehrichtung und mit Ziehgeschwindigkeit nachgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Nachführen durch Fixieren der Heizquelle (30, 31, 32) am Rohrstrang (21) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizquelle (30, 31, 32) oberhalb der Verformungszone (V_u, V_o) am Rohrstrang (21) fixiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausbildung der Verengung (28, 29) der Innenbohrung (4) mit dem Ablängen des Rohrstrangs (21) einhergeht, derart, dass die Soll-Trennstelle (T, V_u, V_o) im Bereich der Verformungszone (V_u, V_o) zu liegen kommt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – in Ziehrichtung gesehen – nach einer Verengung (28, 29) der Innenbohrung (4) mindestens eine, vorzugsweise mehrere Soll-Trennstellen (T, V_u, V_o) vorgesehen sind, bei denen das Ablängen des Rohrstrangs (21) durch mechanische Maßnahmen erfolgt.