DE102007059019B4 - Process for the thermal joining or coating of components of high-siliceous material, and apparatus for carrying out the method - Google Patents

Process for the thermal joining or coating of components of high-siliceous material, and apparatus for carrying out the method Download PDF

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Abstract

Verfahren zum thermischen Fügen oder zum Beschichten von Bauteilen (12; 13) aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff, indem ein Zusatzmaterial aus Quarzglas bereitgestellt, einer Ablagerungsfläche (14; 15) kontinuierlich zugeführt und darauf aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial in einer Brennerflamme (5) eines Heizbrenners (1) aufgeschmolzen wird, wobei das Zusatzmaterial der Brennerflamme (5) in Form einer Quarzglasfaser (7) mit einem Außendurchmesser von maximal 400 μm zugeführt wird.Process for the thermal joining or coating of components (12; 13) of material containing siliceous material by providing a filler material made of quartz glass, supplied continuously to a deposition surface (14; 15) and melted thereon, characterized in that the additive material is burned in a burner flame (5 ) of a heating burner (1) is melted, wherein the additional material of the burner flame (5) in the form of a quartz glass fiber (7) is supplied with an outer diameter of at most 400 microns.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum thermischen Fügen oder zum Beschichten von Bauteilen aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff, indem ein Zusatzmaterial aus Quarzglas bereitgestellt, einer Ablagerungsfläche kontinuierlich zugeführt und darauf aufgeschmolzen wird.The The invention relates to a method for thermal joining or for coating components of high-siliceous material, by a filler made of quartz glass provided, a deposition surface continuously supplied and melted on it.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Quarzglasmasse zum thermischen Fügen oder zum Beschichten von Bauteilen aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff.Farther The invention relates to a device for producing a quartz glass mass for thermal joining or for coating components containing high-siliceous acid Material.

Stand der TechnikState of the art

Unter einem Bauteil aus hochkieselsäurehaltigen Werkstoff wird hier ein Bauteil aus dotiertem oder undotiertem Glas mit einem SiO2-Gehalt von mindestens 85% verstanden. Dieser Werkstoff wird im Folgenden auch kurz als „Quarzglas” bezeichnet.Under a component of high-siliceous material is understood here a component made of doped or undoped glass with a SiO 2 content of at least 85%. This material is also referred to below as "quartz glass".

Häufig stellt sich die Aufgabe, Quarzglas-Bauteile miteinander zu verbinden, etwa für die Fertigung von Quarzglaskörpern mit komplexer Form oder zur Verbindung mit einem Quarzglaselement, das eine besondere Funktion erfüllt. Das Fügen von Teilen aus Quarzglas erfolgt meist durch Schmelzschweißen, wobei im Bereich der Fügestelle ein örtlich begrenzter Schmelzfluss des Quarzglases der zu verbindenden Teile erzeugt wird.Frequently poses The task of connecting quartz glass components together, for example for the production of quartz glass bodies with complex shape or for connection with a quartz glass element, the fulfilled a special function. The joining of quartz glass parts is usually done by fusion welding, wherein in the area of the joint a local limited melt flow of the quartz glass of the parts to be joined is produced.

Ein derartiges Verfahren ist in der EP 1 042 241 B1 beschrieben. Zum stoßweisen Verschweißen eines Quarzglasrohres mit einem Dummy-Rohr wird vorgeschlagen, die miteinander zu verbindenden stirnseitigen Flächen vor Erzeugung der Schmelzverbindung anzufasen, danach die Verbindungsflächen mittels eines Pro pan-Sauerstoff-Brenners aufzuschmelzen und die Verbindungsflächen dabei gegeneinander zu pressen. Alternativ zum Propan-Sauerstoff-Brenner kann zum Erweichen der Verbindungsflächen auch ein elektrisch beheizter Ofen eingesetzt werden.Such a method is in the EP 1 042 241 B1 described. For the intermittent welding of a quartz glass tube with a dummy tube is proposed to chamfer the frontal surfaces to be joined together before the production of the fusion compound, then melt the connecting surfaces by means of a Pro pan-oxygen burner and thereby press the connecting surfaces against each other. As an alternative to the propane-oxygen burner, an electrically heated oven can be used to soften the bonding surfaces.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schmelzschweißverfahren für Quarzglas-Bauteile unter Einsatz eines SiO2-haltigen Zusatzmaterials. Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 100 53 402 A1 bekannt. Demnach wird der Fügestelle ein SiO2-Zusatzmaterial in Pulver- oder Stabform zugeführt, wobei für einen zusätzlichen Wärmeeintrag in den Bereich der Fügestelle ein Laser eingesetzt wird.The present invention relates to a fusion welding method for quartz glass components using a SiO 2 -containing additive material. Such a method is known from DE 100 53 402 A1 known. Accordingly, the joint is supplied with a SiO 2 additive material in powder or rod form, with a laser being used for additional heat input into the area of the joint.

Für die Zufuhr des pulverförmigen SiO2-haltigen Zusatzmaterials wird dieses aus einem Vorratsbehälter mittels Kompressor angesaugt und über eine Zuleitung und eine Düse auf die Fügestelle aufgeblasen. Eine annähernd kontinuierliche, ununterbrochene Zufuhr von pulverförmigen Zusatzmaterial erfordert eine hohe Dosierung, die in der Regel nur mit hohen Gasströmen und Drücken zu erreichen ist. Dadurch kann es zu Verblasungen des Pulvers, zu inhomogenem Aufschmelzen und damit zu ungleichmäßigen Schweißnähten und Schichten kommen.For the supply of the powdery SiO 2 -containing additional material, this is sucked from a reservoir by means of a compressor and inflated via a feed line and a nozzle to the joint. An approximately continuous, uninterrupted supply of powdery additive material requires a high dosage, which can usually only be achieved with high gas flows and pressures. This can lead to blow-out of the powder, to inhomogeneous melting and thus to uneven welds and layers.

Die Zufuhr des stabförmigen Zusatzmaterials erfolgt mittels einer Stabzuführeinrichtung. Die Stabform vereinfacht zwar die kontinuierliche Zufuhr des Zusatzmaterials zur Heizquelle. Es hat sich aber gezeigt, dass es auch bei dieser Methode zu Schmelzfehlern kommen kann.The Feed the rod-shaped Additional material by means of a Stabzuführeinrichtung. The bar shape Although simplifies the continuous supply of additional material to the heat source. It has been shown that it is also this Method can come to melt defects.

Wegen der hohen Temperaturen beim thermischen Fügen ergeben sich leicht unerwünschte plastische Verformungen im Fügebereich, die durch aufwändige mechanische Nachbearbeitung zwar wieder beseitigt werden können, wobei jedoch in der Regel Maßabweichungen hingenommen werden müssen. Um Verformungen der zu fügenden oder zu beschichtenden Bauteile zu minimieren, ist grundsätzlich ein möglichst geringer und örtlich begrenzter Wärmeeintrag in die Bauteile vorteilhaft. Eine zu geringe Erwärmung kann jedoch leicht zu Schmelzfehlern und zu ungleichmäßigen Schweißnähten oder Beschichtungen führen.Because of The high temperatures during the thermal joining easily result in undesirable plastic Deformations in the joining area, the through elaborate Although mechanical post-processing can be eliminated again, where however, usually deviations must be accepted. To deform the to be joined or to minimize components to be coated is basically a preferably lower and local limited heat input advantageous in the components. However, underheating can easily increase Melting defects and uneven welds or coatings to lead.

Ein weiteres Schweißverfahren für Quarzglasbauteile unter Einsatz von stabförmigem Zusatzmaterial ist aus der JP 04300260 A bekannt. Darin wird vorgeschlagen, zwei Quarzglas-Bauteile mittels eines Lasers oder eines Brenners zu ver schweißen, indem ein Quarzglasstab als Zusatzmaterial zwischen den zu verschmelzenden Enden der Bauteile positioniert wird.Another welding method for quartz glass components using rod-shaped additional material is from JP 04300260 A known. Therein it is proposed to weld two quartz glass components by means of a laser or a burner by positioning a quartz glass rod as additional material between the ends of the components to be fused.

Technische AufgabenstellungTechnical task

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum thermischen Fügen von Bauteilen aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff bei Einsatz eines Zusatzwerkstoffs anzugeben, mit dem eine hochfeste und homogene Schweißnaht zwischen den zu verbindenden Bauteilen hergestellt werden kann, wobei Beeinträchtigungen der Bauteile weitgehend vermieden werden, und das außerdem zur Herstellung einer fehlerarmen, gleichmäßigen Beschichtung aus dem Zusatzwerkstoff auf einem Bauteil aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff geeignet ist.Of the The present invention is therefore based on the object, a method for thermal joining of components made of high-siliceous material when using a filler material with which a high strength and homogeneous weld can be produced between the components to be connected, being impairments the components are largely avoided, and in addition to Producing a low-defect, uniform coating from the Additional material on a component made of high-siliceous material suitable is.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine einfache, zuverlässige und kostengünstige Vorrichtung für die Erzeugung einer homogenen Schweißverbindung zwischen Bauteilen aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff oder einer Beschichtung auf einem Bauteil bereit zu stellen, die insbesondere für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.Farther The invention is based on the object, a simple, reliable and inexpensive Device for the generation of a homogeneous welded joint between components from siliceous acid To provide material or a coating on a component, especially for the implementation the method according to the invention suitable is.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Zusatzmaterial in einer Brennerflamme eines Heizbrenners aufgeschmolzen wird, wobei das Zusatzmaterial der Brennerflamme in Form einer Quarzglasfaser mit einem Außendurchmesser von maximal 400 μm zugeführt wird.Regarding of the method, this object is based on the above-mentioned Process according to the invention thereby solved, that the additional material in a burner flame of a heating burner is melted, with the additional material of the burner flame is supplied in the form of a quartz glass fiber with an outer diameter of at most 400 microns.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich vom eingangs genannten Stand der Technik insbesondere dadurch, dass als Heizquelle ein Heizbrenner eingesetzt wird, und dass als Zusatzmaterial mindestens eine Quarzglasfaser eingesetzt wird. Die Quarzglasfaser ist als Vollfaser oder als Hohlfaser ausgebildet.The inventive method differs from the prior art mentioned in particular in that a heating burner is used as the heating source, and that used as additional material at least one quartz glass fiber becomes. The quartz glass fiber is formed as a solid fiber or as a hollow fiber.

Das der Brennerflamme zugeführte vordere Ende der Quarzglasfaser wird kontinuierlich abgeschmolzen und die schmelzflüssige Quarzglasmasse durch den Druck der Brennergase auf die Kontaktfläche geschleudert. Die Zufuhr des Zusatzmaterials in Form einer Quarzglasfaser ist ähnlich leicht kontinuierlich zu gestalten, wie bei einem Zusatzmaterial in Form eines Glasstabes, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die bei diesem Verfahren beobachteten Schmelzfehler werden darauf zurückgeführt, dass es wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit des Glases und dem vergleichsweise größeren Querschnitt zu einem merklichen Temperaturgradienten innerhalb des Stabes von Außen nach Innen kommen kann, so dass auch bei hohem Energieeintrag kältere und heißere Stellen entstehen und dadurch Massen mit niedrigerer und höherer Viskosität abgeschieden werden, was keine homogene Erweichung ermöglicht und so zu Schmelzfehlern führt.The fed to the burner flame The front end of the quartz glass fiber is continuously melted off and the molten one Quartz glass mass thrown by the pressure of the burner gases on the contact surface. The supply of the additional material in the form of a quartz glass fiber is similarly light continuous, as in the case of additional material in form a glass rod, as is known from the prior art. The melt defects observed in this process are noted attributed that because of the low thermal conductivity of the Glass and the comparatively larger cross section to a noticeable temperature gradients inside the rod from outside to outside Can come inside, so that even at high energy input colder and hotter Sites arise and thereby deposited lower and higher viscosity masses which does not allow homogeneous softening and thus melt defects leads.

Demgegenüber wird beim erfindungsgemäßen Verfahren ein vollständiges und gleichmäßige Aufschmelzen dadurch erleichtert, dass das Zusatzmaterial der Brennerflamme in Form einer Faser – also mit einem vergleichsweise dünnen Querschnitt – zugeführt wird. Es hat sich gezeigt, dass Fasern mit einem Außendurchmesser bis zu 400 μm ein homogenes Erweichen ohne Schmelzfehler ermöglichen.In contrast, will in the method according to the invention a complete one and even melting facilitated by the additional material of the burner flame in Shape of a fiber - so with a comparatively thin one Cross section - is supplied. It has been shown that fibers with an outer diameter up to 400 microns a homogeneous Allow softening without melting defects.

Dadurch, dass das Zusatzmaterial in der Brennerflamme des Heizbrenners aufgeschmolzen wird – und nicht im Kontakt oder in unmittelbarer Nähe der zu verbindenden Bauteile, wird ein vollständiges Aufschmelzen der Quarzglasmasse bei geringem Wärmeeintrag in die jeweiligen Bauteile ermöglicht, so dass die Entstehung thermischer Spannungen und Verformungen der betreffenden Bauteile weitgehend vermieden werden.Thereby, that the additional material in the burner flame of the heating burner is melted - and not in contact or in the immediate vicinity of the components to be connected, becomes a complete one Melting of the quartz glass mass with low heat input into the respective Allows components, so that the emergence of thermal stresses and deformations of the relevant components are largely avoided.

Darüber hinaus zeichnet sich die Quarzglasfaser gegenüber einem Zusatzmaterial in Stabform durch ihre Biegsamkeit und Flexibilität aus, was ein platzsparendes Aufwickeln auf einer Trommel und die Zufuhr quasi als Endlos-Strang erleichtert.Furthermore is the quartz glass fiber opposite to a filler in Bar shape due to their flexibility and flexibility, resulting in a space-saving Winding on a drum and the supply almost as an endless strand facilitated.

Je nach dem Einsatzzweck des erfindungsgemäßen Verfahrens (Fügen oder Beschichten) werden unter der „Ablagerungsfläche” entweder die Verbindungsflächen der miteinander zu verbindenden Bauteile, beziehungsweise der zu beschichtende Oberflächenbereich eines Bauteils, verstanden.ever according to the purpose of the method according to the invention (joining or Coating) are placed under the "deposit surface" either the connecting surfaces the components to be joined together, or to coating surface area a component, understood.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit die Herstellung einer qualitativ hochwertigen thermischen Fügeverbindung zwischen zwei oder mehr Bauteilen, oder die Erzeugung einer gleichmäßigen, dichten oder optisch ansprechenden Oberflächenschicht aus Quarzglas auf (mindestens einem Teil) der Oberfläche eines Basiskörpers.The inventive method allows thus producing a high quality thermal Retaining compound between two or more components, or creating a uniform, dense one or visually appealing surface layer of quartz glass (at least part of) the surface of a base body.

Bei einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass der Heizbrenner einen Brennermund aufweist und dass die Quarzglasfaser der Brennerflamme durch den Brennermund zugeführt wird.at a particularly preferred variant of the method is provided that the heating burner has a burner mouth and that the quartz glass fiber the burner flame is supplied through the burner mouth.

Durch diese Art der Zufuhr und des Aufheizens des Ausgangsmaterials wird gewährleistet, dass das aufzuschmelzende Ende der Quarzglasfaser parallel zur Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme zugeführt wird, daher allseitig von der Brennerflamme umgeben ist und dadurch gleichmäßig aufgeheizt, erweicht und aufgeschmolzen wird. Durch diese Vergleichmäßigung des Aufschmelzvorgangs wird eine besonders homogene Schweiß- oder Auftragsmasse aus Quarzglas auf der Ablagerungsfläche erzeugt.By this kind of feed and heating of the source material becomes ensures that the fused end of the quartz glass fiber parallel to the main propagation direction fed to the burner flame is, therefore, surrounded on all sides by the burner flame and thereby evenly heated, softened and melted. By this homogenization of the Melting process is a particularly homogeneous welding or Application mass of quartz glass generated on the deposition surface.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn die Brennerflamme eine auf die Ablagerungsfläche gerichtete Hauptausbreitungsrichtung aufweist, wobei die Quarzglasfaser einem zentralen Bereich der Brennerflamme so zugeführt wird, dass ihre Längsachse in Hauptausbreitungsrichtung verläuft.A Further improvement results when the burner flame on directed the deposit surface Main propagation direction, wherein the quartz glass fiber a central area of the burner flame is fed so that its longitudinal axis in the main propagation direction.

Die Quarzglasfaser wird hierbei in einen zentralen Bereich der Brennerflamme – im Idealfall in der zentralen Achse der Brennerflamme – eingeführt, und zwar so, dass die Faserachse und die zentrale Achse der Brennerflamme koaxial verlaufen. Dadurch ergibt sich ein optimal gleichmäßiges und reproduzierbares Abschmelzen des Faserendes.The Quartz glass fiber is in this case in a central region of the burner flame - ideally in the central axis of the burner flame - introduced, in such a way that the Fiber axis and the central axis of the burner flame coaxial. This results in an optimally uniform and reproducible Melting the fiber end.

Es hat sich außerdem bewährt, wenn der Heizbrenner einen im Bereich des Brennermundes endenden Zufuhrkanal aufweist, durch den die Quarzglasfaser der Brennerflamme mittels einer motorischen Zuführeinrichtung zugeführt wird.It has also proven, if the heating burner ends in the area of the burner mouth Having feed channel through which the quartz glass fiber burner flame by means of a motor feed device supplied becomes.

Die Quarzglasfaser wird hierbei innerhalb des Heizbrenners räumlich getrennt von den Brennerdüsen für die Zufuhr von Brenngasen und Sauerstoff geführt. Dadurch entfällt Dichtungsaufwand im Bereich der Einführung der Quarzglasfaser in den Heizbrenner. Durch die motorische Zuführeinrichtung wird eine Automatisierung des Schmelzschweiß- oder Auftragsprozesses ermöglicht, wodurch besonders gleichmäßige und homogene Schichten bei hoher Produktivität erhalten werden.The quartz glass fiber is guided within the heating burner spatially separated from the burner nozzles for the supply of fuel gases and oxygen. This eliminates sealing up wall in the area of the introduction of quartz glass fiber in the heating burner. The motorized feeder enables automation of the fusion welding or deposition process, resulting in particularly uniform and homogeneous layers with high productivity.

Besonders bevorzugt weist die Quarzglasfaser einen Außendurchmesser von maximal 250 μm auf.Especially Preferably, the quartz glass fiber has an outer diameter of maximum 250 μm.

Größere Faserdurchmesser erfordern eine größere Sorgfalt, um ein homogenes Erweichen und vollständiges Erschmelzen in der Brennerflamme zu gewährleisten, und die Flexibilität der Faser nimmt mit zunehmendem Durchmesser ab.Larger fiber diameter require greater care, to a homogeneous softening and complete melting in the burner flame to ensure, and the flexibility the fiber decreases with increasing diameter.

Andererseits hat es sich als günstig erwiesen, wenn die Quarzglasfaser einen Außendurchmesser von mindestens 50 μm aufweist.on the other hand it has to be cheap proved when the quartz glass fiber has an outer diameter of at least 50 microns.

Hinter dem Brennermund – in Richtung zur Kontaktfläche gesehen – ragt die Quarzglasfaser ein gewisses Stück ungestützt und freitragend in die Brennerflamme hinein. Infolge der Schwerkraft und des Drucks der Brennergase kann das frei tragende Stück einer sehr dünnen Quarzglasfaser flattern oder sich aus dem zentralen Bereich der Brennerflamme herausbiegen, was zu einem ungleichmäßigen Aufschmelzen führen kann. Dies wird durch die Biegesteifigkeit einer Quarzglasfaser mit einem Außendurchmesser von 50 μm oder mehr verhindert. Um dies zu vermeiden können jedoch dünne Fasern zu einem Faserbündel zusammengefasst werden.Behind the Brenner mouth - in Direction to the contact surface seen - towers the quartz glass fiber unsupported and unsupported into the burner flame into it. As a result of gravity and pressure of the burner gases can the cantilever piece a very thin one Quartz glass fiber fluttering or emerging from the central area of the Burner flame out, resulting in an uneven melting to lead can. This is due to the bending stiffness of a quartz glass fiber with an outer diameter of 50 μm or more prevented. However, thin fibers can be avoided to avoid this to a fiber bundle be summarized.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Quarzglasfaser aus einem Quarzglaszylinder gezogen und die gezogene Quarzglasfaser unmittelbar der Brennerflamme zugeführt wird.When It has proven particularly advantageous if the quartz glass fiber drawn from a quartz glass cylinder and the pulled quartz glass fiber directly fed to the burner flame becomes.

Die Quarzglasfaser wird dabei ”in situ” durch Elongieren eines Stabes oder eines Hohlzylinders erzeugt und zeichnet sich daher durch eine hohe Oberflächenqualität und damit einhergehend durch eine hohe Bruchfestigkeit aus. Faserbrüche infolge mechanisch auf die Faser einwirkender Kräfte bei der Zufuhr zur Brennerflamme oder durch den Gasdruck der Brennerflamme selbst werden so vermieden. Die Einrichtung zum Abziehen der Faser aus dem Quarzglaszylinder kann gleichzeitig als Schubeinrichtung für die Zufuhr der abgezogenen Faser zur Brennerflamme eingesetzt werden. Diese Verfahrensvariante macht sich Vorteile, die sich durch den Einsatz eines Zusatzmaterials in Stabform ergeben und Vorteile eines Zusatzmaterials in Faserform zu Nutzen.The Quartz glass fiber is doing "in situ "by elongating a rod or a hollow cylinder generates and distinguishes itself therefore by a high surface quality and thus accompanied by a high breaking strength. Fiber breaks due mechanically acting on the fiber forces in the supply to the burner flame or by the gas pressure of the burner flame itself are avoided. The device for removing the fiber from the quartz glass cylinder can simultaneously be used as a pushing device for the supply of the withdrawn Fiber can be used to burner flame. This process variant makes the benefits of using an additional material in rod form and advantages of a filler material in fiber form to use.

Vorzugsweise wird als Heizbrenner ein Knallgasbrenner eingesetzt.Preferably is used as a heating burner a oxyhydrogen burner.

Knallgasbrenner haben gegenüber Heizbrennern mit kohlenstoffhaltigen Brennstoffen den Vorteil, dass die Bildung von CO2 oder kohlenstoffhaltigen Verbindungen und damit ein Eintrag von kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen beim Aufschmelzen der Quarzglasfaser vermieden wird.Oxyhydrogen burners have the advantage over heating burners with carbonaceous fuels that the formation of CO 2 or carbon-containing compounds and thus an entry of carbonaceous impurities during melting of the quartz glass fiber is avoided.

In dem Zusammenhang hat es sich auch als günstig erwiesen, einen Heizbrenner einzusetzen, der aus Quarzglas gefertigt ist.In the context, it has also proved to be beneficial, a heating burner used, which is made of quartz glass.

Der Heizbrenner besteht in dem Fall aus einem arteigenen Material in Bezug auf die abzulagernde Schicht, so dass die Gefahr gering ist, dass aus dem Heizbrenner stammende Verunreinigungen in die abgelagerte Schicht gelangen.Of the Heizbrenner consists in the case of a species-specific material in Reference to the layer to be deposited so that the risk is low, that derived from the heating burner impurities in the deposited Arrive at the shift.

Es hat sich besonders bewährt, wenn der Heizbrenner eine Ringdüse für die Zufuhr von Wasserstoff aufweist, die koaxial um den Zufuhrkanal verläuft, und die von einer oder mehreren Düsen für die Zufuhr von Sauerstoff umgeben ist.It has proven particularly effective if the heating burner has an annular nozzle for the Having supply of hydrogen coaxially around the feed channel runs, and that of one or more nozzles for the supply of oxygen is surrounded.

Die das Zusatzmaterial umgebende Ringdüse für die Zufuhr von Wasserstoff gewährleistet eine auf den zentralen Bereich konzentrierte Brennerflamme und ein besonders gleichmäßiges Aufheizen des Zusatzmaterials. Außerdem ist ein Heizbrenner mit Ringdüsen, insbesondere wenn er aus Quarzglas besteht, einfach zu fertigen.The the additive surrounding ring nozzle for the supply of hydrogen guaranteed a focused on the central area burner flame and a particularly uniform heating of the additional material. Furthermore is a heating burner with ring nozzles, especially if it is made of quartz glass, easy to manufacture.

Hinsichtlich der Vorrichtung zum Erzeugen einer Quarzglasmasse zum thermischen Fügen oder zum Beschichten von Bauteilen aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein einen Brennermund aufweisender Heizbrenner vorgesehen ist, mittels dessen eine Brennerflamme erzeugt wird, sowie eine Zuführvorrichtung, mittels derer dem Heizbrenner eine Quarzglasfaser mit einem Außendurchmesser von maximal 400 μm derart zuführbar ist, dass sie aus dem Brennermund kontinuierlich in die Brennerflamme austritt.Regarding the apparatus for producing a quartz glass mass for thermal Add or to Coating of components made of high-siliceous material is The above object is achieved according to the invention in that a Brennermund exhibiting heating burner is provided by means of of which a burner flame is generated, and a feeding device, by means of which the heating burner a quartz glass fiber with an outer diameter of a maximum of 400 μm be supplied in such a way is that from the burner mouth continuously into the burner flame exit.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfasst einen Heizbrenner und eine Zuführvorrichtung. Mittels der Zuführvorrichtung ist eine Quarzglasfaser durch den Heizbrenner kontinuierlich hindurch der Brennerflamme zuführbar, so dass das der Brennerflamme zugeführte, vordere Ende der Quarzglasfaser kontinuierlich abgeschmolzen und als schmelzflüssige Quarzglasmasse durch den Druck der Brennergase auf die Kontaktfläche geschleudert wird. Dadurch, dass das aufzuschmelzende Ende der Quarzglasfaser allseitig von der Brennerflamme umgeben ist, wird ein gleichmäßiges Aufheizen, Erweichen und Erschmelzen der Quarzglasfaser erreicht und damit einhergehend eine homogene Schweiß- oder Auftragsmasse auf der Ablagerungsfläche erzeugt.The Device according to the invention includes a heating burner and a feeder. By means of feeder is a quartz glass fiber through the heating burner continuously therethrough the burner flame fed, such that the front end of the quartz glass fiber fed to the burner flame continuously melted and passed through as a molten quartz glass mass the pressure of the burner gas is thrown onto the contact surface. Thereby, that the fused end of the quartz glass fiber on all sides of The burner flame is surrounded, a uniform heating, softening and melted the quartz glass fiber and attendant a homogeneous welding or application mass generated on the deposition surface.

Dadurch, dass die Quarzglasfaser in der Brennerflamme des Heizbrenners aufgeschmolzen wird – und nicht in der Nähe der zu verbindenden Bauteile bezie hungsweise der Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils – wird außerdem ein vollständiges Aufschmelzen bei geringem Wärmeeintrag in die Bauteile ermöglicht, so dass die Entstehung thermischer Spannungen oder Verformungen der betreffenden Bauteile vermieden wird.Because the quartz glass fiber in the Burner flame of the heating burner is melted - and not in the vicinity of the components to be connected relation ship as the surface of the component to be coated - also a complete melting with low heat input into the components is possible, so that the formation of thermal stresses or deformation of the components in question is avoided ,

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist konstruktiv einfach und kostengünstig herstellbar. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Soweit in den Unteransprüchen angegebene Ausgestaltungen der Vorrichtung den in Unteransprüchen zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Verfahrensweisen nachgebildet sind, wird zur ergänzenden Erläuterung auf die obigen Ausführungen zu den entsprechenden Verfahrensansprüchen verwiesen.The Device according to the invention is structurally simple and inexpensive to produce. advantageous Embodiments emerge from the subclaims. Insofar as specified in the subclaims Embodiments of the device in the subclaims inventive method will be reproduced as supplementary explanation to the above statements refer to the corresponding method claims.

Ausführungsbeispielembodiment

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt schematisch im Einzelnen:following the invention with reference to an embodiment and a drawing explained in more detail. In The drawing shows schematically in detail:

1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung einer Fügeverbindung unter Einsatz eines innenmischenden Knallgasbrenners gemäß der Erfindung, und 1 a side view of an apparatus for producing a joint connection using an internally mixing oxyhydrogen burner according to the invention, and

2 eine Draufsicht auf den Brennermund eines außenmischenden Knallgasbrenners in einer vergrößerten Darstellung. 2 a plan view of the burner mouth of an externally mixing oxyhydrogen burner in an enlarged view.

1 zeigt einen Knallgasbrenner 1, der aus Quarzglas gefertigt ist, und der einen Brennerschaft 2 und einen Brennerkopf 3 mit Brennermund 4 aufweist. Der Brennerschaft 2 ist mit einem – in der Figur nicht dargestellten – Gasanschluss für die Zufuhr eines Wasserstoff-Sauerstoff-Knallgasgemisches versehen. Das Gasgemisch wird dem Brennermund 4 zugeleitet, wo die Brennergase unter Bildung einer Brennerflamme 5 miteinander reagieren. 1 shows a blast gas burner 1 made of quartz glass and a burner shaft 2 and a burner head 3 with burner mouth 4 having. The burner shaft 2 is provided with a - not shown in the figure - gas connection for the supply of a hydrogen-oxygen-oxyhydrogen gas mixture. The gas mixture is the burner mouth 4 fed, where the burner gases to form a burner flame 5 react with each other.

Außerdem weist der Brenner 1 einen zentralen Zufuhrkanal 6 auf, durch welchen dem Brennermund 4 ein Zusatzmaterial für einen Schweißprozess in Form einer flexiblen Quarzglasfaser 7 zugeführt wird. Für die kontinuierliche Zufuhr der Quarzglasfaser 7 zum Brenner 1 ist eine Zufuhrvorrichtung vorgesehen, die in 1 durch eine motorisch angetriebene Fasertrommel 8 symbolisiert ist, auf der die Quarzglasfaser aufgewickelt ist. Die Quarzglasfaser 7 hat einen Durchmesser von 200 μm, und der Zufuhrkanal 6 hat einen Innendurchmesser von 0,5 mm.In addition, the burner points 1 a central supply channel 6 through which the burner mouth 4 a filler material for a welding process in the form of a flexible quartz glass fiber 7 is supplied. For the continuous supply of quartz glass fiber 7 to the burner 1 a supply device is provided which in 1 by a motor driven fiber drum 8th is symbolized, on which the quartz glass fiber is wound. The quartz glass fiber 7 has a diameter of 200 microns, and the feed channel 6 has an inner diameter of 0.5 mm.

Der Zufuhrkanal 6 für die Quarzglasfaser 7 liegt so, dass die Faserlängsachse koaxial zur Mittelachse 9 der Brennerflamme 5 verläuft, so dass das vordere freie Ende der Quarzglasfaser 7 möglichst genau in den zentralen Bereich der Brennerflamme 5 hineinragt.The feed channel 6 for the quartz glass fiber 7 is such that the fiber longitudinal axis coaxial with the central axis 9 the burner flame 5 runs so that the front free end of the quartz glass fiber 7 as accurately as possible in the central area of the burner flame 5 protrudes.

Aus der vergrößerten Aufsicht auf einen Brennermund 4 gemäß 2 sind die Ringdüsen eines außenmischenden Quarzglasbrenners 20 erkennbar, nämlich die innere Ringdüse 21 für die Zufuhr von Wasserstoff mit einer Weite von 15 mm und die äußere Ringdüse 22 für die Zufuhr von Sauerstoff mit einer Weite von 23 mm. Die innere Ringdüse 21 umgibt den Zufuhrkanal 26 für die Quarzglasfaser 7.From the enlarged view of a burner mouth 4 according to 2 are the ring nozzles of an external mixing quartz glass burner 20 recognizable, namely the inner ring nozzle 21 for the supply of hydrogen with a width of 15 mm and the outer ring nozzle 22 for the supply of oxygen with a width of 23 mm. The inner ring nozzle 21 surrounds the feed channel 26 for the quartz glass fiber 7 ,

Nachfolgend wird die Herstellung einer Schweißnaht 11 zur Herstellung einer Fügeverbindung zwischen zwei Quarzglas-Bauteilen 12, 13 mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens und anhand 1 und 2 näher beschrieben.The following is the production of a weld 11 for producing a joint connection between two quartz glass components 12 . 13 by means of the method according to the invention and by reference 1 and 2 described in more detail.

Dem Heizbrenner 20 werden Sauerstoff und Wasserstoff im Verhältnis 1:2 zugeführt. Diese Gase treten über die Ausgangsdüsen 21, 22 am Brennermund 4 unter Bildung der Brenngasflamme 5 aus.The heating burner 20 oxygen and hydrogen are fed in a ratio of 1: 2. These gases pass through the outlet nozzles 21 . 22 at the Brenner mouth 4 under formation of the fuel gas flame 5 out.

Der Brenngasflamme 5 wird mittels der Zuführvorrichtung 8 über den Zuführkanal 26 kontinuierlich die Quarzglasfaser 7 mit einer Vorschubrate von 10 mm/s automatisch zugeführt. Das Quarzglas der Quarzglasfaser 7 schmilzt dabei im zentralen Bereich der Brennerflamme 5 auf und die erschmolzene Quarzglasmasse schlägt sich auf den Ablagerungsflächen 14, 15 nieder und bildet dabei die Schweißnaht 11.The fuel gas flame 5 is by means of the feeder 8th over the feed channel 26 continuously the quartz glass fiber 7 automatically fed at a feed rate of 10 mm / s. The quartz glass of quartz glass fiber 7 melts in the central area of the burner flame 5 and the melted quartz glass mass is deposited on the deposition surfaces 14 . 15 down and forms the weld 11 ,

So wird eine feste und dichte Schmelzschweißverbindung der Bauteile 12 und 13 mittels einer homogenen und hochwertigen Schweißnaht 11 erreicht.Thus, a firm and tight fusion weld of the components 12 and 13 by means of a homogeneous and high quality weld 11 reached.

Das Verfahren kann auch zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Quarzglas-Bauteil eingesetzt werden. Sofern der Beschichtungsbereich der Brennerflamme hierzu nicht ausreicht, wird die Brennerflamme rasterweise über die zu beschichtende Oberfläche bewegt.The Method can also be used to produce a coating on one Quartz glass component can be used. If the coating area of the Burner flame is not sufficient, the burner flame is grid over the to be coated surface emotional.

Claims (17)

Verfahren zum thermischen Fügen oder zum Beschichten von Bauteilen (12; 13) aus hochkieselsäurehaltigem Werkstoff, indem ein Zusatzmaterial aus Quarzglas bereitgestellt, einer Ablagerungsfläche (14; 15) kontinuierlich zugeführt und darauf aufgeschmolzen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzmaterial in einer Brennerflamme (5) eines Heizbrenners (1) aufgeschmolzen wird, wobei das Zusatzmaterial der Brennerflamme (5) in Form einer Quarzglasfaser (7) mit einem Außendurchmesser von maximal 400 μm zugeführt wird.Method for thermal joining or coating of components ( 12 ; 13 ) of high-siliceous material, by providing a filler material of quartz glass, a deposition surface ( 14 ; 15 ) is continuously supplied and melted on, characterized in that the additional material in a burner flame ( 5 ) of a heating burner ( 1 ) is melted, wherein the additional material of the burner flame ( 5 ) in the form of a quartz glass fiber ( 7 ) is supplied with an outer diameter of at most 400 microns. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1) einen Brennermund (4) aufweist, und dass die Quarzglasfaser (7) der Brennerflamme (5) durch den Brennermund (4) zugeführt wird.Method according to claim 1, characterized in that the heating burner ( 1 ) a burner mouth ( 4 ), and that the quartz glass fiber ( 7 ) of the burner flame ( 5 ) through the burner mouth ( 4 ) is supplied. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennerflamme (5) eine auf die Ablagerungsfläche (14; 15) gerichtete Hauptausbreitungsrichtung aufweist, und dass die Quarzglasfaser (7) einem zentralen Bereich der Brennerflamme (5) so zugeführt wird, dass ihre Längsachse (9) in Hauptausbreitungsrichtung verläuft.Method according to claim 2, characterized in that the burner flame ( 5 ) one on the deposition surface ( 14 ; 15 ), and that the quartz glass fiber ( 7 ) a central region of the burner flame ( 5 ) is fed so that its longitudinal axis ( 9 ) in the main propagation direction. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1, 20) einen im Bereich des Brennermundes (4) endenden Zufuhrkanal (6, 26) aufweist, durch den die Quarzglasfaser (7) der Brennerflamme (5) mittels einer motorischen Zuführeinrichtung (8) zugeführt wird.Method according to one of claims 2 or 3, characterized in that the heating burner ( 1 . 20 ) one in the area of the burner mouth ( 4 ) ending supply channel ( 6 . 26 ), through which the quartz glass fiber ( 7 ) of the burner flame ( 5 ) by means of a motor feed device ( 8th ) is supplied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quarzglasfaser (7) aus einem Quarzglas-Zylinder gezogen und die gezogene Quarzglasfaser (7) unmittelbar der Brennerflamme (5) zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the quartz glass fiber ( 7 ) drawn from a quartz glass cylinder and the drawn quartz glass fiber ( 7 ) directly to the burner flame ( 5 ) is supplied. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quarzglasfaser (7) einen Außendurchmesser von maximal 250 μm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the quartz glass fiber ( 7 ) has an outer diameter of at most 250 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Quarzglasfaser (7) einen Außendurchmesser von mindestens 50 μm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the quartz glass fiber ( 7 ) has an outer diameter of at least 50 microns. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Heizbrenner (1) ein Knallgasbrenner eingesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that as a heating burner ( 1 ) a detonating gas burner is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1) aus Quarzglas gefertigt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the heating burner ( 1 ) is made of quartz glass. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1) eine Ringdüse (21) für die Zufuhr von Wasserstoff aufweist, die koaxial um den Zufuhrkanal (26) verläuft, und die von einer oder mehreren Düsen (22) für die Zufuhr von Sauerstoff umgeben ist.Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the heating burner ( 1 ) an annular nozzle ( 21 ) for the supply of hydrogen coaxially around the feed channel ( 26 ) and that of one or more nozzles ( 22 ) is surrounded for the supply of oxygen. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend einen einen Brennermund (4) aufweisenden Heizbrenner (1), mittels dessen eine Brennerflamme (5) erzeugt wird, und eine Zuführvorrichtung (8), mittels derer dem Heizbrenner (1) eine Quarzglasfaser (7) mit einem Außendurchmesser von maximal 400 μm derart zuführbar ist, dass sie aus dem Brennermund (4) kontinuierlich in die Brennerflamme (5) austritt.Apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, comprising a burner mouth ( 4 ) having heating burner ( 1 ), by means of which a burner flame ( 5 ), and a feeding device ( 8th ), by means of which the heating burner ( 1 ) a quartz glass fiber ( 7 ) with an outer diameter of at most 400 microns can be supplied in such a way that they from the burner mouth ( 4 ) continuously into the burner flame ( 5 ) exit. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Quarzglasfaser (7) einem zentralen Bereich der Brennerflamme (5) derart zuführbar ist, dass ihre Längsachse (9) in der Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflamme (5) verläuft.Apparatus according to claim 11, characterized in that the quartz glass fiber ( 7 ) a central region of the burner flame ( 5 ) can be supplied in such a way that its longitudinal axis ( 9 ) in the main propagation direction of the burner flame ( 5 ) runs. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1) einen im Bereich des Brennermundes (4) endenden Zufuhrkanal (6) aufweist, durch den die Quarzglasfaser (7) der Brennerflamme (5) mittels einer motorischen Zuführeinrichtung (8) zuführbar ist.Device according to one of claims 11 or 12, characterized in that the heating burner ( 1 ) one in the area of the burner mouth ( 4 ) ending supply channel ( 6 ), through which the quartz glass fiber ( 7 ) of the burner flame ( 5 ) by means of a motor feed device ( 8th ) can be fed. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1) eine Ringdüse (21) für die Zufuhr von Wasserstoff aufweist, die koaxial um den Zufuhrkanal (6; 26) verläuft, und die von einer oder mehreren Düsen (22) für die Zufuhr von Sauerstoff umgeben ist.Apparatus according to claim 13, characterized in that the heating burner ( 1 ) an annular nozzle ( 21 ) for the supply of hydrogen coaxially around the feed channel ( 6 ; 26 ) and that of one or more nozzles ( 22 ) is surrounded for the supply of oxygen. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1) ein Knallgasbrenner ist.Device according to one of the preceding claims 11 to 14, characterized in that the heating burner ( 1 ) is a blast gas burner. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizbrenner (1) aus Quarzglas gefertigt ist.Device according to one of the preceding claims 11 to 15, characterized in that the heating burner ( 1 ) is made of quartz glass. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zum Ziehen der Quarzglasfaser (7) aus einem Quarzglaszylinder und für die unmittelbare Zufuhr der gezogenen Quarzglasfaser (7) zur Brennerflamme (5) vorgesehen ist.Device according to one of claims 11 to 16, characterized in that a device for pulling the quartz glass fiber ( 7 ) from a quartz glass cylinder and for the direct supply of the drawn quartz glass fiber ( 7 ) to the burner flame ( 5 ) is provided.
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