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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Zylinders aus Quarzglas, umfassend einen Soot-Abscheideprozess,
bei dem SiO2-Partikel auf einem länglichen,
um eine Rotationsachse rotierenden Träger unter Bildung eines porösen, hohlzylindrischen
Sootkörpers
abgeschieden werden, und einen Sinterprozess, bei dem der eine Innenbohrung
mit Innenwandung, eine Längsachse, ein
oberes und ein unteres Ende aufweisende Sootkörper in vertikaler Ausrichtung
in einem Ofen hängend
gehalten wird, wobei zur Halterung ein vom oberen Ende in die Innenbohrung
des Sootkörpers hineinragendes
Halteelement vorgesehen ist, das an einem in der Innenbohrung vorgesehenen
Lager angreift.
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Weiterhin
betrifft die Erfindung eine Haltevorrichtung zur Herstellung eines
Zylinders aus Quarzglas durch Sintern eines rohrförmigen,
eine Innenbohrung mit Innenwandung, eine Längsachse, ein oberes und ein
unteres Ende aufweisenden Sootkörpers
gemäß dem Verfahren
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend ein Halteelement, das
an einem in der Innenbohrung vorgesehenen Lager angreift.
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Stand der Technik
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Hohlzylinder
oder Rohre aus synthetischem Quarzglas werden als Zwischenprodukte
für eine Vielzahl
von Bauteilen für
die optische und für
die chemische Industrie und insbesondere für die Herstellung von Vorformen
für optische
Fasern und für die
Weiterverarbeitung zu Linsenrohlingen für die Mikrolithographie verwendet.
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Beim
sogenannten „Sootverfahren" umfasst die Herstellung
des Zwischenprodukts einen Abscheideprozess von SiO2,
bei dem ein poröser
Rohling aus SiO2-Partikeln gebildet wird (hier als „Sootkörper" oder als „Sootrohr" bezeichnet), der
anschließend
zu einem Quarzglaszylinder gesintert wird.
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Das
Sintern eines Sootrohres (auch als „Verglasen" bezeichnet) kann so geführt werden,
dass gleichzeitig die Sootrohr-Innenbohrung vollständig kollabiert,
so dass ein Vollzylinder erhalten wird. Beispielsweise ist in der
US 4,157,906 A ein
Verfahren offenbart, bei dem ein SiO
2-Sootrohr
in einem Verfahrensschritt gesintert, die Innenbohrung dabei kollabiert
und gleichzeitig zu einer Faser elongiert wird. Zur Halterung des
SiO
2-Sootrohres in einem Zieh- und Verglasungsofen
in vertikaler Ausrichtung wird in die Innenbohrung des Sootrohres
ein ca. 50 mm langes Rohrstück
aus Quarzglas eingesetzt, dessen Außendurchmesser in etwa dem
Innendurchmesser der Innenbohrung entspricht, und das an seinem
zur Einführung
in die Innenbohrung bestimmten Ende hockerartige Verdickungen aufweist.
Zur Verankerung des Quarzglasrohres werden die hockerartigen Verdickungen
in der Innenbohrung um ca. 90 Grad verdreht, so dass eine einem
Bajonettverschluss ähnliche,
formschlüssige
Verbindung entsteht. Das Sootrohr wird an dem eingedrehten Halter
an seinem oberen Ende hängend
gehalten und mit seinem unteren Ende beginnend einer Heizzone zugeführt und
darin zonenweise erweicht und zu einer Faser elongiert.
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Beim
Eindrehen des Rohrstücks
in die Wandung des Sootrohres werden Partikel generiert, die sich
auf der Sootrohr-Innenwandung ablagern und sich im weiteren Prozess
ungünstig
bemerkbar machen können.
Außerdem
kann es zu Ausbrüchen
und Rissen kommen, die das Sootrohr unbrauchbar machen oder die
später
zu einem Ausbrechen des Halters führen können.
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Es
ist auch vorgeschlagen worden, während des
Abscheideprozesses, bei dem der Sootkörper auf einem um seine Längsachse
rotierenden Träger abgeschieden
wird, einen Halter aus Quarzglas in den sich aufbauenden Sootkörper einzubetten.
Der Halter weist an seinem in den Sootkörper hineinragenden Ende einen
umlaufenden Kragen auf, der zu einer formschlüssigen Verbindung mit Sootkörper führt, und
das aus dem Sootkörper
herausragende Ende ist zur hängenden
Halterung des Sootkörpers bei
nachfolgenden Prozessschritten verwendbar. Ein derartiges Verfahren
ist beispielsweise aus der
US 4,362,545
A bekannt.
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Da
sich der Trägers
beim Abscheideprozess bewegt (Rotation) kann ein vorhandenes mechanischen
Spiels zwischen Träger
und einzubettendem Halter dazu führen,
dass der Spalt zwischen Träger und
Halter durch die Sootschicht nicht überbrückt werden kann oder dass sie
wieder aufreist, so dass der Halter unzureichend im Sootkörper eingebettet ist.
Die Einbettung des Halters ist daher schwierig zu reproduzieren
und die Festigkeit der Verbindung kaum überprüfbar.
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Grundsätzlich ist
auch zu beachten, dass im Zuge der Produktivitätssteigerung zunehmend größere Quarzglaszylinder
nachgefragt werden, so dass auch die Gewichte der zu sinternden
Sootrohres laufend zunehmen. Mit den oben beschriebenen Verfahrensweisen
ist eine verlässliche
Halterung schwerer Sootrohre problematisch.
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Bei
dem der
EP 701 975 A2 bekannten
Verfahren wird das Sootrohr in einen Verglasungsofen eingebracht
und darin in vertikaler Orientierung mittels einer Haltevorrichtung
gehalten, die einen Haltestab umfasst, der sich von oben durch die
Innenbohrung des Sootrohres erstreckt und der mit einem Haltefuß verbunden
ist, auf dem das Sootrohr anfangs mit seinem unteren Ende aufsteht.
Der Haltestab besteht aus kohlefaserverstärktem Grafit (CFC; carbon fiber
reinforced carbon) und er ist von einem gasdurchlässigen,
dünnwandigen
Hüllrohr
aus reinem Grafit umhüllt.
In einer Position oberhalb des oberen Endes des Hüllrohres
ist in die Innenbohrung des Sootrohres ein Grafittragring eingebettet,
der nach Innen herausragt.
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Beim
Sintern wird das Sootrohr mit seinem oberen Ende beginnend zonenweise
verglast. Dabei kollabiert das Sootrohr sukzessive auf das Grafit-Hüllrohr auf
und schrumpft auch in seiner Länge, wobei
es in einer ersten Sinterphase auf dem Haltefuß aufsteht. Die Position des
im Sootrohr eingebetteten Grafittragrings ist so gewählt, dass
sich dieser in einer zweiten Sinterphase infolge der zunehmenden
Längenschrumpfung
auf dem Grafit-Hüllrohr
abstützt,
so dass dann das Sootrohr am oberen Ende hängend gehalten wird. Beim Aufschrumpfen
des Sootrohres auf das Grafit-Hüllrohr
können
im Grafit vorhandene Verunreinigungen – insbesondere metallische
Verunreinigungen – gelöst und in
das Quarzglas des Sootrohres eingetragen werden. Infolge des Kontaktes
mit dem Hüllrohr
weist der so erzeugte Hohlzylinder zudem eine rauhe Innenoberfläche mit eingebackenen
Grafitpartikeln auf. Nach dem Sintern wird das Hüllrohr entfernt, und die Innenbohrung
des er haltenen Quarzglasrohres wird durch Bohren, Schleifen, Honen
oder Ätzen
nachbearbeitet.
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Dieses
Verfahren ist zeitaufwendig, es kommt zu Materialverlusten und zu
Verunreinigungen durch das Grafitgestänge.
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Zur
Verminderung der Grafitkontaktflächen ist
bei einer Abwandlung dieses Verfahrens gemäß der
DE 103 03 290 B3 zwischen
dem Haltestab und dem sinternden Sootrohr eine Hülse aus synthetischem Quarzglas
vorgesehen. Die Herstellung dieser Hülse ist mit hohem Zeit- und
Kostenaufwand verbunden und sie ist oder wird Bestandteil des gesinterten
Quarzglasrohres. Über
die Gasphase transportierte Verunreinigungen durch Grafitgestänge und unerwünschte Veränderungen
der Ofenatmosphäre durch
die reduzierende Wirkung des Grafits können aber nicht verhindert
werden.
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Diese
Nachteile vermeidet das Verfahren gemäß der
DE 100 64 730 A1 aus der
auch eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung bekannt ist.
Dabei werden SiO
2-Partikel auf einem länglichen, um
seine Längsachse
rotierenden Träger
abgeschieden, der über
seine Länge
eine Abstufung seines Außendurchmessers
aufweist. Nach Entnahme des abgestuften Trägers wird ein poröser, hohlzylindrischer Sootkörper erhalten,
dessen Innenbohrung eine dem Träger-Durchmesserprofil
entsprechende Komplementärform
aufweist, das heißt,
sie hat über
eine längere
Teillänge
einen größeren Innendurchmesser und über eine
kürzere
Teillänge
einen kleineren Innendurchmesser und dazwischen einen stufenförmigen Absatz.
Der so erhaltene Sootkörper
wird in vertikaler Ausrichtung in einem Ofen hängend verglast, wobei der verengte
Bereich der Innenbohrung oben angeordnet ist und ein von oben in
die Innenbohrung hineinragender Haltestab den stufenförmigen Absatz untergreift.
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Die
verlässliche
Halterung eines schweren Sootkörpers
erfordert einen relativ breiten Absatz der Innenbohrung, was durch
einen dementsprechend großen
Absatz beim Träger-Durchmesserprofil
erreichbar ist. Der große
Absatz erfordert zwangsläufig einen
großen
Außendurchmesser
des Trägers.
Aus Gründen
einer hohen Produktivität
werden jedoch Sootkörper
mit möglichst
kleiner Innenbohrung angestrebt. Diese erfordern den Einsatz eines
möglichst dünnen Trägers bei
der Sootkörperherstellung.
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Ähnliche
Problemstellungen ergeben sich auch beim Sintern anderer Körper aus
porösem
SiO2, die nicht über die SiO2-Soot-Verfahrensroute
erzeugt worden sind, etwa bei porösen SiO2-Körpern, die über die
bekannte Sol-Gel-Route oder durch Pressverfahren erhalten worden
sind.
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Technische Aufgabenstellung
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren
dahingehend zu verbessern, dass auch schwere Körper aus porösem SiO2 mit kleinem Innendurchmesser beim Sintern
sicher gehalten werden können.
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Außerdem liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache und
betriebssichere Haltevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
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Hinsichtlich
des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten
Verfahren erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Lager als Spreizlager mit mindestens einem gegen die Innenwandung
der Innenbohrung beweglichen Spreizelement versehen ist, das unter
Einwirkung des Halteelements eine Bewegung mit einer Bewegungskomponente
in Richtung senkrecht zur Sootkörper-Längsachse
ausführt
und gegen die Innenwandung gepresst wird.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
ist zur Sootkörper-Halterung
beim Sintern eine Haltevorrichtung vorgesehen, die ein Spreizlager
und ein Halteelement umfasst. Zur hängenden Halterung des Sootkörper greift
das Halteelement am Spreizlager an, das im oberen Bereich der Innenbohrung
des Sootkörpers
angeordnet wird. Es verfügt über ein
bewegliches Spreizelement, das mit dem Halteelement derart zusammenwirkt,
dass es infolge dieser Einwirkung eine Bewegung gegen die Innenwandung
der Innenbohrung ausführt.
Durch diese Bewegung wird das Spreizelement gegen die Innenwandung
gepresst oder sogar ein kurzes Stück in die Innenwandung hinein
getrieben. Die Bewegung gegen die Innenwandung wird durch den Widerstand
infolge der Anlage des Spreizelements an der Innenwandung oder in
der Sootkörper-Wandung
gestoppt. Auf diese Weise ergibt sich zwischen dem Spreizlager und
dem Sootkörper
eine reibschlüssige
oder eine formschlüssige
Verbindung, die zu einer besonders sicheren und reproduzierbaren
Halterung des Sootkörpers führt, und
zwar auch ohne Bearbeitung oder spezielle geometrische Gestaltung
der Innenbohrung.
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Es
ist nicht erforderlich, dass das Halteelement und das Spreizlager
aus Grafit bestehen. Dein besonderer Vorteil der Haltevorrichtung
liegt darin, das sie ganz oder im Wesentlichen ohne den Einsatz von
Graphitteilen in der Innenbohrung auskommt, so dass Verunreinigungen
wie sie aus dem Graphitgestänge
bei dem bekannten Verfahren in den Sootkörper gelangen können, vermieden
werden. Die Haltevorrichtung wird beim Verglasen des SiO2-Körpers oder
bei anderen Prozessschritten, wie der Dehydratation, einem Dotierprozess
oder für
den Transport des SiO2-Körpers eingesetzt. Sie kann
aber auch zur Führung
eines mit seiner unteren Stirnseite auf einem Podest aufstehenden,
vertikal orientierten Sootkörpers
beitragen oder durch Fixierung des oberen, gehaltenen Sootkörper-Endes
einem Zusammensacken des Sootkörpers
beim Sintern entgegenwirken.
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Vorzugsweise
weist das Halteelement mindestens eine das Spreizelement untergreifende,
untere Gleitfläche
auf, die in einem Keilwinkel zur Längsachse – von oben nach unten gesehen – in Richtung
der Innenwandung verläuft.
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Die
(untere) Gleitfläche
verläuft
von oben nach unten gesehen schräg
zur Längsachse
und sie wirkt mit dem Spreizelement in der Art zusammen, dass sie
das Spreizelement untergreift. Die Schräge führt beim Hochziehen des Halteelements
zu der gewünschten
Bewegung des Spreizelement in Richtung auf die Innenwandung, wenn
gleichzeitig ein Hochziehen des Spreizelement unterbunden wird, beispielsweise
durch eine Gegenkraft von oben oder durch eine bereits vorhandene
Reibkraft zwischen dem Spreizelement und der Innenwandung. Die Aufwärtsbewegung
des Halteelements und die damit einhergehende Seitwärtsbewegung
des Spreizelements führen
somit zu einer Klemmverbindung zwischen Spreizlager und Sootkörper. Die
Gleitfläche soll
beim Hochziehen des Halteelements ein Gleiten des Spreizelements
ermöglichen.
Im einfachsten Fall ist die Oberfläche der Gleitfläche daher
glatt. Zur Verminderung der Haftreibung zum Spreizelement kann sie aber
auch gewellt, geriffelt, geschlitzt, abgestuft und dergleichen ausgebildet
sein, solange die auf ihr anliegende Kontaktfläche des Spreizelements darauf gleiten
kann.
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Die
untere Gleitfläche
kann als keilförmige, schräge Fläche an einer
Seite des Halteelements vorgesehen sein oder sie kann sich aus mehreren
um die Längsachse
verteilten Keilflächen
zusammensetzen. Im einfachsten und daher besonders bevorzugten Fall
ist die untere Gleitfläche
als Außenkonus
des Halteelements ausgebildet.
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Das
untere Ende des Halteelements ist hierbei als Außenkonus ausgebildet, der das
Spreizelement untergreift.
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In
dem Zusammenhang hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das
mindestens eine Spreizelement eine mit der unteren Gleitfläche zusammenwirkende
obere Gleitfläche
aufweist, die im Keilwinkel – von
oben nach unten gesehen – in
Richtung der Innenwandung verläuft.
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Das
Spreizelement weist hierbei eine obere Gleitfläche auf, die im selben schrägen Winkel
zur Längsachse
verläuft
wie die untere Gleitfläche
des Halteelements. Beim Hochziehen des Halteelements gleiten obere
und untere Gleitfläche
aufeinander und bewirken dadurch eine Seitwärtsbewegung des Spreizelements
und die Klemmverbindung zwischen Sootkörper und Spreizlager.
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Es
hat sich bewährt,
wenn mehrere bewegliche Spreizelemente vorgesehen sind, deren obere Gleitflächen einen
nach unten offenen Innenkonus des Spreizlagers bilden.
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Die
Spreizelemente sind dabei als Ringsegmente ausgebildet, die zusammen
einen geschlossenen Ring bilden und dabei einen Innenkonus des Spreizlagers
umschließen.
Diese werden unter Einwirkung des Halteelements auseinander bewegt
und dabei gegen die Innenwandung gedrückt. Dies ermöglicht eine
symmetrische Anordnung der Ringsegmente um die Längsachse. Im einfachsten Fall
sind zwei gegenüberliegende,
halbschalenförmige
Ringsegmente vorgesehen. Jedes der Ringsegmente weist eine Gleitfläche auf,
die einen Abschnitt eines nach unten offenen Innenkonus bildet,
und mit der es auf der unteren Gleitfläche des Halteelements gleitend
aufliegt.
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Die
von unten in den Innenkonus ragende untere Gleitfläche des
Halteelements dient dabei quasi als Spreizkeil, der die Spreizelemente
beim Hochziehen der unteren Gleitfläche (des Halteelements) gegen
die Innenwandung presst, so dass sich diese im Zusammenspiel mit
der Gewichtskraft des Sootkörpers
in dessen Innenwandung verklemmen.
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Vorzugsweise
beträgt
der Keilwinkel zwischen 60 und 80 Grad, vorzugsweise um 60 Grad.
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Bei
einem Keilwinkel in diesem Bereich ergibt sich beim Hochziehen des
Halteelements eine im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse
gerichtete Kraft in Richtung der Innenwandung und damit eine optimale
Klemmwirkung zwischen Spreizlager und Sootkörper.
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Es
hat sich außerdem
als günstig
erwiesen, wenn das mindestens eine Spreizelement eine Reibfläche aufweist,
die sich parallel zur Innenwandung erstreckt und die bei der Bewegung
in Richtung senkrecht zur Sootkörper-Längsachse
gegen die Innenwandung gepresst wird.
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Die
Reibfläche
des Spreizelements bewirkt eine höhere Reibung mit der Innenwandung
des Sootkörpers
oder einen verstärkten
Formschluss und trägt
so zur Festigkeit der Verbindung von Sootkörper und Spreizlager bei.
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Bei
einer bevorzugten Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass das Spreizlager
eine Oberseite aufweist, auf der ein Ringelement aus Quarzglas aufliegt,
das einen Außendurchmesser
aufweist, der um maximal 10 mm kleiner ist als der Innendurchmesser der
Innenbohrung.
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Der
Außendurchmesser
des Ringelements ist an den Innendurchmesser der Innenbohrung angepasst.
Beim Sintern des Sootkörpers
kollabiert die Innenbohrung ein wenig, so dass die Innenwandung auf
das Ringelement allseitig von Außen aufschrumpft. Dies bewirkt
einen Formschluss zum Spreizlager und führt zu einer besseren Zentrierung desselben.
Das Ringelement weist vorzugsweise eine ebe ne Oberseite auf, so
dass es zusätzlich
eine Kante bildet, an der sich der verglaste und aufschrumpfende
Sootkörper
aufhängen
kann.
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Weiterhin
hat es sich als günstig
erwiesen, wenn das Halteelement mit einem Längenabschnitt in die Innenbohrung
hineinragt und dass mindestens ein Teil dieses Längenabschnitts von einer Schutzhülse, vorzugsweise
aus Quarzglas, umgeben ist.
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Die
Schutzhülse
dient zur Abschirmung des Halteelements gegenüber der Heizzone und vermindert
das Risiko eines Erweichens und einer Verformung beim Sintern des
Sootkörpers
Das Halteelement kann beispielsweise aus Grafit, CFC, SiC oder Al2O3 bestehen. Im
Hinblick auf einen möglichst
geringen Eintrag an Verunreinigungen bestehen das Spreizlager und
das Halteelement jedoch vorzugsweise aus Quarzglas, besonders bevorzugt
aus synthetischem Quarzglas, und somit aus einem – in Bezug
auf das Material des Sootkörpers – arteigenen Material.
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Im
einfachsten Fall führt
das Spreizelement die Bewegung mit Bewegungskomponente in Richtung
senkrecht zur Sootkörper-Längsachse
unter Einwirkung des Halteelements und der Gewichtskraft des Sootkörpers aus.
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Die
die Bewegung des Spreizelements hervorrufende Kraft resultiert dabei
aus der Gewichtskraft des hängenden
Sootkörpers
oder diese trägt
zur Bewegung des Spreizelements zumindest wesentlich bei. Diese
Kraft wird über
das Halteelement auf das Spreizelement übertragen.
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Hinsichtlich
der Vorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einer
Vorrichtung mit den Merkmalen der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass das Lager als Spreizlager mit mindestens einem gegen die Innenwandung
der Innenbohrung beweglichen Spreizelement versehen ist, das unter
Einwirkung des Halteelements gegen die Innenwandung pressbar gelagert ist.
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Die
erfindungsgemäße, Haltevorrichtung umfasst
ein Spreizlager und ein Halteelement, das zur hängenden Halterung des Sootkörpers am Spreizlager
angreift.
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Das
Spreizlager verfügt über mindestens
ein bewegliches Spreizelement, das mit dem Halteelement derart zusammenwirkt,
dass es infolge dieser Einwirkung eine Bewegung gegen die Innenwandung der
Innenbohrung ausführt
und dadurch gegen die Innenwandung gepresst oder sogar ein kurzes
Stück in diese
hinein getrieben wird. Auf diese Weise ergibt sich zwischen dem
Spreizlager und dem Sootkörper eine
reibschlüssige
oder eine formschlüssige
Verbindung, die zu einer besonders sicheren und reproduzierbaren
Halterung des Sootkörpers
führt.
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Die
erfindungsgemäße Haltevorrichtung kommt
ganz oder im Wesentlichen ohne den Einsatz von Graphitteilen in
der Innenbohrung aus, so dass Verunreinigungen wie sie aus dem Graphitgestänge bei
dem bekannten Verfahren in den Sootkörper gelangen können, vermieden
werden.
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Die
Haltevorrichtung wird beim Verglasen des SiO2-Körpers oder
bei anderen Prozessschritten, wie der Dehydratation, einem Dotierprozess
oder für den
Transport des SiO2-Körpers eingesetzt.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung 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.
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Ausführungsbeispiel
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer
Zeichnung näher erläutert. Dabei
zeigt in schematischer Darstellung
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1 eine
erste Ausführungsform
der Haltevorrichtung gemäß der Erfindung,
und
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2 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung.
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Die
Haltevorrichtung gemäß 1 dient
zur Halterung und zum Transport eines rohrförmigen Sootkörpers 1.
Die Haltevorrichtung besteht im Wesentlichen aus einem Haltestab 2 aus
Quarzglas, dessen unteres Ende in Form eines Außenkonus 3 mit einem
Konuswinkel 70° ausgebildet
ist, und aus einem Spreizlager, dem insgesamt die Bezugsziffer 4 zugeordnet
ist.
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Das
Spreizlager 4 setzt sich aus zwei halbschalenförmigen (180°) Klemmkörpern 5 zusammen, die
einen nach unten offenen Innenkonus mit einem Konuswinkel von ebenfalls
70° umschließen und
der zum Außenkonus 3 des
Haltestabes 2 komplementär ist. Der Innenkonus der Klemmkörper 5 bildet
insoweit eine Gleitfläche 16,
entlang welcher der Außenkonus 3 nach
oben (und unten) bewegt werden kann. Die Höhe des Innenkonus – in Richtung
der Längsachse 6 gesehen – beträgt 5 cm.
Die nach außen weisende
Zylindermantelfläche 8 der
Klemmkörper 5 ist
zwecks Erhöhung
der Reibungskraft zur Innenwandung 7 stark geriffelt ausgebildet
und hat eine Höhe
von 6 cm.
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Auf
der Oberseite der Klemmkörper 5 liegt eine
Ringscheibe 9 aus Quarzglas mit einer Dicke von 2,5 cm
und mit einem Außendurchmesser
von 4,5 cm auf.
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Der
in die Innenbohrung 11 des Sootkörpers 1 hineinragende
untere Längenabschnitt
des Haltestabes 2 ist von einer Schutzhülse 10 aus Quarzglas umgeben,
deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser
des Haltestabes angepasst ist (2,5 cm) und die ebenfalls auf der
Oberseite der Klemmkörper 5 aufsteht.
Der Außendurchmesser
der Schutzhülse 10 beträgt 4 cm,
was dem Innendurchmesser der Ringscheibe 9 entspricht.
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Alle
Teile der in 1 dargestellten Haltevorrichtung
bestehen aus Quarzglas. Auf ein Verglasungsgestänge mit Bauteilen aus Grafit
oder aus CFC wird verzichtet.
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Bei
der Ausführungsform
der Haltevorrichtung gemäß 2 sind
gleiche oder äquivalente Bauteile
und Bestandteile der Vorrichtung mit denselben Bezugsziffern wie
in 1 versehen. Bei dieser Ausführungsform ist ein im Vergleich
zur Ausführungsform
von 1 in Richtung der Längsachse 6 verlängertes
Spreizlager 14 vorgesehen. Um trotz der etwa doppelten
Höhe des
Spreizlagers 14 den gleichen Konuswinkel von 70° wie bei
der Ausführungsform
von 1 einhalten zu können, sind die beiden halbschalenförmigen (180°) Klemmkörper 15 in
die sem Fall mit zwei übereinander
angeordneten Innenkoni ausgebildet. Diese korrespondieren mit entsprechenden
Außenkoni 13 des
Haltestabes 12, die über
einen zylindrischen Abschnitt miteinander verbunden sind.
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Diese
Ausführungsform
der Haltevorrichtung hat eine doppelte Führungslänge, so dass sich eine bessere
Zentrierung und konzentrische Führung
des Haltestabes 12 zur Längsachse 6 ergibt.
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Im
Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Quarzglas-Hohlzylinders
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
näher erläutert.
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Anhand
eines üblichen
OVD-Abscheideprozesses werden unter Einsatz einer Anordnung von Abscheidebrennern,
die reversierend entlang eines um seine Längsachse rotierenden Trägerrohr
bewegt wird, SiO2-Partikel durch Flammenhydrolyse
von SiCl4 erzeugt und unter allmählicher
Bildung eines Sootkörpers 1 auf
dem Träger
abgeschieden.
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Nach
Abschluss des OVD-Abscheideprozesses wird das Trägerrohr entfernt und es wird
ein rohrförmiger
Sootkörper 1 mit
einem Innendurchmesser von 5 cm, einem Außendurchmesser von 35 cm und einer
Länge von
etwa 3 m erhalten.
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Der
Sootkörper 1 wird
wie üblich
in chlorhaltiger Atmosphäre
bei hoher Temperatur getrocknet und anschließend in vertikaler Orientierung
zu einem Quarzglas-Hohlzylinder
verglast. Das Verglasen des Sootkörpers 1 erfolgt unter
Einsatz der in 1 gezeigten Haltevorrichtung.
Hierbei wird der Sootkörper 1 zunächst vertikal
aufgerichtet und daraufhin der Haltestab 2, die Schutzhülse 10,
die Ringscheibe 9 und die Klemmkörper 5 von oben in
die Sootkörper-Innenbohrung 11 eingeführt, wie
dies in 1 dargestellt ist. Wesentlich
dabei ist, dass der Außenkonus 3 die
von den Klemmkörpern 5 gebildete
innenkonische Gleitfläche 16 von
unten eingreift.
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Das
obere Ende des Haltestabes 2 wird an einem Kran verspannt.
Durch Hochheben des Haltestabes 2 und infolge der Keilwirkung
durch die ineinander greifenden Koni werden die seitlich beweglichen
Klemmkörper 5 nach
außen
gepresst und dadurch in der Innenwandung 7 des Sootkörpers 1 verankert.
Die geriffelte Zylindermantelfläche 8 der Klemmkörper 5 dringt
dabei ein Stück
in die Wandung des Sootkörpers 1 ein,
so dass eine reib- und formschlüssige
Verbindung zwischen dem Spreizlager 4 und dem Sootkörper 1 entsteht.
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Mittels
dieser Haltevorrichtung wird der Sootkörper 1 in einen Verglasungsofen
eingebracht und darin mit vertikal orientierter Längsachse 6 gehalten. Für das Verglasen
sind mehrere Verfahrensvarianten geeignet, die im Folgenden im Einzelnen
erläutert werden:
Bei
einer Verfahrensvariante ist ein zonenweises Verglasen des Sootkörpers 1 von
unten nach oben vorgesehen. Der Sootkörper 1 wird hierbei
mittels der Haltevorrichtung hängend
im Verglasungsofen gehalten. Sobald die Verglasungszone den oberen
Bereich mit dem in die Innenbohrung 11 eingesetzten Spreizlager
erreicht, wird der Verglasungsprozess beendet, damit die Haltevorrichtung
aus Quarzglas nicht erweicht. Die Schutzhülse 10 trägt dabei
zur thermischen Abschirmung des Haltestabes 2 bei.
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Ergänzend zu
der hängenden
Halterung mittels der Haltevorrichtung kann der Sootkörper 1 auch von
Anfang des Verglasungsprozesses auf einem Podest aufstehen. Bei
dieser Modifikation des Verglasungsverfahrens dient die Haltevorrichtung
zur Ausrichtung und Fixierung des oberen Sootkörper-Endes und vermeidet so
eine Längung
im Verlauf des Verglasens.
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Bei
einer weiteren Verfahrensvariante erfolgt ein zonenweises Verglasen
des Sootkörpers 1 von oben
nach unten. Der Sootkörper 1 wird
hierbei mittels der Haltevorrichtung ebenfalls hängend im Verglasungsofen gehalten,
wobei er ergänzend
mit seinem unteren Ende auf eine Podest aufstehen kann, wenn eine
Längung
verhindert werden soll. Beim Verglasen des oberen Endes ist darauf
zu achten, das die Haltevorrichtung nicht erweicht, wobei hierzu
die Schutzhülse 10 beiträgt. Beim
Erhitzen des oberen Sootkörper-Endes
schrumpft der Sootkörper 1 ohne vollständig zu
verglasen. Dabei schrumpft er seitlich auf die Ringscheibe 9 auf,
die dadurch den Haltestab 1 zusätzlich zentriert. Außerdem überdeckt
der schrumpfende Sootkörper 1 die
obere Außenkante der
Ringscheibe 9 und stabilisiert durch dieses Einbetten die
Ringscheibe 9 als auch die Klemmkörper 5 in ihrer Lage,
indem ein Ausweichen nach oben behindert wird.
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Bei
einer weiteren Verfahrensvariante wird der Sootkörper 1 zunächst mit
seinem unteren Ende aufstehend gelagert, und dabei wird die Haltevorrichtung
weitgehend kräftefrei
in das obere Ende des Sootkörpers 1 „eingebettet". Hierzu wird zunächst der
Haltestab 2 soweit angehoben, dass die gewünschte Klemmverbindung
zwischen Spreizlager 4 und Sootkörper 1 entsteht. Das
untere Sootkörper-Ende steht dabei
weiterhin auf dem Podest auf oder hat sich nur um wenige Millimeter
abgehoben. Daraufhin wird das obere Ende des Sootkörpers 1 verglast,
wobei der Sootkörper 1 von
oben und seitlich auf die Ringscheibe 9 aufschrumpft und
dadurch den Haltestab 1 und die Klemmkörper 5 stabilisiert und
zentriert, wie oben bereits beschrieben. Nach Abkühlen ist
die Haltevorrichtung in das obere, teilweise verglaste Sootkörper-Ende
fest eingebettet, so dass der Sootkörper 1 im weiteren
Verglasungsprozess an dem Haltestab 2 verlässlich hängend gehalten
werden kann.
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Beim
erfindungsgemäßen Verfahren
kann auf Fremdstoffe – wie
Grafit – in
der Innenbohrung 11 des Sootkörpers 1 verzichtet
werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass auch ein vollständiges Kollabieren
der Innenbohrung 11 beim Sintern des Sootkörpers 1 ermöglicht wird,
sofern gewünscht.