DE10240950B3

DE10240950B3 - Vertikalziehverfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Glaskörpers und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE10240950B3
Application number: DE2002140950
Authority: DE
Inventors: Thomas Bogdahn; Oliver Ganz
Original assignee: Heraeus Tenevo GmbH
Current assignee: Heraeus Quarzglas GmbH and Co KG
Priority date: 2002-09-02
Filing date: 2002-09-02
Publication date: 2004-05-06
Anticipated expiration: 2022-09-03
Also published as: WO2004024643A1; AU2003270140A1; JP2005537214A

Abstract

Es ist ein Vertikalziehverfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Glaskörpers, insbesondere eines Quarzglaskörpers, bekannt, das eine Anziehphase und eine Ziehphase umfasst, wobei während der Anziehphase ein Glaszylinder entlang einer Ziehachse, mit seinem unteren Ende beginnend, einer Heizzone zugeführt, darin erweicht, aus dem erweichten Bereich unter Ausbildung einer Ziehzwiebel ein Anziehstrang erzeugt, dieser einem Abzug zugeführt und während der Ziehphase zu einem Glasstrang mit vorgegebener Nominal-Abmessung abgezogen wird, und wobei der Glasstrang anschließend zu dem zylinderförmigen Glaskörper abgelängt wird. Um hiervon ausgehend ein Vertikalziehverfahren mit verkürzter Anziehphase anzugeben, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass der Anziehstrang erzeugt wird unter Einsatz einer in der Ziehachse angeordneten, axial bewegbaren Anzugseinrichtung, die einerseits mit dem unteren Ende des Glaszylinders verbunden und andererseits mittels des Abzugs mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit nach unten abziehbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Vertikalziehverfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Glaskörpers, insbesondere eines Quarzglaskörpers, umfassend eine Anziehphase und eine Ziehphase, wobei während der Anziehphase ein Glaszylinder entlang einer Ziehachse mit seinem unteren Ende beginnend einer Heizzone zugeführt, darin erweicht, aus dem erweichten Bereich unter Ausbildung einer Ziehzwiebel ein Anziehstrang erzeugt, dieser einem Abzug zugeführt und während der Ziehphase zu einem Glasstrang mit vorgegebener Nominal-Abmessung abgezogen wird, und wobei der Glasstrang anschließend zu dem zylinderförmigen Glaskörper abgelängt wird.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Derartige Verfahren und Vorrichtungen dienen der Herstellung von zylinderförmigen Bauteilen, insbesondere von Rohren und Stäben aus Quarzglas mit beliebigem Querschnittsprofil, oder von Vorformen für optische Fasern. In der DE 101 17 153 A wird ein derartiger Vertikalziehprozess zur Herstellung eines Vollzylinders aus Quarzglas durch Ziehen aus einem Hohlzylinder beschrieben. Das bekannte Vertikalziehverfahren umfasst eine Anziehphase und die eigentliche Ziehphase. Die Anziehphase wird dadurch eingeleitet, dass ein Glaszylinder in Rohr- oder in Stabform in vertikaler Ausrichtung von oben einer Heizquelle zugeführt, darin erweicht, und aus dem erweichten Bereich des Glaszylinders infolge der Schwerkraft ein Glasposten abtropft, dieser einem Schlepper zugeführt und damit zunächst ein Anziehstrang abgezogen wird. Der Anziehstrang weist anfangs einen geringen Durchmesser auf, so dass während der Anziehphase eine höhere Drehzahl der Schlepperrollen erforderlich ist. Um den Anziehstrang auf das Nominalmaß aufzubauen, wird die Schlepper-Drehzahl allmählich verringert. Der Rate, mit der die Abzugsgeschwindigkeit verringert werden kann, sind jedoch Grenzen gesetzt. Denn wegen der geringen Steifigkeit des Anziehstrangs während der Anziehphase kommt es zu einer Durchbiegung, wenn deutlich weniger Glasmasse abgezogen wird als infolge der Schwerkraft nach unten absinken würde. Beim Passieren des Abzugs werden diese Durchbiegungen auf den Bereich der Ziehzwiebel zurückübertragen und wirken sich so qualitätsmindernd auf den zu ziehenden Glasstrang aus.

Es ist bekannt, zur Beschleunigung des Abtropfvorgangs eine Hilfsvorrichtung einzusetzen, mittels der ein erster Glasposten aus dem erweichten Bereich angezogen und dieser dem Abzug zugeführt und anschließend ein Anziehstrang wie erläutert abgezogen und im Außendurchmesser aufgebaut wird.

Nachdem Nominaldurchmesser bzw. Nominalwandstärke erreicht sind, wird der Glasstrang während der eigentlichen Ziehphase mit geregelter Ziehgeschwindigkeit aus dem Glaszylinder nach unten so abgezogen, so dass Nominaldurchmesser bzw. Nominalwandstärke beibehalten werden. Aus dem Glasstrang werden zylinderförmige Glaskörper durch Ablängen geeigneter Teilstücke erzeugt.

Die während der Anziehphase abgezogene Glasmasse wird verworfen. Der Materialverlust ist umso größer, je weiter der Abzug von der Ziehzwiebel entfernt ist, und je länger die Anziehphase andauert. Die Anziehphase stellt daher einen wesentlichen Material- und Zeitfaktor des Vertikalziehverfahrens dar. Eine Verkürzung des Abstandes zwischen Abzug und Ziehzwiebel ist häufig nicht möglich, da zum einen kurz unterhalb der Ziehzwiebel hohe Temperaturen herrschen und zum anderen die axiale Führung des Glasstrangs bei oben angeordnetem Abzug verschlechtert und das Ablängen der Teilstücke erschwert wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Vertikalziehverfahren mit verkürzter Anziehphase anzugeben und eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitzustellen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Anziehstrang erzeugt wird unter Einsatz einer in der Ziehachse angeordneten, axial bewegbaren Anzugseinrichtung, die einerseits mit dem unteren Ende des Glaszylinders verbunden wird, und die andererseits mittels des Abzugs mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit nach unten abziehbar ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Vertikalziehverfahren wird das Anziehen mittels einer axial bewegbaren Anzugseinrichtung eingeleitet, die sich zwischen dem unteren Ende des Glaszylinders und dem Abzug erstreckt. Die Anzugseinrichtung ist mittels des Abzugs in der Ziehachse nach unten bewegbar, selbst aber biegesteif (axial starr) ausgebildet. Die vom Abzug auf die Anzugseinrichtung übertragenen Kräfte und Bewegungen wirken sich unmittelbar auf den erweichten Bereich des Glaszylinders und der sich dort allmählich ausbildenden Ziehzwiebel aus. Insofern wird der Abstand zwischen Abzug und Ziehzwiebel durch Einsatz der Anzugseinrichtung verkürzt. Der Einsatz der Anzugseinrichtung hat mehrere vorteilhafte Auswirkungen:

– Zum einen ersetzt die Anzugseinrichtung zumindest denjenigen Teil des Anziehstrangs, der ansonsten zur Überbrückung des Abstands zwischen Glaszylinder und Abzug erforderlich gewesen wäre. Der sich bildende Anziehstrang hat somit nicht eine Länge zwischen Glaszylinder (bzw. Ziehzwiebel) und Abzug, sondern nur zwischen Glaszylinder und Oberseite der Anzugseinrichtung; er ist demnach sehr kurz.
– Außerdem kann mittels der Anzugseinrichtung der nach unten sinkende Glasposten und der sich bildende Anziehstrang von unten abgestützt und dadurch der Durchmesseraufbau des Anziehstrangs beschleunigt werden. Dies hat folgenden Grund: Da der Anziehstrang nur eine geringe Länge aufweist, kann von unten mittels der Anzugseinrichtung stark gegengedrückt werden, ohne dass es zu einem Wegbiegen oder Abknicken des Anziehstrangs kommt. Durch ein starkes Gegendrücken werden die Nominal-Abmessung des Glasstrangs sehr schnell, bereits kurz nach der Ziehwiebel und somit weit über dem Abzug erreicht. Bedingt durch die Stützfunktion der Anzugseinrichtung in Verbindung mit einem kurzen Anziehstrang besteht das Erfordernis eines vorsichtigen Aufbaus des Durchmessers auf das Nominalmaß durch langsames Steigern der Abzugsgeschwindigkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht in dem Maße wie bei den bekannten Verfahren. Vielmehr kann erlaubt die erfindungsgemäße Methode einen schnellen Aufbau des Anziehstrangs auf das Nominalmaß.
– Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Anzugseinrichtung vor Beginn des Ziehprozesses exakt ausgerichtet werden kann, auch unter Zuhilfenahme geeigneter Justiereinrichtungen, so dass eine exakt zentrische – in Bezug auf den zu ziehenden Glaszylinder und die Heizeinrichtung – und vertikale Orientierung und ein Abziehen in der Ziehachse gewährleistet werden kann.

Diese Effekte führen zu einer Verkürzung der Anziehphase und zu einer Verringerung von Materialverlusten. Der Einsatz der Anzugseinrichtung macht sich um so vorteilhafter bemerkbar, je größer der Abstand zwischen Ziehzwiebel und Abzug ist.

Vorzugsweise weist die Anzugseinrichtung ein Stützteil sowie ein damit verbundenes, langgestrecktes Abzugsteil auf, wobei das Stützteil mit dem Anziehstrang verschmolzen und das Abzugsteil in der Ziehachse verlaufend mittels des Abzugs erfasst und abgezogen wird.

Die Anzugseinrichtung ist einerseits mit dem Abzug verbunden, indem das längliche Abzugsteil der Anzugseinrichtung in den Abzug eingespannt und mittels diesem nach unten abgezogen wird. Andererseits ist die Anzugseinrichtung über das Stützteil auch mit dem Glaszylinder bzw. mit dem sich daraus bildenden Anziehstrang verschmolzen. Dieses Verschmelzen kann vor dem Ziehprozess oder während des Ziehprozesses erfolgen, indem das Stützteil den infolge der Schwerkraft nach unten absinkenden Glaspfropfen abstützt und sich dabei mit diesem verbindet. Da auch Abzugsteil und Stützteil fest miteinander verbunden sind, werden die Bewegungen und Kräfte des Abzugs unmittelbar auf den sich bildenden Anziehstrang übertragen.

Auf dem Stützteil kann sich der in Folge der Schwerkraft nach unten absinkende Glasposten abstützen, so dass – insbesondere wegen der Kürze des Anziehstrangs und der damit einhergehend geringen Gefahr des Wegbiegens oder Abknickens des Anziehstrangs – ein starkes Gegendrücken mittels der Anzugseinrichtung und damit ein vergleichsweise schnellerer Aufbau auf das Nominalmaß ermöglicht wird. Somit kann mittels der Anzugseinrichtung ein Anziehstrang gebildet werden, der frühzeitig Abmessungen im Bereich der Nominal-Abmessung aufweist.

Dabei hat es sich besonders bewährt, das Stützteil während des Ziehprozesses mit dem sich bildenden Anziehstrang zu verbinden.

Die Verbindung zwischen Stützteil und Anziehstrang entsteht bei dieser bevorzugten Verfahrensvariante erst während des Ziehprozesses, und zwar automatisch, ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand, sobald das Stützteil gegen den nach unten sinkenden Anziehstrang gedrückt wird. Außerdem erlaubt das Verfahren eine vergleichsweise geringe Bauhöhe der Ziehanlage.

Vorzugsweise besteht das Stützteil aus Quarzglas. Dadurch ergibt sich eine einfache Verbindungsmöglichkeit zwischen dem Stützteil und dem Anziehstrang durch Verschmelzen.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn während der Anziehphase die Abzugsgeschwindigkeit mindestens zeitweise auf einen Wert im Bereich einer zur Erzielung der Nominal-Abmessung erforderlichen Nominal-Abzugsgeschwindigkeit eingestellt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, den Abzug sehr frühzeitig, Idealerweise unmittelbar nach dem Aufbau des Anziehstrangs, also jedenfalls während der meisten Zeit in der Anziehphase, mit der Nominal-Abzugsgeschwindigkeit zu betreiben. Darunter wird diejenige Abzugsgeschwindigkeit verstanden, die bei den gegebenen Glaszylinder-Maßen und bei konstanter Zufuhrgeschwindigkeit zu einem Glasstrang mit den Nominal-Abmessungen führen würde. Der Ziehprozess wird somit bereits mit der Nominal-Abzugsgeschwindigkeit gefahren, wenn die Verbindungsstelle zwischen Anzugseinrichtung und Anziehstrang den Abzug passiert. Dadurch ergibt sich ein günstiges Regelverhalten, was den Materialverlust weiter verringert. Die Anziehphase endet, sobald der Anziehstrang den Nominal-Durchmesser erreicht hat. Dies ist in der Regel bereits der Fall, bevor die Verbindungsstelle zwischen Anzugseinrichtung und Anziehstrang den Abzug passiert hat.

Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der das Stützteil mit einer in Richtung des Anziehstrangs weisenden Stützfläche versehen ist, deren Flächeninhalt von der Querschnittsfläche des Glasstrangs mit Nominal-Abmessung – senkrecht zur Ziehachse gesehen – um maximal 50 % abweicht.

Das Stützteil weist hierbei eine an die Querschnittsfläche des Anziehstrangs angepasste Stützfläche auf. Die Stützfläche ist idealerweise so bemessen, dass sie zur Stützung eines Anziehstrangs mit Nominal-Abmessung gerade eine genügend große Fläche aufweist. Eine Stützfläche, die wesentlich größer ist als erforderlich, verursacht unnötige Probleme beim Passieren des Abzugs, indem sie die Regelung bei der Passage der Verbindungsstelle zwischen dem Stützteil und dem Anziehstrang durch den Abzug beeinträchtigt.

Es hat sich weiterhin bewährt, den Glaszylinder mit einem nach unten kegelförmig zulaufenden unteren Ende zu versehen.

Beim allmählichen Aufbau des Anziehstrangs auf die gewünschte Nominal-Abmessung kann es zu einem „Überlauf" der Stützfläche des Stützteils kommen. Diese Gefahr wird vermindert, wenn der Glaszylinder anfänglich mit einem kegelförmig zulaufenden oder tropfenförmigen Ende versehen ist, was darüber hinaus zeitliche Vorteile mit sich bringt, da weniger Material aufgeheizt werden muss und somit der Anziehvorgang beschleunigt wird.

Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, durch eine Vorrichtung umfassend einen Abzug und eine in der Ziehachse angeordnete, axial bewegbare Anzugseinrichtung, die sich zwischen dem unteren Ende des Glaszylinders und dem Abzug erstreckt und die ein Stützteil zum Stützen eines vom unteren Ende des Glaszylinders absinkenden Anziehstrangs sowie ein damit verbundenes, langgestrecktes Abzugsteil aufweist, wobei das Stützteil mit dem Anziehstrang verbunden und das Abzugsteil in der Ziehachse verlaufend mittels des Abzugs erfasst ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das Anziehen mittels einer axial bewegbaren Anzugseinrichtung eingeleitet, die sich zwischen dem unteren Ende des Glaszylinders und dem Abzug erstreckt. Die Anzugseinrichtung ist mittels des Abzugs in der Ziehachse nach unten bewegbar, selbst aber biegesteif (axial starr) ausgebildet. Die vom Abzug bewirkten Bewegungen der Anzugseinrichtung werden unmittelbar auf den erweichten Bereich des Glaszylinders und der sich dort allmählich ausbildenden Ziehzwiebel übertragen. Insofern wird der Abstand zwischen Abzug und Ziehzwiebel durch Einsatz der Anzugseinrichtung verkürzt.

Die Anzugseinrichtung weist ein Stützteil sowie ein damit verbundenes, langgestrecktes Abzugsteil auf, wobei das Stützteil mit dem Anziehstrang verschmolzen und das Abzugsteil in der Ziehachse verlaufend mittels des Abzugs erfasst und abgezogen wird.

Die Anzugseinrichtung ist einerseits mit dem Abzug verbunden, indem das längliche Abzugsteil der Anzugseinrichtung in den Abzug eingespannt und mittels diesem nach unten abgezogen wird. Andererseits ist die Anzugseinrichtung über das Stützteil auch mit dem Glaszylinder bzw. mit dem sich daraus bildenden Anziehstrang verschmolzen. Dieses Verschmelzen kann vor dem Ziehprozess oder während des Ziehprozesses erfolgen, indem das Stützteil den infolge der Schwerkraft nach unten absinkenden Glaspfropfen abstützt und sich dabei mit diesem verbindet. Da auch Abzugsteil und Stützteil fest miteinander verbunden sind, wirken sich die Bewegungen des Abzugs unmittelbar auf den sich bildenden Anziehstrang aus.

Auf dem Stützteil kann sich der in Folge der Schwerkraft nach unten absinkende Glasposten abstützen, so dass ein vergleichsweise schnellerer Aufbau eines Anziehstrangs mit Nominalmaß ermöglicht wird. Somit kann mittels der Anzugseinrichtung ein Anziehstrang gebildet werden, der frühzeitig Abmessungen im Bereich der Nominal-Abmessung aufweist. Hinsichtlich der weiteren vorteilhaften Auswirkungen durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird auf obige Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Anzugseinrichtung sind Abzugsteil und Stützteil einstückig ausgebildet.

Im einfachsten Fall besteht die Abzugsvorrichtung aus einem Quarzglasstab oder aus einen Quarzglasrohr, wobei die obere Stirnseite des Rohres bzw. des Stabes als Stützteil im Sinne der vorliegenden Erfindung dient und der langgestreckte Teil des Rohres bzw. des Stabes als Abzugsteil, das mittels des Abzugs erfasst und abgezogen wird.

Es hat sich aber auch als günstig erwiesen, wenn Abzugsteil und Stützteil lösbar miteinander verbunden sind.

Bei dieser Ausführungsform der Anzugseinrichtung besteht die Möglichkeit, das Abzugsteil nach Gebrauch auszutauschen und mehrfach einzusetzen.

Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht dabei darin, dass Abzugsteil und Stützteil mittels eines Adapterstücks miteinander verbunden sind.

Mittels des Adapterstücks ist es möglich, das eine Ende an die Verbindung mit dem Abzugsteil anzupassen und das andere Ende des Adapterstücks für die Verbindung mit dem Stützteil auszulegen, insbesondere auch an Stützteile mit unterschiedlichen, an die zu unterstützende Querschnittsfläche des Anziehstrangs angepassten radialen Abmessungen. Bei großen Glasstrang-Abmessungen werden Stützteil und Abzugsteil in dem Adapterstück vorzugsweise formschlüssig gehalten; bei kleinen Abmessungen ist eine reibschlüssige Verbindung ausreichend.

Es hat sich besonders bewährt, wenn sich das Adapterstück von unten nach oben kegelförmig erweitert.

Die kegelförmige Erweiterung erleichtert die Passage dieses Bereiches durch den Abzug. Der Abzug besteht üblicherweise aus einem oder mehreren sich am Glasstrang gegenüberliegenden Rollenpaaren, die an der Mantelfläche des Glasstranges anliegen und mit vorgegebener Umdrehungsgeschwindigkeit und Drehmoment daran abrollen. Infolge der kegelförmigen Erweiterung vom Durchmesser des Abzugsteils zum Durchmesser des Stützteils wird eine Stufe vermieden, die zu Schwingungen bei der Regelung von Ziehgeschwindigkeit oder Drehmoment führen könnten.

Besonders bewährt hat es sich, wenn das Stützteil mit einer in Richtung des Anziehstrangs weisenden Stützfläche versehen ist, deren Flächeninhalt von der Querschnittsfläche des Glasstrangs mit Nominal-Abmessung – senkrecht zur Ziehachse gesehen – um maximal 50 % abweicht.

Im Hinblick hierauf hat es sich auch als besonders günstig erwiesen, wenn sich das Stützteil von unten nach oben bis zur Stützfläche kegelförmig erweitert.

Die kegelförmige Erweiterung erleichtert die Passage der Verbindungsstelle zwischen Stützteil und Anziehstrang durch den Abzug. Diese Maßnahme ist nicht erforderlich, wenn ein entsprechend ausgebildetes Adapterstück zwischen Abzugsteil und Stützteil vorgesehen ist, das sich kegelförmig nach oben bis etwa (+/– 50%) auf den Querschnitt des Anzugsstrangs erweitert.

Eine weitere Verbesserung der Vorrichtung ergibt sich, wenn das Abzugsteil über einen wesentlichen Teil seiner Länge einen konstanten radialen Querschnitt – senkrecht zur Ziehachse gesehen – aufweist, der nicht größer ist als der radiale Querschnitt der Stützfläche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt sich vor allem dann vorteilhaft aus, wenn der Abstand zwischen der Ziehzwiebel und dem Abzug groß ist. Dieser Abstand wird durch das Abzugsteil überbrückt. Der oben genannte wesentliche Teil der Länge des Abzugsteils weist daher eine Länge von mindestens 1 m, vorzugsweise eine Länge von mindestens 2 m, auf.

Aus Gewichtsgründen wird das Abzugsteil so dünn wie möglich ausgebildet, jedoch so dick wie nötig, um die erforderliche mechanische Stabilität, insbesondere die Biegesteifigkeit zu gewährleisten. Im einfachsten Fall weist das Abzugsteil Zylindersymmetrie mit über die Länge einheitlichem Durchmesser bzw. mit einheitlichen radialen Ausmaßen auf. Es kann einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein, vorzugsweise ist es aus mehreren axial miteinander verbindbarer länglicher Segmente zusammengesetzt und somit in seiner Länge veränderbar. Es kann auch teleskopartig ausgebildet sein, wobei eine geeignete Arretierung vorgesehen sein muss, die ein Zusammenschieben durch die Gewichtslast des Anziehstrangs verhindert.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn das Abzugsteil ein Gestänge aus Leichtmetall umfasst.

Leichtmetall zeichnet sich durch geringes Gewicht bei hoher mechanischer Festigkeit und Stabilität aus.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt als einzige Figur die
1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Ziehverfahrens zur Herstellung eines Quarzglasrohres in schematischer Darstellung.
1 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie einen Zustand des Vertikalziehverfahrens während der Anziehphase. Ein Quarzglas-Hohlzylinder 1 mit anfänglich leicht kegelförmigem unterem Ende wird von oben entlang des Richtungspfeils 2 kontinuierlich einer Heizeinrichtung 3 zugeführt. In der Heizeinrichtung 3 erweicht das untere, kegelförmige Ende und beginnt unter Einwirkung der Schwerkraft und der Ausbildung einer Ziehzwiebel nach unten zu sinken. Der absinkende Glasposten wird dabei jedoch unmittelbar mittels einer Anzugseinrichtung, der insgesamt die Bezugsziffer 4 zugeordnet ist, gestützt.
Die Anzugseinrichtung 4 umfasst einen aus Einzelsegmenten zusammengesetzten Abzugsstab 5, ein Adapterstück 6 und eine Stütze 7 in Form eines Rohrstücks aus Quarzglas. Die Stütze 7 ragt von oben in eine Aufnahme des Adapterstücks 6 und wird darin mittels versenkbaren Schrauben 8 fixiert. Das Adapterstück 6 weist einen sich kegelförmig nach unten verjüngenden Bereich 9 auf, der in einen Zapfen 10 mündet. Der Zapfen 10 ist mittels einer Gewindeverbindung 11 mit dem Abzugsstab 5 verschraubt. Der ebenfalls aus Aluminium bestehende Abzugsstab 5 hat eine Länge von 3,5 m und einen Außendurchmesser von 35 mm. Das untere Ende 12 des Abzugsstabs 5 ist durch das Rollenpaar eines sogenannten Schleppers 13 geführt, mittels dem der Abzugsstab zwischen den gegensinnig rotierenden Rollen nach unten (Richtungspfeil 2) abgezogen werden kann.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Darstellung von 1 näher beschrieben.
Der Quarzglas-Hohlzylinder 1 mit einem Außendurchmesser von 180 mm und einer Wandstärke von 60 mm und die Anzugseinrichtung 4 werden zunächst exakt in der Ziehachse 15 ausgerichtet. Anschließend wird der Quarzglas-Hohlzylinder 1 mit seinem unteren Ende beginnend von oben der Heizeinrichtung 3 mit einer Zufuhrrate von 50 kg/h zugeführt und darin auf eine Temperatur von ca. 2200°C erhitzt. Dabei erweicht das untere Ende des Quarzglaszylinders 1. Sobald das Quarzglas soweit erweicht ist, dass es unter Einwirkung der Schwerkraft nach unten abzusinken beginnt, wird es mittels der Stütze 7 abgestützt, indem diese mit der Oberseite 17 gegen den erweichten Bereich gedrückt wird. Dadurch vergrößert sich der Glasposten auf der Stütze 7 allmählich und wird durch langsames Absenken der Stütze 7 zu einem Anzugsrohr 14 geformt. Die Absenkgeschwindigkeit ist dabei so gewählt, dass sich der Außendurchmesser des Anzugsrohrs 14 allmählich vergrößert, bis er demjenigen der rohrförmigen Stütze 7 angenähert ist. Dieser Außendurchmesser entspricht auch dem Nominaldurchmesser des in der eigentlichen Ziehphase zu ziehenden Rohrstrangs. Durch diesen Absink- und Stützvorgang kommt es gleichzeitig zu einer festen Schmelzverbindung zwischen der Oberseite 17 der Stütze 7 und dem Anzugsrohr 14. Die Fläche der Oberseite 17 der Stütze 7 ist daher genau so bemessen, dass sie der Querschnittsfläche des zu ziehenden Rohrstranges mit Nominal-Abmessung entspricht.
Sobald das Anzugsrohr 14 den gewünschten Außendurchmesser erreicht und die Schmelzverbindung zu der Stütze 7 gewährleistet ist, wird die Anzugsvorrichtung 4 mittels des Schleppers 13 nach unten abgezogen, und zwar zunächst langsam, bald jedoch mit einer Nominal-Abzugsgeschwindigkeit von 66,7 mm/min. Diese Abzugsgeschwindigkeit führt bei der genannten Zufuhrrate und den Abmessungen des Quarzglas-Hohlzylinders 1 (ohne Berücksichtigung eines etwaigen Blasdruckes) zu einem Anzugsrohr 14 – und im Anschluss zu einem Rohrstrang – mit einem Nominal-Außendurchmesser von 90 mm und einer Wandstärke von 30 mm.
Auf dem Anzugsrohr 14 bildet sich allmählich ein Rohrstrang mit den Nominal-Abmessungen aus. Der Bereich der Verbindung zwischen Anzugsrohr 14 und Rohrstück 7 ist häufig anhand eines umlaufenden Wulstes 16 erkennbar. Im Idealfall beginnt unmittelbar oberhalb des Wulstes der brauchbare Teil des abzuziehenden Rohrstrangs, so dass die Ziehgeschwindigkeit entsprechend der Nominal-Abzugsgeschwindigkeit während der Ziehphase eingestellt werden kann.
Der Wulst 16 und der unbrauchbare Teil der Anzugsrohres 14 passieren den Schlepper 13, wobei der kegelförmige Bereich 9 des Adapterstücks 6 die Passage durch die Rollen des Schleppers 13 erleichtert. Die feste Schmelzverbindung zwischen dem Rohrstück 7 und dem Anzugsrohr 14 verhindert ein Lösen und Herunterfallen der Anzugseinrichtung 4.
Während der Ziehphase wird der Rohrstrang mit den oben genannten Abmessungen gezogen und dabei auf die gewünschten Teillängen abgeschnitten.
Der Einsatz der Abzugseinrichtung 4 ermöglicht eine Verkürzung der Anziehphase. Das Anzugsrohr 14 wird sehr rasch mit den Außenabmessungen aufgebaut, die den Nominal-Abmessungen des abzuziehenden Rohrstranges nahekommen. Mittels der Anzugseinrichtung 4 wird der erweichte Glasposten und das sich aufbauende Anziehrohr 14 von unten abgestützt, wodurch der Durchmesseraufbau beim Anziehrohr 14 beschleunigt wird. Dies gelingt deshalb, weil das Anzugsrohr 14 nur eine vergleichsweise kurze Länge aufweist und daher mit einer großen Kraft von unten dagegen gedrückt werden kann, ohne dass es zu einem Wegknicken oder zu einem Durchbiegen des Anzugsrohres 14 kommt. Dadurch ersetzt die Anzugseinrichtung 4 denjenigen Teil eines biegesteifen Anziehstrangs, der ansonsten zur Überbrückung des Abstands zwischen Hohlzylinder 1 und Schlepper 13 erforderlich gewesen wäre. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird der Nominal-Außendurchmesser nach einer Zeitspanne von ca. 3 min bereits erreicht Das sich bildende Anzugsrohr 14, das die insgesamt zu verwerfende Quarzglasmasse ausmacht, hat dabei üblicherweise eine Länge von weniger als 250 mm.
Dadurch ergibt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine erhebliche Zeitersparnis und damit eine Kapazitätserhöhung der Ziehanlage sowie ein geringer Materialverlust.

Claims

Vertikalziehverfahren zur Herstellung eines zylinderförmigen Glaskörpers, insbesondere eines Quarzglaskörpers, umfassend eine Anziehphase und eine Ziehphase, wobei während der Anziehphase ein Glaszylinder entlang einer Ziehachse mit seinem unteren Ende beginnend einer Heizzone zugeführt, darin erweicht, aus dem erweichten Bereich unter Ausbildung einer Ziehzwiebel ein Anziehstrang erzeugt, dieser einem Abzug zugeführt und während der Ziehphase zu einem Glasstrang mit vorgegebener Nominal-Abmessung abgezogen wird, und wobei der Glasstrang anschließend zu dem zylinderförmigen Glaskörper abgelängt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Anziehstrang (14) erzeugt wird unter Einsatz einer in der Ziehachse (15) angeordneten, axial bewegbaren Anzugseinrichtung (4), die einerseits mit dem unteren Ende des Glaszylinders (1) verbunden wird, und die andererseits mittels des Abzugs (13) mit vorgegebener Abzugsgeschwindigkeit nach unten abziehbar ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzugseinrichtung (4) ein Stützteil (7) sowie ein damit verbundenes, langgestrecktes Abzugsteil (5) aufweist, wobei das Stützteil (7) mit dem Anziehstrang (14) verschmolzen und das Abzugsteil (5) in der Ziehachse (16) verlaufend mittels des Abzugs (13) erfasst und abgezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil während des Ziehprozesses mit dem sich bildenden Anziehstrang verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (7) aus Quarzglas besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (7) mit einer in Richtung des Anziehstrangs (14) weisenden Stützfläche (17) versehen ist, deren Flächeninhalt von der Querschnittsfläche des Glasstrangs mit Nominal-Abmessung – senkrecht zur Ziehachse (15) gesehen – um maximal 50% abweicht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Anziehphase die Abzugsgeschwindigkeit mindestens zeitweise auf einen Wert im Bereich einer zur Erzielung der Nominal-Abmessung erforderlichen Nominal-Abzugsgeschwindigkeit eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Glaszylinder mit einem nach unten kegelförmig zulaufenden unteren Ende versehen wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen Abzug (13) und eine in der Ziehachse (15) angeordnete, axial bewegbare Anzugseinrichtung (4), die sich zwischen dem unteren Ende des Glaszylinders (1) und dem Abzug (13) erstreckt und die ein Stützteil (7) zum Stützen eines vom unteren Ende des Glaszylinders (1) absinkenden Anziehstrangs (14) sowie ein damit verbundenes, langgestrecktes Abzugsteil (5) aufweist, wobei das Stützteil (7) mit dem Anziehstrang (14) verbunden und das Abzugsteil (5) in der Ziehachse (15) verlaufend mittels des Abzugs (13) erfasst ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (7) aus Quarzglas besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass Abzugsteil (5) und Stützteil (7) einstückig ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass Abzugsteil (5) und Stützteil (7) lösbar miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Abzugsteil (5) und Stützteil (7) mittels eines Adapterstücks (6) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Adapterstück (6) von unten nach oben kegelförmig erweitert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützteil (7) mit einer in Richtung des Anziehstrangs (14) weisenden Stützfläche (17) versehen ist, deren Flächeninhalt von der Querschnittsfläche des Glasstrangs mit Nominal-Abmessung – senkrecht zur Ziehachse (15) gesehen – um maximal 50% abweicht.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Stützteil von unten nach oben bis zur Stützfläche kegelförmig erweitert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzugsteil (5) über einen wesentlichen Teil seiner Länge einen konstanten radialen Querschnitt – senkrecht zur Ziehachse (15) gesehen – aufweist, der nicht größer ist als der radiale Querschnitt der Stützfläche (17).
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der wesentliche Teil der Länge des Abzugsteils (5) eine Länge von mindestens 1 m, vorzugsweise eine Länge von mindestens 2 m, aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzugsteil (5) aus mehreren axial miteinander verbindbaren, länglichen Segmenten zusammengesetzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Abzugsteil (5) ein Gestänge aus Leichtmetall umfasst.