DE10320531A1 - Arrangement for producing quartz glass rollers comprises a burner which moves between two reversing points according to a path-time law on a spatial curve - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Aufschmelzen von Quarzglaswalzen gemäß der Gattung der Patentansprüche.The The invention relates to an arrangement for melting quartz glass rolls according to the genus of claims.
Eine Grundforderung für bestmögliche optische Homogenität über den Querschnitt geschmolzener Walzen ist die Konstanz des in ihnen enthaltenen Si-OH, des physikalisch gelösten molekularen Wasserstoffs H2, der eingebauten UV-relevanten Strukturdefekte und der Glasstruktur (Dichte). Damit diese Parameter optimal erreicht werden, müssen die Temperatur auf der Reaktionsfläche (Walzenkappe) möglichst ausgeglichen sein, gleiche Partikelflugzeiten über die gesamte Reaktionsfläche erreicht werden und die Strömungsverhältnisse der Partikel und Gase in Staupunktnähe ebenfalls gleichbleibend sein. Die gemäß dem Stand der Technik angewandten Schmelzverfahren mit dem üblichen "Brennerrocking" gegenüber der Walzenkappe zeigen ohne eine mögliche zusätzliche Wärmequelle einen Temperaturgradienten von der Walzenkappenmitte zum Walzenkappenrand von 300 bis 400 K. Die Ursachen für diesen Temperaturgradienten liegen darin begründet, dass
- – die Brennerflamme (Mittentemperatur ca. 2300°C) selbst eine gaußförmige Temperaturverteilung hat, welche sich bei stehendem Brenner auf die Glasoberfläche überträgt.
- – der Verfahrbereich der Flamme deutlich vor dem Kappenrand enden muss, um Ansätze bzw. Verglasungen der Muffel zu vermeiden,
- – die Kappenoberfläche zumindest am Rand zunehmend gekrümmt ist und die Flamme demzufolge zunehmend streifend auf die Kappenoberfläche auftrifft,
- – das Verhältnis Oberfläche/Volumen sich am Kappenrand vergrößert,
- – am Kappenrand durch die deutlich kältere Muffelwand Wärme entzogen wird.
- - The burner flame (mean temperature approx. 2300 ° C) itself has a Gaussian temperature distribution, which is transferred to the glass surface when the burner is stopped.
- - The travel range of the flame must end clearly in front of the edge of the cap in order to avoid deposits or glazing of the muffle,
- The cap surface is increasingly curved at least at the edge and the flame consequently strikes the cap surface with increasing grazing,
- - the surface / volume ratio increases at the edge of the cap,
- - Heat is extracted at the edge of the cap through the significantly colder muffle wall.
Einem Ausgleich durch längere Verweilzeiten des Brenners am Kappenrand sind Grenzen gesetzt, weil dann der Partikelauftrag in der Walzenmitte so gering wird, dass ein Loch entsteht, und unerwünscht große periodische Temperaturschwankungen auf der Kappe entstehen.a Compensation through longer There are limits to the burner's residence times at the edge of the cap because then the particle application in the middle of the roller becomes so low that a hole arises, and undesirable size periodic temperature fluctuations occur on the cap.
Letztere stellen eine Gefahr für die Homogenität dar und begünstigen die Entstehung periodischer Schlieren in der Quarzglaswalze.Latter pose a danger to the homogeneity and favor the formation of periodic streaks in the quartz glass roller.
Darüber hinaus treten beim Umkehren der Brennerbewegung über der Walzenmitte gemäß dem Stand der Technik ringförmige Brechzahlinhomogenitäten auf, die die Verwendung der Quarzglaswalzen zur Herstellung von Projektionsoptiken für lithografische Objektive beeinträchtigt oder verhindert.Furthermore occur when the burner movement is reversed above the center of the roll according to the status technology ring-shaped Brechzahlinhomogenitäten on the use of quartz glass rollers to manufacture Projection optics for lithographic lenses impaired or prevented.
Die Erhöhung des Abstandes zwischen der Brennermündung und der Kappenoberfläche, die gemäß dem Stand der Technik bei der Brennerbewegung stattfindet, führt zu unterschiedlichen Partikelflugzeiten, zu Strömungsänderungen und damit zu Änderungen der Stoffeigenschaften. Der sich ändernde Auftreffwinkel der Brennermittenströmung auf der Kappenoberfläche in der Nähe des Brennerauftreffpunktes beeinflusst die Strömungsverhältnisse und die Stoffeigenschaften in unerwünschter Weise. Gemäß dem Stand der Technik ergibt sich ein Rotationskörper mit einer Kappenform mit ortsveränderlicher Krümmung zwischen Kappenmitte und Kappenrand. Aus der WO 01/27044 A1 ist eine Anordnung zur Erzeugung homogener, schlierenfreier Quarzglaskörper durch Flammenhydrolyse bekannt, bei der im Verlauf der Erzeugung zwischen einem Brenner und einem Quarzglaskörper eine Relativbewegung in axialer und radialer Richtung derart stattfindet, dass sich mit zunehmendem Abstand des Brenners von der Achse des Quarzglaskörpers der Abstand des Brenners vom Quarzglaskörper verringert und der Brenner sich nur zwischen der Mitte der Reaktionsfläche des Quarzglaskörpers und ihrem Rand bewegt. Hierdurch lassen sich zwar die mikrostrukturellen Defekte verringern und die Homogenität der optischen Eigenschaften verbessern, jedoch sind diese Verringerungen und Verbesserungen hinsichtlich der Größe des Kernbereichs des Quarzglaskörpers und der Materialausbeute noch verbesserungsbedürftig.The increase the distance between the burner orifice and the cap surface, the according to the status The technology that takes place during the torch movement leads to different ones Particle flight times, to flow changes and thus to changes the material properties. The changing angle of impact of the Burner center flow on the cap surface nearby the burner impact point influences the flow conditions and the material properties in unwanted Wise. According to the state the technology results in a rotating body with a cap shape of portable curvature between the center of the cap and the edge of the cap. From WO 01/27044 A1 an arrangement for the production of homogeneous, streak-free quartz glass bodies Flame hydrolysis known in the course of generation between a burner and a quartz glass body a relative movement in axial and radial direction takes place in such a way that with increasing distance of the burner from the axis of the quartz glass body The distance between the burner and the quartz glass body is reduced and the burner only between the center of the reaction surface of the quartz glass body and moved their edge. This allows the microstructural Reduce defects and the homogeneity of the optical properties improve, however, these are reductions and improvements in terms of the size of the core area of the quartz glass body and the material yield still needs improvement.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zur Herstellung von Quarzglaswalzen zu schaffen, bei denen die hinsichtlich der optischen Eigenschaften homogenen Kernbereiche, insbesondere von horizontalen Quarzglaswalzen, vergrößert und der Materialverbrauch verringert sind.task The invention is an arrangement for the production of quartz glass rollers to create, in terms of optical properties homogeneous core areas, especially of horizontal quartz glass rollers, enlarged and the Material consumption are reduced.
Das betrifft hauptsächlich die Brechzahlhomogenität, die Spannungsdoppelbrechung und die UV-Absorption.The mainly affects the homogeneity of the refractive index, stress birefringence and UV absorption.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Die Merkmale der Unteransprüche dienen der weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung.According to the invention is achieved by the characterizing features of the first claim solved. The characteristics of the subclaims serve the further advantageous embodiment of the invention.
Die Erfindung geht davon aus, dass ein Quarzglaskörper, vorzugsweise eine Quarzglaswalze mit einer sphärischen Aufschmelzkappe entsteht, bei der die Kappenkrümmungen an allen Stellen gleich sind und auch die Abscheideverhältnisse für die Partikel am gleichmäßigsten sind. Gegenüber der aufzuschmelzenden Kappe bewegt sich die Brennermündung, der Durchstoßpunkt der Brennerachse durch die Gasaustrittsebene des Brenners, im allgemeinsten Fall auf einer Raumkurve in Abhängigkeit von den drei Raumkoordinaten x, y, z und den ihnen entsprechenden drei Raumwinkeln α, β, γ. Die Erfindung zeigt praktisch gleiche Wirkungen, wenn z und γ innerhalb gewisser Grenzen konstant gehalten werden. Beim Bekanntsein von β und γ ist auch α gegeben bzw. lässt sich α berechnen nach der trigonometrischen Gleichung cosα + cosβ + cosγ = 1. Sind ein γ bzw. ein z als Konstanten gegeben, so bedeutet dies, dass bereits in Nullstellung die Achse des Brenners gegenüber der geometrischen Achse der Quarzglaswalze geneigt ist und vorteilhaft nicht durch den Scheitelpunkt der Quarzglaswalze geht. Bei horizontaler Aufschmelzanordnung würde sich der Brenner nach einem vorgegebenen Weg-Zeit-Regime um das Zentrum der kugelförmigen Kappe auf einem Kreis (Kleinkreis) unterhalb der die Brennerachse enthaltenden Horizontalebene bewegen, der vom Scheitelpunkt vorzugsweise 5 bis 10 mm Abstand hat und dessen Umkehrpunkte sich möglichst nahe am Kappenrand befinden. Ähnliches gilt für eine vertikale Aufschmelzanordnung. Eine Konstanthaltung von z und/oder γ beeinträchtigt praktisch die vorteilhafte Wirkung der Erfindung nicht, ermöglicht jedoch erhebliche technologische Vereinfachungen, vornehmlich bei der Steuerung des Bewegungsablaufs. Nach der Erfindung ist es grundsätzlich möglich, auch Quarzglaskörper herzustellen, die eine vollständige Kugel darstellen, wenn man von dem Bereich absieht, wo sich der zur Einspannung des Quarzglaskörpers benötigte Stempel befindet.The invention is based on the fact that a quartz glass body, preferably a quartz glass roller with a spherical melting cap, is produced, in which the curvatures of the cap are the same at all points and the separation conditions for the particles are also most uniform. The burner moves in relation to the cap to be melted mouth, the point of intersection of the burner axis through the gas outlet plane of the burner, in the most general case on a spatial curve depending on the three spatial coordinates x, y, z and the three solid angles α, β, γ corresponding to them. The invention shows practically the same effects if z and γ are kept constant within certain limits. If β and γ are known, α is also given or α can be calculated according to the trigonometric equation cosα + cosβ + cosγ = 1. If a γ or az are given as constants, this means that the axis of the Brenner is inclined relative to the geometric axis of the quartz glass roller and advantageously does not go through the apex of the quartz glass roller. In the case of a horizontal melting arrangement, the burner would move according to a predetermined path-time regime around the center of the spherical cap on a circle (small circle) below the horizontal plane containing the burner axis, which is preferably 5 to 10 mm away from the apex and whose reversal points are as possible close to the edge of the cap. The same applies to a vertical melting arrangement. Keeping z and / or γ constant practically does not adversely affect the advantageous effect of the invention, but enables considerable technological simplifications, primarily in the control of the movement sequence. According to the invention, it is fundamentally possible to also produce quartz glass bodies, which represent a complete sphere, if one disregards the area where the punch required for clamping the quartz glass body is located.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schematischen Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:The Invention is explained below with reference to the schematic drawing. It demonstrate:
In
Der
Brenner
In
den
In
Die
Die
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All presented in the description, the following claims and the drawing Characteristics can essential to the invention both individually and in any combination with one another his.
- 1010
- Muffelmuffle
- 1111
- Schlitzslot
- 1212
- Brennerburner
- 1313
- Innenrauminner space
- 1414
- Quarzglaswalzequartz glass roll
- 1515
- KrümmungsmittelpunktCenter of curvature
- 1616
- Kappecap
- 1717
- Brennermündungburner mouth
- 1818
- Angriffspunkt einer Roboterführungattackpoint a robot guide
- 121, 122121 122
- Umkehrpunkte (Endlagen)turning points (End positions)
- 1919
- Scheitelpunktvertex
- 2020
- Kappenrandcap edge
- aa
- Abstanddistance
- rr
- Radiusradius
- α, β, γα, β, γ
- Winkelangle
- X-X, X1-X1, X2-X2 XX, X 1 -X 1 , X 2 -X 2
- Achsenaxes
- x0, z0, zD x 0 , z 0 , z D
- Koordinatencoordinates
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