DE19629170A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Quarzglaskörpern - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Quarzglaskörpern, durch schichtweises Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf der Zylindermantelfläche ein es um seine Längsachse rotierenden zylinderförmigen Trägers unter Bildung eines länglichen Grünkörpers, wobei die SiO₂-Partikel in mindestens einem Abscheidebrenner erzeugt und in einem elektri­ schen Feld, das zwischen der Oberfläche des sich bildenden Grünkörpers und dem Abschei­ debrenner aufrechterhalten wird, elektrostatisch aufgeladen und in Richtung auf den Grünkör­ per beschleunigt werden, und Sintern des so hergestellten Grünkörpers.

Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem um seine Längsachse rotierbaren Trägerrohr, mit mindestens einem Abscheidebrenner zur Ab­ scheidung von SiO₂-Partikeln auf der Mantelfläche des Trägerrohres unter Bildung eines läng­ lichen Grünkörpers, und mit einer parallel zur Längsachse des Trägerrohres verlaufenden Nie­ derschlagselektrode, die mit einer außerhalb des sich bildenden Grünkörpers angeordneten Sprühelektrode über eine Hochspannungsquelle verbunden ist.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß der angegebenen Gattung ergeben sich aus der DE-A1 44 16 351. Bei dem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Quarzglas-Vorform wer­ den in einem Hydrolyse-Brenner SiO₂-Partikel erzeugt. Diese werden anschließend in einem elektrischen Feld aufgeladen und dadurch in Richtung auf die Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden, rohrförmigen Trägers beschleunigt, wo sie unter Bildung eines porö­ sen Grünkörpers abgeschieden werden. Zum schichtweisen Abscheiden der Partikel wird der Hydrolyse-Brenner entlang der Mantelfläche des Trägerrohres kontinuierlich hin- und herbe­ wegt, wobei jeweils eine dünne Lage von SiO₂-Partikeln auf der Grünkörper-Oberfläche aufge­ tragen wird. Der so hergestellte poröse Grünkörper wird anschließend unter Bildung der Quarzglas-Vorform verglast.

Bei der bekannten Vorrichtung ist zur Erhöhung der Abscheiderate der SiO₂-Partikel zwischen der Mantelfläche und dem Hydrolyse-Brenner ein elektrisches Feld angelegt. Zur Erzeugung des elektrischen Feldes wird im Inneren des Trägerrohres eine erste Elektrode in Form eines dünnen Metalldrahtes angeordnet. Die zweite Elektrode wird durch das metallische Gehäuse des Hydrolyse-Brenners gebildet. Zwischen den beiden Elektroden wird mittels einer elektri­ schen Spannungsquelle eine Potentialdifferenz von einigen 10 kV aufrechterhalten. Das elek­ trische Feld erzeugt eine elektrostatische Aufladung der dielektrischen SiO₂-Partikel, die da­ durch in Richtung auf den Grünkörper beschleunigt werden. Daraus resultiert eine Verbesse­ rung der Abscheideeffizienz gegenüber dem üblichen Verfahren ohne diese elektrostatische Aufladung.

Bei dem bekannten Verfahren ist die innerhalb des Trägerrohres angeordnete Niederschlags­ elektrode örtlich feststehend, während die durch das Gehäuse des Hydrolyse-Brenners gebil­ dete Sprühelektrode über die gesamte Länge des sich bildenden Grünkörpers hin- und herbe­ wegt wird. Je nach Position der Sprühelektrode ergeben sich dadurch unterschiedliche Feldli­ nienverteilungen in Bezug auf den Grünkörper. Der Wert für die über die Zeit integrierte Feld­ stärke für einen Punkt der Grünkörperoberfläche in der Mitte des Grünkörpers unterscheidet sich daher von dem entsprechenden Wert für einen Punkt an den Randbereichen. Dadurch kommt es zu ungleich mäßigen SiO₂-Abscheideraten über die Länge des Grünkörpers. Die so hergestellten Grünkörper weisen daher axiale Dichtegradienten auf. Dadurch werden Bereiche unterschiedlicher Reaktivität im Grünkörper erzeugt, die sich insbesondere bei nachfolgenden Bearbeitungsschritten bemerkbar machen und nach dem Sintern des Grünkörpers Inhomoge­ nitäten im Quarzglaskörper verursachen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mittels dem bei hoher Ef­ fizienz der Abscheidung Grünkörper herstellbar sind, die über ihre Länge homogene Quarz­ glaskörper ergeben, und eine für die Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung bereitzustellen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das elektrische Feld mindestens teilweise der Raumform des sich bildenden Grünkörpers nachgebildet wird, indem mittels einer parallel zur Längsachse des Trägers verlaufenden Niederschlagselektrode und mindestens einer außer­ halb der Oberfläche des Grünkörpers angeordneten Sprühelektrode über dessen Länge ver­ teilte Ladungspunkte erzeugt werden.

Die Ladungspunkte außerhalb der Oberfläche des Grünkörpers werden durch mindestens eine Sprühelektrode erzeugt. Von den Ladungspunkten gehen elektrische Feldlinien aus (oder en­ den dort), und zwar in Richtung auf die Oberfläche des Grünkörpers. Im einfachsten Fall sind sie in einer parallel zur Längsachse des Trägers verlaufenden Reihe angeordnet, wobei dann auch die Abscheidung der SiO₂-Partikel entlang und parallel zu einer solchen Reihe erfolgt. Der Einfachheit halber wird nachfolgend von einer solchen Anordnung ausgegangen.

Die Raumform des sich bildenden Grünkörpers wird durch seinen Durchmesser und durch sei­ ne Länge bestimmt. Wesentlich ist, daß über die Länge des Grünkörpers verteilte Ladungs­ punkte erzeugt werden, wobei die Ladungspunkte zueinander einen äquidistanter Abstand ha­ ben können. Wesentlich ist, daß durch die Ladungspunkt-Verteilung entlang mindestens einer auf der Grünkörperoberfläche verlaufenden Linie ein homogenes elektrisch es und im wesentli­ chen zeitlich konstantes Feld erzeugt wird, wobei die Abscheidung der SiO₂-Partikel entlang einer solchen Linie erfolgt. Aufgrund der zeitlichen Konstanz und der Homogenität des elektri­ schen Feldes ist die Abscheiderate von der Position des Abscheidebrenners auf dieser Linie im wesentlichen unabhängig. Axiale Verschiebungen zwischen Abscheidebrenner und Grün­ körperoberfläche entlang dieser Linie führen somit nicht zu einer Veränderung der Abscheide­ rate; diese ist daher zeitlich konstant. Axiale Dichteunterschiede im Grünkörper werden so vermieden.

Die Niederschlagselektrode kann innerhalb oder außerhalb des Trägers angeordnet sein. We­ sentlich ist, daß sie parallel zur Längsachse des Trägers verläuft und die Erzeugung von La­ dungspunkten ermöglicht, die über die Länge des Grünkörpers verteilt sind. Hierzu erstreckt sich die Niederschlagselektrode üblicherweise mindestens über die gesamte Länge des Grünkörpers.

Ein schichtweises Abscheiden der SiO₂-Partikel auf der Grünkörperoberfläche wird, wie üblich, durch eine axiale Verschiebung des Abscheidebrenners in Bezug zur Grünkörperoberfläche erreicht.

Die Position der Ladungspunkte kann über der Grünkörperoberfläche mit der Zeit verändert werden. Beispielsweise entsprechend der axialen Hin- und Herbewegung des oder der Ab­ scheidebrenner. In diesem Fall kann die Länge der Ladungspunkt-Anordnung wegen der oh­ nehin an den Enden des Grünkörpers üblicherweise vorhandenen Verjüngung ohne nennens­ werte Nachteile etwas kleiner sein als die Länge des Grünkörpers.

Es ist aber auch möglich, die Position der Ladungspunkte in Bezug auf die Grünkörperoberflä­ che konstant zu halten und lediglich den Abscheidebrenner relativ zur Grünkörperoberfläche hin und her zu bewegen. In diesem Fall werden die Ladungspunkte in einer feststehenden An­ ordnung, beispielsweise mit gleichem Abstand zueinander erzeugt, wobei die Länge der An­ ordnung etwas größer sein kann, als die Länge des Grünkörpers, um ein homogenes elektri­ sches Feld - in axialer Richtung gesehen - über den gesamten Grünkörper zu gewährleisten.

Das elektrische Feld entlang der Ladungspunkte ist grundsätzlich umso homogener, je kleiner der Abstand der Ladungspunkte zueinander ist. Bei sehr kleinen Abständen im Bereich von Millimetern macht sich eine Steigerung der Homogenität des Feldes aber nicht mehr in einer höheren Homogenität des Grünkörpers bemerkbar, so daß in der Praxis ein gegen Null gehen­ der Abstand der Ladungspunkte nicht erforderlich ist. Überdies hängt die erforderliche oder geeignete Dichte der Ladungspunkte auch von dem Betrag ihrer möglichen axialen Verschie­ bung in Bezug auf die Grünkörperoberfläche. Ein geeignete Dichte und Verteilung der La­ dungspunkte zueinander ist von einem Fachmann anhand weniger Versuche leicht zu ermitteln.

Vorteilhafterweise werden die Ladungspunkte über die Länge des Grünkörpers gleichmäßig verteilt. Die Ladungspunkte haben bei dieser Verfahrensweise, die ein homogenes elektri­ sches Feld über die gesamte Länge des Grünkörpers gewährleistet, einen äquidistanten Ab­ stand zueinander.

Als besonders effizient hinsichtlich der Abscheidung hat sich eine Verfahrensweise erwiesen, bei der das Abscheiden der SiO₂-Partikel mittels einer Vielzahl von Abscheidebrennern erfolgt, die in einer entlang dem Träger verlaufenden Brennerreihe über die Länge des sich bildenden Grünkörpers gleichmäßig verteilt angeordnet sind, und bei der als Sprühelektrode eine entlang dem Träger verlaufende, eine Vielzahl von Elektrodenspitzen aufweisende Elektrodenreihe eingesetzt wird.

Unter einer Elektrodenreihe wird dabei eine auf einem einstellbaren elektrischen Potential lie­ gende Anordnung verstanden, bei der gleichmäßig über die Länge des Grünkörpers verteilte Elektrodenspitzen vorgesehen sind. Die Elektrodenreihe wird somit von Elektrodenspitzen ge­ bildet, die - in Richtung der Längsachse des Trägers gesehen - den gleichen Abstand zueinan­ der halten und die die oben genannten Ladungspunkte bilden. Insbesondere wegen der Viel­ zahl der über die Länge des Grünkörpers gleichmäßig verteilten Abscheidebrenner ist mit die­ sem Verfahren eine besonders rasche und effektive Herstellung des Grünkörpers möglich.

Die Elektrodenreihe kann parallel zur Brennerreihe verlaufen und unabhängig von der Bren­ nerreihe, in axialer oder radialer Richtung bewegbar sein. Dadurch wird eine große Flexibilität des Verfahrens erreicht.

In einer bevorzugten Verfahrensvariante sind die Abscheidebrenner jedoch mit den Sprühelek­ troden verbunden. Die Sprühelektroden erzeugen gleichmäßig über die Länge des Grünkör­ pers verteilte "Sprühpunkte", im Bereich von denen die Abscheidung von SiO₂-Partikeln beson­ ders effektiv ist. Dabei werden die Sprühpunkte zusammen mit den Abscheidebrennern relativ zur Grünkörperoberfläche bewegt. Die mit den Sprühelektroden verbundenen Abscheidebren­ ner sind auch radial bewegbar, um mit zunehmenden Durchmesser des Grünkörpers den Ab­ stand der Brenner zur Oberfläche des Grünkörpers konstant halten zu können. Die axiale Be­ wegung der Ladungspunkte bzw. der Sprühpunkte entsprechend der Brennerbewegung för­ dert eine zeitlich konstante Abscheiderate.

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Ladungspunkte mittels mindestens zweier, spiegelsymmetrisch zur Brennerreihe angeordneter Elektrodenreihen zu erzeugen. Aufgrund der symmetrischen Anordnung der Elektrodenreihen beiderseits der Brennerreihe wird eine besonders effiziente Abscheidung des SiO₂-Partikel erreicht.

Es hat sich gezeigt, daß sich die Abscheideeffizienz steigern läßt, wenn das elektrische Feld durch Wechselspannung erzeugt und aufrechterhalten wird, wobei die angelegten Spannun­ gen vorteilhafterweise im Bereich zwischen 1 kV und 20 kV liegen, also relativ niedrig sind.

Bei einer Verfahrensweise, bei der das elektrische Feld durch Anlegen einer Gleichspannung erzeugt und aufrechterhalten wird, wird eine hohe Abscheiderate erreicht, wenn die Sprühelek­ trode positiv aufgeladen wird.

Besonders bewährt hat sich eine Verfahrensweise, bei der in dem elektrischen Feld nach vor­ bestimmten Zeitintervallen elektrische Überschläge erzeugt werden. Durch die Abscheidung der elektrostatisch aufgeladenen SiO₂-Partikel kann es mit der Zeit zu einer merklichen Aufla­ dung des Grünkörpers und damit zur Ausbildung elektrisch abstoßender Kräfte kommen. Um dies zu vermeiden kann die Spannung nach gewissen Zeitabständen gezielt so weit erhöht werden, daß Überschläge entstehen, über die dann die Ladungen abfließen können. Die hier­ für geeigneten Zeitintervalle hängen von einer Vielzahl von Parametern ab, wie beispielsweise der Art und der Höhe der angelegten Spannung, dem Durchmesser des Grünkörpers sowie der Abscheiderate. Sie sind aber mittels weniger Versuche leicht zu ermitteln. Üblicherweise liegen die Zeitintervalle im Bereich von Minuten.

Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben angegebene technische Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Sprühelektro­ de eine Vielzahl von Elektrodenspitzen aufweist, die in mindestens einer, entlang dem Träger­ rohr verlaufenden Elektrodenreihe über die Länge des sich bildenden Grünkörpers verteilt an­ geordnet sind.

Die Sprühelektrode ist in Form mindestens einer Elektrodenreihe ausgebildet. Unter einer Elektrodenreihe wird dabei eine auf einem einstellbaren elektrischen Potential liegende Anord­ nung verstanden, bei der über die Länge des Grünkörpers verteilte Elektrodenspitzen vorgese­ hen sind. Die Elektrodenreihe verläuft entlang dem Trägerrohr. Diese Anordnung und Ausfüh­ rung der Sprühelektrode ermöglicht es, die Raumform des sich bildenden Grünkörpers anhand der Elektrodenspitzen mindestens teilweise nachzuformen. Zu der Raumform des Grünkörpers gehört seine Länge. Die Elektrodenspitzen sind über die gesamte Länge des sich bildenden Grünkörpers verteilt. Dabei können die Elektrodenspitzen zueinander einen äquidistanter Ab­ stand haben. Sie wirken als Ladungspunkte, von denen elektrische Feldlinien in Richtung auf die Oberfläche des Grünkörpers ausgehen (oder umgekehrt, dort enden).

Im einfachsten Fall verläuft die Elektrodenreihe parallel zur Längsachse des Trägerrohres. Sie kann entweder relativ zur Grünkörperoberfläche bewegt werden, beispielsweise entsprechend der axialen Bewegung des Abscheidebrenners während der SiO₂-Abscheidung. Es ist aber auch möglich, die Position der Elektrodenreihe in Bezug auf die Grünkörperoberfläche kon­ stant zu halten, und lediglich den Abscheidebrenner relativ zur Grünkörperoberfläche zu bewegen.

Im zuletzt genannten Fall sollte die Länge der Elektrodenreihe nicht kleiner sein als die Länge des Grünkörpers, um eine homogenes elektrisch es Feld über die gesamte Grünkörperlänge zu gewährleisten. Im Fall einer axialen Hin- und Herbewegung der Elektrodenreihe kann ihre Län­ ge wegen der ohnehin an den Enden des Grünkörpers üblicherweise vorhandenen Verjün­ gung auch ohne nennenswerte Nachteile etwas kleiner sein als die Länge des Grünkörpers. Der Längenunterschied sollte aber nicht größer sein als die Länge der Verjüngung der Grün­ körperenden, in Längsachsenrichtung gesehen.

Hinsichtlich der Wirkung einer über die Länge des Grünkörpers symmetrischen Verteilung der Ladungspunkte wird auf das oben zum erfindungsgemäßen Verfahren Gesagte verwiesen.

Zur Erzeugung einer homogenen Feldstärkeverteilung über die gesamte Grünkörperlänge sind die Ladungspunkte vorteilhafterweise über die Länge des Grünkörpers gleichmäßig verteilt. Die Ladungspunkte haben dabei einen äquidistanten Abstand zueinander.

Als besonders effizient hinsichtlich der Abscheidung hat sich eine Ausführungsform der Vor­ richtung erwiesen, bei der mehrere Abscheidebrenner in einer entlang dem Trägerrohr verlau­ fenden Brennerreihe über die Länge des sich bildenden Grünkörpers gleichmäßig verteilt an­ geordnet sind, und bei der die Elektrodenreihe zwischen den Mündungen der Abscheidebren­ ner und dem Grünkörper angeordnet ist.

Die Brennerreihe wird über die Grünkörperoberfläche zyklisch hin- und herbewegt. Bei dieser Ausführungsvariante kann die Brennerreihe unabhängig von der Elektrodenreihe bewegbar sein.

Als besonders günstig hat es sich erwiesen, die Sprühelektrode durch mindestens zwei, spie­ gelsymmetrisch zur Brennerreihe angeordnete Elektrodenreihen auszubilden. Aufgrund der spiegelsymmetrischen Anordnung der Elektrodenreihen beiderseits der Brennerreihe wird eine besonders effiziente Abscheidung des SiO₂-Partikel erreicht.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Vorrichtung wird die Sprühelektrode durch mindestens eine, parallel zur Brennerreihe verlaufende Elektrodenreihe gebildet, die mit der Brennerreihe verbunden ist. In diesem Fall bewegt sich die Elektrodenreihe und damit die Reihe der Elektrodenspitzen entsprechend der Bewegung der Abscheidebrenner über die Grünkörperoberfläche. Dies trägt zu einer gleichmäßigen Feldstärken-Verteilung über die ge­ samte Länge des Grünkörpers bei. Selbstverständlich kann in kinematischer Umkehr zusätz­ lich oder anstelle der Bewegung von Brennerreihe und Elektrodenreihe auch der Grünkörper bewegt werden.

Entsprechend den Abscheidebrennern sind die im Bereich ihrer Mündungen angeordneten Elektrodenspitzen auch radial bewegbar, um mit zunehmenden Durchmesser des Grünkörpers den Abstand der Abscheidebrenner zur Oberfläche des Grünkörpers konstant halten zu kön­ nen. Mehrere Elektrodenspitzen können dabei die Abscheidebrenner beispielsweise ringförmig umgeben.

Bei dieser Ausführungsform ist sowohl für die Bewegung der Brennerreihe als auch derjenigen der Elektrodenreihe nur eine Bewegungsvorrichtung und nur eine Regelung erforderlich. Au­ ßerdem ist gewährleistet, daß stets im Bereich der Mündung der Abscheidebrenner eine gleichmäßig hohe Feldstärke herrscht. Die elektrostatische Aufladung der SiO₂-Partikel unmit­ telbar nach ihrer Bildung ist daher unabhängig von der Position des Abscheidebrenners etwa gleich.

Eine in Bezug auf die Grünkörperoberfläche wenigstens teilweise symmetrische Feldstärkever­ teilung wird auch dadurch erleichtert, daß die Niederschlagselektrode innerhalb des Trägerroh­ res angeordnet ist. Als besonders günstig hat sich dabei eine die Niederschlagselektrode er­ wiesen, die innerhalb des Trägerrohres verläuft und die rohrförmig ausgebildet ist. Durch die Rohrform wird eine große Elektrodenoberfläche bereitgestellt. Es hat sich gezeigt, daß damit im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten drahtförmigen Niederschlagselek­ trode, eine Erhöhung der Abscheideeffizienz erreicht wird. Die Länge der Niederschlagselek­ trode entspricht üblicherweise mindestens der Länge des Grünkörpers. Die Anordnung inner­ halb des Trägers verhindert ein Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf der Niederschlags­ elektrode.

Als besonders vorteilhaft im Hinblick auf eine Vermeidung von Verunreinigungen während der SiO₂-Abscheidung hat es sich erwiesen, den oder die Abscheidebrenner aus Quarzglas auszu­ bilden. Bei den nach dem Stand der Technik üblichen Hydrolyse-Brennern aus Metall sind me­ tallische Verunreinigungen des Grünkörpers kaum zu vermeiden. Als Werkstoffe für die Nie­ derschlags- und Sprühelektroden werden Edelstahl, Graphit oder karbonfaserverstärktem Kohlenstoff bevorzugt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und anhand einer Patent­ zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer Darstellung

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Reihe von Abscheidebrennern, die jeweils von einer Sprühelektrode umgeben sind,

Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung entlang der Linie A-B in einer Seitenansicht in Richtung des Richtungspfeils C und

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer beiderseits einer Brennerreihe angeordneten, feststehenden Sprühanode.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist ein Trägerrohr 1 aus Aluminiumoxid auf, eine Viel­ zahl von Hydrolyse-Brennern 2, die in einer gemeinsamen Brennerreihe 3 angeordnet sind und eine Gleichspannungsquelle 4, die mit einer innerhalb des Trägerrohres 1 angeordneten, rohrförmigen Niederschlagselektrode 5 einerseits und mit einer Sprühelektrode 6 andererseits verbunden ist.

Die Brennerreihe 3 ist auf einem gemeinsamen Brennerblock 7 montiert, wobei der Abstand der benachbarter Brenner 2 etwa 15 cm beträgt. Die Brenner 2 bestehen aus Quarzglas. Der Brennerblock 7 ist geerdet.

An den beiden Längsseiten des Brennerblocks 7 sind jeweils rechenförmig ausgebildete Sprühelektroden 6 befestigt. Die Elektrodenspitzen 10 der rechenförmigen Sprühelektroden 6 sind jeweils beiderseits des Brennerblocks 7 mittels eines Halteteils 9 mit diesem elektrisch lei­ tend verbunden. Dabei überragen die Elektrodenspitzen 10 die Brennermündungen 15 in Richtung des Grünkörpers 11 um etwa 20 mm. Der äquidistante Abstand der Elektrodenspit­ zen 10 zueinander beträgt etwa 7,5 cm. Sie sind über die Länge des Grünkörpers 11 gleich­ mäßig verteilt. Die Elektrodenspitzen 10 der beiden Sprühelektroden 6 sind spiegelsymme­ trisch zueinander angeordnet, wobei die Spiegelebene parallel zur Blattebene durch die Bren­ ner 2 verläuft. Die Länge jeder der Sprühelektroden 6 entspricht - abgesehen von den ver­ jüngten Endbereichen des Grünkörpers 11 - in etwa dessen Länge.

Im Ausführungsbeispiel überragt die Niederschlagselektrode 5 den Grünkörper 11 beiderseits um etwa 30 cm.

Aus Fig. 2 ist die Ausbildung und Anordnung der Elektrodenspitzen 10, sowie die Anordnung der Niederschlagselektrode 5 innerhalb des Trägerrohres 1 ersichtlich.

Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand den Darstellungen in Fig. 1 und Fig. 2 näher erläutert.

Mittels der Brennerreihe 3 wird auf dem um seine Längsachse 12 rotierenden Trägerrohr 1 durch schichtweises Abscheiden von SiO₂-Partikeln der Grünkörper 11 aufgebaut. Hierzu ist der Brennerblock 7 axial entlang der Längsachse 12 des Trägerrohres 1 um etwa einen Bren­ nerabstand und radial in der Richtung senkrecht zur Längsachse 12 verschiebbar, wie dies an­ hand der Richtungspfeile 13 bzw. 14 angedeutet ist. Dabei wird der Abstand zwischen der Brennermündung 15 und der Grünkörperoberfläche konstant gehalten.

Mittels der Gleichspannungsquelle 4 wird zwischen der Niederschlagselektrode 5 und der Sprühelektrode 6 eine Hochspannung von ca. 50 kV eingestellt, wobei die Sprühelektrode 6 auf dem positiven Potential liegt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung der Elektroden 5; 6 wird über die Länge des Grünkörpers 11 ein elektrisches Feld erzeugt, das an jedem Punkt der Grünkörper­ oberfläche - auf einer Linie parallel zur Träger-Längsachse - etwa die gleiche Feldstärke auf­ weist. Die axiale Verschiebung des Brennerblocks 7 um einen Brennerabstand hat auf diesen Feldstärkeverlauf kaum Einfluß. Die Abscheideeffizienz ändert sich daher zeitlich nicht, so daß ein homogener Grünkörper 11 resultiert, aus dem durch Sintern ein Quarzglaskörper ohne In­ homogenitäten hergestellt werden kann.

Mit der Zeit kommt es durch die Abscheidung der elektrostatisch aufgeladenen SiO₂-Partikel zu einer Aufladung des Grünkörpers 11. Die Hochspannung wird deshalb nach Zeitabständen von ca. 5 Minuten kurzzeitig auf bis zu 100 kV erhöht. Dabei entstehen Überschläge, über die dann die Ladungen abfließen können.

In einer alternativen Verfahrensweise wird anstelle der Gleichspannung zwischen den Elektro­ den 5; 6 eine Wechselspannung in Höhe von bis zu 20 kV angelegt. Dadurch ergibt sich eine Steigerung der Abscheideeffizienz. Eine zusätzliche Elektrode ist hierfür nicht erforderlich.

Sofern bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform identische Bezugsziffern wie in den Fig. 1 und 2 verwendet sind, bezeichnen diese gleiche oder ähnliche Bauteile oder Be­ standteile der Vorrichtung, wie sie anhand dieser Bezugsziffern oben bereits näher erläutert sind.

Gemäß Fig. 3 besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einem Trägerrohr 1 aus Alumi­ niumoxid, einer Vielzahl von Hydrolyse-Brennern 2, die in einer gemeinsamen Brennerreihe 3 angeordnet sind sowie einer Gleichspannungsquelle 4, die mit einer innerhalb des Trägerroh­ res 1 angeordneten, rohrförmigen Niederschlagselektrode 5 einerseits und mit einer Sprühanode 21 andererseits verbunden ist.

Die Brennerreihe 3 ist auf einem gemeinsamen Brennerblock 7 montiert, wobei der Abstand der benachbarter Brenner 2 etwa 10 cm beträgt. Die Brenner 2 bestehen aus Quarzglas.

Die Sprühanode 21 ist langgestreckt und gitterförmig ausgebildet und zwischen den Brenner­ mündungen 15 und der Oberfläche des Grünkörpers 11 angeordnet. Die Länge der Sprühanode 21 entspricht etwa der Länge des Grünkörpers 11. Sie ist mit Anodenspitzen 22 versehen, die auf die Oberfläche des Grünkörpers 11 gerichtet sind. Die Anodenspitzen 22 sind mit einem äquidistanten Abstand von ca. 3 cm zueinander angeordnet und über die Län­ ge des Grünkörpers 11 gleichmäßig verteilt.

Die Niederschlagselektrode 5 überragt den Grünkörper 11 beiderseits um ca. 30 cm. Die Sprühanode 21 besteht aus Edelstahl, die Niederschlagselektrode 5 aus Graphit.

Mittels der Brennerreihe 3 wird auf dem um seine Längsachse 12 rotierenden Trägerrohr 1 durch schichtweises Abscheiden von SiO₂-Partikeln ein Grünkörper 11 aufgebaut. Hierzu ist der Brennerblock 7 axial entlang der Längsachse 12 des Trägerrohres 1 um etwa einen Bren­ nerabstand und radial in der Richtung senkrecht zur Längsachse 12 verschiebbar.

Mittels der Gleichspannungsquelle 4 wird zwischen der Niederschlagselektrode 5 und der Sprühanode 21 eine Hochspannung von ca. 80 kV eingestellt, wobei die Sprühanode 21 auf dem positiven Potential liegt.

Der Abstand der Sprühanode 21 von der Grünkörperoberfläche sollte möglichst klein sein. Im Ausführungsbeispiel wird er auf ca. 70 mm eingestellt und konstant gehalten. Hierzu ist die Sprühanode 21 in radialer Richtung bewegbar, wie dies anhand des Richtungspfeiles 23 ange­ deutet ist.

Durch diese Anordnung und Ausbildung der Elektroden 5; 21 wird über die Länge des Grün­ körpers 11 ein elektrisch es Feld erzeugt, das auf jedem in einer Linie parallel zur Reihe der Elektroden 5; 21 angeordneten Punkt der Grünkörperoberfläche in etwa die gleiche Feldstärke aufweist. Die axiale Verschiebung des Brennerblocks 7 um einen Brennerabstand hat daher auf die Feldstärke keinen Einfluß. Die Abscheideeffizienz ändert sich während der Abschei­ dung nicht, so daß ein homogener Grünkörper 11 resultiert.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von Quarzglaskörpern, durch schichtweises Abscheiden von SiO₂-Partikeln auf der Zylindermantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden zy­ linderförmigen Trägers unter Bildung eines länglichen porösen Grünkörpers, wobei die SiO₂-Partikel in mindestens einem Abscheidebrenner erzeugt und in einem elektrischen Feld, das zwischen der Oberfläche des sich bildenden Grünkörpers und dem Abscheide­ brenner aufrechterhalten wird, elektrostatisch aufgeladen und in Richtung auf den Grün­ körper beschleunigt werden, und Sintern des Grünkörpers, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld mindestens teilweise der Raumform des sich bildenden Grünkörpers (11) nachgebildet wird, indem mittels einer parallel zur Längsachse des Trägers verlau­ fenden Niederschlagselektrode (5) und mindestens einer außerhalb der Oberfläche des Grünkörpers (11) angeordneten Sprühelektrode (6; 21) über dessen Länge verteilte La­ dungspunkte erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, die Ladungspunkte über die Länge des Grünkörpers gleich­ mäßig verteilt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abscheiden der SiO₂-Partikel mittels einer Vielzahl von Abscheidebrennern (2) erfolgt, die in einer ent­ lang dem Träger (1) verlaufenden Brennerreihe (3) über die Länge des sich bildenden Grünkörpers (11) gleichmäßig verteilt angeordnet sind, und daß als Sprühelektrode eine entlang dem Träger (1) verlaufende, eine Vielzahl von Elektrodenspitzen (10; 22) aufwei­ sende Elektrodenreihe (6; 21) eingesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheidebrenner (2) mit Sprühelektroden (8) verbunden sind, mittels denen das elektrische Feld erzeugt und auf­ rechterhalten wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die La­ dungspunkte mittels mindestens zweier, spiegelsymmetrisch zur Brennerreihe (3) ange­ ordneter Elektrodenreihen (6; 21) erzeugt werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld durch Wechselspannung erzeugt und aufrechterhalten wird, wobei die Wechselspannung auf einen Betrag zwischen 1 kV und 20 kV eingestellt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Feld durch Anlegen einer Gleichspannung erzeugt und aufrechterhalten wird, wobei die Sprühelektrode (6; 21) positiv aufgeladen wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem elektrischen Feld nach vorbestimmten Zeitintervallen elektrische Überschläge er­ zeugt werden.

9. Vorrichtung zur Herstellung von Quarzglaskörpern, mit einem um seine Längsachse ro­ tierbaren Trägerrohr, mit mindestens einem Abscheidebrenner zur Abscheidung von SiO₂-Partikeln auf der Mantelfläche des Trägerrohres unter Bildung eines länglichen Grünkörpers, und mit einer parallel zur Längsachse des Trägerrohres verlaufenden Nie­ derschlagselektrode, die mit einer außerhalb des sich bildenden Grünkörpers angeord­ neten Sprühelektrode über eine Hochspannungsquelle verbunden ist, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Sprühelektrode (6; 21) eine Vielzahl von Elektrodenspitzen (10; 22) aufweist, die in mindestens einer, entlang dem Trägerrohr (1) verlaufenden Elektroden­ reihe (6; 21) über die Länge des sich bildenden Grünkörpers (11) verteilt angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, die Ladungspunkte über die Länge des Grünkörpers gleichmäßig verteilt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Abschei­ debrenner (2) in einer entlang dem Trägerrohr verlaufenden Brennerreihe (3) über die Länge des sich bildenden Grünkörpers (11) gleichmäßig verteilt angeordnet sind, und daß die Elektrodenreihe (6; 21) zwischen den Mündungen (15) der Abscheidebrenner (2) und dem Grünkörper (11) angeordnet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode durch mindestens zwei, spiegelsymmetrisch zur Brennerreihe (3) angeordnete Elektrodenrei­ hen (6; 21) gebildet wird.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühelektrode durch mindestens eine, parallel zur Brennerreihe (3) verlaufende Elektro­ denreihe (6; 21) gebildet wird, die mit der Brennerreihe (3) verbunden ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Nie­ derschlagselektrode (5) innerhalb des Trägerrohres verläuft und vorzugsweise rohrförmig ausgebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der min­ destens eine Abscheidebrenner (2) aus Quarzglas besteht.