DE2050209A1 - Verfahren zum Herstellen von lang gestreckten bekleideten Glaskörpern - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von lang gestreckten bekleideten Glaskörpern

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DE2050209A1 DE19702050209 DE2050209A DE2050209A1 DE 2050209 A1 DE2050209 A1 DE 2050209A1 DE 19702050209 DE19702050209 DE 19702050209 DE 2050209 A DE2050209 A DE 2050209A DE 2050209 A1 DE2050209 A1 DE 2050209A1
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Description

tf/vb-2689 β.ΐυ.7ϋ
Pilkington brothers limited, 201-211 Martins .Bank .Building, ¥ater Street, Liverpool 2, Lancashire /England
Verfahren zum Herstellen von langgestreckten bekleideten U-laskörpern
Die Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren zum üerstellen von langgestreckten bekleideten ixlaskörpern.
Im besonderen bezieht sich die Erfindung auf einen gezogenen länglichen ü-laskörper, der mit einem anderen u-las bekleidet ist. Hierbei kann eine bekleidete Glasstange gebildet werden, die durch nocnmaliges Ziehen in eine bekleidete Glasfaser umgewandelt wird, wie sie als Lichtleitung zur Verwendung in der .Faseroptik benötigt wird. Derartige liiasfasern können aber auch unmittelbar gezogen werden.
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±3ei den bisher üblichen Verfahren zur .herstellung
derartiger bekleideter irlasstangen oder Glasfasern ist es
schwierig, die Berührungsfläche zwischen dem Kern und der j Bekleidung von Verunreinigungen freizuhalten. Bei Verfahren, bei denen eine Stange aus Glas als Kern in ein Rohr des die
Bekleidung bildenden Glases eingesetzt wird und der langge- ;
streckte bekleidete Körper durch Ziehen dieser Einheit ge- i
bildet wird, ist es weiterhin schwierig, die geforderten ;
optischen Eigenschaften zu erreichen« i
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine j
bekleidete Glasstange oder bekleidete Glasfasern herzustellen, \
bei denen eine geringstmög-liche Verunreinigung in der : Berührungsfläche zwischen dem Kern und dem Überzug enthalten
sind,und die verbesserte optische Eigenschaften aufweisen. j
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht darin, ;
dass eine geschmolzene Schicht eines ersten ü-lases auf einer ;
geschmolzenen Schicht eines zweiten Glases abgestützt wird ;
und von der freien Oberfläche der oberen Schicht der langge- ]
i streckte Glaskörper abgezogen wird, der eine äussere Ver- j kleidung aus dem ersten Glas und einen Kern aus dem an der j Trennfläche der beiden Schichten mitgenommenen zweiten ürlas enthält, und der abgezogene Körper oberhalb der oberen Scüicht duroh Abkühlen stabilisiert wird. Bei dieser Verfahrensführung ' beginnt die Bildung der bekleideten Stange oder der bekioide-
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205Ü209 j
ten Glasfaser in der Berührungsfläche zwischen den beiden
Glasschichteri.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemassen
Verfanrens ist vorgesehen, dass das Abziehen des ersten Glases aus der oberen Schicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit !
j erfolgt und die Dicke der oberen Schient während des Ziehens |
konstant gehalten wird, um einen Überzug bestimmter Dicke i auf einem Kern eines bestimmten Durchmessers zu erzielen. : Bei einer Yerfahrensführung ist vorgesehen, dass
den beiden Schichten auf die iäehgeschwindigkeit abgestimmt ;
f Glas zugespeiet wird, um die Dicke der oberen Senicht während ■
ι des Ziehens konstant zu halten. I
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist ΐ vorgesehen, dass zum Einleiten des Ziehens durcü die obere
Schicht hindurch ein Pangstück in die untere Schicht abgesenkt und dann mit einer bestimmten Geschwindigkeit nach oben . bewegt wird.
In abgewandelter Weise könnte das i'angstück auch \ nur bis zur oberen Oberfläche der oberen ü-lasschicht abge- ; senkt werden. In diesem .Falle wird Glas für den Kern beim : Anheben des Ji'angstückes mit dem angehobenen Glas für die um- : kleidung mitgenommen, wobei jedocti anfangs das Glas noch ; keinen Kern enthält.
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J3ei einer bevorzugten Verfabrensführung
ist vorgesehen, dass zur Erzielung eines einen lichtleiter bildenden langgestreckten Körpers in der unteren Schicht
ein ü-las grösserer i3rechungszahl als in der oberen Schicht verwendet wird.
.Bei der .Durchführung des erfinüungsgemässen Verfahrens können bekleidete u-lasstangen in Einzellängen
oder kontinuierlich gezogen werden und dann erneut erhitzt zu bekleideten ü-lasfasern ausgezogen werden. In diesem ü'aile wird erfindungsgemäss die Ziehtemperatur so geregelt, dass eine bekleidete (xlasstange abgezogen wird.
Sollen aus den u-lasschichten unmittelbar bekleidete Glasfasern gezogen werden, so ist nach einem
anderen Merkmal der Erfindung vorgesehen, dass die üiehgescnwindigkeit so geregelt wird, dass eine betcleidete tilaafaser abgezogen wird.
nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass der abgezogene bekleidete Körper nach dem Abziehen aus der oberen Schicht und vor dem Abkühlen durch ein Ziehwerkzeug geführt wird. Hierbei kann dem abgezogenen bekleideten Körper durch das Ziehwerkzeug ein vorgegebener Querschnitt erteilt werden.
Die Erfindung bezieht sich fernerhin auf einen Tiegel zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens,
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": ■"- ί':1 f .
der sich dadurch auszeichnet, dass seine Aussenwandung sich nach oben kurvenförmig erweiternd so auf den Ziehvorgang abgestinmrdausgestaltet ist, dass die Dicke der oberen Schicht während des Ziehvorganges konstant "bleibt.
Die Erfindung wird anhand der beifügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Pig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine i
i !
Vorrichtung zum Ziehen einerrnit Glas j
bekleideten Glasstange nach dem erfindungs·}
gemässen Verfahren,
I1Ig. 2 einen schematischen Querschnitt einer abgewandelten Ausfiihrungsform und
Fig. 3 eine bevorzugte abgewandelte Ausfiihrungsform für einen Tiegel zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens, bei dem die i'iefe der oberen Glasschicht im wesent·+ liehen konstant gehalten wird.
Gemäss jj'ig. 1 ist ein Tiegel 11 in einem geeigneten Ofen 12 angeordnet und enthält zwei in Ruhe befindliche Körper aus geschmolzenem Glas 13 und 14. Die Schicht Lo aus geschmolzenem Glas dient der .bildung des Kernes einer gezogenen Glasstange und ist am Boden des Tiegels 11 enthalten. Dieses Glas für den &.ern ist im Ausführungsbeispiel ein schweres Glas, dessen jarecnungszahl grö'aeer als die des Glases
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der oberen Schicht 14 ist. Oberhalb der Schicht 15 schwimmt auf dieser die Schicht 14 des leichteren Glases, das eine
kleinere .örechungszabl aufweist und zum i3ekleiden des Kerns dLent.
In der nachstehenden Tafel werden ü-läser zur
Verwendung für die Schichten 13 und 14 angegeben, wobei die Zahlenwerte Grewichtsprozente der Anteile sind.
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Bestand
teil		 Glas 1
für
Kern
oder
Überzug		 Glas 2
für
Kern		 Glas 5
für
über
zug		 Glas 4
fur
Über
zug		 Glas 5
für
Über
zug		 Glas 6
für
Kern
SiO2 69.96 15.48 65.41 66.05 56.45 45.05
PbO - - mm - 50.50 45.92
.Bau 1.99 18.65 10.91 - - -
GaO 9.5u - - - Um
im2o 10.4b - 5.91 0.10 5.90 2.52
K2O 5.10 - 10.65 7c6o 8.40 6.29
LiO2 - - - 0.80 -
is2o3 0.Ü7 10.64 6.94 18.80 -
Al2O3 0.76 - 1.98 5.10 0.5υ -
^rO2 - 7.50 - 1.5U - -
La2O5 - 25.17 - - - -
Ta,, ü c - 16.67 - - - -
Nb^O5 - 4.90 - - -
TiO2 - 5.01 - - - -
MgO - - - - - -
As2O, 0.15 - 0.10 0.25 0.20 0.20
Sb2O3 0.50 - 0.10 - - 0.2U
- β -109817/U58
Wie ausgewiesen, sind die Gläser 2 und 6 für ' die Bildung des Kernes und die Gläser 3, 4 und 5 für die Bildung der Bekleidung geeignet. Das Glas 1 kann für den Kern wie aucb für die Bekleidung verwendet werden.
In einer öffnung 16 in der oberen Fläche des Ofens IZ ist oberhalb des Tiegels 11 ein zylindrischer Kühler 15, beispielsweise ein Wassermantel, angeordnet, dessen unteres Ende oberhalb der oberen Fläche der Glasschicht 14 liegt.
Die Vorrichtung gemäss Pig. I arbeitet im
intermittie-renden Betrieb, um eine bekleidete Glasstange zu ziehen und die Unterbrechung des Ziehvorgangee ist erforderlich, um das geschmolzene Glas in dem (Tiegel 11 zu ersetzen.
Die untere Sohicht des Glases 13 für den Kern wird zuerst in den !Tiegel 11 eingebracht und setzt sich in diesem, wobei sich seine Oberfläche etwas abkühlt und eine Oberflächenhaut bildet.
Ein Fangstttok in Form einer Stange 17 wird dann duroh einen nicht dargestellten Antrieb ausserhalb des Ofens durch den Kühler 15 hinduroh abgesenkt bis sein unteres Ende gerade in die untere Sohicht 13 eintaucht.
Sodann wird das Glas für die obere Schicht 1& in den Tiegel 11 eingefüllt, wobei die untere Schicht 13 nicht gestört wird, so dass sich eine saubere und scharf bestimmte
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Trennebene zwiscnen den beiden Glasschichten ergibt.
Die beiden ü-läser vermischen sich in dieser i'rennebene nicht miteinander.
Der den Tiegel 11 enthaltende Ofen wird so geregelt, dass beide Glasschichten 13 und 14 die gleiche Temperatur aufweisen, obwohl sie hierbei nicht notwendigerweise eine gleiche Viskosität haben müssen. Im Ausführungsbeispiel haben die Gläser im thermiscn homogenen Zustand Viskositäten von
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beispielsweise IO bis 10 Poises.
Frisches geschmolzenes Glas kann den Schichten entweder kontinuierlich, wie dies im Zusammenhang mit Pig. 2 noch beschrieben werden wird, oder intermittierend ohne Störung des ruhigen Zustandes der beiden miteinander in Berührung stehenden Schichten zugeleitet werden, so dass die Trennebene zwischen den beiden Schichten ungestört aufrechterhalten bleibt.
Wenn sich die obere Schicht 14 nach dem Einfüllen gesetzt hat, so wird das Jfangstück 17 durch den Antrieb mit geregelter Geschwindigkeit aus dem Bereich der Trennebene der beiden Glasschichten nach oben bewegt. Das 3?angstück 17 nimmt hierbei einen stangenförmigen Körper aus Glas der unteren Schiebt mit und bei der fortgesetzten Aufwärtsbewegung nimmt der abgezogene Kern 18 beim Durchbrechen des oberen Spiegels der oberen Schicht 14 einen gieichmässigen Überzug 19 des leichteren Glases aus der oberen Schicht 14 mit, wie dies in
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- ίο -
den i'ig. 2 und 3 dargestellt ist. Die von Verunreinigungen freie Trennebene zwischen den Schichten im Tiegel wird auf diese Weise auch zwischen dem Kern und der üekleigung aufrechterhalten, so dass für optische Zwecke einwandfreie Oberflächen zwischen dem Kern aus schwererem Glas und der Bekleidung aus leichterem ü-las entstehen, so dass die endgültige bekleidete Stange oder bekleidete ,Faser vorzügliche innere Reflektionseigenschaften hat, wie sie für die Lichtleitung für Zwecke der Faseroptik notwendig sind.
Im Ausführungsbeispiel wird ein Kern einer Dicke von 2 bis 2,5 mm mit einer Bekleidung von O, 5 mm Dicke von der oberen Oberfläche der oberen Glasschiebt 14 mit einer Geschwindigkeit von 5 mm je Sekunde abgezogen, wobei die Viskositäten der beiden Gläser in dem Bereich von IO
5 5
bis 10 Poises liegen. Jj1Ur den gleichen Zweetc kann jedoch auch ein Überzug 19Wn nur wenigen Mikron, beispielsweise 10 Mikron, gebildet werden. Zur Bildung einer gleichmässigen Dicke des Überzuges 19 an dem abgezogenen Kern 18 ist es wichtig, in der oberen Schicht 14 des für die Bekleidung bestimmten Glases eine konstante Dicke aufrecht zu erbalten. Wird ein mit senkrechten Seitenwänden versehener Tiegel 11 verwendet, wie dies in i'ig. 1 der Fall ist, so wird die Höhe der Schicht 14 bei fortschreitendem Abziehen der bekleideten Stange geringer werden.
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- Ii -
Um dies zu vermeiden, ist es vorzuziehen, den besonders ausgebildeten TieÄel lla gemäss 3?ig» 3 zu verwenden. Der Tiegel lla gemäss Pig. 3 hat kreisförmigen Querschnitt, jedoch eine gleiohmässig gekrümmte nach oben sich erweiternde Seitenwand. Die Krümmung-der Seitenwand ist so gewählt, dass beim Absinken der Spiegel der Glasschiohten 13 und 14 infolge des Abziehens von Glas in die abgezogene Stange die Dicke der oberen Schicht 14 konstant bleibt. Dies ergibt sich durch den sich verringernden Querschnitt des Tiegels lla in Ricntung auf seinen Boden, wodurch der Verringerung des in der Schicht 14 verbleibenden Glases Rechnung getragen wird. Der Tiegel lla wird in eine« Ofen 12 in gleicher Weise wie bei der Ausführungsform nach Pig. I angeordnet.
Heben den relativen Viskositäten der beiden Glasarten und der Ziehgeschwindigkeit bestimmen auch andere Faktoren den Durchmesser der bekleideten Stange und die radiale Dicke des Überzuges, wie beispielsweise der Abstand der unteren Fläche des Kühlers von der oberen Fläche der oberen Glasschicht und die Intensität der Kühlung. Das untere Ende des Kühlers sollte möglichst nahe der oberen Oberfläche der oberen Glassohicbt angeordnet werden, so dass sich die aus den Glasschiohten abgezogene bekleidete Stange schnell setzt.
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Anstelle des besonders geformten l'iegels 11a gemäss Fig. 3 kann zur Konstanthaltung der Dicke der oueren Schicht 14 eine kontinuierliche Nachfüllung von geschmolzenem ü-las zum Tiegel vorgenommen werden, wie dies in Jj'ig. 2 dargestellt ist. Der i'iegel 11b hat in diesem ij'alle ebenfalls eine senkrechte Seitenwand, in der zwei Einlasse 2Ü und 21 vorgesehen sind, die im Bereich der Schichten 13 bzw. 14 münden. Von den Einnässen 20 und 21 erstrecken sich Rohre 22 und 23 durch die Wand des Ofens nach aussen, so dass geschmolzenes Glas mit gesteuerter geschwindigkeit und der richtigen '.Temperatur zum kontinuierlichen iVachspeisen in die Schichten 13 und 14 zugeführt werden kann. Dies bewirkt nicht nur ein Konstanthalten der Dicke der oberen Schicht 14, sondern ermöglicht das kontinuierliche Abzi-ehen der bekleideten Stange.
x*ei allen Ausführungsbeispielen wird die bekleidete Stange senkrecht nach oben von der oberen Oberfläche der oberen Schicht leichten Glases abgezogen. Der Ziehpunkt kann durch Verwendung eines Ziehwerkzeugs, beispielsweise aus Platin, stabilisiert werden, das nahe der oberen ü'läche der oberen Schicht 14 angeordnet wird und durch das das FangstücK. 17 hindurchgeführt wird und die abgezogene Stange nach oben abgezogen wird. 2iur Stabilisierung sollte sich das Ziehwerkzeug in der oberen (ilasschicht 14 oder nur dicht oberhalb
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ihrer oberen .Fläche befindeu.
Die abgezogene Stange sucht infolge der Oberflächenspannungen zylindrische .Form anzunenmen. Diese zylindrische .Form kann durch das Ziehwerkzeug verfeinert werden. In abgewandelter Weise kann durch das Ziehwerkzeug die Änderung des Querschnitts der abgezogenen Stange bewirkt werden. So kann beispielsweise der abgezogenen Stange ein quadratischer Querschnitt gegeben werden. Wird ein derartiges Ziehwerkzeug nahe genug der oberen Fläche der oberen Schicht 14 angeordnet, so dient sie ausser der Profilgebung der abgezogenen Stange auch der Stabilisierung des Ziehpunktes,
Die Erfindung ist im übrigen auf die beschriebenen Einzelheiten nicht beschrankt. So kann der Antrieb des .Fangstücks 17 durch eine kontinuierlich arbeitende Einrichtung zum Ziehen von ü-lasfasern ersetzt werden. Ziehwalzen zum kontinuierlichen Abziehen einer bekleideten Stange können ebenfalls verwendet werden.
Mit einem .Fangstuck: kann zu Beginn des Betriebes eine bekleidete ü-lasstange oder bekleidete Glasfaser kontinuierlich aus dem Tiegel abgezogen werden. Derartige Glasfasern können in der .Faseroptik verwendet werden.
Wenn auch in der Beschreibung angeführt ist, dass das Fangstück 17 anfanglich bis zur Trennebene zwischen den
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Schichten 13 und 14 abgesenkt wird, so ist dies nicht unbedingt notwendig, wird das Fangstück 17 nur bis zur oberen .Fläche der oberen Schicht 14 abgesenkt und dann angeloben, so wird eine Stange nach oben abgezogen, wenn sich das Pangstück 17 nach bewegt, wobei dann allmählich das Glas aus der unteren Schicht als Kern im Inneren des bekleidenden Glases entsteat. In diesem Palle ist es notwendig, deu ersten Teil des abgezogenen Produkts als ungeeignet zu entfernen, da es noch keinen Kern enthält.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren können bekleidete Glaskörper kontinuierlich oder in kürzeren -bangen intermittierend hergestellt werden. Kurze bekleidete Stangen werden, falls erforderlich, erneut erwärmt und zu Glasfasern weiter ausgezogen.
Wenn auch die Schichten 12 und 14 als voneinander getrennte Schichten beschrieben sind, die sich in der Trennebene nicht vermischen, kann es in einigen Fällen erwünscnt sein, Gläser zu verwenden, die eine gesteuerte Diffusion zwischen beiden Gläsern in der l'rennebene aufweisen, um dadurch bestimmte optische Eigenschaften zu erzieleu. hierdurch ergibt sich in der endgültigen abgezogenen Stange oder abgezogenen Glasfaser keine genaue Trennlinie zwischen Kern und .bekleidung.
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205Ü209
- 15 -
Das erfiaduügsgemasse Verfahren ermöglicht die Herstellung hochqualifizierter "bekleideter Glasstangen oder G-lasfasern, bei denen Verunreinigungen in der l'rennebene zwischen dem Kern und der JteHeldung vermieden sind. Es tritt in der l'rennebene der beiden Glasschichten kein unbeherrschter Strom von G-las auf wie auch in diese Trennebene keine Yerunreingingen gelangen können, die anderenfalls nach oben abgezogen wurden und in die Stange oder die Glasfasern gelangen könnten.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann auch zur Herstellung mehrfacn bekleideter Pasern verwendet werden, uie beispielsweise zwei Überzüge aufweisen, wobei das Abziehen aus drei übereinander in einem Tiegel angeordneten Glasschichten erfolgt. Die äussere Bekleidung kann beispielsweise eine von aussen auftreffendes Licht absorbierende Wirkung haben.
Eine Vermischung der beiden triasarten in den Schichten kann dadurch unterbunden werden, dass verschiedene geeignete Viskositäten in den beiden Glasschichten eingestellt werden.
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Claims (10)

  1. 2Ü50209
    Patentansprüche:
    (1.,/Verfahren zum Herstellen von langgestreckten ■bekleideten ü-laskörpern, dadurch gekennzeichnet, dass eine geschmolzene Schicht (14) eines ersten ü-lases auf einer geschmolzenen Schicht (13) eines zweiten ü-lases abgestutzt wird und von der freien Oberfläche der oberen Schicht der langgestreckte ü-laskörper (18,19) abgezogen wird, der eine äussere Verkleidung (19) aus dem ersten ü-las und einen Jiern (18) aus dem an der 'brennfläche der beiden Schichten mitgenommenen zweiten U-lae enthält, und der abgezogene Körper oberhalb der oberen Schicht durch Abkühlen (fühler 15) stabilisiert wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abziehen des ersten ü-lases aus der oberen Schicht mit einer bestimmten yreschwindigkeit erfolgt und die Dicke der oberen Schicht (14) wahrend des Ziehens konstant gehalten wird, um einen Überzug (19) bestimmter Dicke auf einem Kern (18) eines bestimmten Durchmessers zu erzielen.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den beideu Schichten (13,14) auf die Ziehge-
    - 17 10981 7/ U58
    Pat-ntanw&lt
    -Sng. K. Walther
    1 BERLIN 19
    Bolivarallee 9 ' -If-
    T«U304428§
    schwindigkeit'abge stimmt G-las zugespeist wird.
  4. 4» Verfahre-n nach einem der Ansprüche 1 "bis 3> dadurch gekennzeichnet, dass zum Einleiteu des Ziehen durch ; die obere Schicht (14) hindurch ein Fangstück (17) in die untere Schicht (13) abgesenkt und dann mit einer bestimmten ü-eschwindigkeit naca oben bewegt wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung eines einen Lichtleiter bildenden langgestreckten Körpers in der unteren Schicht (13) ein ixlas grösserer ürechungszahl als in der oberen
    !Schicht (14) verwendet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichhet, dass die Ziehgeschwindigkeit so geregelt wird, dass eine bekleidete ü-lasstange abgezogen wird.
  7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehgeschwindigkeit so gere-
    ! gelt wird, dass eine bekleidete ü-lasfaser abgezogen wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
    ί dadurch gekennzeichnet, dass der abgezogene bekleidete Körper nach dem Abziehen aus der oberen Schicht (14) und vor dem Abkühlen durcn ein Ziehwerkzeug geführt wird.
  9. 9. Verfahren nach Anspruch B, dadurch gekennzeichnet, dass dem abgezogenen bekleideten Körper durcn das
    -ΙΟ
    j 109817/U58
    Ziehwerkzeug ein vorgegebener Querschnitt erteilt wird.
  10. 10. Tiegel zur Durchführung des Verfahrens nactj Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass seine Aussenwandung sich nach oben kurvenförmig erweiternd so auf den Ziehvorgang abgestimmt ausgestaltet ist, dass die Dicke der oberen Schicht während des äiehvorganges konstant bleibt.
    1098 17/ U58
    Leerseite
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