DE2730708A1

DE2730708A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines zylindrischen gussblocks

Info

Publication number: DE2730708A1
Application number: DE19772730708
Authority: DE
Inventors: Lothar Jung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1978-01-12
Also published as: US4102663A; GB1532604A; JPS53137026A

Description

Patentanwälte

Dr.-Ing. Wilhelm lisichsl ßipi-lng. WoKgsng Rclchel 6 Frcmimai a. M. 1 Paiksiroß© 13

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LOTHAR JUNG, Millington, New Jersey, VStA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines zylindrischen Gußblocks

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Dr.-Ine. WüiiKlm i.f \oh%\ Snac-ig.

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Lothar Jung g _Fiankltjl, _a. ^ j VS Q S 7 Γ) fi

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Die Erfindung .bezieht sich auf ein neues ein

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stufiges Verfahren und eine neue Vorrichtung zur Herstellung von präzis geformten hohlen und/oder massiven Gußblöcken aus verschiedenen Materialien. Materialien, die in erwünschter Weise zu Gußblöcken ausgeformt werden, enthalten verschiedene keramische und feuerfeste Stoffe usw. Die vorliegende Erfindung hat sich als besonders nützlich bei der Herstellung von geschmolzenen Quarz- und geschmolzenen Kiesel-Gußblöcken erwiesen. Die Bezeichnungen "geschmolzener Quarz" und "geschmolzener Kiesel" werden heutzutage in der Industrie und Wissenschaft so verstanden, daß sie sich auf Materialien beziehen, die in der Hauptsache aus amorphem SiO₂ bestehen. Diese Materialien oder Werkstoffe werden für eine Anzahl verschiedener Anwendungsfälle erfolgreich benutzt, etwa bei der Ausformung von Rohren, Stangen, Fasern, Platten oder Blockiaaterial,und zwar aufgrund der Kombination von einzigartigen Eigenschaften, wie beispielsweise hohe chemische Reinheit, hohe Temperatur- und Teeperatur-Schockfestigkeit, sowie auch aufgrund ihrer Fähigkeit, Lichtwellen zu leiten oder zu übertragen, die von Ultraviolett bis Infrarot reichen.

Stand der Technik

3eim deutschen Heraeus-Verfahren (Malvery J. Gross "Fused Quartz Manufacture in Germany" Fiat Final Report Nr. 536, Office of Military Government of Germany (U.S.), pp. 12-21) werden Gußblöcke (nur massive) mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser dadurch hergestellt, daß man feines kristallines Quarzpulver auf die zylindrische Stirnfläche eines horizontal angeordneten, rotierenden Halters aus geschmolzenem Quarz aufsprüht. Die durch dieses bekannte Verfahren erzielte Außenoberfläche ist jedoch rauh und erfordert eine erhebliche zusätzliche Nachbearbeitung bzw. Überarbeitung. Um einen verwertbaren Gußblock zu erhalten, muß die durch dieses stirnseitige Aufsprühverfahren erzielte

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Lanze zuerst in Fluorwasserstoffsäure gewaschen werden, weiter in destilliertem Wasser gewaschen und anschließend getrocknet werden. Alsdann muß sie in einem gesonderten Ofen wieder erwärmt werden, und der Durchmesser wird dadurch vergrößert, daß man das Material in einer Graphitform mit größerem Durchmesser anlagert bzw. zugibt. Gleichzeitig wird eine Graphitstange verwendet, um das Loch durch die Mitte durchzustoßen, so daß man einen hohlen Gußblock erhält. Bei diesem deutschen Verfahren werden die Oberflächen des Gußblocks durch Reaktionsprodukte von dem SiO₂ und dem Kohlenstoff verschmutzt. Am schädlichsten ist der Einschluß von Siliciumcarbid SiC. Danach müssen die Verunreinigungen beseitigt werden, und zwar durch mechanisches Abschleifen sowohl der Außen- als auch der Innenflächen. Gleichwohl ist auch im Anschluß hieran der Gußblock noch nicht fertig, da die Oberflächenverschmutzung durch die Abschleifvorgänge es nocheinmal erforderlich machen, daß der Gußblock Wieder in Fluor-Wasserstoffsäure gewaschen wird. Wenn man diesen Vorgang ausführt, werden die genau maschinell bearbeiteten Oberflächen häufig mit der Säure in einer nicht im voraus bestimmbaren Art und Weise in Berührung gebracht, wodurch der Effekt der mechanischen Bearbeitung wieder zerstört wird. Noch ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens besteht in den Verlusten an Quarzpulver, die auf die Arbeitsweise des Flammen-Sprüh-Brenners zurückzuführen sind, welche komplex ist und den Transport des Pulvers mit der Erwärmung kombiniert.

Bei einem weiteren Verfahren, das in der auf Vervaart et al am 30. Dezember 1969 ausgegebenen US-Patentschrift 3 486 870 beschrieben ist, wird ein teuerer rotierender Dorn aus Molybdän oder Wolfram verwendet. Der Dorn, welcher vertikal angeordnet ist und als Ausgangsform für das Anwachsen des hohlen Gußblockes aus geschmolzenem Quarz dient, ist mit einem Rohr aus geschmolzenem Quarz abgedeckt und durch einen Schutzgasmantel geschützt. Der Nachteil

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dieses Verfahrens besteht darin, daß ein teueres Rohr aus geschmolzenem Quarz aiii dem Gußblock oder über den Gußblock aufgesetzt werden nuß. Ein weiterer Mangel dieses bekannten Verfahrens ist der, daß häufig eine Metallverschmutzung auftritt, und zwar aufgrund von Veränderungen der Strömung der Schutzgase und der Temperatur. Die Tatsache, daß der metallische Dorn auf sehr hohe Temperaturen erwärmt wird, während er in Berührung mit dem Quarzglas steht, erhöht ferner das Risiko einer Zerstörung des Doms (durch Oxydation) und macht eine Reparatur erforderlich, falls ein Fehler bei der Zuführung der Schutzgase auftritt. Wenngleich man mit diesem älteren Verfahren hohle Gußblöcke mit den oben beschriebenen Einschränkungen erzeugen kann, die mit Bohrungen von genauem Durchmesser versehen sind, hat man nur eine geringe Kontrolle über den Außendurchmesser. Noch ein weiterer Nachteil dieses bekannten Sprühverfahrens besteht darin, daß der Gußblock auf einer Quarz-Glasplatte und einea Quarz-Glasrohr von Anfang an ausgebildet wird, deren Gewicht sich zu demjenigen der Schmelze hinzuaddiert, wodurch Herstellungskosten entstehen, die jedesmal verlorengehen, wenn ein solcher Gußblock erzeugt wird.

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung massiver und hohler Gußblöcke aus einer Schmelze, die auf einer vertikal bewegbaren Auflagerfläche ausgebildet wird. Die Wärme zur Erzeugung der Schmelze des Gußblock-Materials wird durch eine Wärmequelle zugeführt, die vertikal oberhalb der Auflagerfläche positioniert ist. Wenigstens ein Formwerkzeug, ein rund um eine vertikale Achse drehbarer Rollenkörper, ist vorgesehen, der in Berührung mit dem Umfang der Schmelze kommt, um eine vertikale zylindrische Oberfläche auszuformen.

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uflagerfläche und die Y/ärmequelie werden vorzugsweise in einem "konstanten oder gleichbleibenden Abstand gehalten, indem man die Auflagerfläche absenkt, während der Gußblock ausgeformt wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dies mit Hilfe eines Laserstrahls bewerkstelligt, der in einem fixierten Abstand von der Wärmequelle erzeugt wird.

Zur Ausbildung eines hohlen Gußblockes wird eine vertikal bewegbare Lanze verwendet, und die Bewegung der Lanze und des Formwerkzeugs oder der Formwerkzeuge wird so koordiniert, daß die Lanze innerhalb der Schmelze positioniert ist, wenn sich das Formwerkzeug oder wenn sich die Formwerkzeuge in Berührung mit der Schmelze befinden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik dadurch zu vermeiden, daß Vorrichtungen angewendet werden, mittels der man sowohl den Außendurchmesser von massiven Gußblöcken als auch den Innendurchmesser von hohlen Gußblöcken ausformen und genau kontrolleren kann,und die preisr Forawerkzeuge sowie im Vergleich zu älteren Verfahren einen viel kürzeren Dorn verwenden. Ferner hat man die Gefahr einer Verschmutzung dadurch verringert, daß man die Formwerkzeuge abwechselnd an der Oberfläche des Gußblocks und nur über eine kontrollierte Zeitspanne angreifen läßt, wodurch diese unterhalb kritischer Temperaturen gehalten wird, so daß sie in keiner wahrnehmbaren Weise eine Reaktion mit dem geschmolzenen Quarzmaterial eingeht. Das Ergebnis besteht nicht nur in der höchst erwünschten Genauigkeit der Gußblock-Abmessungen, sondern auch in unverschmutzten und glatten Oberflächen, welche keiner zusätzlichen Reinigung bedürfen, bevor der Gußblock zu einen Rohr, einer Stange oder Faser gezogen wird.

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2s ist ferner beabsichtigt, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, um hohle und/oder massive Gu3blöcke mit präziser Abmessung aus geschmolzenem Quarz oder geschmolzener Kieselerde herzustellen.

Ferner ist beabsichtigt, eine Vielzahl unterschiedlicher geschmolzener Quarzqualitäten aus dem gleichen oder aus einer Vielzahl unterschiedlicher roher 3iO₂-Materialien herzustellen. Diese unterschiedlichen Produktqualitäten können von optischem geschmolzenem Quarz, das scheinbar keine Blasen oder Einschlüsse enthält bis zu geschmolzenem 'Quarz mit einer Handelsqualität reichen, indem für gewisse physikalische und chemische Anwendungen kleine Iiengen an Blasen oder Einschlüssen toleriert v/erden können.

Ss ist auch gemäß der Erfindung vorgesehen, die Mengen an Verunreinigungen in dem Erzeugnis zu regulieren bzw. zu beeinflussen, die gering oder groß sein können, wie es für die Erzielung oder Einstellung gewisser physikalischer und chemischer Eigenschaften erforderlich ist. Insbesondere setzt sich die Erfindung zum Ziel, gleichbleibende Mengen von Hydroxyl-Gruppen in jedem Gußblock zu erzeugen, deren Konzentration variieren kann von weniger als 2 PPM bis etwa 1,000 PPM.

Ferner ist beabsichtigt, Gußblöcke mit einer Vielzahl unterschiedlicher ausgevrählter Außen- und Innendurchmesser sowie unterschiedlichen Wanddicken für verschiedene industrielle Anwendungsfälle zu erzeugen.

3s sollen auch hohle oder massive Gußblöcke mit genauen Abmessungen auf der gleichen Vorrichtung hergestellt werden, wobei es sich um Gußblöcke handeln soll, die insbesondere geeignet sind zum Ziehen von Rohren, Stangen oder Fasern mittels eines nicht verschmutzenden

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Doms und werkzeugfreien Heizverfahrens.

Weiterhin soll die Kiesel-Rohmaterialzufuhr unabhängig von der Arbeitsweise der Wärmequelle sein.

Außerdem sollen sämtliche Materialverluste an der Ausgangsform vermieden werden. Es wird daher ein wiederverwendbarer Halter eingesetzt, der eine Doppelfunktion erfüllt, nämlich den Gußblock anwachsen zu lassen und den Gußblock bei der folgenden Erwärmung und während des Ziehprozesses zu halten. Dies ermöglicht die Verwendung von Rohmaterialien geringerer Güte einschließlich Kieselsand für die Einmal-Herstellung des Halters ohne Verschmutzung der Schmelze.

Die Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematis'jhe Darstellung der Arbeitsweise der Formwerkzeuge und eines bevorzugten Ausführungsbeispiels, bei dem die Gußblockhalterung aus einem Gußblock aus geschmolzenem Quarz oder geschmolzener Kieselerde besteht;

Fig. 2 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt von einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 3 die Folge der Schritte beim Ziehen eines ausgeformten Kiesel-Gußblocks zu einem Rohr, wobei der ursprüngliche Gußblock oder die Form zur Wiederverwendung übrigbleiben und

Fig. 4 ein Diagramm, das die zeitliche Folge für den Arbeitseinsatz des Formwerkzeugs und der Lanze bei einem

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typischen Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem die Formwerkzeuge und die Lanzenspitze aus Graphit bestehen und der Gu0block aus spezieller geschmolzener Kieselerde oder geschmolzenem Quarz gebildet wird.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Die Arbeitsweise der Formwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 1 abgebildet, wobei die Bezugszahl 1 einen wiederverwendbaren Halter aus geschmolzenem Quarz oder geschmolzener Kieselerde kennzeichnet, der die Form eines Hohlzylinders aufweist, welcher an einem Ende geschlossen ist und dem Zweck dient, sowohl hohle, als auch massive Gußblöcke herzustellen. Die Durchmesser der Bohrung 2 und der Außenfläche 3 sind identisch mit denjenigen des herzustellenden Gußblocks. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Halter 1 in einem Futter 4 befestigt, das auf einer Platten-Anordnung 5 festgemacht ist. Das Futter ist rund um seine vertikale Achse drehbar in einer Lageranordnung 6 gelagert, die über eine Zahnscheibe mit einem Riemen 8 und einer weiteren Zahnscheibe 9 verbunden ist, welche durch einen elektrischen Antriebsmotor 10 getrieben wird.

Die Plattenanordnung 5 ist auf Doppel-Spindeln 11 und 11' gelagert, die in einem Rahmen 12 starr befestigt sind, wodurch ermöglicht ist, daß der Halter mit Hilfe der elektrisch umsteuerbaren Antriebsmotoren 13 und 13' vertikal angehoben und gesenkt werden kann.

Für den Einsatz der Vorrichtung wird der wiederverwendbare Halter 1 in dem Futter 4 befestigt, und die Plattenanordnung 5 wird innerhalb des Rahmens 12 angehoben, bis die Oberseite oder das obere Ende des Halters eine vorbestimmte Position innerhalb der Schmelzkammer 14 erreicht hat. Die Motoren 13 und 13' werden dann abgeschaltet. Ein Graphit- oder Kohlenstoffdorn 15, der auf einer hohlen oder

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massiven Lanze 16 befestigt ist, wird anschließend in die Bohrung des wiederverwendbaren Halters 1 eingeführt. Die Lanze ist starr an einem durch Luft oder Flüssigkeit betätigten Zylinder 17 befestigt, der wiederum auf dem Boden des Rahmens 12 festgemacht ist.

In dieser bevorzugten Ausgangsposition ist der Halter passend in einem vorbestimmten Abstand von dem ortsfesten Heizelement 18 und dem Pulver-Zuführelement 19 angeordnet. In dieser Stellung sind zwei gegenüberliegende drehbar gelagerte Graphit- oder Kohlenstoffrollen 20 und 20· jeweils antriebsmäßig mit durch Luft oder Flüssigkeit betätigte Zylinder 21 und 21' verbunden, die in einer horizontalen Ebene in und außer Berührung mit der äußeren zylindrischen Endfläche des Halters hin- und herbewegt werden können. Bei dieser Anordnung sind sämtliche Formwerkzeuge, einschließlich der Rollen und des Doms der direkten Erwärmung durch das Heizelement im Betrieb am wenigsten unterworfen.

Zahlreiche unterschiedliche Arten von Heizvorrichtungen können für die Wärmezufuhr verwendet werden, die erforderlich ist, den Gußblock anwachsen zu lassen, und demzufolge wird kein spezieller Typ eines Heizelements bevorzugt oder hier beschrieben. Es wird jedoch bemerkt, daß Heizelemente, die verschiedene Arten von Gasflammen erzeugen, welche wesentliche Kengen von Hydroxylgruppen oder überhaupt keine solchen enthalten, geeignet sind, wie beispielsweise elektrische Widerstandsheizvorrichtungen und Lichtbogen-Erzeugungsvorrichtungen. Falls eine Verbrennungs-Heizvorrichtung verwendet wird, kann der Hydroxyl-Anteil des ausgeformten Gußblocks durch Auswahl des Brennstoffs für den Brenner sowie durch Einstellung des Brennstoffs in bezug auf das Sauerstoffverhältnis, einreguliert werden.

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Nachdem das Heizelement einige Minuten lang in Betrieb genommen ist und die End- oder Stirnfläche des Halters genügend vorerwärmt worden ist, kann das Anwachsen des Gußblocks ausgelöst werden, indem man mit der Pulverzuführung beginnt. Wenngleich die Temperatur der Pulver-Auflagerfläche nicht besonders kritisch ist, liegt sie im allgemeinen im Bereich von etwa 2,000 bis 2,200 ⁰C also 2000 bis 2200 ⁰C für Quarz und geschmolzener Kieselerde. Auch hier gibt es wieder zahlreiche Arten von Zuführvorrichtungen, die für das Verfahren geeignet sind. SiOp wird nunmehr auf die beheizte Stirnfläche des Halters in gewissen voreingestellten Mengen bzw. Geschwindigkeiten aufgebracht, so daß man einen Gußblock mit der erwünschten Qualität erhält.

Der umsteuerbare Antriebsmotor 13 dreht nun den Spindelantrieb 11, so daß die Plattenanordnung mit genau der gleichen Geschwindigkeit zurückgezogen wird, in der der Gußblock wächst. Nachdem eine genügend dicke Schicht aus S1O2 auf dem Halter aufgelagert worden ist, schaltet eine übliche Steuervorrichtung 22 das Solenoidventil 23, um die durch Luft oder Flüssigkeit bedeckten Zylinder zu aktivieren, wodurch die Bewegung der Formwerkzeuge gesteuert wird. Diese bewegen sich schnell durch Öffnungen 31 und 31', welche in dem vertikalen Wandabschnitt der Heizkammer vorgesehen sind sowie gegen das frisch geschmolzene Material als auch gegen das ursprüngliche Material, wo sie über eine vorbestimmte Zeitspanne in einer formgestaltenden Berührung verbleiben.

Wenn der bestimmte Quarz oder die geschmolzene Kieselerde abgelagert werden, anfänglich auf der Oberseite des Halters 1 und anschließend auf der Oberseite des anwachsenden Gußblocks, wird dieses Material durch die Wärmequelle 18 geschmolzen. In vorbestimmten Zeitintervallen bewegen sich die Formwerkzeuge 20 und 20» horizontal

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in Berührung mit der Schmelze, wie in Fig. 1 gezeigt ist, um der Schmelze eine Form zu geben, wobei ein zylindrischer Gußblock ausgeformt wird, der eine vertikale Außenfläche mit einem Durchmesser aufweist, der gleich demjenigen des Halters 1 ist. Infolge der Drehung des Gußblocks und der Anlage der Formwerkzeuge wird jedesmal ein genau zylindrischer und konzentrischer Abschnitt des Gußblocks ausgeformt, wobei überschüssiges Material vertikal nach oben gequetscht wird, während der Gußblock gleichzeitig fortgesetzt nach unten bewegt wird. Ohne den Einsatz der Formwerkzeuge würde die Fliehkraft bewirken, daß der Durchmesser der Schmelze allmählich immer größer wird. Die Berührung zwischen den Formwerkzeugen 20 und 20' und der Schmelze ist intermittierend. Eine bevorzugte Zeitspanne für jede Berührungsperiode liegt innerhalb des Bereichs von 2 bis 10 s. Die Berührung zur Ausformung wird zweckmäßig wiederholt in Intervallen von 1 bis zu 5 min. Diese Zeitbereiche verändern sich mit den Abmessungen und der Konstruktion der Vorrichtung. Dieser Formvorgang dauert somit nur einige Sekunden, während der die Formwerkzeuge, die in Berührung mit der heißen Schmelze stehen, etwas erwärmt werden, sie werden jedoch aus der Heizkammer zurückgezogen, bevor sie eine kritische Temperatur erreichen. Diese kritische Temperatur beträgt z.B. für Graphit etwa 1200 ⁰C. Außer Graphit umfassen andere geeignete Materialien für die Formwerkzeuge beispielsweise Molybdän, Wolfram,Iridium usw. Wenn oder kurz bevor diese kritische Temperatur erreicht ist, gibt die Steuervorrichtung den Formwerkzeugen den Befehl, in ihre Ausgangspositionen zurückzukehren, indem die Kolben der durch luft- oder flüssigkeitbetätigten Zylinder umgesteuert werden. Wenn die Werkzeuge in diese Stellungen zurückgekehrt sind, geben sie die Restwärme ab, die sie während des Formvorgangs aufgenommen haben, und sie kühlen vor der nächsten formgestaltenden Berührung genügend ab, so daß sie einen tolerierbaren Temperaturwert nicht überschreiten. Die

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Lebenserwartung der Formwerkzeuge wird dadurch beträchtlich vergrößert.

Die unteren Teile der Formwerkzeuge berühren ferner, während sie sich in Berührung mit der Schmelze befinden, auch den verfestigten Teil des Gußblocks (anfänglich den Halter), wodurch die nach innen gerichtete Bewegung der Formwerkzeuge angehalten wird und ein Gußblock mit konstantem Außendurchmesser hergestellt wird.

Während des Anwachsens des Gußblocks wird die obere Fläche desselben in einem konstanten vorbestimmten Abstand von der Wärmequelle gehalten. Dieser Abstand hängt von der Wärmeabgabe der Wärmequelle ab, ferner von der gewünschten Wachsgeschwindigkeit des Gußblocks usw. Bei dem in den Fig. 2 und 3 abgebildeten bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dieser fixierte Abstand aufrechterhalten durch das Ansprechen auf die Durchdringung (durch den anwachsenden Gußblock) eines Laserstrahls, der zwischen einem mit einem elektronischen Zerhacker versehenen Laser 32 und einem Fühler 33 ausgebildet wird. Die Motoren 13 und 13' werden durch einen Schalter 3^ ein- und ausgeschaltet, der auf Signale anspricht, welche er von dem Fühler 33 aufnimmt und die durch den Verstärker 35 verstärkt werden. Es sei bemerkt, daß auch herkömmliche Vorrichtungen verwendet werden können, um einen richtigen Abstand zwischen der Oberseite des anwachsenden Gußblocks und der Wärmequelle aufrechtzuerhalten.

Um die Bohrung bzw. den hohlen Innenraum in dem Gußblock auszubilden, wird ein von einer Lanze 16 getragener Kohlenstoffdorn 15 intermittierend durch den Halter 1 und in die Schmelze eingeführt, und zwar durch Betätigung des Zylinders 17. Der Dorn 15 muß innerhalb des Gußblocks positioniert sein, wenn die Formwerkzeuge 20 und 20' in Berührung mit dem Gußblock stehen, um den Durchmesser der

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Bohrung beizubehalten. Die Arbeitsweise der Zylinder 21, · 21* und 17 muß demzufolge aufeinander abgestimmt werden. Eine typische Zeitfolge für die Zylinder-Betätigung ist in Fig. 4 gezeigt.

Die Herstellung eines massiven Gußblocks ist identisch mit dem oben beschriebenen Vorgang, jedoch mit der Ausnahme, daß der formgebende Dorn 15 und die Lanze eben nicht eingesetzt werden.

Sin Endschalter 24 wird betätigt, wenn die Plattenanordnung 5 eine vorbestimmte Höhe erreicht hat, in der der Gußblock auf seine maximale Länge angewachsen ist, die für den Rahmen geeignet ist. Zu diesem Zeitpunkt werden die SiOp-Zuführung, das Heizelement und die Antriebsmotoren 10 und 13 abgeschaltet, und zwar in dieser Reihenfolge. Anschließend wird die Schmelze auf eine noch niedrigere Position gesenkt, wobei der Schalter 25 berührt und die Plattenanordnung 5 angehalten wird. In dieser Stellung kann dann der Gußblock aus dem Futter 4 herausgenommen werden. Ein anderer Halter kann anschließend in das Futter eingesetzt werden und eine neue Schmelze wird gestartet, wobei der oben beschriebene Vorgang sich wiederholt. Das Verfahren kann in einer offenen Atmosphäre ausgeführt werden. Für den Fall, daß Verbrennungswärme angewendet wird, wird die Atmosphäre, in der Diffusion stattfindet, bestimmt durch die Verbrennungsgase, die in dem Heizelement verbraucht werden. Die Korngröße für die Kieselerde-Zuführung ist nicht sehr kritisch. Kieselkörner, die von 2 mm nach unten bis zu einem Bruchteil eines tausendstel Millimeters reichen, können verwendet werden. Alternativ kann die Kieselerde aus der Dampfphase abgelagert werden. Eine bevorzugte Pulvergröße hat etwa 100/U im Durchschnitt.

Alternativ kann die Schmelze auf der oberen Fläche des Halters oder der Abstützung durch eine herkömmliche Dampf-Auflagertechnik ausgebildet werden, wodurch eine

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Pulver-Zuführeinrichtung überflüssig wird und folglich entfällt. Kiesel-Gußblöcke können z.B. durch Dampf-Auflagerung von SiO₂ auf der Auflagerfläche ausgebildet werden, etwa durch Hydrolysierung von SiCl. in einer Verbrennungsgasflamme oder durch Oxydation von SiCl^ in einer Plasmaflamme.

Bei der Herstellung des Gußblocks in der oben beschriebenen Art und Weise werden der Kiesel-Halter und die auf diesem ausgeformte Kieselerde ein integraler oder einstückiger Gußblock. Dieser Gußblock kann gezogen werden, um ein Rohr in einer üblichen Art und Weise auszubilden, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. In der Folge von Arbeitsschritten, die in Fig. 3 abgebildet sind, wird ein Zugrohr 40 durch Wärmezufuhr an das Ende des ausgeformten Gußblocks 42 angeschweißt und der Gußblock 42 wird zu einem Rohr nach unten gegen die Fläche des ursprünglichen Halters 44 gezogen. Der ursprüngliche Teil des Gußblocks kann dann wieder als Halter oder Form 1 verwendet werden, wie oben beschrieben wurde.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Herstellung eines zylindrischen Gußblocks aus einer Schmelze eines Gußblock-Materials, gekennzeichnet durch

a) einen vertikal bewegbaren Halter (1) zur Halterung des Gußblocks in einer vertikalen Lage, wobei der Halter eine Oberseite für die Ablagerung der Schmelze aufweist;

b) eine Wärmequelle(18), die vertikal oberhalb des bewegbaren Halters (1) angeordnet ist;

c) eine Vorrichtung (19) zur Zuführung des Gußblock-Materials anfänglich auf die Oberseite des Halters (1) und anschließend auf die Oberseite des Gußblocks, während der Gußblock ausgeformt wird;

d) wenigstens ein Formwerkzeug (20) zur Ausformung der Schmelze, um die vertikale zylindrische Fläche des Gußblocks auszubilden, wobei dieses Formwerkzeug ein Rollenkörper ist, der um eine vertikale Achse drehbeweglich gelagert ist und

e) eine Antriebsvorrichtung (21) zur Bewegung des Formwerkzeugs (20) in und außer Berührung mit dem Gußblock·

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine Gußblock-Positionierungsvorrichtung (5, 11, 13), die die Oberseite des Gußblocks in einem konstanten Abstand von der Wärmequelle (18) hält, während der Gußblock ausgeformt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gußblock-Positionierungsvorrichtung eine Vorrichtung (32) enthält, die einen Laserstrahl in einem vorbestimmten Abstand von der Wärmequelle (18) erzeugt, ferner eine Vorrichtung (33), welche die Durchdringung des Laserstrahls durch

den Gußblock abfühlt. _{Λ Λ}

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ORIGINAL INSPECTED

4. Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch eine vertikal bewegbare Lanze (16), die so angeordnet ist, daß sie in die Mitte des Gußblocks von dessen Unterseite her durch den Halter (1) eintreten kann, um eine Bohrung (2) in dem Gußblock auszubilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1,

g e k enn zeichnet durch ein zweites Formwerkzeug (20·), welches aus einem Rollenkörper besteht, der um eine vertikale Achse drehbar gelagert und an der anderen Seite des Halters (1) gegenüber dem zuerst erwähnten Formwerkzeug (20) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß beide Formwerkzeuge (20 und 20') sich in der gleichen horizontalen Ebene bewegen.

7. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Gußblocks aus einer Schmelze eines Gußblock-Materials unter Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch Ablagerung des Gußblockmaterials anfänglich auf der Oberseite des Halters und anschließend auf der Oberseite des Gußblocks, während der Gußblock ausgeformt wird, um auf diesen die Schmelze auszuformen;

Kontaktieren des Umfangs der Schmelze durch das Formwerkzeug, um die Schmelze in einen vertikalen Zylinder auszuformen und Senken des Halters, während der Gußblock ausgeformt wird, um einen konstanten Abstand zwischen der Oberseite des Gußblocks und der Wärmequelle aufrecht zu erhalten.

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8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktieren intermittierend über vorbestimmte Zeitintervalle erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß als Gußblock-Material ausgezeichnete geschmolzene Kieselerde oder geschmolzener Quarz verwendet wird und die Oberfläche, auf der das Gußblock-Material aufgelagert wird, auf einer Temperatur von 2000 bis 2200 ⁰C gehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß als Halter ein Gußblock aus geschmolzenem Quarz oder geschmolzener Kieselerde verwendet wird und die Schmelze einstückiger Bestandteil desselben wird, wenn sich die Schmelze verfestigt.

11. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Gußblocks mit einer Bohrung, die einen konstanten vorbestimmten Durchmesser aufweist, unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 4,

gekennzeichnet durch Ablagerung des Gußblock-Materials anfänglich auf der Oberseite des Halters und anschließend auf der Oberseite des Gußblocks, während der Gußblock ausgeformt wird, um die Schmelze auf diesem auszuformen,

Bewegen der Lanze vertikal nach oben in die Schmelze, während die Lanze in der Schmelze angeordnet ist, Berühren des Umfangs der Schmelze durch das Formwerkzeug, um die Schmelze zu einem vertikalen Zylinder auszuformen und Senken des Halters, während der Gußblock ausgeformt wird, um einen konstanten Abstand zwischen der Oberseite des Gußblocks und der Wärmequelle aufrecht zu erhalten.

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12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,

daß als Gußblock-Material ausgezeichnete geschmolzene Kieselerde oder geschmolzener Quarz verwendet wird und die Oberfläche, auf der das Gußblock-Material aufgelagert wird, auf einer Temperatur von 2000 bis 2200 ⁰C gehalten wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Halter ein Gußblock aus geschmolzenem Quarz oder geschmolzener Kieselerde verwendet wird und die Schmelze ein einstückiger Bestandteil desselben wird, wenn sich die Schmelze verfestigt.

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