WO2001032573A1 - Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines quarzglaskörpers - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur herstellung eines quarzglaskörpers Download PDF

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WO2001032573A1
WO2001032573A1 PCT/EP2000/010574 EP0010574W WO0132573A1 WO 2001032573 A1 WO2001032573 A1 WO 2001032573A1 EP 0010574 W EP0010574 W EP 0010574W WO 0132573 A1 WO0132573 A1 WO 0132573A1
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dome
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mandrel
bore
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PCT/EP2000/010574
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Gerhard Kotulla
Original Assignee
Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg
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    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B19/00—Other methods of shaping glass
    • C03B19/14—Other methods of shaping glass by gas- or vapour- phase reaction processes
    • C03B19/1484—Means for supporting, rotating or translating the article being formed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01—Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/014—Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments made entirely or partially by chemical means, e.g. vapour phase deposition of bulk porous glass either by outside vapour deposition [OVD], or by outside vapour phase oxidation [OVPO] or by vapour axial deposition [VAD]
    • C03B37/01486—Means for supporting, rotating or translating the preforms being formed, e.g. lathes
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    • Y02P40/50—Glass production, e.g. reusing waste heat during processing or shaping
    • Y02P40/57—Improving the yield, e-g- reduction of reject rates

Definitions

  • the invention relates to a device for producing a quartz glass body, with an elongated mandrel, which is rotatably mounted about its horizontally oriented longitudinal axis of the mandrel, with at least one deposition burner, by means of which SiO 2 particles are deposited in layers on the outer surface of the dome to form a porous blank with a first holder which surrounds the mandrel in the form of a sleeve in the region of one of the ends of the forming blank and is partially embedded in the forming blank, and with at least one fixing element by means of which the dome and the first holder are rigidly connected to one another.
  • the invention relates to a method for producing a quartz glass body by layer-by-layer deposition of SiO 2 particles on the outer surface of an elongated dome rotating about its horizontally oriented longitudinal axis of the dome, forming a porous blank, the mandrel rotating at the same rotational speed first holder, which surrounds the mandrel in the region of one of the ends of the forming blank and is at least partially embedded therein, is rigidly connected, removing the dome and sintering the blank thus produced.
  • Quartz glass tubes are used as components and as intermediate products in the chemical industry, semiconductor production, in the field of optics and in particular for the production of preforms for optical fibers.
  • a method and a device for producing a tube made of synthetic quartz glass according to the type mentioned at the outset are known from US Pat. No. 4,362,545.
  • SiO 2 particles are deposited in layers by means of a flame hydrolysis burner on the cylinder jacket surface of a slightly conical dome, which is clamped at both ends in a lathe and rotates about its longitudinal axis.
  • a reciprocating movement along the longitudinal axis of the dome forms a hollow cylindrical, porous blank made of SiO 2 particles.
  • the mandrel extends through a sleeve-shaped holder, which has a circumferential bead at its end, which faces the blank being formed.
  • the mandrel is geometrically fixed with respect to the holder by means of spacers which are clamped in the gap between the holder and the mandrel.
  • the part of the holder provided with the bead is embedded in the blank being formed.
  • the cathedral is removed.
  • the blank can be held hanging on the embedded holder in a vertical orientation.
  • the desired quartz glass body is then obtained by sintering and collapsing.
  • the holder and dome are made of graphite or quartz glass, for example. Because of its mechanical and chemical stability, aluminum oxide (Al 2 Q_) is preferably used as the material for the mandrel. In order to facilitate the removal of the dome, it can be slightly conical, as is also mentioned in US Pat. No. 4,362,545. Such conical domes are made by grinding. This requires a lot of work - especially with long domes. The manufacture of cylindrical mandrels is easier, so cylindrical domes would therefore be preferable. However, their removal, particularly in the case of long blanks, is problematic and requires high forces which can easily lead to damage to the blank. Regardless of this, the length of a dome increases the risk that it will break due to angular or dimensional deviations during clamping or during use.
  • JP 4-240126 interpreted by the associated PAJ abstract, shows a further device for producing a tube made of synthetic quartz glass by a so-called OVD process.
  • SiO 2 particles are deposited in layers on a rotating mandrel within a reaction chamber.
  • the dome ends are received in rotatable holder elements, which are located opposite each other within the reaction chamber.
  • the mandrel extends beyond the length of the pipe to be manufactured.
  • the present invention has for its object to provide an operationally reliable method for the production of tubes made of quartz glass and a suitable device To provide, which can be produced in comparison to the known device with less manufacturing effort and in which the risk of breakage of the mandrel is reduced.
  • this object is achieved according to the invention, starting from the device mentioned at the outset, in that a first end-side end of the dome ends in an inner bore of the first holder, and in that a first bearing element is provided by means of which the first holder is rotatably mounted.
  • the dome does not extend through the entire inner bore of a sleeve-shaped holder, as in the known device, but a first end-side end of the dome ends in an inner bore of the first holder.
  • at least one fixing element is provided, the inner bore itself serving as a fixing element or such a one being able to be provided in or on the inner bore or on the holder.
  • a first bearing element is provided which can engage either directly on the holder or on a component rigidly connected to the holder.
  • the mandrel itself can be made correspondingly shorter. Accordingly, the material costs for the mandrel are lower and in particular the manufacturing effort is lower. In addition, handling the shorter dome - such as assembly and disassembly - is easier and the requirements for dimensional accuracy and alignment of the mandrel are lower. In addition, the deflection of the shorter dome is significantly less, which in turn is accompanied by a more precise centering and an improvement in the axisymmetric concentricity of the dome.
  • the teaching according to the invention thus comprises the measure according to which the mandrel is shortened to such an extent that it ends within the blank being formed. Since the first holder is at least partially embedded in the blank being formed, the holder can be used as a handle for holding during the subsequent further processing of the blank.
  • the mandrel can be designed as a rod or a tube, with a cylindrical outer surface or conical. It is not necessary for the inner bore of the first holder to completely radially surround the first end of the mandrel.
  • An inner bore which runs coaxially to the longitudinal axis of the dome, is particularly simple, the inner diameter of which is adapted to the outer diameter of the mandrel, and which is designed with a taper against which the end of the dome rests.
  • the inner bore encloses the end of the mandrel, the diameter of the inner bore being matched to the outer diameter of the dome with as little mechanical play as possible. It is essential that the inner bore has a taper against which the end of the dome rests. For example, in the event that the end of the dome has a flattened or tapered area, the taper of the inner bore can be adapted accordingly.
  • the taper is designed in the form of a constriction of the inner bore.
  • a constriction is particularly easy to produce with a quartz glass holder.
  • the holder is softened by heating and the inner bore in the area of the constriction is narrowed by plastic deformation.
  • the inner bore has a diameter which is smaller than the largest outer diameter of the mandrel in the region of its end on the face side, so that the constriction serves as an abutment for the mandrel resting thereon.
  • the end of the cathedral can taper towards the constriction.
  • the taper is designed in the form of an insert part fixed in the inner bore.
  • the inner bore is narrowed by the insert.
  • the insert can be designed, for example, as a disc, ring or tube. It serves as an abutment for the mandrel resting on it.
  • the insert is fixed in the inner bore to prevent it from slipping out of the inner bore.
  • the fixation can be done by mechanical clamping and holding elements, such as screws, pins or clamps, or by a form-fitting geometric design of the insert and inner bore, for example as an inner cone and cone.
  • the inner bore is designed as a through bore
  • the insert part is provided with a center bore, wherein it projects into the through bore from the side opposite the mandrel and ends therein.
  • the insert can for example be designed as a ring or tube.
  • the center hole can be a hole with an opening in the direction of the first end-side dome end or a through hole running in the dome longitudinal axis direction.
  • the inner bore is narrowed through the center bore of the insert.
  • the center hole has an inside diameter that is smaller than the largest outside diameter of the mandrel in the region of its end on the face side, so that the insert part serves as an abutment for the mandrel resting on the center hole.
  • a further improvement is obtained if the mandrel tapers in the direction of its first end in a tapering area, the tapering area on the front lying against the insert part.
  • the dome can taper conically in the tapered area, for example, or it can have one or more obliquely extending flats.
  • Self-centering and axial alignment of the mandrel and holder can be achieved if an axially symmetrical (essentially conical) tapering area rests against the end edge of the inner tube.
  • the outer diameter of the end of the insert part projecting into the inner bore is smaller by a gap than the inner diameter of the inner bore, the end projecting into the inner bore through at least one longitudinal slot, preferably at least two longitudinal slots can be elastically deformed in such a way that the outer diameter can be increased by at least twice the gap width in the event of a force acting radially from the inside out.
  • the at least one longitudinal slot runs only over a partial length of the insert.
  • the end projecting into the inner bore is divided into two separate half-shells, which, however, are still connected to the remaining insert part by two longitudinal slots which run parallel on opposite sides.
  • the half-shells can be spread apart by a force acting radially from the inside out. The maximum spread depends, among other things, on the force, the length of the longitudinal slots, the modulus of elasticity of the insert material and its wall thickness. According to the invention, it is set so that the free the ends of the half-shells on the inner wall of the through hole.
  • the half-shells encompass the tapered area of the dome, which, due to its wedge effect on the half-shells, generates the force directed radially from the inside out. This ensures a central and play-free mounting of the mandrel in the center hole of the insert and in the inner hole of the holder.
  • a clamping element acting on the dome is advantageously provided, by means of which a thrust force acting axially in the direction of the first end-side end is exerted on the mandrel.
  • the pushing force helps to fix the mandrel in or on the first holder.
  • the dome can be pressed against an abutment by the thrust.
  • the thrust force acting in the axial direction via the tapering region of the mandrel within the center bore of the insert part provides a force component directed radially from the inside out, by means of which the longitudinally slotted insert part can be expanded against the inner wall of the inner bore.
  • a further shortening of the dome is made possible when the second front end of the dome ends in a receptacle of a second holder and a second bearing element is provided, by means of which the second holder is rotatably mounted.
  • the dome is held horizontally between the two holders and stored in it.
  • One of the holders or both holders can be embedded in the blank being formed during the deposition.
  • the clamping element mentioned above is arranged in the receptacle of the second holder, acting on the second end of the dome.
  • the holder of the second holder serves both for mounting the second dome end and for receiving the tensioning element.
  • the clamping element can be, for example, a compression spring resting on the second end of the mandrel.
  • the first holder consists of quartz glass and is embedded in the blank being formed over a length of at least 40 mm, preferably at least 60 mm.
  • the fact that the holder is made of quartz glass largely prevents contamination of the blank.
  • the holder is used in the subsequent process steps for handling the blank, such as for hanging in an oven. By partially embedding the holder over a length in the range from 40 mm to 100 mm or more, a stable mechanical connection between the blank and the holder is achieved.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention based on the method mentioned at the outset by using a dome, of which an end at the end ends in an inner bore of the first holder, and by mounting and rotating the first holder by means of a first bearing element ,
  • a dome which ends in an inner bore of the first holder.
  • the holder and mandrel are rigidly connected to each other.
  • the holder thus serves as a mechanical extension of the mandrel.
  • the holder is in turn arranged so close to the front end of the blank that is formed that it is embedded therein during separation.
  • the inner bore of the holder itself can be used, for example, for fixing, or a suitable fixing means can be provided in or on the inner bore or on the holder. It is essential that the end of the mandrel ends in the inner bore and that the mandrel is held, supported and rotated by means of the holder. It is therefore necessary that the holder itself is stored and rotated during the deposition.
  • a first bearing element is used, which engages either directly on the holder or on a component rigidly connected to the holder.
  • the teaching according to the invention thus comprises the measure according to which the mandrel is shortened to such an extent that it ends within the blank being formed.
  • the holder which is at least partially embedded in the blank can be used as a handle for the holder in the subsequent further processing of the blank.
  • a shorter dome is used in comparison to the known method. Accordingly, the material costs and the manufacturing costs for the production of the mandrel are lower. In addition, the handling of the shorter dome - such as assembly and disassembly - is easier and the requirements for dimensional accuracy and alignment of the dome are lower, which has a favorable effect on the operational reliability of the method. In addition, the deflection of the shorter dome is less, which in turn is accompanied by an improvement in the centering and the axisymmetric concentricity of the dome.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the device according to the invention for producing a quartz glass tube in a side view
  • Figure 2 shows a further embodiment of the device according to the invention in one
  • FIG. 3 shows an enlarged detail of the device according to FIG. 2.
  • the reference number 1 is assigned to a horizontally oriented aluminum oxide construction tube.
  • the right end 2 of the assembly tube 1 in the illustration is mounted in the chuck 3 of a glass lathe (not shown in FIG. 1) rotatable about its longitudinal axis 4.
  • the direction of rotation is indicated by the arrow 5.
  • the left end 6 of the body tube 1 extends into the inner bore 7 of a sheath-shaped holder 8 made of quartz glass.
  • the holder 8 is provided with a circumferential constriction 9, which locally narrows the inner bore 7.
  • the inner bore 7 has a diameter of 8 mm, which corresponds approximately to the outer diameter of the body tube 1.
  • the diameter of the inner bore 7 is smaller by approximately 1 mm, so that the constriction 9 forms an abutment against which the end 6 of the mounting tube 1 rests on the end face.
  • the holder 8 is rotatably mounted in the other chuck 10 of the glass lathe.
  • the body tube 1 is fixed and aligned in the inner bore 7 of the holder 8 with as little play as possible.
  • the holder 8 thus forms an extension of the body tube 1 and at the same time a bearing therefor. It is therefore not necessary for the mounting tube 1 to extend to the clamping jaws 10 of the glass lathe, so that it can be made shorter accordingly. In the exemplary embodiment, this results in a shortening of the body tube 1 by approximately 20%.
  • the build-up pipe 1 rotating around its longitudinal axis 4 is deposited in layers of SiO 2 particles.
  • a porous cylinder 13 is formed in which the front part of the holder 8 is embedded over a length of 60 mm.
  • the holder 8 is rotated during the deposition by means of the other chuck 10 of the glass lathe, the assembly tube 1 being simultaneously fixed and aligned in the inner bore 7 of the holder 8 with as little play as possible.
  • the mounting tube 1 is mechanically extended and stored by means of the holder 8. This procedure enables the use of a body tube 1, the length of which is not significantly longer or can even be shorter than that of the cylinder 13 to be produced. This simplifies the manufacture of the body tube 1 and facilitates its assembly.
  • the cylinder 13 thus produced can weigh more than 10 kg. For its further processing, it can be handled by means of the embedded sleeve-shaped holder 8.
  • a quartz glass tube is produced from the porous cylinder 13 by sintering.
  • a horizontally oriented mounting tube 21 with an outer diameter of 8 mm is provided.
  • SiO 2 particles are deposited in layers on the assembly tube 21 by means of a row 38 of flame hydrolysis burners 22, a porous hollow cylinder 23 being formed.
  • the length of the mounting tube 21 is approximately 1.8 m, that of the hollow cylinder 23 is approximately 2 m.
  • the left end 24 of the construction tube 21 in the illustration according to FIG. 2 extends approximately 30 cm into the inner bore 28 of a quartz glass sleeve 26.
  • the inner bore 28 thereof has a diameter of 8.2 mm, which also roughly corresponds to the maximum outer diameter of the construction tube 21 equivalent.
  • the left end 24 of the mounting tube 21 tapers in an end cone 29.
  • An aluminum oxide tube 30 extends into the inner bore 28 from the side of the quartz glass sleeve 26 opposite the mounting tube 21.
  • the outer diameter of the aluminum oxide tube 30 is 7.8 mm, so that between the inner bore 28 and the aluminum oxide tube 30 there is an annular gap with a gap width of 0. 2 mm remains.
  • the front end of the aluminum oxide tube 30 is provided over a length of approximately 150 mm with two laterally opposed longitudinal slots 31, so that the front end of the aluminum oxide tube 30 has an upper half-shell 32 and a lower half-shell 33, which still with the remaining aluminum oxide tube 30 are connected, and which comprise the end cone 29 of the mounting tube 21.
  • the aluminum oxide tube 30 slipping out of the interior bore 28 is prevented by a cross pin 34.
  • the quartz glass sleeve 26 is rotatably mounted in the chuck 35 of a glass lathe (otherwise not shown in FIG. 2).
  • the right-hand end 25 of the assembly tube 21 is supported in a receptacle in an Al 2 O 3 sleeve 27.
  • a compression spring is provided in the receptacle, which axially loads the mounting tube 21.
  • the Al 2 0 3 sleeve 27 is rotatably mounted in the other chuck 37 of the glass lathe.
  • the fixation of the assembly tube 21 in the sleeve 26 becomes clearer.
  • the left end 24 of the mounting tube 21 extends into the inner bore 28 of the quartz glass sleeve 26.
  • the left end 24 of the mounting tube 21 tapers in an end cone 29, which in the half-shells 32; 33 of the longitudinally slotted aluminum oxide tube 30 protrudes. Due to the wedge effect of the end cone 29, the half-shells 32; 33 spread so far apart that they rest in the area 41 of the inner bore 28 of the quartz glass sleeve 26. This wedge effect is generated by a force which acts on the body tube 21 in the direction 43 of the longitudinal axis 40.
  • SiO 2 particles are deposited in layers on the assembly tube 21 rotating about its longitudinal axis 40.
  • the porous hollow cylinder 23 is formed, in which the front part of the holder 26 is embedded over a length of approximately 90 mm. This is achieved by inserting the end cone 29 into the inner bore 28 and pressing it under slight pressure against the slotted end (the half-shells 32, 33) of the aluminum oxide tube 30, so that the shark shafts 32, 33 are under the wedge action of the end cone 29 spread out and lay down in the area 41 against the inner wall of the inner bore 28.
  • the force that presses the end cone 29 against the half-shells 32, 33 is generated by the compression spring 36.
  • the body tube 21 is thus supported on both sides in sleeves 26, 27, in which it also ends.
  • This method variant allows the use of a particularly short body tube 21, the length of which can be shorter than that of the hollow cylinder 23 to be produced. This simplifies the manufacture of the body tube 21, facilitates its assembly and improves its axial concentricity.
  • a quartz glass rod or a quartz glass tube is obtained from the hollow cylinder by sintering.

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Abstract

Bei einer bekannten Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglaskörpers ist ein langgestreckter Dorn vorgesehen, der um seine horizontal orientierte Dorn-Längsachse rotierbar gelagert ist, mindestens ein Abscheidebrenner, mittels dem auf der Mantelfläche des Dorns unter Bildung eines porösen Rohlings schichtweise SiO2-Partikel abgeschieden werden, ein den Dorn im Bereich eines der Enden des sich bildenden Rohlings hülsenförmig umgebenden, ersten Halter, der teilweise in den sich bildenden Rohling eingebettet wird, und mindestens ein Fixierungselement, mittels dem Dorn und erster Halter starr miteinander verbunden sind. Um hiervon ausgehend eine im Vergleich mit der bekannten Vorrichtung mit geringerem Fertigungsaufwand herstellbare Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Gefahr eines Bruchs des Dorns verringert ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass ein erstes stirnseitiges Ende des Dorns in einer Innenbohrung des ersten Halters endet, und dass ein erstes Lagerelement vogesehen ist, mittels dem der erste Halter rotierbar gelagert ist. Weiterhin wird ein betriebssicheres Verfahren für die Herstellung von Rohren aus Quarzglas angegeben, bei dem erfindungsgemäß ein Dorn eingesetzt wird, von dem ein stirnseitiges Ende in einer Innenbohrung des ersten Halters endet, wobei der erste Halter mittels eines ersten Lagerelementes gelagert und rotiert wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Quarzglaskörpers
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglaskörpers, mit einem langgestreckten Dorn, der um seine horizontal orientierte Dorn-Längsachse rotierbar gelagert ist, mit mindestens einem Abscheidebrenner, mittels dem auf der Mantelfläche des Doms unter Bildung eines porösen Rohlings schichtweise SiO2-Partikel abgeschieden werden, mit einem den Dorn im Bereich eines der Enden des sich bildenden Rohlings hülsen- förmig umgebenden, ersten Halter, der teilweise in den sich bildenden Rohling eingebettet wird, und mit mindestens einem Fixierungselement, mittels dem Dom und erster Halter starr miteinander verbunden sind.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren für die Herstellung eines Quarzglaskörpers durch schichtweises Abscheiden von SiO2-Partikeln auf der Mantelfläche eines um seine horizontal orientierten Dom-Längsachse rotierenden, langgestreckten Doms unter Bildung eines porösen Rohlings, wobei der Dorn mit einem mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit rotierenden ersten Halter, der den Dorn im Bereich eines der Enden des sich bildenden Rohlings umgibt, und in diesen mindestens teilweise eingebettet wird, starr verbunden wird, Entfernen des Doms und Sintern des so hergestellten Rohlings.
Rohre aus Quarzglas werden als Bauteile und als Zwischenprodukte in der chemischen Industrie, der Halbleiterfertigung, im Bereich der Optik und insbesondere für die Herstellung von Vorformen für optische Fasern eingesetzt.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Rohres aus synthetischem Quarzglas gemäß der eingangs genannten Gattung sind aus der US-PS 4,362,545 bekannt. Auf der Zylindermantelfläche eines mit beiden Enden in eine Drehbank eingespannten, um seine Längsachse rotierenden, leicht konischen Doms werden mittels eines Flammhydrolysebrenners schichtweise SiO2-Partikel abgeschieden. Dabei wird durch eine Hin- und Herbewegung entlang der Längsachse des Doms ein hohlzylindrischer, poröser Rohling aus SiO2-Partikeln gebildet. Der Dorn erstreckt sich dabei durch einen hülsenförmigen Halter, der an seinem Ende, das dem sich bildenden Rohling zugewandt ist, einen umlaufenden Wulst aufweist. Der Dorn ist in bezug auf den Halter mittels Abstandhaltem, die in den Spalt zwischen dem Halter und dem Dorn eingeklemmt sind, geometrisch fixiert. Während der Abscheidung wird der mit dem Wulst versehene Teil des Halters in den sich bildenden Rohling eingebettet. Nach der Abscheidung wird der Dom entfernt. Für die weitere Bearbeitung kann der Rohling an dem eingebetteten Halter in vertikaler Ausrichtung hängend gehalten werden. Durch Sintern und Kollabieren wird anschließend der gewünschte Quarzglaskörper erhalten.
Halter und Dom bestehen beispielsweise aus Graphit oder aus Quarzglas. Wegen seiner mechanischen und chemischen Stabilität wird als Werkstoff für den Dorn aber bevorzugt Aluminiumoxid (AI2Q_) eingesetzt. Um die Entnahme des Doms zu erleichtem, kann dieser leicht konisch ausgebildet sein, wie dies auch in der US-PS 4,362,545 erwähnt ist. Derartige konische Dome werden durch Schleifen gefertigt. Dies erfordert - insbesondere bei langen Domen - einen hohen Arbeitsaufwand. Die Fertigung zylindrischer Dornen ist zwar einfacher, so dass zylindrische Dome von daher zu bevorzugen wären. Jedoch ist deren Entnahme, insbesondere bei langen Rohlingen, problematisch und erfordert hohe Kräfte, die leicht zu einer Beschädigung des Rohlings führen können. Unabhängig davon steigt mit der Länge eines Doms die Gefahr, dass er beim Einspannen oder während des Einsatzes aufgrund von Winkel- oder Maßabweichungen bricht.
Aus der JP 4-240126, interpretiert durch das dazugehörige PAJ-Abstract, ist eine weitere Vorrichtung zur Herstellung eines Rohres aus synthetischem Quarzglas durch ein sogenannten OVD-Verfahren zu entnehmen. Dabei werden innerhalb einer Reaktionskammer schichtweise SiO2-Partikel auf einem rotierenden Dorn abgeschieden. Die Dom-Enden werden in rotierbaren Halterelementen aufgenommen, die sich innerhalb der Reaktionskammer gegenüberliegen. Der Dorn erstreckt sich dabei über Länge des herzustellenden Rohres hinaus.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein betriebssicheres Verfahren für die Herstellung von Rohren aus Quarzglas anzugeben und eine dafür geeignete Vorrichtung bereitzustellen, die sich im Vergleich zu der bekannten Vorrichtung mit geringerem Fertigungsaufwand herstellen lässt und bei der die Gefahr eines Bruchs des Dorns verringert ist.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird diese Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein erstes stimseitiges Ende des Doms in einer Innenbohrung des ersten Halters endet, und dass ein erstes Lagereiement vorgesehen ist, mittels dem der erste Halter rotierbar gelagert ist.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung erstreckt sich der Dom nicht - wie bei der bekannten Vorrichtung - durch die gesamte Innenbohrung eines hülsenförmigen Halters hindurch, sondern ein erstes stimseitiges Ende des Doms endet in einer Innenbohrung des ersten Halters. Zur Erzeugung einer starren Verbindung zwischen Halter und Dorn ist mindestens ein Fixierungselement vorgesehen, wobei die Innenbohrung selbst als Fixierungselement dienen oder ein solches in oder an der Innenbohrung oder am Halter vorgesehen sein kann.
Wesentlich ist, dass das Ende des Dorns in der Innenbohrung endet und dass der Dorn mittels des Halters gehalten und gelagert wird. Der Halter dient somit als mechanische Verlängerung des Doms. Es ist daher erforderlich, dass der Halter selbst rotierbar gelagert ist. Hierzu ist ein erstes Lagerelement vorgesehen, das entweder am Halter direkt oder an einem mit dem Halter starr verbundenen Bauteil angreifen kann.
Da der Dom in der Innenbohrung endet und der Halter als mechanische Verlängerung des Doms wirkt, und unter Berücksichtigung, dass der erste Halter mindestens teilweise in den sich bildenden Rohling eingebettet ist, kann der Dorn selbst entsprechend kürzer ausgebildet sein. Dementsprechend sind die Materialkosten für den Dorn niedriger und insbesondere der Fertigungsaufwand ist geringer. Außerdem ist die Handhabung des kürzeren Doms - wie die Montage und die Demontage - einfacher und die Anforderungen an die Maßhaltigkeit und an die Ausrichtung des Dorns sind geringer. Darüberhinaus ist die Durchbiegung des kürzeren Doms wesentlich geringer, was wiederum mit einer genaueren Zentrierung und einer Verbesserung des achsensymmetrischen Rundlaufs des Doms einhergeht.
Da der Halter beim Abscheiden in den sich bildenden Rohlings eingebettet wird, und gleichzeitig der Dorn in einer Aufnahme des Halters endet, ragt das Dorn-Ende aus dem sich bildenden Rohling - im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik - nicht heraus. Die erfindungsgemäße Lehre umfasst somit die Maßnahme, wonach der Dorn soweit verkürzt wird, dass er innerhalb des sich bildenden Rohlings endet. Da der erste Halter in den sich bildenden Rohling mindestens teilweise eingebettet wird, kann der Halter bei der nachfolgenden Weiterbearbeitung des Rohlings als Handhabe zur Halterung eingesetzt werden.
Der Dorn kann als Stab oder als Rohr, mit zylindrischer Mantelfläche oder konisch ausgebildet sein. Es ist nicht erforderlich, dass die Innenbohrung des ersten Halters das erste stirnseitige Ende des Dorns vollständig radial umschließt.
Besonders einfach gestaltet sich eine koaxial zur Dom-Längsachse verlaufenden Innenbohrung, deren Innendurchmesser an den Außendurchmesser des Dorns angepasst ist, und die mit einer Verjüngung ausgebildet ist, an der das Ende des Doms anliegt. Die Innenbohrung umschließt hierbei das Ende des Dorns, wobei der Durchmesser der Innenbohrung mit möglichst geringem mechanischen Spiel an den Außendurchmesser des Doms angepasst ist. Wesentlich ist, dass die Innenbohrung eine Verjüngung aufweist, an der das Ende des Doms anliegt. Beispielsweise kann im Fall, dass das Ende des Doms einen abgeflachten oder sich konisch verjüngenden Bereich aufweist, die Verjüngung der Innenbohrung entsprechend angepasst sein.
In einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante dieses Halters ist die Verjüngung in Form einer Einschnürung der Innenbohrung ausgebildet. Eine derartige Einschnürung lässt sich bei einem Halter aus Quarzglas besonders einfach herstellen. Durch Erwärmen wird der Halter erweicht und die Innenbohrung im Bereich der Einschnürung durch plastische Verformung verengt. Im Bereich der Einschnürung weist die Innenbohrung einen Durchmesser auf, der kleiner ist als der größte Außendurchmesser des Dorns im Bereich seines stimseitigen Endes, so dass die Einschnürung als Widerlager für den daran anliegenden Dorn dient. Das Ende des Doms kann sich dabei in Richtung der Einschnürung verjüngen.
In einer alternativen, jedoch gleichermaßen bevorzugten Ausführungsvariante des Halters ist die Verjüngung in Form eines in der Innenbohrung fixierten Einsatzteils ausgebildet. Hierbei wird die Innenbohrung durch das Einsatzteil verengt. Das Einsatzteil kann beispielsweise als Scheibe, Ring oder Rohr ausgebildet sein. Es dient als Widerlager für den daran anliegenden Dorn. Das Einsatzteil ist in der Innenbohrung fixiert, um ein Herausrutschen aus der Iπ- nenbohrung zu verhindern. Die Fixierung kann durch mechanische Spann- und Halteelemente, wie Schrauben, Stifte oder Klemmen erfolgen oder durch eine formschlüssige geometrische Gestaltung von Einsatzteil und Innenbohrung, etwa als Innenkegel und Konus. Bei einer besonders einfach herstellbaren Modifikation hiervon, ist die Innenbohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet, und das Einsatzteil ist mit einer Zentrumsbohrung versehen, wobei es in die Durchgangsbohrung von der dem Dorn gegenüberliegenden Seite her hineinragt und darin endet. Das Einsatzteil kann beispielsweise als Ring oder Rohr ausgebildet sein. Bei der Zentrumsbohrung kann es sich um eine Bohrung mit einer Öffnung in Richtung des ersten stimseitigen Dom-Endes oder um eine in Dom-Längsachsenrichtung verlaufende Durchgangsbohrung handeln. Hierbei wird die Innenbohrung durch die Zentrumsbohrung des Einsatzteiis verengt. Die Zentrumsbohrung weist einen Innendurchmesser auf, der kleiner ist als der größte Außendurchmesser des Dorns im Bereich seines stimseitigen Endes, so dass das Einsatzteil als Widerlager für den an der Zentrumsbohrung anliegenden Dorn dient.
Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der Dorn sich in Richtung seines ersten stirnseitigen Endes in einem Verjüngungsbereich verjüngt, wobei der stimseitige Verjüngungsbereich am Einsatzteil anliegt. Der Dom kann sich im Verjünguπgsbereich beispielsweise konisch verjüngen oder er kann eine oder mehrere schräg verlaufende Abflachungen aufweisen. Eine Selbstzentrierung und axiale Ausrichtung von Dorn und Halter kann realisiert werden, wenn ein axialsymmetrischer (im wesentlichen kegelförmiger) Verjüngungsbereich an der Stimkante des Innenrohres anliegt.
Eine Selbstzentrierung und axiale Ausrichtung von Dorn und Halter vermindert gleichzeitig die Bruchgefahr bei der Montage des Doms als auch beim bestimmungsgemäßen Einsatz der Vorrichtung. Diese Wirkung wird bei einer Ausführungsform des ersten Halters noch verstärkt, bei der der Außendurchmesser des in die innenbohrung ragenden Endes des Einsatzteiis um eine doppelte Spaltweite kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenbohrung, wobei das in die Innenbohrung ragende Ende durch mindestens einen Längsschlitz, vorzugsweise mindestens zwei Längsschlitze derart elastisch verformbar ist, dass der Außendurchmesser im Falle einer radial von innen nach außen wirkenden Kraft um mindestens die doppelte Spaltweite vergrößerbar ist. Der mindestens eine Längsschlitz verläuft nur über eine Teillänge des Einsatzteiis. Beispielsweise wird bei einem rohrförmigen Einsatzteil das in die Innenbohrung ragende Ende durch zwei Längsschlitze, die parallel an gegenüberliegenden Seiten verlaufen, in zwei getrennte, jedoch mit dem restlichen Einsatzteil noch verbundene Halbschalen geteilt. Durch eine radial von innen nach außen wirkende Kraft können die Halbschalen auseinandergespreizt werden. Die maximale Spreizung hängt unter anderem von der Kraft, der Länge der Längsschlitze, dem Elastizitätsmodul des Einsatzteil-Werkstoffs und von dessen Wandstärke ab. Erfindungsgemäß wird sie so eingestellt, dass sich die frei- en Enden der Halbschalen an der Innenwandung der Durchgangsbohrung anlegen können. Dabei umgreifen die Halbschalen den Verjüngungsbereich des Doms, der durch seine Keilwirkung auf die Halbschalen die radial von innen nach außen gerichtete Kraft erzeugt. Dadurch wird eine zentrische und spielfreie Halterung des Dorn in der Zentrumsbohrung des Einsatzteiis und in der Innenbohrung des Halters gewährleistet.
Vorteilhafterweise ist ein am Dom angreifendes Spanneiement vorgesehen, mittels dem auf den Dorn eine axial in Richtung des ersten stimseitigen Endes wirkende Schubkraft ausgeübt wird. Die Schubkraft trägt zur Fixierung des Dorns im oder am ersten Halter bei. Der Dom kann mittels der Schubkraft gegen ein Widerlager gedrückt werden. Insbesondere stellt die in axialer Richtung wirkende Schubkraft über den Verjüngungsbereich des Dorns innerhalb der Zentrumsbohrung des Einsatzteiis eine radial von innen nach außen gerichtete Kraftkomponente bereit, mittels der das längsgeschlitzte Einsatzteil gegen die Innenwaπdung der Innenbohrung aufgespreizt werden kann.
Eine weitere Kürzung des Doms wird ermöglicht, wenn das zweite stimseitige Ende des Doms in einer Aufnahme eines zweiten Halters endet, und ein zweites Lagerelement vorgesehen ist, mittels dem der zweite Halter rotierbar gelagert ist. Der Dom wird hierbei horizontal zwischen den beiden Haltern gehalten und darin gelagert. Einer der Halter oder beide Halter können während der Abscheidung in den sich bildenden Rohling eingebettet werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform der Vorrichtung ist das weiter oben erwähnte Spanneiement auf das zweite stirnseitige Ende des Doms einwirkend in der Aufnahme des zweiten Halters angeordnet. Hierbei dient die Aufnahme des zweiten Halters sowohl zur Lagerung des zweiten Dom-Endes als auch zur Aufnahme des Spannelementes. Bei dem Spanneiement kann es sich beispielsweise um eine am zweiten stirnseitigen Ende des Dorns anliegende Druckfeder handeln.
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn der erste Halter aus Quarzglas besteht und über eine Länge von mindestens 40 mm, vorzugsweise mindestens 60 mm in den sich bildenden Rohling eingebettet ist. Dadurch, dass der Halte aus Quarzglas besteht werden Kontaminationen des Rohlings weitgehend ausgeschlossen. Der Halter dient bei den nachfolgenden Verfahrensschritten zur Handhabung des Rohlings, wie beispielsweise zum Aufhängen in einem Ofen. Durch die teilweise Einbettung des Halters über eine Länge im Bereich von 40 mm bis 100 mm oder mehr wird eine stabile mechanische Verbindung zwischen Rohling und Halter erreicht. Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Dom eingesetzt wird, von dem ein stimseitiges Ende in einer Innenbohrung des ersten Halters endet, und dass der erste Halter mittels eines ersten Lagerelementes gelagert und rotiert wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Dom eingesetzt, der in einer Innenbohrυng des ersten Halters endet. Halter und Dorn sind starr miteinander verbunden. Der Halter dient somit als mechanische Verlängerung des Dorns. Der Halter ist wiederum so nahe am stimseitigen Ende des sich bildenden Rohlings angeordnet, dass er beim Abscheiden darin eingebettet wird Die Innenbohrung des Halters selbst kann beispielsweise zur Fixierung dienen oder es kann ein geeignetes Fixierungsmittel in oder an der Innenbohrung oder am Halter vorgesehen sein. Wesentlich ist, dass das Ende des Dorns in der Innenbohrung endet und dass der Dorn mittels des Halters gehalten, gelagert und rotiert wird. Es ist daher erforderlich, dass der Halter selbst gelagert wird und während der Abscheidung rotiert. Hierzu wird ein erstes Lagerelement eingesetzt, das entweder am Halter direkt oder an einem mit dem Halter starr verbundenen Bauteil angreift.
Da der Halter beim Abscheiden in den sich bildenden Rohlings eingebettet wird, und gleichzeitig der Dom in einer Aufnahme des Halters endet, ragt das Dom-Ende aus dem sich bildenden Rohling - im Gegensatz zum eingangs genannten Stand der Technik - nicht heraus. Die erfindungsgemäße Lehre umfasst somit die Maßnahme, wonach der Dorn soweit verkürzt wird, dass er innerhalb des sich bildenden Rohlings endet.
Der in den Rohling mindestens teilweise eingebettete Halter kann bei der nachfolgenden Weiterbearbeitung des Rohlings als Handhabe zur Halterung eingesetzt werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein - im Vergleich zum bekannten Verfahren - kürzerer Dom eingesetzt. Dementsprechend sind die Materialkosten und der Fertigungsaufwand für die Hersteilung des Dorn geringer. Darüberhinaus ist die Handhabung des kürzeren Doms - wie die Montage und die Demontage - einfacher und die Anforderungen an die Maßhaltigkeit und an die Ausrichtung des Doms sind geringer, was sich auf die Betriebssicherheit des Verfahrens günstig auswirkt. Außerdem ist die Durchbiegung des kürzeren Doms geringer, was wiederum mit einer Verbesserung der Zentrierung und des achsensymmetrischen Rundlaufs des Doms einhergeht. Andere vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben. Auf die obigen Erläuterungen zu den entsprechenden Vorrichtungsansprüchen wird verwiesen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im einzelnen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglasrohres in einer Seitenansicht, und
Figur 2 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßeπ Vorrichtung in einer
Seitenansicht im Schnitt, und
Figur 3 eine Detailvergrößerung der Vorrichtung gemäß Figur 2.
In Figur 1 ist die Bezugsziffer 1 einem horizontal orientierten Aufbaurohr aus Aluminiumoxid zugeordnet. Das in der Darstellung rechte Ende 2 des Aufbaurohres 1 wird im Spannfutter 3 einer (in Figur 1 ansonsten nicht dargestellten) Glasdrehbank um seine Längsachse 4 rotierbar gelagert. Die Rotationsrichtung ist mit dem Richtungspfeil 5 angedeutet. Das linke Ende 6 des Aufbaurohres 1 erstreckt sich in die Innenbohrung 7 eines hüisenförmigen Halters 8 aus Quarzglas. Der Halter 8 ist mit einer umlaufenden Einschnürung 9 versehen, die die Innenbohrung 7 lokal verengt. Die Innenbohrung 7 weist einen Durchmesser von 8 mm auf, was in etwa auch dem Außendurchmesser des Aufbaurohres 1 entspricht. Im Bereich der Einschnürung 9 ist der Durchmesser der Innenbohrung 7 um etwa 1 mm kleiner, so dass die Einschnürung 9 ein Widerlager bildet, an dem das Ende 6 des Aufbaurohres 1 stirnseitig anliegt. Der Halter 8 ist im anderen Spannfutter 10 der Glasdrehbank rotierbar gelagert. Das Aufbaurohr 1 wird in der Innenbohrung 7 des Halters 8 mit möglichst wenig Spiel fixiert und ausgerichtet. Der Halter 8 bildet somit eine Verlängerung des Aufbaurohres 1 und gleichzeitig ein Lager dafür. Es ist daher nicht erforderlich, dass sich das Aufbaurohr 1 bis zu den Spannbacken 10 der Glasdrehbank erstreckt, so dass es dementsprechend kürzer ausgebildet sein kann. Im Ausführungsbeispiel ergibt sich dadurch eine Verkürzung des Aufbaurohres 1 um etwa 20 %.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines Ausführungsbeispiels und der Darstellung in Figur 1 näher erläutert:
Durch Hin- und Herbewegung eines Flammhydrolysebrenners 11 entlang der Manteloberfiä- che des Aufbaurohres 1, wie dies anhand der Richtungspfeile 12 angedeutet ist, werden auf dem um seine Längsachse 4 rotierenden Aufbaurohr 1 schichtweise Siθ2-Partikel abgeschieden. Dabei bildet sich ein poröser Zylinder 13, in den der vordere Teil des Halters 8 über eine Länge von 60 mm eingebettet wird. Der Halter 8 wird während des Abscheidens mittels des anderen Spannfutters 10 der Glasdrehbank rotiert, wobei gleichzeitig das Aufbaurohr 1 in der Innenbohrung 7 des Halters 8 mit möglichst wenig Spiel fixiert und ausgerichtet wird. Mittels des Halters 8 wird das Aufbaurohres 1 mechanisch verlängert und gelagert. Diese Verfahrensweise ermöglicht den Einsatz eines Aufbaurohr 1 , dessen Länge nicht wesentlich länger ist oder sogar kürzer sein kann als die des herzustellenden Zylinders 13. Dies vereinfacht die Herstellung des Aufbaurohres 1 und erleichtert seine Montage.
Der so hergestellte Zylinder 13 kann mehr als 10 kg wiegen. Für seine weitere Bearbeitung kann er mittels der eingebetteten hülsenförmigen Halter 8 gehandhabt werden. Aus dem porösen Zylinder 13 wird durch Sintern ein Quarzglasrohr hergestellt.
Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein horizontal orientiertes Aufbaurohr 21 mit einem Außendurchmesser von 8 mm vorgesehen. Auf dem Aufbaurohr 21 werden mittels einer Reihe 38 von Flammhydrolysebrennern 22 schichtweise SiO2-Partikel abgeschieden, wobei sich ein poröser Hohlzylinder 23 bildet. Die Länge des Aufbaurohres 21 beträgt ca. 1,8 m, die des Hohlzylinders 23 ca. 2 m.
Diese deutliche Verkürzung des Aufbaurohres 21 wird erreicht, indem seine beiden Enden 24; 25 in Hülsen 26; 27 rotierbar gelagert sind. Das in der Darstellung gemäß Figur 2 linke Ende 24 des Aufbaurohres 21 erstreckt sich ca. 30 cm in die Innenbohrung 28 einer Quarzglashülse 26. Deren Innenbohrung 28 weist einen Durchmesser von 8,2 mm auf, was in etwa auch dem maximalen Außendurchmesser des Aufbaurohres 21 entspricht. Das linke Ende 24 des Aufbaurohres 21 verjüngt sich in einem Endkegel 29.
Von der dem Aufbaurohr 21 gegenüberliegenden Seite der Quarzglashülse 26 her erstreckt sich ein Aluminiumoxidrohr 30 in die Innenbohrung 28. Der Außendurchmesser des Aluminiumoxidrohres 30 beträgt 7,8 mm, so dass zwischen der Innenbohrung 28 und dem Aluminiumoxidrohr 30 ein Ringspalt mit einer Spaltweite von 0,2 mm verbleibt. Das vordere Ende des Aluminiumoxidrohres 30 ist über eine Länge von ca. 150 mm mit zwei sich seitlich gegenüberliegenden Längsschlitzen 31 versehen, so dass das vordere Ende des Aluminiumoxidrohres 30 eine obere Halbschale 32 und eine untere Halbschale 33 aufweist, die mit dem restlichen Aluminiumoxidrohr 30 noch verbunden sind, und die den Endkegel 29 des Aufbaurohres 21 umfassen. Ein Herausrutschen des Aluminiumoxidrohres 30 aus der Innen- bohrung 28 wird durch einen Querstift 34 verhindert. Die Quarzglashülse 26 ist im Spannfutter 35 einer (in Figur 2 ansonsten nicht dargestellten) Glasdrehbank rotierbar gelagert.
Das rechte stimseitige Ende 25 des Aufbaurohres 21 wird in einer Aufnahme einer Al203- Hülse 27 gelagert. In der Aufnahme ist eine Druckfeder vorgesehen, die das Aufbaurohr 21 axial belastet. Die Al203-Hülse 27 wird im anderen Spannfutter 37 der Glasdrehbank rotierbar gelagert.
Aus der Detailvergrößerung in Figur 3 wird die Fixierung des Aufbaurohres 21 in der Hülse 26 deutlicher. Das in der Darstellung gemäß Figur 3 linke Ende 24 des Aufbaurohres 21 erstreckt sich in die Innenbohrung 28 der Quarzglashülse 26. Das linke Ende 24 des Aufbaurohres 21 verjüngt sich in einem Endkegel 29, der in die Halbschalen 32; 33 des längsgeschlitzten Aluminiumoxidrohres 30 hineinragt. Durch die Keilwirkuπg des Endkegels 29 werden die Halbschalen 32; 33 so weit auseinandergespreizt, dass sie im Bereich 41 der Innenbohrung 28 der Quarzglashülse 26 anliegen. Diese Keilwirkung wird durch eine Kraft erzeugt, die in Richtung 43 der Längsachse 40 auf das Aufbaurohr 21 wirkt.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels und anhand der in den Figuren 2 und 3 dargestellten Vorrichtung näher erläutert:
Durch Hin- und Herbewegung der Reihe 38 von Flammhydrolysebrennern 22 entlang der Manteloberfläche des Aufbaurohres 21, wie dies anhand der Richtungspfeile 39 angedeutet ist, werden auf dem um seine Längsachse 40 rotierenden Aufbaurohr 21 schichtweise SiO2- Partikel abgeschieden. Dabei bildet sich der poröse Hohlzylinder 23, in den der vordere Teil des Halters 26 über eine Länge von ca. 90 mm eingebettet wird. Dies wird dadurch erreicht, dass der Endkegel 29 in die Innenbohrung 28 eingeführt wird und unter leichtem Druck gegen das geschlitzte Ende (die Halbschalen 32, 33) des Aluminiumoxidrohres 30 gedrückt wird, so dass sich die Haibschaien 32, 33 unter der Keilwirkung des Endkegels 29 aufspreizen und sich dabei im Bereich 41 gegen die Innenwandung der Innenbohrung 28 anlegen. Dadurch wird eine zentrische und spielfreie Halterung des Aufbaurohres 21 in der Innenbohrung 42 des Aluminiumoxidrohres 30 und in der Innenbohrung 28 der Quarzglashülse 26 gewährleistet. Die Kraft, die den Endkegel 29 gegen die Halbschalen 32, 33 drückt wird durch die Druckfeder 36 erzeugt. Das Aufbaurohr 21 wird somit beidseitig in Hülsen 26, 27 gelagert, in denen es auch endet. Diese Verfahrensvariante erlaubt den Einsatz eines besonders kurzen Aufbaurohres 21, dessen Länge kürzer sein kann als die des herzustellenden Hohizylinders 23. Dies vereinfacht die Herstellung des Aufbaurohres 21, erleichtert seine Montage und verbessert seinen axialen Rundlauf. Aus dem Hohizylinder wird durch Sintern ein Quarzglasstab oder ein Quarzglasrohr erhalten.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Herstellung eines Quarzglaskörpers, mit einem langgestreckten Dom (1; 21), der um seine horizontal orientierte Dom-Längsachse (4; 40) rotierbar gelagert ist, mit mindestens einem Abscheidebrenner (11; 22), mittels dem auf der Mantelfläche des Doms (1; 21) unter Bildung eines porösen Rohlings (13; 23) schichtweise SiO2-Partikel abgeschieden werden, mit einem den Dom (1; 21) im Bereich eines der Enden des sich bildenden Rohlings (13; 23) hülsenförmig umgebenden, ersten Halter (8; 26), der teilweise in den sich bildenden Rohling eingebettet ist, und mit mindestens einem Fixierungselement, mittels dem Dom (1; 21) und erster Halter (8; 26) starr miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes stimseitiges Ende (6; 24) des Doms (1; 21) in einer Innenbohrung (7; 28) des ersten Halters (8; 26) endet, und dass ein erstes Lagerelement (10; 35) vorgesehen ist, mittels dem der erste Halter (8; 26) rotierbar gelagert ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung (7; 28) koaxial zur Dom-Längsachse (4; 40) verläuft, einen Innendurchmesser aufweist, der an den Außendurchmesser des Doms (1; 21) angepasst ist, und mit einer Verjüngung (9; 30) ausgebidet ist, an der das Ende (6; 24) des Doms (1; 40) anliegt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung in Form einer Einschnürung (9) der Innenbohrung (7) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung in Form eines in der Innenbohrung (28) fixierten Einsatzteiis (30) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung als Durchgangsbohrung (28) ausgebildet ist, und dass das Einsatzteil mit einer Zentrumsbohrung (42) versehen ist und in die Durchgangsbohrung (28) von der dem Dom (21) gegenüberliegenden Seite her hineinragt und darin endet.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste stimseitige Ende (24) des Dorns (21) sich in einem Verjüngungsbereich (29) verjüngt, wobei der Verjüngungsbereich (29) in der Zentrumsbohrung (42) anliegt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des in die Innenbohrung (28) ragenden Endes des Einsatzteiis (30) um eine doppelte Spaltweite kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenbohrung (28), und dass das in die Innenbohrung (28) ragende Ende durch mindestens einen Längsschlitz, vorzugsweise mindestens zwei Längsschlitze (31) derart elastisch verformbar ist, dass der Außendurchmesser im Falle einer radial von innen nach außen wirkenden Kraft um mindestens die doppelte Spaltweite vergrößerbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Dom (21) angreifendes Spannelement (36) vorgesehen ist, mittels dem auf den Dorn (21) eine axial in Richtung des ersten stirnseitigen Endes (24) wirkende Schubkraft ausgeübt wird.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite stimseitige Ende (25) des Doms (21) in einer Aufnahme eines zweiten Halters (27) endet, und dass ein zweites Lagereiement (37) vorgesehen ist, mittels dem der zweite Halter (27) rotierbar gelagert ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (36) auf das zweite stimseitige Ende (25) des Doms (21) einwirkend in der Aufnahme des zweiten Halters (27) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Halter (8; 26) aus Quarzglas besteht und über eine Länge von mindestens 40 mm in den sich bildenden Rohling eingebettet ist.
12. Verfahren für die Herstellung eines Quarzglaskörpers durch schichtweises Abscheiden von SiO2-Partikeln auf der Mantelfläche eines um seine horizontal orientierten Dom-Längsachse (4; 40) rotierenden, langgestreckten Doms (1; 21) unter Bildung eines porösen Rohlings (13; 23), wobei der Dom (1; 21) mit einem mit der gleichen Rotationsgeschwindigkeit rotierenden ersten Halter (8; 26), der den Dorn (1; 21) im Bereich eines der Enden des sich bildenden Rohlings (13; 23) umgibt, und in diesen mindestens teilweise eingebettet wird, starr verbunden wird, Entfernen des Doms (1; 21) und Sintern des so hergestellten Rohlings (13; 23), dadurch gekennzeichnet, dass ein Dorn (1; 21) eingesetzt wird, von dem ein stimseitiges Ende (6; 24) in einer Innenbohrung (7; 28) des ersten Halters (8; 26) endet, und dass der erste Halter (8; 26) mittels eines ersten Lagerelementes (10; 35) gelagert und rotiert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung (7; 28) koaxial zur Dom- Längsachse (4; 40) verläuft und einen Innendurchmesser aufweist, der an den Außendurchmesser des Dorns (1; 21) angepasst ist, und mit einer Verjüngung (9; 29) ausgebildet ist, an der das Ende des Dorns (1; 21) anliegt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung in Form einer Einschnürung (9) der Innenbohrung (7) ausgebildet ist.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Verjüngung in Form eines in der Innenbohrung (28) fixierten Einsatzteiis (30) ausgebildet ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenbohrung als Durchgaπgsbohrung (28) und das Einsatzteil (30) mit einer Zentrumsbohrung (42) ausgebildet ist, und in der Durchgangsbohrung (28) von der dem Dom (21) gegenüberliegenden Seite her hineinragend endet.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das erste stimseitige Ende (24) des Dorns (21) sich in einem Verjüngungsbereich (29) verjüngt, wobei der Verjüngungsbereich (29) an der Zentrumsbohrung (42) anliegt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des in die Innenbohrung (28) ragenden Endes des Einsatzteiis (30) um eine doppelte Spaltweite kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenbohrung (28), und dass das in die Innenbohrung (28) ragende Ende durch mindestens einen Längsschlitz, vorzugsweise mindestens zwei Längsschlitze (31) elastisch verformbar ist, so dass der Außendurchmesser durch eine radial von innen nach außen wirkende Kraft um mindestens die doppelte Spaltweite vergrößert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein am Dorn (21) angreifendes Spannelement (36) eingesetzt wird, mittels dem auf den Dom (21) eine axial in Richtung des ersten stimseitigen Endes (24) wirkende Schubkraft ausgeübt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite stirnseitige Ende (25) des Dorns (21) in einer Aufnahme eines zweiten Halters (27) endet, und dass ein zweites Lagerelement (37) vorgesehen ist, mittels dem der zweite Halter (27) gelagert und rotiert wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 und 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannelement (36) auf das zweite stimseitige Ende (25) des Doms (21) einwirkend in der Aufnahme des zweiten Halters (27) angeordnet ist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus Quarzglas bestehender erster Halter (8; 26) eingesetzt wird, der über eine Länge von mindestens 40 mm in den sich bildenden Rohling eingebettet wird.
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