WO2002051759A2 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hohlzylinders aus quarzglas und danach hergestellte produkte - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines hohlzylinders aus quarzglas und danach hergestellte produkte Download PDF

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WO2002051759A2
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suspension
blank
carrier
quartz glass
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Gerhard Kotulla
Klaus Ruppert
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Heraeus Tenevo Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a hollow cylinder made of quartz glass, comprising depositing SiO 2 particles on an elongate support rotating about its longitudinal axis, forming a porous blank with a cylindrical inner bore, and vitrifying the blank hanging in a furnace in a vertical orientation using a suspension that engages a constriction provided in the upper area of the inner bore of the blank.
  • the invention further relates to a quartz glass tube and an optical component made of quartz glass, comprising a light-guiding structure which is formed by a coaxial succession of quartz glass layers of different refractive indices.
  • the invention relates to a device for carrying out the method, with a substantially cylindrical support rotatable about its longitudinal axis, on the cylinder surface of which SiO 2 particles are deposited to form a porous blank having an inner bore, and with a suspension engaging in the inner bore for holding the blank in a vertical orientation during a glazing step.
  • Preforms for optical fibers are often produced via an intermediate product in the form of a porous blank made of silicon dioxide carbon black (hereinafter also referred to as “blank” or “soot cylinder”).
  • the further processing of the soot cylinder comprises a glazing step in which the soot cylinder is heated in a hanging manner in a glazing furnace and is thereby glazed to form a dense quartz glass tube.
  • a variety of measures have been proposed for holding the soot cylinder during the glazing step.
  • the holder In the method known from US-A 4,252,251, the holder consists of a platinum wire which extends through a radial through-hole in the upper region of the soot body and on which the soot body is suspended.
  • DE-A1 29 06 070 proposes a holder in which a quartz glass tube is inserted from above into the cylindrical inner bore and has bump-like thickenings at its lower end intended for insertion into the soot cylinder. To anchor the quartz glass tube in the inner bore, the thickenings are rotated by 90 ° so that they dig into the soft soot material.
  • a holder in which a sleeve is stably embedded over part of its length in one end of the soot body during the deposition of the SiO 2 particles.
  • the carrier extends through the sleeve, wherein it is geometrically fixed by means of spacers which are clamped in the gap between the sleeve and the carrier.
  • the sleeve and carrier consist, for example, of aluminum oxide, graphite or quartz glass.
  • a method and a device of the type mentioned at the outset are known from EP-A 701 975.
  • a method for sintering a soot cylinder with a cylindrical IB is proposed, in which it is fed to a heating zone standing in a vertical orientation on a holding foot and is sintered therein in regions. It extends through the inner bore of the soot cylinder Support tube made of porous graphite, onto which the soot cylinder shrinks during glazing.
  • a special feature of the known method is that the soot cylinder hangs itself up during sintering.
  • Attaching the support ring in the inner bore of the soot cylinder can lead to undesirable abrasion. Contamination from the graphite of the support tube can get into the soot cylinder, in particular through the direct contact between the support ring and the inner bore of the soot cylinder.
  • optical preforms After the known soot cylinders have been vitrified, they are used to produce optical preforms. As is known, these have a light-guiding structure which is formed by a coaxial succession of quartz glass layers of different refractive indices. Optical fibers are drawn from the preforms. Their optical attenuation is significantly influenced by the impurity content of the quartz glass of the preforms, in particular impurities in the light-guiding area.
  • the invention is based on the object of improving the methods mentioned at the outset such that even heavy blanks can be held safely and largely without the risk of contamination of the inner bore during glazing without complicated holding devices, and a suitable holding device for this purpose. Furthermore, the invention is based on the object of specifying a hollow cylinder made of quartz glass with a high-purity inner bore and of providing an optical component made of quartz glass which is distinguished by a low impurity content.
  • this object is achieved according to the invention based on the method mentioned at the outset in that the constriction is produced by shaping the inner bore when the Si0 2 particles are separated, and that for the glazing, a suspension that is supported on the constriction and otherwise projects contact-free into the inner bore is used.
  • the inner bore is narrowed during the deposition process by the design of the inner bore. Subsequent processing of the porous blank for fastening a holding element and the abrasion that is always associated therewith is avoided. Because a narrowing of the inner bore is produced when it is formed, it is also not necessary to embed a holding element - as explained above with regard to the prior art. This is justified in the following.
  • the constriction created when the inner bore is formed serves as an abutment for a suspension when the blank is glazed. This is only inserted into the inner bore for glazing.
  • the suspension projects into the inner bore in such a way that the constriction previously generated during the deposition process is supported on the suspension. This ensures a secure hold of the blank without a holding element being embedded in or attached to the blank.
  • the suspension projects into the inner bore without contact during glazing. This results in a tool-free shaped inner bore after glazing.
  • This tool-free molding results in an inner wall of high quality with a smooth, damage-free inner surface that forms, which is also characterized by a low level of contamination.
  • the constriction is preferably produced by the fact that when the SiO 2 particles are deposited, a carrier is used which, seen over its length, has a reduction in its outer diameter in a tapered area, the deposition of the SiO 2 particles also comprising a deposition in the tapered area.
  • the reduction in the outside diameter in the tapered area causes
  • the reduction in the outside diameter is a gradual tapering of the outside diameter of the carrier or a gradual reduction.
  • the reduction in the outer diameter is rotationally symmetrical, symmetrical or asymmetrical with respect to the longitudinal axis of the carrier. It can consist, for example, of a one-sided flattening of the carrier jacket surface. It is only essential that undercuts are avoided, which would make it difficult to pull out the carrier after the deposition process.
  • One or more tapered areas are provided. The Si0 2 particles are also deposited in the tapered area, so that the blank that is formed covers at least one reduction in the carrier outer diameter.
  • a reduction in the outer diameter, which comprises a circumferential shoulder, is particularly suitable.
  • the narrowing of the inner bore has a corresponding radially circumferential shoulder.
  • the suspension projects into the inner bore from above, so that it engages under the constriction. Because the suspension engages in the inner bore from above, a holding device within the inner bore, such as the “support tube” used in the generic method, is largely unnecessary.
  • the inner bore has a stepwise diameter narrowing
  • the suspension - similar to a spool of thread - comprising a holding foot, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter of the inner bore but larger than the inner diameter in Area of the narrowing of the diameter, and which is connected to a rod-shaped holder, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter in the area of the narrowing of the diameter.
  • a further improvement of the method according to the invention is achieved in that at least part of the suspension consists of quartz glass. Those parts of the suspension in the immediate vicinity of the blank are advantageously made of quartz glass.
  • the object specified above is achieved according to the invention in that after the glazing it has a cylindrical inner bore shaped without tools.
  • the cylindrical inner bore of the hollow cylinder receives its shape during glazing using the method described above.
  • the inner bore is obtained by tool-free shaping.
  • a tool-free shaping means that during glazing, contact of the wall with a component located inside the inner bore - such as a holding rod - is avoided, so that a high-quality inner wall with a smooth, damage-free inner surface is formed, which is also characterized by a low level of contamination.
  • the hollow cylinder obtained in this way is suitable for producing so-called “substrate tubes”. These are used to produce optical preforms by internally depositing core material on the inner wall of the substrate tube (“MCVD method” or “PCVD method”).
  • the hollow cylinder is also suitable in the form of a so-called "jacket tube” for overlaying core rods for the purpose of applying additional jacket material.
  • the task specified above becomes solved according to the invention in that at least part of the quartz glass layers is produced from a hollow cylinder according to the invention.
  • the optical component is a so-called core rod, an optical preform or an optical fiber. Since at least some of the quartz glass layers of the optical component are produced from the quartz glass tube according to the invention, it is characterized by a low impurity content.
  • the optical fibers drawn from a preform according to the invention or obtained using a core rod according to the invention therefore show little optical attenuation.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention starting from the device mentioned at the outset in that the carrier has a first, larger outside diameter over a first part length and a second, smaller outside diameter over a second part length, and in that the suspension has an elongated handle , which is connected to a thickening, wherein the diameter of the enveloping circle around the outer cross section of the handle - seen in the longitudinal direction - is smaller than the second outer diameter, and wherein the diameter of the enveloping circle around the outer cross section of the thickening - seen in the longitudinal direction - smaller than the first outer diameter and larger than the second outer diameter.
  • the device according to the invention results only from the coordinated shaping of two separate components, namely on the one hand the carrier on which Si0 2 particles are deposited to form a blank, and on the other hand the suspension which engages in the inner bore of the blank during glazing.
  • the outer shape of the carrier gives the blank an inner bore which has a larger diameter over a first partial length and a smaller diameter over a second partial length, the transition between the larger and the smaller diameter being referred to as "narrowing", as described above with reference to the invention This narrowing, in turn, serves as an abutment for the suspension.
  • the suspension has a handle which, due to the partial length of the inner bore, also has a handle fits through the smaller diameter, and which is connected with a thickening, which fits through the part length of the inner bore with the larger, but not through that part length of the inner bore with the smaller diameter.
  • the blank can be held in a vertical orientation by means of the suspension, the thickening of the suspension engaging under the constriction of the inner bore.
  • the carrier has a circumferential shoulder between the first part length and the second part length, and the suspension between the handle and the thickening.
  • Such a heel is particularly easy to manufacture and it ensures reproducible mounting of the blank when glazing in a vertical orientation.
  • Figure 1 shows the process step of depositing a porous blank
  • Figure 2 shows the process step of glazing the blank.
  • Figure 1 shows schematically the step of depositing a porous blank 1 using a step-shaped carrier tube 3.
  • the blank 1 is here by means of the known flame hydrolysis method by external deposition of Si0 2 particles on the carrier tube 3 rotating about its longitudinal axis 2 by means of one or more along the surface of the forming blank 1 moving separating burner (not shown in FIG. 1).
  • the carrier tube 3 has the first, larger length section 4 and a second, shorter length section 5.
  • the outer diameter in the length section 4 of 60 mm is reduced in a circumferential step 6 to an outer diameter of 54 mm in the length section 5 of the carrier tube 3.
  • the carrier tube 3 is removed by placing it in Direction of the length section 4 is pulled out of the blank 1.
  • the blank 1 produced in this way has an inner bore 7 which essentially has an inner diameter of 60 mm, but which is reduced by 6 mm over a length of 10 cm in the region of the length section 5b (see FIG. 2).
  • the circumferential shoulder generated by the step 6 in the inner bore of the blank 1 is designated in FIG. 2 by the reference number 6b.
  • the process step of glazing the blank 1 is shown schematically.
  • the blank 1 obtained after the deposition process described above and having a step-shaped inner bore 7 is heated in zones in a vertical orientation - starting with the upper end - in a glazing furnace.
  • the blank 1 is held by means of a suspension 8, which consists of a rod 9 made of quartz glass, which is welded centrally to a circular quartz glass plate 10.
  • the outer diameter of the quartz glass plate 10 is approximately 59 mm; that of the quartz glass rod 9 about 30 mm.
  • the suspension 8 is inserted from below into the blank 1 and pulled up to the stop at paragraph 6b.
  • the quartz glass rod 9 has a length of 50 cm, so that it extends through the entire length section 5b and protrudes from the upper end 11 of the blank 1. Since the quartz glass plate 10 engages under the shoulder 6b, the blank 1 can be held securely by means of the suspension 8.
  • the step 6b produced during the shaping of the inner bore 7 serves as an abutment for the suspension 8 when the blank 1 is glazed.
  • a quartz glass hollow cylinder is obtained from the blank 1 by glazing.
  • part of the suspension 8 (quartz glass plate 10 and part of the quartz glass rod 9) is fused to the blank 1, so that a firm and intimate connection between the blank 1 and the suspension 8 is ensured. Since the suspension 8 has no mechanical contact with the cylindrical surface of the inner bore 7, a tool-free shaped inner wall with a high surface quality is obtained after the glazing.
  • a transition region is provided in a further exemplary embodiment, in which the outer diameter of the carrier tube 3 tapers from the longitudinal section 4 from an outer diameter of 60 mm to the longitudinal section 5 with an outer diameter of 54 mm rejuvenated.
  • the blank formed by means of this carrier accordingly has an inner cone.
  • a holding element is inserted from below, which has an outer cone corresponding to the inner cone.
  • the quartz glass hollow cylinder produced in this way is suitable for use as a "jacket tube” for covering a core rod with quartz glass jacket material, or it is further processed into a so-called “substrate tube” for use in the production of optical preforms for optical fibers according to the so-called MCVD process ,
  • the preforms and optical fibers produced using the hollow cylinder according to the invention are notable for low optical attenuation.

Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines Quarzglasrohrs werden SiO2-Partikel auf einem länglichen, um seine Längsachse rotierenden Träger unter Bildung eines porösen Rohlings mit zylindrischer Innerbohrung abgeschieden, und der Rohling anschliessend in vertikaler Ausrichtung in einem Ofen hängend unter Einsatz einer Aufhängung, die an einer im oberen Bereich der Innenbohrung des Rohlings vorgesehenen Verengung angreift, verglast. Um hiervon ausgehend ein Verfahren anzugeben, bei dem auch schwere Rohlinge ohne komplizierte Haltevorrichtungen sicher und weitgehend ohne eine Gefahr von Verunreinigungen der Innenbohrung gehalten werden können, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Verengung (6b) durch Formung der Innenbohrung (7) beim Abscheiden der SiO2-Partikel erzeugt wird, und dass zum Verglasen eine sich auf die Verengung (6b) abstützende und ansonsten kontaktfrei in die zylindrische Innenbohrung (7) ragende Aufhängung (8; 9; 10) eingesetzt wird.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Hohlzylinders aus Quarzglas, danach hergestellter Hohlzylinder und optisches Bauteil, sowie
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Hohlzylinders aus Quarzglas, umfassend ein Abscheiden von Siθ2-Partikeln auf einem länglichen, um seine Längsachse rotierenden Träger, unter Bildung eines porösen Rohlings mit zylindrischer Innenbohrung, und Verglasen des in vertikaler Ausrichtung in einem Ofen hängenden Rohlings unter Einsatz einer Aufhängung, die an einer im oberen Bereich der Innenbohrung des Rohlings vorgesehenen Verengung angreift.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Quarzglasrohr und ein optisches Bauteil aus Quarzglas, umfassend eine lichtführende Struktur, die durch eine koaxiale Aufeinanderfolge von Quarzglasschichten unterschiedlicher Brechzahl gebildet wird.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, mit einem um seine Längsachse rotierbaren, im wesentlichen zylinderförmigen Träger, auf dessen Zylindermantelfläche Siθ2-Partikel unter Bildung eines eine Innenbohrung aufweisenden, porösen Rohlings abgeschieden werden, und mit einer in die Innenbohrung eingreifenden Aufhängung zur Halterung des Rohlings in vertikaler Ausrichtung während eines Verglasungsschritts.
Die Herstellung von Vorformen für optische Fasern erfolgt häufig über ein Zwischenprodukt in Form eines porösen Rohlings aus Siliciumdioxid-Ruß (im folgenden auch als „Rohling" oder „Sootzylinder" bezeichnet). Die Weiterverarbeitung des Sootzylinders umfasst einen Verglasungsschritt, bei welchem der Sootzylinder in einem Verglasungsofen hängend erhitzt und dabei zu einem dichten Quarzglasrohr verglast wird. Für die Halterung des Sootzylinders während des Verglasungsschritts wurden eine Vielzahl von Maßnahmen vorgeschlagen.
Bei dem aus der US-A 4,252,251 bekannten Verfahren besteht die Halterung aus einem Platindraht, der sich durch eine radiale Durchgangsbohrung im oberen Bereich des Sootkörpers erstreckt und an dem der Sootkörper aufgehängt wird. In der DE-A1 29 06 070 wird eine Halterung vorgeschlagen, bei dem ein Quarzglasrohr von oben in die zylindrische Innenbohrung eingesetzt wird, das an seinem unteren, zur Einführung in den Sootzylinder bestimmten Ende höckerartige Verdickungen aufweist. Zur Verankerung des Quarzglasrohrs in der Innenbohrung werden die Verdickungen um 90 ° verdreht, so dass sich diese in das weiche Sootmaterial eingraben.
Diese Verfahrensweisen gehen mit störendem Abrieb einher und gewährleisten, insbesondere bei großvolumigen, schweren Sootkörpem, keine sichere Handhabung.
Schließlich ist aus der US-A 4,362,545 eine Halterung bekannt, bei der eine Hülse während des Abscheidens der Siθ2-Partikel über einen Teil ihrer Länge in ein Ende des Sootkörpers stabil eingebettet wird. Hierzu erstreckt sich der Träger durch die Hülse hindurch, wobei er mittels Abstandhaltern, die in den Spalt zwischen der Hülse und Träger eingeklemmt sind, geometrisch fixiert wird. Hülse und Träger bestehen beispielsweise aus Aluminiumoxid, Graphit oder aus Quarzglas. Während der Abscheidung wird sowohl der Träger als auch ein Teil der Hülse in den sich aufbauenden Rohling eingebettet. Nach dem Abscheiden wird der Träger entfernt und der Rohling kann für die weitere Bearbeitung an der eingebetteten Hülse in vertikaler Ausrichtung hängend gehalten werden. Durch Spiel bei der Bewegung (Rotation) des Trägers kann es dazu kommen, dass der Spalt zwischen Träger und Hülse aufreißt oder vom abgeschiedenen Si02-Material nicht überbrückt werden kann, so dass die Hülse nicht oder unzureichend im Rohling eingebettet ist. Daher ist eine sorgfältige Abstimmung der Maße von Hülse und Träger, eine genaue Einhaltung von Maßtoleranzen und eine aufwendige Justage erforderlich, was die Herstellung und den Einsatz des bekannten Halters - insbesondere wenn dieser aus Quarzglas besteht - erschwert.
Ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung sind aus der EP- A 701 975 bekannt. Darin wird ein Verfahren zum Sintern eines Sootzylinders mit zylindrischer IB vorgeschlagen, bei welchem dieser in vertikaler Ausrichtung auf einem Haltefuß stehend einer Erhitzungszone zugeführt und darin bereichsweise gesintert wird. Dabei erstreckt sich durch die Innenbohrung des Sootzylinders ein Stützrohr aus porösem Graphit, auf das der Sootzylinder beim Verglasen aufschrumpft. Eine Besonderheit des bekannten Verfahrens besteht darin, dass sich der Sootzylinder beim Sintern selbst aufhängt. Dies wird dadurch erreicht, dass im oberen Bereich der Innenbohrung ein ihren Innendurchmesser verengender, umlaufender Stützring eingeschraubt ist, der aufgrund der Längenkontraktion des Sootzylinders im Verlauf des Sintervorgangs auf der oberen Stirnseite des Stützrohres aufsetzt. Dabei hebt der Sootzylinder vom Haltefuß ab, so dass der weitere Sinterprozess mit vertikal hängendem Sootzylinder erfolgt.
Durch die Befestigung des Stützrings in der Innenbohrung des Sootzylinders kann es zu unerwünschtem Abrieb kommen. Verunreinigungen aus dem Graphit des Stützrohres können in den Sootzylinder gelangen, insbesondere durch den direkten Kontakt zwischen Stützring und der Innenbohrung des Sootzylinders.
Nach dem Verglasen der bekannten Sootzylinder werden diese zur Herstellung von optischen Vorformen eingesetzt. Diese weisen bekanntlich eine lichtführende Struktur auf, die durch eine koaxiale Aufeinanderfolge von Quarzglasschichten unterschiedlicher Brechzahl gebildet wird. Aus den Vorformen werden optische Fasern gezogen. Deren optische Dämpfung wird wesentlich durch den Verunreinigungsgehalt des Quarzglases der Vorformen, insbesondere von Verunreinigungen im lichtführenden Bereich, beeinflusst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten Verfahren so zu verbessern, dass beim Verglasen auch schwere Rohlinge ohne komplizierte Haltevorrichtungen sicher und weitgehend ohne Gefahr einer Verunreinigung der Innenbohrung gehalten werden können und eine geeignete Haltevorrichtung dafür anzugeben. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Hohlzylinder aus Quarzglas mit einer hochreinen Innenbohrung anzugeben, und ein optisches Bauteil aus Quarzglas bereitzustellen, das sich durch einen geringen Verunreinigungsgehalt auszeichnet.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Verengung durch Formung der Innenbohrung beim Abscheiden der Si02-Partikel erzeugt wird, und dass zum Verglasen eine sich auf die Verengung abstützende und ansonsten kontaktfrei in die Innenbohrung ragende Aufhängung eingesetzt wird.
Erfindungsgemäß wird eine Verengung der Innenbohrung bereits während des Abscheideprozesses, durch die Gestaltung der Innenbohrung, erzeugt. Eine nachträgliche Bearbeitung des porösen Rohlings zur Befestigung eines Halteelements und der damit stets einhergehende Abrieb wird so vermieden. Dadurch, dass eine Verengung der Innenbohrung bei deren Formung erzeugt wird, ist auch ein Einbetten eines Halteelements - wie oben zum Stand der Technik erläutert - nicht erforderlich. Dies wird im folgenden begründet.
Die bei der Formung der Innenbohrung erzeugte Verengung dient beim Verglasen des Rohlings als Widerlager für eine Aufhängung. Diese wird erst zum Verglasen in die Innenbohrung eingebracht. Dabei ragt die Aufhängung in die Innenbohrung hinein, derart, dass sich die vorher - beim Abscheideprozess - erzeugte Verengung auf der Aufhängung abstützt. Dadurch wird ein sicherer Halt des Rohlings gewährleistet, ohne dass ein Halteelement in den Rohling eingebettet oder daran befestigt ist.
Auch die Gefahr von Verunreinigungen des Rohling entfällt, da die Verengung der Innenbohrung aus arteigenem Material gebildet ist.
Abgesehen von dem Kontakt im Bereich der Aufhängung mit der Verengung, ragt die Aufhängung beim Verglasen kontaktfrei in die Innenbohrung hinein. Dadurch ist ergibt sich nach dem Verglasen eine werkzeugfrei geformte Innenbohrung. Diese werkzeugfreie Formung hat eine Innenwandung hoher Qualität mit glatter, schädigungsfreier Innenoberfläche zur Folge, die ausbildet, die sich darüberhinaus durch einen geringen Verunreinigungsgehalt auszeichnet.
Vorzugsweise wird die Verengung dadurch erzeugt, dass beim Abscheiden der Siθ2- Partikel ein Träger eingesetzt wird, der über seine Länge gesehen in einem Verjüngungsbereich eine Verringerung seines Außendurchmessers aufweist, wobei das Abscheiden der Si02-Partikel ein Abscheiden auch im Verjüngungsbereich umfasst. Die Verringerung des Außendurchmessers im Verjüngungsbereich bewirkt
BESTATIGUNGSKOPIE die Verengung der Innenbohrung des Rohlings. Bei der Verringerung des Außendurchmessers handelt es sich um eine allmähliche Verjüngung des Träger- Außendurchmessers oder um eine stufenweise Verkleinerung. Die Verringerung des Außendurchmessers ist in bezug auf die Träger-Längsachse rotationssymmetrisch, symmetrisch oder unsymmetrisch. Sie kann beispielsweise in einer einseitigen Abflachung der Träger-Mantelfläche bestehen. Wesentlich ist lediglich, dass Hinterschneidungen vermieden werden, die das Herausziehen des Trägers nach dem Abscheideprozess erschweren würden. Es sind eine oder mehrere Verjüngungsbereiche vorgesehen. Die Si02-Partikel werden auch im Verjüngungsbereich abgeschieden, so dass der sich bildende Rohling mindestens eine Verringerung des Träger-Außendurchmessers überdeckt.
Es hat sich als besonders günstig erwiesen, die Verringerung des Außendurchmessers rotationssymmetrisch in Bezug auf die Längsachse des Trägers auszubilden. Eine derartige Verringerung des Außendurchmessers bewirkt eine rotationssymmetrische, radial umlaufende Verengung der Innenbohrung, wodurch eine stabile Halterung gewährleistet wird.
Besonders geeignet ist eine Verringerung des Außendurchmessers, die einen umlaufenden Absatz umfasst. In diesem Fall weist die Verengung der Innenbohrung einen entsprechenden radial umlaufenden Absatz auf. Auf diese einfache Art und Weise wird eine definierte und stabile Halterung des Rohlings ermöglicht.
In einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante ragt die Aufhängung von oben in die Innenbohrung hinein, so dass sie die Verengung untergreift. Dadurch, dass die Aufhängung von oben in die Innenbohrung eingreift, erübrigt sich weitgehend eine Haltevorrichtung innerhalb der Innenbohrung, wie etwa das beim gattungsgemäßen Verfahren eingesetzte „Stützrohr". Verunreinigungen innerhalb der Innenbohrung und ein Kontakt der Wandung der Innenbohrung mit einem Fremdmaterial werden so weitgehend vermieden. Im einfachsten Fall weist die Innenbohrung eine stufenweise Durchmesserverengung auf, wobei die Aufhängung - ähnlich einer Garnrolle ausgebildet - einen Haltefuß umfasst, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenbohrung, aber größer als der Innendurchmesser im Bereich der Durchmesserverengung, und der mit einem stabförmigen Halter verbunden ist, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser im Bereich der Durchmesserverengung.
Eine weitere Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass mindestens ein Teil der Aufhängung aus Quarzglas besteht. Vorteilhafterweise bestehen diejenigen Teile der Aufhängung in unmittelbarer Nähe des Rohlings aus Quarzglas.
Weiterhin hat es sich als günstig erwiesen, die Aufhängung mit dem Rohling beim Verglasen zu verschmelzen. Dadurch wird eine innige und besonders feste Verbindung erreicht, die eine sichere Handhabung des Rohlings gewährleistet.
Hinsichtlich des Hohlzylinders wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass er nach dem Verglasen eine werkzeugfrei geformte zylindrische Innenbohrung aufweist.
Die zylindrische Innenbohrung des Hohlzylinders erhält ihre Form beim Verglasen nach dem oben beschriebenen Verfahren. Erfindungsgemäß wird die Innenbohrung durch werkzeugfreie Formung erhalten. Eine werkzeugfreie Formung bedeutet, dass beim Verglasen ein Kontakt der Wandung mit einem innerhalb der Innenbohrung angeordneten Bauteil - etwa einer Haltestange - vermieden wird, so dass eine Innenwandung hoher Qualität mit glatter, schädigungsfreier Innenoberfläche ausbildet, die sich darüberhinaus durch einen geringen Verunreinigungsgehalt auszeichnet.
Aufgrund der schädigungs- und verunreinigungsfreien zylindrischen Innenbohrung eignet sich der so erhaltene Hohlzylinder zum Herstellen von sogenannten „Substratrohren". Diese werden zur Herstellung von optischen Vorformen durch Innenabscheidung von Kernmaterial auf der Innenwandung des Substratrohres („MCVD-Verfahren" oder „PCVD-Verfahren") verwendet. Der Hohlzylinder ist aber auch in Form eines sogenannten „Jacketrohres" zum Überfangen von Kemstäben zum Zweck des Aufbringens von zusätzlichem Mantelmaterial geeignet.
Hinsichtlich des optischen Bauteils wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens ein Teil der Quarzglasschichten aus einem erfindungsgemäßen Hohlzylinder hergestellt ist.
Bei dem optischen Bauteil handelt es sich um einen sogenannten Kernstab, eine optische Vorform oder um eine optische Faser. Da mindestens ein Teil der Quarzglasschichten des optischen Bauteils aus dem erfindungsgemäßen Quarzglasrohr hergestellt sind, zeichnet es sich durch einen geringen Verunreinigungsgehalt aus. Die aus einer erfindungsgemäßen Vorform gezogenen oder unter Einsatz eines erfindungsgemäßen Kernstabs erhaltenen optischen Fasern zeigen daher eine geringe optische Dämpfung.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben genannte Aufgabe ausgehend von der eingangs genannten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Träger über eine erste Teillänge einen ersten, größeren Außendurchmesser, und über eine zweite Teillänge einen zweiten, kleineren Außendurchmesser aufweist, und dass die Aufhängung eine längliche Handhabe, die mit einer Verdickung verbunden ist, umfasst, wobei der Durchmesser des Hüllkreises um den Außenquerschnitt der Handhabe - in Längsrichtung gesehen -kleiner ist als der zweite Außendurchmesser, und wobei der Durchmesser des Hüllkreises um den Außenquerschnitt der Verdickung - in Längsrichtung gesehen - kleiner als der erste Außendurchmesser und größer als der zweite Außendurchmesser ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ergibt sich erst durch die aufeinander abgestimmte Formgebung zweier getrennter Bauteile, nämlich einerseits dem Träger, auf dem Si02-Partikel unter Bildung eines Rohlings abgeschieden werden, und andererseits der Aufhängung, die beim Verglasen in die Innenbohrung des Rohlings eingreift. Durch die Außenform des Trägers erhält der Rohling eine Innenbohrung, die über eine erste Teillänge einen größeren Durchmesser und über eine zweite Teillänge einen kleineren Durchmesser aufweist, wobei der Übergang zwischen größerem zum kleineren Durchmesser als „Verengung" bezeichnet wird, wie dies oben anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens näher beschrieben ist. Diese Verengung wiederum dient als Widerlager für die Aufhängung. Hierzu weist die Aufhängung eine Handhabe auf, die durch diejenige Teillänge der Innenbohrung mit dem kleineren Durchmesser hindurchpasst, und die mit einer Verdickung verbunden ist, die zwar durch diejenige Teillänge der Innenbohrung mit dem größeren, jedoch nicht durch diejenige Teillänge der Innenbohrung mit dem kleineren Durchmesser hindurchpasst. Mittels der Aufhängung kann der Rohling in vertikaler Ausrichtung gehalten werden, wobei die Verdickung der Aufhängung die Verengung der Innenbohrung untergreift. Sowohl Aufhängung als auch Träger sind einfach gestaltet.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn der Träger zwischen der ersten Teillänge und der zweiten Teillänge, und die Aufhängung zwischen der Handhabe und der Verdickung jeweils einen umlaufenden Absatz aufweisen. Ein derartiger Absatz lässt sich besonders einfach herstellen und er gewährleistetet eine reproduzierbare Halterung des Rohlings beim Verglasen in vertikaler Ausrichtung.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im einzelnen
Figur 1 den Verfahrensschritt des Abscheidens eines porösen Rohlings unter
Einsatz eines stufenförmigen Trägerrohres,
Figur 2 den Verfahrensschritt des Verglasens des Rohlings.
Figur 1 zeigt schematisch den Verfahrensschritt des Abscheidens eines porösen Rohlings 1 unter Einsatz eines stufenförmigen Trägerrohres 3. Der Rohling 1 wird hierbei mittels des bekannten Flammenhydrolyseverfahrens durch Außenabscheidung von Si02-Partikeln auf dem um seine Längsachse 2 rotierenden Trägerrohr 3 mittels eines oder mehrerer, entlang der Oberfläche des sich bildenden Rohlings 1 bewegter Abscheidebrenner (in Figur 1 nicht dargestellt) hergestellt.
Das Trägerrohr 3 weist über den ersten, größeren Längenabschnitt 4 und einen zweiten, kürzeren Längenabschnitt 5 auf. Der Außendurchmesser im Längenabschnitt 4 von 60 mm verringert sich in einer umlaufenden Stufe 6 auf einen Außendurchmesser von 54 mm im Längenabschnitt 5 des Trägerrohrs 3.
Nach Beendigung des Abscheideprozess wird das Trägerrohr 3 entfernt, indem es in Richtung des Längenabschnitts 4 aus dem Rohling 1 herausgezogen wird. Der so erzeugte Rohling 1 weist eine Innenbohrung 7 auf, die im wesentlichen einen Innendurchmesser von 60 mm aufweist, der jedoch im Bereich des Längenabschnitts 5b (siehe Figur 2) über eine Länge von 10 cm um 6 mm verringert ist. Der durch die Stufe 6 erzeugte umlaufende Absatz in der Innenbohrung des Rohling 1 ist in Figur 2 mit der Bezugsziffer 6b bezeichnet.
In Figur 2 ist schematisch der Verfahrensschritt des Verglasens des Rohlings 1 dargestellt. Hierzu wird der nach dem oben beschriebene Abscheideprozess erhaltene, eine stufenförmige Innenbohrung 7 aufweisende Rohling 1 in vertikaler Ausrichtung zonenweise - mit dem oberen Ende beginnend - in einem Verglasungsofen erhitzt. Dabei wird der Rohling 1 mittels einer Aufhängung 8 gehalten, die aus einem Stab 9 aus Quarzglas besteht, der zentrisch mit einer kreisförmigen Quarzglasplatte 10 verschweißt ist. Der Außendurchmesser der Quarzglasplatte 10 beträgt etwa 59 mm; der des Quarzglasstabs 9 etwa 30 mm.
Die Aufhängung 8 wird von unten in den Rohling 1 eingeführt und bis zum Anschlag an den Absatz 6b nach oben durchgezogen. Der Quarzglasstab 9 hat eine Länge von 50 cm, so dass er sich durch den gesamten Längenabschnitt 5b erstreckt und aus dem oberen Ende 11 des Rohlings 1 herausragt. Da die Quarzglasplatte 10 den Absatz 6b untergreift, kann der Rohling 1 mittels der Aufhängung 8 sicher gehalten werden. Der bei der Formung der Innenbohrung 7 erzeugte Absatz 6b dient beim Verglasen des Rohlings 1 als Widerlager für die Aufhängung 8.
Aus dem Rohling 1 wird durch Verglasen ein Quarzglas-Hohlzylinder erhalten. Während des Verglasens wird ein Teil der Aufhängung 8 (Quarzglasplatte 10 und ein Teil des Quarzglasstabs 9) mit dem Rohling 1 verschmolzen, so dass eine feste und innige Verbindung zwischen Rohling 1 und Aufhängung 8 gewährleistet wird. Da die Aufhängung 8 keinerlei mechanischen Kontakt mit der Zylinderfläche der Innenbohrung 7 aufweist, wird nach dem Verglasen eine werkzeugfrei geformte Innenwandung mit hoher Oberflächenqualität erhalten.
Da der Absatz 6b bei der Formung der Innenbohrung 7 erzeugt wird, erübrigt sich eine nachträgliche Befestigung eines Halteelements, so dass Abrieb und ein Einbringen von Verunreinigungen vermieden werden. Die Aufhängung 8 wird erst nach dem Abscheideprozess in die Innenbohrung 7 eingesetzt, wobei sie mit dem vorher erzeugten Absatz 6b zusammenwirkt. Daher erübrigt sich auch ein Einbetten eines Halteelements in den Rohling, wie dies im Stand der Technik bekannt ist.
Alternativ zu dem in Figur 1 dargestellten Träger 3 mit der Stufe 6, ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel ein Übergangsbereich vorgesehen, in welchem sich der Außendurchmesser des Trägerrohres 3 vom Längenabschnitt 4 von einem Außendurchmesser von 60 mm zum Längenabschnitt 5 mit einem Außendurchmesser von 54 mm konisch verjüngt. Der mittels dieses Trägers geformte Rohling weist dementsprechend einen Innenkonus auf. Zur Halterung des Rohlings beim Verglasen wird von unten ein Halteelement eingeführt, das einen dem Innenkonus entsprechenden Außenkonus aufweist. Auch hierbei wird während des Verglasens ein Kontakt der Aufhängung mit der Zylinderfläche der Innenbohrung vermieden, so dass nach dem Verglasen eine werkzeugfrei geformte Innenwandung mit hoher Oberflächenqualität erhalten wird.
Der so hergestellte Quarzglas-Hohlzylinder ist für einen Einsatz als „Jacketrohr" zum Überfangen eines Kernstabs mit Quarzglas-Mantelmaterial geeignet, oder er wird zu einem sogenannten „Substratrohr" zur Verwendung bei der Herstellung von optischen Vorformen für Lichtwellenleiter nach dem sogenannten MCVD-Verfahren weiterverarbeitet. Die unter Einsatz des erfindungsgemäßen Hohlzylinders hergestellten Vorformen und optischen Fasern zeichnen sich durch eine geringe optische Dämpfung aus.
BESTATIGUNGSKOPIE

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Hohlzylinders aus Quarzglas, umfassend ein Abscheiden von Siθ2-Partikeln auf einem länglichen, um seine Längsachse rotierenden Träger unter Bildung eines porösen Rohlings mit zylindrischer Innenbohrung, und Verglasen des in vertikaler Ausrichtung in einem Ofen hängenden Rohlings unter Einsatz einer Aufhängung, die an einer im oberen Bereich der Innenbohrung des Rohlings vorgesehenen Verengung angreift, dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (6b) durch Formung der Innenbohrung (7) beim Abscheiden der Siθ2-Partikel erzeugt wird, und dass zum Verglasen eine sich auf die Verengung (6b) abstützende und ansonsten kontaktfrei in die Innenbohrung (7) ragende Aufhängung (8; 9; 10) eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verengung (6) erzeugt wird, indem beim Abscheiden der Siθ2-Partikel ein Träger (3) eingesetzt wird, der über seine Länge gesehen in einem Verjüngungsbereich (6) eine Verringerung seines Außendurchmessers aufweist, wobei das Abscheiden der Siθ2-Partikel ein Abscheiden auch im Verjüngungsbereich (6) umfasst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Außendurchmessers rotationssymmetrisch in Bezug auf die Längsachse (2) des Trägers (3) ausgebildet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung des Außendurchmessers einen umlaufenden Absatz (6) umfasst.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung (8; 9; 10) von oben (11) in die Innenbohrung (7) hineinragt, so dass sie die Verengung (6b) untergreift.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Aufhängung (8; 9; 10) aus Quarzglas besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängung (8; 9; 10) mit dem Rohling (1) beim Verglasen verschmolzen wird.
8. Hohlzylinder, erhalten nach einem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er nach dem Verglasen eine werkzeugfrei geformte zylindrische Innenbohrung (7) aufweist.
9. Optisches Bauteil aus Quarzglas, umfassend eine lichtführende Struktur, die durch eine koaxiale Aufeinanderfolge von Quarzglasschichten unterschiedlicher Brechzahl gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil der Quarzglasschichten aus einem Hohlzylinder nach Anspruch 8 hergestellt ist.
10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Anspruch 1 bis 7, mit einem um seine Längsachse rotierbaren, im wesentlichen zylinderförmigen Träger, auf dessen Zylindermantelfläche Siθ2-Partikel unter Bildung eines eine Innenbohrung aufweisenden, porösen Rohlings abgeschieden werden, und mit einer in die Innenbohrung eingreifenden Aufhängung zur Halterung des Rohlings in vertikaler Ausrichtung während eines Verglasungsschritts, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3) über eine erste Teillänge (4) einen ersten, größeren Außendurchmesser, und über eine zweite Teillänge (5) einen zweiten, kleineren Außendurchmesser aufweist, und dass die Aufhängung (8) eine längliche Handhabe (9), die mit einer Verdickung (10) verbunden ist, umfasst, wobei der Durchmesser des Hüllkreises um den Außenquerschnitt der Handhabe (9) - in Längsrichtung . gesehen -kleiner ist als der zweite Außendurchmesser, und wobei der Durchmesser des Hüllkreises um den Außenquerschnitt der Verdickung (10) - in Längsrichtung gesehen - kleiner als der erste Außendurchmesser und größer als der zweite Außendurchmesser ist.
11.Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (3)
BESTATIGUNGSKOPIE zwischen der ersten (4) Teillänge und der zweiten Teillänge (5), und die Aufhängung (8) zwischen der Handhabe (9) und der Verdickung (10) jeweils einen umlaufenden Absatz (6) aufweisen.
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