WO2004039737A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung zylinderförmigen körpers aus quarzglas - Google Patents

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WO2004039737A1
WO2004039737A1 PCT/EP2003/011916 EP0311916W WO2004039737A1 WO 2004039737 A1 WO2004039737 A1 WO 2004039737A1 EP 0311916 W EP0311916 W EP 0311916W WO 2004039737 A1 WO2004039737 A1 WO 2004039737A1
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WO
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loop
media
path
movement path
supply lines
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Application number
PCT/EP2003/011916
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael HÜNERMANN
Original Assignee
Heraeus Tenevo Gmbh
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Publication date
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Priority to US10/532,892 priority patent/US7310975B2/en
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    • 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]
    • C03B37/01413—Reactant delivery systems
    • C03B37/0142—Reactant deposition burners
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00—Glass deposition burners
    • C03B2207/42—Assembly details; Material or dimensions of burner; Manifolds or supports
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2207/00—Glass deposition burners
    • C03B2207/50—Multiple burner arrangements
    • C03B2207/52—Linear array of like burners

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a cylindrical body using a separator arrangement comprising a plurality of separators arranged in a row, to which an initial substance is supplied via media supply lines and by means of which particles are layered on the lateral surface of a carrier rotating about its longitudinal axis to form the cylindrical body are separated by the separator arrangement traversing a closed movement path in a predetermined movement sequence, which comprises at least one separation path running along the longitudinal axis of the carrier.
  • the invention relates to a device for producing a body and suitable for carrying out the invention.
  • Method comprising a separator arrangement comprising a plurality of separators arranged in a row, which are connected to media supply lines for supplying an initial substance, and which can be moved via a closed movement path, which comprises at least one separating path running along a carrier which is rotatable about its longitudinal axis.
  • Cylindrical bodies obtained by a process of the type mentioned at the outset consist, for example, of ceramic, metal, plastics or glass, in particular of doped or undoped quartz glass.
  • quartz glass bodies are used as a preform for optical fibers, or they are used, for example, in rod or tube form as a semi-finished product and as a starting material in the manufacture of optical fibers, optics, in particular for optical quartz glass elements for use in microlithography or for the production of equipment for semiconductor production.
  • Synthetic quartz glass for these applications is often produced by flame hydrolysis of suitable silicon-containing starting components, in particular silanes or siloxanes, using the known OVD process (Outside Vapor Deposition).
  • a Intermediate product in the form of a tubular “soot body” made of porous quartz glass.
  • the silicon-containing starting component and fuels (media) are fed to a deposition burner, hydrolyzed to SiO 2 particles in a burner flame and the particles are formed on a carrier rotating about its longitudinal axis the tubular SiO 2 soot body deposited in layers. from the tubular soot body and by collapsing a quartz glass tube of the inner bore is obtained a silica glass rod by sintering.
  • Separation burners vary locally depending on the surface temperature and the mass application, which also causes inhomogeneities. These can lead to an irregular surface and make themselves unfavorably noticeable in the further processing of the soot body and thus reduce the quality of the quartz glass cylinder obtained from the soot body or require complex reworking. Although this technology is characterized by a high deposition rate, the quartz glass cylinders obtained - without reworking - can only be used to produce quartz glass with comparatively low homogeneity requirements.
  • Circular movement of the separating burner necessitates complex measures in order to avoid longitudinal torsion of the media supply lines and twisting among one another.
  • US 4,684,384 A two measures are recommended for this.
  • a reciprocating movement of the burner row with the disadvantages already discussed above.
  • the use of a rotating union to feed the media flows into the separation chamber.
  • the essentially made of metallic and made Sealing components existing rotary union is extremely complex in terms of design and, due to the chemical aggressiveness of the media used (such as SiCI 4 ), should only meet the usual process requirements for purity, operational reliability and reproducibility to a limited extent.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an economical, reproducible and reliable method for producing cylindrical bodies, in particular for producing soot layers made of SiO 2 , on a support with a high deposition rate and at the same time high homogeneity.
  • the invention is also based on the object of providing a structurally simple and inexpensive device which is also suitable for carrying out the method according to the invention.
  • this output is achieved according to the invention in that the movement path comprises a first loop and a second loop, the passage through the first loop twisting the media feed lines to the right, and that
  • Passing through the second loop causes the media feed lines to twist to the left.
  • the separator arrangement Without reversing the direction of movement, the separator arrangement repeatedly runs through a closed movement path, along which one or more carriers are arranged to form one or more bodies.
  • the section of the movement path along which the separators cause particles to be separated on the carrier is also referred to here and below as the “separation path”.
  • both a reversal of the separator movement and a rotary feedthrough for the media supply can be dispensed with.
  • a slight twisting of the media supply lines with one another is accepted, but shearing or tearing off of the lines is prevented by the fact that the separator arrangement during its movement sequence has at least two loops which act counter to the twisting of the media supply lines passes.
  • at least one first loop which causes the media feed lines to twist to the right and at least one second loop, in which the media feed lines experience a left twist.
  • Right-hand twist and left-hand twist cancel each other out in the simplest case after each run through the complete trajectory.
  • the closed movement path is defined by the starting point of the burner movement and the subsequent path for returning the separator arrangement to the starting point.
  • the separator arrangement runs through the movement path once or several times. It is essential that with each movement sequence at least a section of the movement path is designed as a separation path, and that the separator arrangement runs through at least one loop with right twisting of the media supply lines and at least one loop with left twisting of the media supply lines.
  • the media supply lines are designed so flexibly that they can accommodate the required level of twisting and torsion. A torsion of the individual media supply line can also be counteracted by an axially rotatable mounting of the separating burner, so that the torsion of the individual media supply lines is no longer considered in the following.
  • the separator arrangement consists of a series of separators.
  • the length of the separator arrangement or the number of its separators depends on the length of the movement path and the length of the at least one separation path.
  • a separator arrangement can be used which is shorter than the length of the cylindrical body to be produced, but preferably the separator arrangement is longer than the body, as will become clear from the following explanations. In any case, a high total separation rate (per unit time) is achieved due to the use of a separator arrangement comprising several separators.
  • the separator arrangement is always moved from an end face of the forming body to the opposite end face, so that turning points of the separator movement that do not appear on the body surface do not occur and thus axially homogeneous material properties and a flat surface
  • the method according to the invention therefore enables a high deposition rate with an axially homogeneous distribution of the material properties of the body and an exact cylinder geometry without significant surface ripple.
  • the method according to the invention is suitable for producing cylindrical bodies from different materials, in particular from SiO 2 .
  • the separators are designed, for example, as flame hydrolysis burners or plasma burners for the formation and subsequent separation of particles from the material on the carrier, as burners for flame and plasma spraying or as atomizing nozzles or injectors for applying layers of powders from the respective material on a carrier ,
  • the particles to be separated on the carrier are fed in the separator or formed in the separator.
  • a tubular Si0 2 soot body is produced by the process, from which a quartz glass tube can be obtained by sintering and a quartz glass rod can be obtained by collapsing its inner bore.
  • the carrier is usually removed before sintering or collapsing, otherwise the soot body is collapsed onto the carrier during sintering.
  • the carrier is a rod-shaped or tubular body Graphite, from a ceramic material such as aluminum oxide, from undoped quartz glass, from doped quartz glass or from doped or undoped porous Si0 2 soot.
  • Carriers made of doped quartz glass or doped SiO 2 soot can also have a radially inhomogeneous dopant distribution and in particular can be designed as a semifinished product for optical fibers as a so-called “core rod” with a radially inhomogeneous refractive index profile.
  • a particularly preferred embodiment of the method according to the invention is characterized in that that adjacent separators of the separator arrangement keep a desired distance in the range between 5 cm and 50 cm from each other, and that when the separator travels through the first separator the
  • Separator arrangement follows the last separator at a distance in the range of the target distance.
  • the nominal distance of the separators from one another is in the usual range between 5 cm and 50 cm, although a constant separator-separator distance in the separator arrangement is not necessary. It is essential that the first separator of the separator arrangement always follows the last separator at a similar distance to the specified target distance during the course of movement along the separating path. This ensures a continuous deposition process on the carrier and prevents excessive cooling of the body surface, which has an advantageous effect on the homogeneity of the deposition process and enables a constant axial mass deposition and a homogeneous density distribution.
  • This separation process which is as continuous as possible, is also referred to below as “uniform frequency” of the separation path.
  • the first loop is run in a predetermined direction of rotation and the second loop in the opposite direction of rotation.
  • the movement path comprises at least a first loop and a second loop which are traversed in the opposite direction of rotation.
  • first loop and second loop chosen for this do not mean anything about the order in which these loops are traversed by the separator arrangement.
  • the separators move once to the left and once to the right (or vice versa), so that the media supply lines are initially twisted by 360 degrees with each movement sequence and untwisted again as they pass through the subsequent loop.
  • the movement path can also comprise more than two loops; It is essential that the twists caused by the loops can be fully compensated for in the same or in a later movement sequence.
  • first loop and the second loop have a common deposition path.
  • This embodiment of the movement path is also referred to below as a "double loop”.
  • the separation path forms a path on the movement path common to both loops.
  • the path of movement branches by "setting the course” into a turn belonging to the first loop to the right or into a turn belonging to the second loop to the left.
  • the two loops can also have several separation paths in common.
  • a kind of " Switch "required, however, a crossing point between the loops, which requires a corresponding mechanical adjustment of the movement path, and which can cause problems due to mutual hindrance of the media supply lines, in particular in the case of long separator arrangements.
  • the separator arrangement always runs through the common separating path in the same direction of movement, which promotes its uniform frequency and thus improves the homogeneity of the soot body.
  • the two loops each have a separation path and they have an intersection point with one another.
  • the two loops differ in their direction of rotation.
  • the first loop and the second loop overlap at the crossing point, it not being necessary for the loops to run in a common plane at the crossing point; the crossing point results in any case in the projection of the movement path onto one of the planes running parallel to the longitudinal axis of the beam. Overlapping the loops opens up a multitude of
  • An embodiment of the method according to the invention is preferred, in which the separators are operated in a separation mode with separation of particles on the cylindrical surface of the carrier when passing through the separation path, and in an idle mode without separation of particles.
  • the separator arrangement is at least twice as long as the partial length of the separator arrangement, each with separators operated in the separation mode. This helps to homogenize the deposition process on the carrier, and thus to maintain an approximately constant temperature of the body surface in the case of heating separators. For this it is necessary that as soon as the first separator of the separator arrangement leaves the common separating path at the front end in order to be returned via the loop towards the rear end, another separator is used at the rear end. Since the return path to the rear end of a cylindrical body cannot be shorter than the separation path itself, the separator arrangement must be at least twice the length of the separation path.
  • the right-hand twist and left-hand twist of the media supply lines are achieved by correspondingly winding loops of the movement path, in that the separator arrangement changes its direction of rotation (the direction of rotation).
  • the first loop which causes the right-hand twist and the second loop which causes the left-hand twist is generated by a suitable dynamic feed of the media feed lines.
  • the movement path comprises a single loop, which is passed through by the separator arrangement at least once as the first loop and at least once as the second loop in the same direction of rotation, the media supply lines or a media collecting line branching into the media supply lines being displaced during the movement sequence in such a way that during the passage the first loop is twisted to the right and when passing through the second loop is twisted to the left of the media feed lines or the media manifold.
  • the media supply lines or a media collecting line branching into the media supply lines are shifted during a movement sequence in such a way that the media supply lines or the media collecting line are twisted to the left and twisted to the right.
  • the direction of twisting of the media supply lines depends on the side from which media supply lines or media collecting line are brought to the separators. In one case there is a left twisting of the media supply lines with each other, in the other case there is a right twisting.
  • This effect is used in the method according to the invention to avoid excessive twisting of the media feed lines, in that the media feed lines or the media collecting line come at least once from one side (from above) of the movement path and at least once from the opposite side (from below) during a movement sequence. the trajectory coming towards the separator. With this procedure, it is therefore necessary to be able to shift the media supply lines or the media collecting line from one side of the movement path to the other side.
  • An otherwise closed track is traversed across the track by the media supply lines or by the media collecting line. In this variant of the method, a simple, closed single loop is sufficient; a double loop or an 8-shape loop is not required.
  • the single loop is run through at least twice with each movement sequence, once as the first loop with right twisting and once as the second loop with left twisting of the media supply lines or the media collecting line.
  • the procedure is illustrated in the following using a simple example: If the separators run through a closed single loop spanning a horizontal plane counterclockwise, and in this case the media supply lines are brought to the separators from below the horizontal plane, the lines are twisted in one direction; otherwise, when the media supply lines are fed from above the horizontal plane and through the Trajectory, there is a twist in the other direction.
  • the media supply lines are shifted, for example, according to predetermined time intervals, depending on the position of the separator arrangement on the movement path, after passing through the movement path one or more times, if required or statistically.
  • a previously generated twisting of the media supply lines is compensated for in whole or in part or overcompensated after they have been relocated.
  • the aforementioned relocation of the media supply lines is particularly simple if the individual media supply lines are bundled to form a media collecting line which branches off at a branching point into the media supply lines connected to the separators.
  • the media manifold is designed, for example, as a bundle of the individual media feed lines, in which case the media feed lines are simply fanned out at the branch point, or the media manifold contains a single line for each of the media to be fed to the separators (starting substances, fuels), in which If a container is provided at the branching point, from which the individual media supply lines branch off.
  • the branch point is preferably close to the plane of the trajectory; however, it is not necessary to shift this branch point in order to twist the media feed lines or the media collecting line to the right or left;
  • the direction of the lines immediately before the separators is essential for the direction of the twisting after the displacement.
  • moving the media supply lines or moving the media collecting line involves passing through the movement path.
  • the movement path is traversed by the individual media supply lines or by the media collecting line, the movement path having a suitable passage for this, for example in the form of a permanent or closable gap. After the passage of the media supply lines or the media collecting line, there is a reversal of the previous twisting direction for these lines.
  • the single loop is preferably completely occupied by the separators of the separator arrangement.
  • the complete coverage with separators enables continuous separation without interruption due to gaps in the separator arrangement and thus a homogeneous temperature application to the body or the body when heating separators are used - such as separating burners in the form of plasma burners or flame hydrolysis burners.
  • This procedure has a particularly favorable effect if a number of carriers are arranged one behind the other along the movement path, on which material particles are deposited.
  • the media supply lines or the media collecting line are each relocated once they pass through the movement path.
  • the movement path is completely and alternately traversed in the case of media supply lines coming from one side and in the case of media supply lines coming from the other side.
  • the media supply lines or the media collecting line can cross the aforementioned permanent or temporary gap in the movement path before or after the separator arrangement passes this gap.
  • the method can be carried out in a particularly simple manner if the media supply lines or the media collecting line are shifted alternately after each passing through the first loop and the second loop. It has also proven to be advantageous if the media supply lines have a pre-twist with a twisting direction before each passage through the movement path, which is opposite to the twisting direction when the movement path subsequently passes through.
  • twisting of the media supply lines can be limited to 180 degrees in one and in the other direction.
  • a further improvement of the two alternative methods described results if at least two carriers rotating about their respective longitudinal axes are provided along the movement path, the movement path each comprising at least one deposition path running along each carrier.
  • the separator arrangement can be returned to the beginning of the first separation path via a further, second separation path. This prevents the separators from running idle and increases the overall separation rate.
  • the at least two carriers have longitudinal axes running parallel to one another.
  • Arranging the beams in parallel results in a short length of the movement path. This applies in particular when using two carriers, whereas polygonal arrangements can also be advantageous with three or more carriers.
  • Main separation direction is assigned, which is inclined by a maximum of 30 degrees with respect to a plane spanned by the carrier.
  • the media supply lines (or the Manifold) can be reduced in their relocation.
  • two separation paths can be realized in this way between two supports located opposite one another on the movement path, which are connected to one another by 180 degree arcs with a small radius. Narrow 180 degree bends ensure the lowest possible idle of the separators or little loss of raw material.
  • two carriers arranged along a movement path span a horizontally oriented movement path plane.
  • the main separation direction also runs horizontally, or it runs slightly inclined - with an inclination angle with respect to the horizontal of a maximum of 30 degrees - upwards.
  • the main separating direction corresponds to the main propagation direction of the respective burner flame.
  • the above-mentioned object is achieved according to the invention on the basis of a device of the type mentioned at the outset in that the movement path comprises a first loop that twists the media feed lines to the right and a second loop that twists the media feed lines to the left.
  • the separator arrangement Without reversing the direction of movement, the separator arrangement repeatedly runs through a closed movement path, along which one or more carriers are arranged to form a separator body or a plurality of cylindrical separator bodies.
  • the device according to the invention dispenses with a rotary feedthrough for the supply of the starting substances. Instead, a slight twisting of the media supply lines with one another is accepted, but shearing or tearing off of the lines is prevented by the fact that the separator arrangement passes through at least two loops which act counter to the twisting of the media supply lines during their movement. Namely at least one first loop, which causes the media supply lines to twist to the right and at least one further, second loop, in which the media supply lines one Experience left twisting. In the simplest case, twisting to the right and twisting to the left cancel each other out completely each time the movement path is traversed. If after a single traversal of the trajectory a residual twist remains in one direction, its compensation or overcompensation takes place by an excess of opposite twisting when the trajectory is subsequently traversed.
  • the closed movement path is defined by the starting point of the burner movement and the subsequent path for returning the separator arrangement to the starting point.
  • the separator arrangement runs through the movement path once or several times. It is essential that with each movement sequence at least one section of the movement path is designed as a separation path, and that the separator arrangement runs through at least one loop with right twisting of the media supply lines and at least one loop with left twisting of the media supply lines.
  • the media supply lines are designed so flexibly that they can absorb the necessary amount of twist and torsion. A torsion of the individual media supply lines can also be counteracted by an axially rotatable mounting of the separators, so that the torsion of the individual media supply lines is no longer considered in the following.
  • the separator arrangement consists of a series of separators. These are, for example, flame hydrolysis burners or plasma burners for the formation and subsequent separation of particles from the material on the carrier, or burners for flame and plasma spraying or atomizing nozzles or injectors for applying layers of powders made of the respective material on the Carrier.
  • the length of the separator arrangement or the number of its separators depends on the length of the movement path and the length of the at least one separation path.
  • a separator arrangement can be used which is shorter than the length of the body to be produced, but preferably the separator arrangement is longer than the body. In any case, as a result of Using a separator arrangement comprising several separators achieves a high total separation rate (per unit of time).
  • the separator arrangement is always moved from an end face of the body being formed to the opposite end face, so that turning points of the separator movement that do not appear on the body surface do not occur and thus axially homogeneous material properties and a flat surface are achieved.
  • the device according to the invention therefore enables a high deposition rate with simultaneously axially homogeneous application of mass and homogeneous distribution of the material properties of the deposition body and, consequently, exact cylinder geometry without substantial surface ripple, the disadvantages associated with a rotary union being avoided with regard to the design outlay and the low operational reliability and reproducibility ,
  • the first loop and the second loop advantageously have the same length.
  • An embodiment of the device according to the invention has proven to be suitable for carrying out the above-described method variant while moving the media supply lines during the movement sequence, in which the movement path comprises a closed single loop, which is at least once as a first loop by the burner arrangement and at least once in the same direction of rotation second loop is run through, and that a device for relocating the media feed lines or a media manifold branching into the media feed lines is provided, such that the media feed lines or the media manifold alternately come from one side of the closed single loop and from that during a movement sequence coming on the opposite side of the single loop, run to the separators.
  • the movement path comprises a closed single loop, which is at least once as a first loop by the burner arrangement and at least once in the same direction of rotation second loop is run through, and that a device for relocating the media feed lines or a media manifold branching into the media feed lines is provided, such that the media feed lines or the media manifold alternately come from one side of the closed single loop and from that during
  • a particularly preferred embodiment of the device according to the invention with at least two carriers with longitudinal axes running parallel to one another is characterized in that the distance between the longitudinal axes of the carriers can be increased.
  • FIG. 1 a device for carrying out the method according to the invention with a movement path in the form of a double loop with a common separation path in a view from below of the carrier,
  • Figure 2 a second embodiment of the device with a movement path in the form of an 8-shaped loop and with two
  • FIG. 3 shows the variant of the device according to FIG. 2 in a view of the end face of the longitudinal axis of the carrier
  • Figure 4 a further embodiment of the device with a movement path in the form of a single loop and around one
  • Figure 5 the embodiment of Figure 5 in a side view
  • FIG. 6 a further embodiment variant of the device with a movement path in the form of a closed single loop with left and right turns around four supports arranged in a square and with media supply lines which can be displaced around the movement path plane in a plan view.
  • the arrangement according to FIG. 1 shows a carrier 1 in the form of an aluminum oxide tube which rotates about its longitudinal axis 2, as indicated by the rotation arrows.
  • a porous soot body 3 is formed on the carrier 1 by means of the OVD method (Outside Vapor Deposition).
  • a total of 16 separation burners 4 made of quartz glass - as separators in the sense of the present invention - are provided, which move in a row at a distance of 15 cm in the form of a “burner coil” 5 along a movement path 6 with a total length of 4.80 m
  • the movement path 6 is designed as a rail, as will be explained in detail with reference to Figure 3.
  • the individual separating burners 4 of the burner coil 5 are connected to one another by means of a chain
  • the movement path 6 has the form of a double loop, the two loop sections 7a, 7b have the same length and a central section 8, which runs parallel to the longitudinal axis 2.
  • the length of the burner coil 5 is 2.25 m, which is half the length of the movement path 6 minus a burner-burner distance of 15 cm - and therefore also approximately twice the length of the middle section 8.
  • the burner coil 5 is there by a solid bold line
  • the part of the movement path 6 not currently occupied by separating burners 4 is shown by a thin dotted line.
  • the movement path 6 is designed in the form of a guide rail for the burner coil 5.
  • the separating burners 4 are each supplied with SiCl 4 , hydrogen and oxygen via separate media supply lines 9.
  • the media feed lines 9 coming from below run perpendicular to the sheet plane. They consist of flexible tubes made of PFA (perfluoroalkoxy) or of or made of polytetrafluoroethylene (Teflon). For reasons of purity, chemical resistance and temperature resistance, both materials have proven to be suitable materials for the formation of the media supply lines.
  • the deposition burners 4 are nominally fed equal amounts of the media in the form of SiCl 4 , oxygen and hydrogen via separate media feed lines 9 and in each case in a burner flame (the direction of propagation in the illustration of FIG. 1 in the direction of the sheet plane in the direction runs on the soot body 3) converted to SiO 2 particles.
  • the burner flames are directed at the carrier 1 or at the surface 11 of the soot body 3 already formed thereon, so that by means of the deposition burner 4 on the carrier 1, layer-by-layer SiO 2 particles are formed to form the porous SiO 2 soot body 3 be deposited.
  • the middle section 8 is a “separation path” in the sense of the invention.
  • the burner coil 5 is moved along the movement path 6 in a repetitive movement sequence - without reversing the direction of movement.
  • the movement sequence is outlined by the directional arrows 10.
  • the center section 8 of the movement path 6 is always traversed from left to right by the burner coil 5 in the illustration in FIG. 1, 8 SiO 2 particles being deposited on the cylinder jacket surface 11 of the soot body 3 only in the center section 8.
  • the movement path 6 branches once into the loop section 7a which is wound to the left and into the loop section 7b which is wound to the right during the next pass.
  • the burner coil 5 passes through the middle section 8 from the starting point 13 (left end of the middle section 8) to the end 12 (right end of the middle section 8) and opens there first into the loop section 7a wound to the left, via which the Burner coil 5 is returned to the starting point 13. Until then, the media feed lines 9 are twisted to the left by 360 degrees.
  • the last separating burner 4 of the burner coil 5 is provided with a boom which switches a switch. After passing through the middle section 8 again, the burner coil 5 opens into the loop section 7b which is wound to the right and via which it goes back to the starting point 13 is returned to where the next sequence of movements begins.
  • the length of the burner coil 5 is selected such that the foremost separating burner 4 is inserted into the central section 8 at a starting point 13 at a distance of approximately 15 cm from the last separating burner 4 of the burner coil 5.
  • the method according to the invention enables homogeneous separation of the SiGv particles with a high separation rate, it being possible to dispense with structurally complex rotary unions for the media supply.
  • FIGS. 2 to 6 designate the same or equivalent parts of the device as the corresponding reference numbers in FIG. 1. Further explanations can be found in the above statements.
  • a carrier 1 in the form of an aluminum oxide tube which rotates about its longitudinal axis 2.
  • a porous soot body 3 is formed on the carrier 1 by means of the OVD method (Outside Vapor Deposition).
  • a total of 18 quartz glass separating burners 4 are provided for this purpose, which are moved in a row at a distance of 10 cm each in the form of a “burner coil” 5 along a movement path 6.
  • the movement path 6 has the shape of an 8-shaped loop consisting of the two loop sections 27a, 27b, which overlap at a crossing point 21.
  • the two loop sections 27a and 27b are of equal length each have a deposition path 28a, 28b that runs parallel to the longitudinal axis 2 of the carrier.
  • the length of the burner coil 5 and the lengths of the loop sections 27a, 27b are matched to one another such that the first separating burner 4b on one separating path 28b follows the last separating burner 4a on the other separating path 28a at a distance of 10 cm.
  • the length of the burner coil 5 corresponds to half the length of the movement path 6 minus a burner-burner distance of 10 cm, which is 170 cm in the specific case.
  • the separating burners 4 run through the separating path 28b and the separating path 28a in the same direction (from right to left), as indicated by the directional arrows 10.
  • the crossing point 21 lies in an area outside the deposition paths 28a, 28b.
  • the crossing point 21, in which the loop sections 27a and 27b intersect, is structurally designed as a simple rail crossing.
  • the separating burners 4 are separated from one another
  • Media feed lines 9 each supplied SiCI, hydrogen and oxygen.
  • the media feed lines 9 coming from below run perpendicular to the sheet plane. They consist of flexible hoses made of PFA.
  • the deposition burners 4 are supplied with nominally equal amounts of the media in the form of SiCl, oxygen and hydrogen and in each case in a burner flame (the direction of propagation of which in the illustration in FIG. 2 is perpendicular to the plane of the sheet in the direction of the soot body 3 ) converted to SiO 2 particles.
  • the burner flames are on passing through the deposition paths 28a; 28b directed onto the carrier 1 or onto the surface 11 of the soot body 3 already formed thereon, so that SiO 2 particles are deposited in layers on the carrier 1 by means of the deposition burner 4 to form the porous SiO 2 soot body 3.
  • the SiCI supply to the separation burners 4 stopped.
  • Those deposition burners 4 to which no SiCl is currently being supplied are provided with a lighter hatching.
  • the burner coil 5 is moved along the movement path 6 in a repetitive movement sequence - without reversing the direction of movement.
  • the movement sequence is symbolized by the directional arrows 10.
  • the following sequence of movements results in the exemplary embodiment:
  • the burner coil 5 Before the start of the first pass, the burner coil 5 is left-twisted at minus 180 degrees. Starting at the right end of the soot body 3, it runs through the deposition path 28a and the loop section 27a wound to the right with the result of a compensation of the pre-twisting of the media supply lines 9, then crosses the crossing point 21 and then passes through the deposition path 28b with a right twist of 180 degrees.
  • the deposition path 28b runs parallel to the deposition path 28a along the carrier 1, offset by approximately 4 cm.
  • the burner coil 5 arrives from the deposition path 28b via the one winding 180 degrees to the left
  • the media supply lines 9 are twisted by a maximum of 180 degrees to the left and to the right.
  • the deposition paths 28a and 28b each extend laterally offset by about 2 cm from the longitudinal axis 2, and as is indicated schematically in FIG. 3.
  • the figure shows a view of the device according to FIG. 2 in the direction of the longitudinal axis of the carrier, and in a projection of the two separating burners 4a and 4b arranged one behind the other on different separation paths 28a and 28b in the longitudinal axis direction onto a common plane (leaf plane).
  • the distance of 2 cm with respect to the vertical 24 (central axis) relates to the minimum distance of the opposing rails 14 from one another.
  • the inclination of the separating burner 4 is set such that the extension of the main direction of propagation 23 of the burner flames 26 intersects the longitudinal axis 2.
  • the rail 14 comprises two metal rods running parallel to one another and along the movement path 6.
  • the holding and guiding of the separating burner 4a, 4b on the rail 14 consists of an inner part 15, on which the quartz glass separating burner 4 is fixed, and an outer part 16, which has a receptacle into which the inner part 15 protrudes and is axially ( is rotatably mounted about the main direction of propagation 23), as indicated by the rotation arrow 18.
  • the outer part 16 also serves to guide the separating burner 4a, 4b on the rail 14.
  • the rotatable mounting of all separating burners 4 reduces the torsion of the individual media feed lines 9 to the separating burners 4 when they pass through the movement path 6.
  • the method according to the invention enables homogeneous deposition of the Si0 2 particles with a high deposition rate, it being possible to dispense with structurally complex rotary unions for the media supply.
  • the deposition burner 4 is guided in a single loop 30.
  • the single loop 30 has two separation paths 31a, 31b, each running along two soot bodies 3, which are connected to one another via curved ends 34.
  • Two counter-rotating supports 1 with longitudinal axes 2 arranged parallel to one another are arranged along the separating paths 31a, 31b.
  • the single loop 30 defines a horizontally oriented burner plane 32, which corresponds to the plane of the drawing sheet in the exemplary embodiment.
  • the length of the burner coil 5 extends over the entire movement path 6, the distance between adjacent burners being 10 cm.
  • twisting of the media feed lines 9 is avoided by a compensating movement, in which the media feed lines 9 alternate once from above the burner level 32 to
  • the media feed lines 9 are to a media collecting line
  • the single loop 30 is run through once as the first loop 30a with right twisting of the media feed lines and after the displacement of the media feed lines 9 the next time as second loop 30b with left twist of the media feed lines (FIG. 9).
  • the two soot bodies 3 are arranged such that the longitudinal axes 2 of the respective carriers 1 are parallel to one another and in the
  • Burner level 32 run.
  • the soot bodies 3 are acted upon by the separating burners 4 at the same angle. This is necessary if the two soot bodies 3 are to have identical properties with regard to density and mass, without the media supply being adapted.
  • the deposition burner 4 is directed onto the soot body surface 11 in such a way that the main direction of propagation of the burner flames likewise runs in the burner plane 32, that is to say horizontally.
  • This arrangement of the separating burner 4 has the advantages that the deflection of the separating burner 4 in the region of the two curved ends 34 of the movement path 6 takes place simply by simply pivoting the separating burner 4 in the distilleries 32, for which a short distance (narrow radius of curvature) and a correspondingly short one Duration to traverse the ends
  • a stationary additional heater 38 is provided on each of the two front ends of the soot body 3.
  • the ends of the soot bodies 3 are compressed by means of these additional heaters 38 and their mechanical strength is thereby improved.
  • FIG. 5 shows in detail that the individual media supply lines 9 are first combined in the middle of the burner arrangement 6 to form a media collecting line 33. If the position of the media collecting line 33 remained the same, it would twist further with each revolution.
  • the media collecting line 33 is passed through a gap 35 in the movement path 6 from top to bottom or vice versa each time the last separating burner 4 of the burner coil 5 has passed the gap 35.
  • the complete movement sequence consists of two revolutions of the burner coil 5 around the movement path 6, the media collecting line 33 being guided from above through the burner level 32 during the first circulation, and fed to the separating burners 4 during the second circulation from below the burner level 32 becomes.
  • This method variant of the method according to the invention also enables homogeneous deposition of the SiO 2 particles with a high deposition rate, it being possible to dispense with structurally complex rotary unions for the media supply.
  • FIG. 6 shows a modification of the device shown in FIGS. 4 and 5, in which four carriers 1 are arranged in a square along a closed movement path 6.
  • the separation burners 4 of the burner coil 5 pass through the movement path 6 with a clockwise rotation in the direction indicated by the direction arrows 10 with a burner-burner distance of 15 cm, the movement path 6 having four separation paths 58a, 58b, 58c and 58d.
  • the trajectory 6 is completely occupied by separating burner 4, the distance between the first separating burner 4a of the burner coil 5 and the last separating burner 4b of the burner coil 5 being approximately 30 cm.
  • the soot bodies 3 are arranged in such a way that the longitudinal axes 2 of the respective carriers 1 run in a common, horizontally running burner plane 52.
  • the soot bodies 3 are acted upon from below by the separating burners 4 perpendicular to the burner plane 52.
  • This orientation of the separating burner 4 has the advantage that when the separating burner 4 is deflected in the region of the curved regions 51 of the movement path 6, it is not necessary to change the orientation of the separating burner 4 with respect to the burner plane 52.
  • the media supply lines 9 are bundled to form a media collecting line 33 and they branch at a branching point 37. If the lines of the media supply lines 9 remain the same, they would twist further with each revolution of the burner coil 6. This is avoided according to the invention in that each time the last separating burner 4b has passed a gap 35 in the movement path 6, the media collecting line 33 is displaced and is thereby guided through the gap 35, as indicated by the directional arrow 53, so that the Media supply lines 9 are led once from below the burner level 52, and once from above through the burner level 52 to the separating burners 4, with the media twisting being reversed each time the media supply lines 9 are shifted.
  • the complete movement sequence consists of two revolutions of the burner coil 5 around the movement path 6, the media collecting line 33 being guided from above through the burner level 32 during the first circulation, and the separating burners 4 during the second circulation from below the burner level 32 is fed.
  • This method variant of the method according to the invention also enables homogeneous deposition of the SiO 2 particles with a high deposition rate, it being possible to dispense with structurally complex rotary unions for the media supply.

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Abstract

Bei einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Körpers wird der Einsatz einer Abscheideranordnung (5) aus mehreren in einer Reihe angeordneten Abscheiden (4), denen über Medienzufuhrleitungen (9) eine Ausgangssubstanz zugeführt wird, vorgeschlagen, wobei die Abscheideranordnung (5) in enem vorgegebenen Bewegungsablauf eine geschlossene Bewegungsbahn (6) durchläuft, die mindestens einen entlang der Träger-Längschse (2) verlaufenden Abscheidepfad (8) umfasst. Um hiervon ausgehend ein wirtschaftliches, reproduzierbares und betriebssicheres Verfahren auzugeben, um insbesondere Sootischichten (3) auf einem Träger (1) mit hoher Abscheiderate und gleichzeitig hoher Homogenität herzustellen, wird erfindungesgemäss vorgeschlagen, dass die Bewegungsbahn (6) eine erste Schleife (7a, 8) eine zweite Schleife (7b, 8) umfasst, wobei das Durchlaufen der ersten Schleife (7a, 8) eine Rechtsverdrillung der ;Mediemzufuhrleitungen (9), und das Durchlaufen der zweiten Schleife (7b, 8) Schleife eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen (9) bewirkt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines zylindrischen Körpers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Körpers unter Einsatz einer Abscheideranordnung aus mehrerer, in einer Reihe angeordneten Abscheidern, denen über Medienzufuhrleitungen eine Ausgangssubstanz zugeführt wird und mittels denen Partikel auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers unter Bildung des zylindrischen Körpers schichtweise abgeschieden werden, indem die Abscheideranordnung in einem vorgegebenen Bewegungsablauf eine geschlossene Bewegungsbahn durchläuft, die mindestens einen entlang der Träger-Längsachse verlaufenden Abscheidepfad umfasst.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung eines Körpers und geeignet zur Durchführung des erfindungsgemäßen. Verfahrens, umfassend eine Abscheideranordnung aus mehreren in einer Reihe angeordneten Abscheidern, die mit Medienzufuhrleitungen für die Zufuhr einer Ausgangssubstanz verbunden sind, und die über eine geschlossene Bewegungsbahn, die mindestens einen entlang eines um seine Längsachse rotierbaren Trägers verlaufenden, Abscheidepfad umfasst, bewegbar ist.
Nach einem Verfahren der eingangs genannten Gattung erhaltene zylindrische Körper bestehen beispielsweise aus Keramik, Metall, Kunststoffen oder Glas, insbesondere aus dotiertem oder undotiertem Quarzglas. Derartige Quarzglaskörper werden als Vorform für optische Fasern eingesetzt, oder sie werden beispielsweise in Stab- oder Rohrform als Halbfertigprodukt und als Ausgangsmaterial bei der Lichtwellenleiterherstellung, der Optik, insbesondere für optische Quarzglaselemente zum Einsatz in der Mikrolithographie oder zur Herstellung von Gerätschaften für die Halbleiterfertigung.
Die Herstellung von synthetischem Quarzglas für diese Anwendungen erfolgt häufig durch Flammenhydrolyse geeigneter siliziumhaltiger Ausgangskomponenten, insbesondere von Silanen oder Siloxanen nach dem bekannten OVD-Verfahren (Outside Vapor Deposition). Dabei wird ein Zwischenprodukt in Form eines rohrförmigen „Sootkörpers" aus porösem Quarzglas erhalten. Zu dessen Herstellung werden einem Abscheidebrenner die siliziumhaltige Ausgangskomponente und Brennstoffe (Medien) zugeführt, in einer Brennerflamme zu SiO2-Partikeln hydrolysiert und die Partikel auf einem um seine Längsachse rotierenden Träger unter Bildung des rohrförmigen SiO2-Sootkörpers schichtweise abgeschieden. Aus dem rohrförmigen Sootkörper wird durch Sintern ein Quarzglasrohr und durch Kollabieren der Innenbohrung ein Quarzglasstab erhalten.
Zur Erhöhung der Abscheiderate (SiO2-Masse pro Zeiteinheit) können mehrere Abscheidebrenner zu einer Brennerreihe zusammengefasst werden, wobei die Brennerreihe parallel zur Sootkörper-Oberfläche von einem Ende des sich bildenden Rohlings zum gegenüberliegenden Ende hin- und herbewegt wird. Bei dieser Verfahrensweise bilden sich jedoch nach außen konisch auslaufende Rohling-Endbereiche aus, deren Eigenschaften sich von denen im zentralen Bereich unterscheiden und die daher nicht brauchbar sind. Die Länge dieser unbrauchbaren Endbereiche nimmt mit der Länge der Brennerreihe zu.
Zur Lösung dieses Problems wird in der DE 19628 958 A1 vorgeschlagen, eine Brenneranordnung bestehend aus einer Vielzahl, in einer Reihe angeordneter Abscheidebrenner einzusetzen, und die Brenneranordnung entlang des um seine Längsachse rotierenden Trägers oszillierend hin- und her zu bewegen, wobei jeder Abscheidebrenner jeweils nur einen kleinen Teilbereich der Oberfläche des Sootkörpers überstreicht. Dadurch werden zwar auch Sootkörper mit nach außen sich verjüngenden Endbereiche erzeugt, die Größe der Endbereiche hängt aber nicht von der Länge der Brenneranordnung ab, sondern von der Amplitude der Hin- und Herbewegung. Dadurch ist es möglich, eine langgestreckte Brennerreihe mit einer Vielzahl von Abscheidebrennern und einer demzufolge hohen Abscheiderate pro Zeiteinheit einzusetzen. Allerdings kommt es in den Bereichen um die Wendepunkte der Brennerbewegung infolge lokaler Änderungen der Temperatur, des Masseauftrag oder der Dichte zu Inhomogenitäten. Außerdem wirken sich Unterschiede in der Abscheidecharakteristik verschiedener
Abscheidebrenner lokal unterschiedlich auf die Oberflächentemperatur und auf den Masseauftrag aus, wodurch ebenfalls Inhomogenitäten verursacht werden. Diese können zu einer unregelmäßigen Oberfläche führen und sich bei der Weiterverarbeitung des Sootkörpers ungünstig bemerkbar machen und damit die Qualität des aus dem Sootkörper erhaltenen Quarzglaszylinders mindern oder eine aufwändige Nachbearbeitung erfordern. Diese Technik zeichnet sich somit zwar durch eine hohe Abscheiderate aus, jedoch können die erhaltenen Quarzglaszylinder - ohne Nachbearbeitung - nur zur Herstellung von Quarzglas mit vergleichsweise geringer Homogenitätsanforderungen eingesetzt werden.
Diese Nachteile werden bei dem gattungsgemäßen Verfahren gemäß der US 4,684,384 A vermieden, aus dem auch eine Vorrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen zu entnehmen ist. Darin wird die gleichzeitige Herstellung mehrerer SiO2-Rohlinge aus porösem Quarzglas in einer einzigen Anlage beschrieben. Hierzu ist eine Vielzahl von Abscheidebrennern vorgesehen, die um eine geschlossene, im wesentlichen kreisförmigen Schleife (Kreisbahn) hintereinander umlaufend SiO2-Partikel auf den um die Kreisbahn angeordneten, und um ihre Längsachse rotierenden Trägern abscheiden. Die jeweiligen Rohling- Enden ergeben sich bei diesem Verfahren dadurch, dass alle Abscheidebrenner der Reihe nach bei ihrem Umlauf um die Kreisbahn vom jeweiligen Träger wegschwenken um auf den nächsten Träger zubewegt zu werden. Dabei ändern die Abscheidebrenner ihre Bewegungsrichtung nicht, so dass alle Abscheidebrenner immer wieder dieselben Kreisbahn-Positionen durchlaufen.
Diese Verfahrensweise, bei der eine beliebig lange Brennerreihe eingesetzt werden kann, zeichnet sich durch hohe Abscheiderate bei gleichzeitig hoher Homogenität des Sootkörpers und der daraus erhaltenen Quarzglaszylinders aus. Dennoch hat sich das bekannte Verfahren in der Praxis nicht durchgesetzt. Der Hauptgrund hierfür ist darin zu sehen, dass die sich wiederholende
Kreisbewegung der Abscheidebrenner aufwändige Maßnahmen erforderlich macht, um eine Längstorsion der Medienzufuhrleitungen und ein Verdrillen untereinander zu vermeiden. In der US 4,684,384 A werden hierfür zwei Maßnahmen empfohlen. Zum einen eine Hin- und Herbewegung der Brennerreihe, mit den oben bereits erörterten Nachteilen. Und zum anderen der Einsatz einer Drehdurchführung zur Zuleitung der Medienströme in die Abscheidekammer. Die im Wesentlichen aus metallischen und aus Dichtungskomponenten bestehende Drehdurchführung ist konstruktiv äußerst aufwändig und dürfte auch wegen der chemischen Aggressivität der eingesetzten Medien (wie beispielsweise SiCI4) nur bedingt den üblichen Prozessanforderungen an Reinheit, Betriebssicherheit und Reproduzierbarkeit genügen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches, reproduzierbares und betriebssicheres Verfahren zur Herstellung zylindrischer Körper anzugeben, insbesondere um Sootschichten aus SiO2, auf einem Träger mit hoher Abscheiderate und gleichzeitig hoher Homogenität herzustellen.
Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv einfache und preiswerte Vorrichtung bereitzustellen, die auch zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Ausgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bewegungsbahn eine erste Schleife und eine zweite Schleife umfasst, wobei das Durchlaufen der ersten Schleife eine Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen, und das
Durchlaufen der zweiten Schleife eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen bewirkt.
Ohne Umkehr der Bewegungsrichtung durchläuft die Abscheideranordnung wiederholt eine geschlossene Bewegungsbahn, entlang der ein oder mehrere Träger zur Bildung eines oder mehrerer Körper angeordnet sind. Diejenige Strecke der Bewegungsbahn, entlang der die Abscheider ein Abscheiden von Partikeln auf dem Träger bewirken, wird hier und im Folgenden auch als „Abscheidepfad" bezeichnet.
Im Unterschied zum bekannten Verfahren kann beim erfindungsgemäßen Verfahren sowohl auf eine Umkehr der Abscheiderbewegung als auch auf eine Drehdurchführung für die Medienzufuhr verzichtet werden. Stattdessen wird ein leichtes Verdrillen der Medienzufuhrleitungen untereinander in Kauf genommen, wobei aber ein Abscheren oder Abreißen der Leitungen dadurch verhindert wird, dass die Abscheideranordnung bei ihrem Bewegungsablauf mindestens zwei auf das Verdrillen der Medienzufuhrleitungen gegensätzlich wirkende Schleifen durchläuft. Nämlich mindestens eine erste Schleife, die eine Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen bewirkt und mindestens eine zweite Schleife, in welcher die Medienzufuhrleitungen eine Linksverdrillung erfahren. Rechtsverdrillung und Linksverdrillung heben sich im einfachsten Fall nach jedem Durchlauf der vollständigen Bewegungsbahn gegenseitig auf. Sofern nach einmaligem Durchlaufen der Bewegungsbahn eine Rest-Verdrillung in einer Richtung verbleibt, erfolgt deren Kompensation oder Überkompensation durch einen Überschuss entgegengesetzter Verdrillung bei einem späteren Durchlaufen der Bewegungsbahn. Ein Verfahren unter Inkaufnahme einer ständig zunehmenden Verdrillung der Medienzufuhrleitungen in einer Richtung, ohne Möglichkeit einer Entdrillung durch Verdrillen in entgegengesetzter Richtung, ist nicht Gegenstand der Erfindung.
Die geschlossene Bewegungsbahn ist durch den Startpunkt der Brennerbewegung und den nachfolgenden Pfad zur Rückführung der Abscheideranordnung zum Startpunkt definiert. Zur Vollendung eines Bewegungsablaufs im Sinne der Erfindung - umfassend mindestens einen Durchlauf durch eine erste Schleife mit Rechtsverdrillung und mindestens einen Durchlauf durch eine zweite Schleife mit Linksverdrillung - durchläuft die Abscheideranordnung die Bewegungsbahn einmal oder mehrmals. Wesentlich ist, dass bei jedem Bewegungsablauf mindestens eine Teilstrecke der Bewegungsbahn als Abscheidepfad ausgebildet ist, und dass von der Abscheideranordnung mindestens eine Schleife mit Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen und mindestens eine Schleife mit Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen durchlaufen wird. Die Medienzufuhrleitungen sind so flexibel ausgelegt, dass sie das noch erforderliche Maß an Verdrillung und Torsion aufnehmen können. Einer Torsion der einzelnen Medienzufuhrleitung kann auch durch eine axial drehbare Lagerung der Abscheidebrenner entgegengewirkt werden, so dass die Torsion der einzelnen Medienzufuhrleitungen im Folgenden nicht mehr weiter betrachtet wird.
Die Abscheideranordnung besteht aus einer Aneinanderreihung mehrerer Abscheider. Die Länge der Abscheideranordnung bzw. die Anzahl ihrer Abscheider richtet sich nach der Länge der Bewegungsbahn und der Länge des mindestens einen Abscheidepfades. Es kann eine Abscheideranordnung zum Einsatz kommen, die kürzer ist als die Länge des herzustellenden zylindrischen Körpers, vorzugsweise ist die Abscheideranordnung aber länger als der Körper, wie aus den folgenden Erläuterungen noch deutlich wird. In jedem Fall wird infolge des Einsatzes einer mehrere Abscheider umfassenden Abscheideranordnung eine hohe Gesamt-Abscheiderate (pro Zeiteinheit) erreicht. Außerdem wird die Abscheideranordnung stets von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden Körpers zum gegenüberliegenden stirnseitigen Ende bewegt, so dass sich auf der Körperoberfläche abbildende Wendepunkte der Abscheiderbewegung nicht auftreten und somit axial homogene Materialeigenschaften und eine ebene
Oberfläche erreicht werden. Unterschiede zwischen den Abscheidern verursachen keine axialen Inhomogenitäten in Bezug auf Dichte und Masseauftrag. Außerdem wird auch eine Umkehr der Bewegungsrichtung und der damit einhergehende Nachteil hinsichtlich der Ausbildung sich verjüngender Körper-Enden vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht daher eine hohe Abscheiderate bei gleichzeitig axial homogener Verteilung der Materialeigenschaften des Körpers und exakter Zylindergeometrie ohne wesentliche Oberflächenwelligkeit.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Herstellung zylindrischer Körper aus unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere aus SiO2. Die Abscheider sind beispielsweise als Flammhydrolysebrenner oder Plasmabrenner für die Bildung und nachfolgende Abscheidung von Partikeln aus dem Werkstoff auf dem Träger ausgebildet, als Brenner für das Flamm- und Plasmaspritzen oder als Zerstäubungsdüsen oder Injektoren zum Aufbringen von Schichten aus Pulvern aus dem jeweiligen Werkstoff auf einem Träger. Die auf dem Träger abzuscheidenden Partikel werden in dem Abscheider zugeführt oder in dem Abscheider gebildet.
Im Fall des Werkstoffes Quarzglas wird nach dem Verfahren ein rohrförmiger Si02-Sootkörper erzeugt, aus dem durch Sintern ein Quarzglasrohr und durch Kollabieren von dessen Innenbohrung ein Quarzglasstab erhalten werden kann. Der Träger wird in der Regel vor dem Sintern oder Kollabieren entfernt, andernfalls wird der Sootkörper beim Sintern auf den Träger kollabiert. Bei dem Träger handelt es sich um einen stabförmigen oder rohrförmigen Körper aus Grafit, aus einem keramischen Material wie Aluminiumoxid, aus undotiertem Quarzglas, aus dotiertem Quarzglas oder aus dotierten oder undotierten porösen Si02-Soot. Träger aus dotiertem Quarzglas oder dotiertem SiO2-Soot können dabei auch eine radial inhomogene Dotierstoffverteilung aufweisen und insbesondere als Halbzeug für optische Fasern als sogenannter „Kernstab" mit einem radial inhomogenen Brechzahlprofil ausgebildet sein. Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass benachbarte Abscheider der Abscheideranordnung einen Soll-Abstand im Bereich zwischen 5 cm und 50 cm voneinander halten, und dass beim Durchlaufen des Abscheidepfades der erste Abscheider der
Abscheideranordnung dem letzten Abscheider mit einem Abstand im Bereich des Soll-Abstands folgt.
Der Soll-Abstand der Abscheider voneinander liegt im üblichen Bereich zwischen 5 cm und 50 cm, wobei jedoch ein konstanter Abscheider-Abscheider-Abstand in der Abscheideranordnung nicht erforderlich ist. Wesentlich ist, dass beim Bewegungsablauf entlang des Abscheidepfades stets der erste Abscheider der Abscheideranordnung dem letzten Abscheider in einem ähnlichen Abstand wie dem genannten Soll- Abstand folgt. Dadurch kann ein kontinuierlicher Abscheidevorgang auf dem Träger gewährleistet und ein übermäßiges Abkühlen der Körper-Oberfläche verhindert werden, was sich auf die Homogenität des Abscheidevorgangs vorteilhaft auswirkt und eine gleichbleibende axiale Masseabscheidung und eine homogene Dichteverteilung ermöglicht. Dieser möglichst kontinuierlicher Abscheidevorgang wird im Folgenden auch als „gleichmäßige Frequentierung" des Abscheidepfades bezeichnet. Es ist nicht erforderlich, dass der erste Abscheider der Abscheideranordnung dem letzten Abscheider auf demselben Abscheidepfad folgt; es kommt lediglich auf den axialen Abstand der Abscheider zueinander an. Denn wegen der Rotation des Trägers um seine Längsachse wird die gleiche Wirkung erzielt, wenn der erste Abscheider der Abscheideranordnung dem letzten Abscheider auf einem parallel verlaufenden Abscheidepfad folgt.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, von den Abscheidern außerhalb des Abscheidepfades gebildete Partikel mittels einer Auffangeinrichtung aufzufangen. Die aufgefangenen Partikel können aus der Abscheidekammer entfernt werden, so dass darin umher vagabundierende Partikel, die beim Auftreffen auf den sich bildenden Körper zu Inhomogenitäten führen können, vermindert werden.
Bei einer ersten bevorzugten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die erste Schleife in einem vorgegebenen Drehsinn, und die zweite Schleife im entgegengesetzten Drehsinn durchlaufen.
In diesem Fall umfasst die Bewegungsbahn mindestens eine erste Schleife und eine zweite Schleife die im jeweils entgegengesetzten Drehsinn durchlaufen werden. Die hierfür gewählten Bezeichnungen „erste Schleife" und „zweite Schleife" besagen nichts über die Reihenfolge, in der diese Schleifen von der Abscheideranordnung durchlaufen werden. Im einfachsten Fall bewegen sich die Abscheider einmal links herum und einmal rechts herum (oder umgekehrt), so dass die Medienzufuhrleitungen bei jedem Bewegungsablauf zunächst um 360 Grad verdrillt und beim Durchlauf in der anschließenden Schleife wieder entsprechend entdrillt werden. Die Bewegungsbahn kann auch mehr als zwei Schleifen umfassen; wesentlich ist, dass die beim Durchlauf der Schleifen verursachten Verdrillungen in demselben oder in einem späteren Bewegungsablaufs wieder vollständig kompensierbar sind.
Für die Anordnung der Schleifen innerhalb der Bewegungsbahn gibt es mehrere geeignete Varianten. In einer ersten Variante weisen die erste Schleife und die zweite Schleife einen gemeinsamen Abscheidepfad auf. Diese Ausführungsform der Bewegungsbahn wird im Folgenden auch als „Doppelschleife" bezeichnet.
Der Abscheidepfad bildet in dem Fall eine beiden Schleifen gemeinsame Wegstrecke auf der Bewegungsbahn. Am Ende der gemeinsamen Wegstrecke verzweigt die Bewegungsbahn durch „Weichenstellung" in eine zu der ersten Schleife gehörende Windung nach rechts oder in eine zur zweiten Schleife gehörende Windung nach links. Die beiden Schleifen können auch mehrere Abscheidepfade gemeinsam haben. Bei dieser Verfahrensweise ist eine Art „Weiche" erforderlich, jedoch kann ein Kreuzungspunkt zwischen den Schleifen, der eine entsprechende mechanische Anpassung der Bewegungsbahn erfordert, und der insbesondere bei langen Abscheideranordnungen Probleme wegen gegenseitiger Behinderungen der Medienzufuhrleitungen mit sich bringen kann, vermieden werden. Dabei erweist es sich auch als günstig, dass die Abscheideranordnung den gemeinsamen Abscheidepfad stets in gleicher Bewegungsrichtung durchläuft, was dessen gleichmäßige Frequentierung fördert und damit die Homogenität des Sootkörpers verbessert.
Bei einer zweiten geeigneten Variante für die Anordnung der Schleifen innerhalb der Bewegungsbahn weisen die beiden Schleifen jeweils einen Abscheidepfad auf und sie haben einen Kreuzungspunkt miteinander. Auch bei dieser Variante unterscheiden sich die beiden Schleifen in ihrer Drehrichtung. Im Kreuzungspunkt überschneiden sich erste Schleife und zweite Schleife, wobei es nicht erforderlich ist, dass die Schleifen beim Kreuzungspunkt in einer gemeinsamen Ebene verlaufen; der Kreuzungspunkt ergibt sich in jedem Fall in der Projektion der Bewegungsbahn auf eine der parallel zur Träger-Längsachse verlaufenden Ebenen. Ein Überschneiden der Schleifen eröffnet eine Vielzahl von
Variationsmöglichkeiten zur Gestaltung einer geschlossenen Bewegungsbahn im Sinne der Erfindung. Die beiden Schleifen mit entgegengesetzter Drehrichtung bilden hierbei im einfachsten Fall eine „8-Form", weswegen diese Ausführungsform der Bewegungsbahn im Folgenden auch als „8-förmige Schleife" bezeichnet wird.
Es wird eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bevorzugt, bei der die Abscheider in einem Abscheidemodus unter Abscheiden von Partikeln auf der Zylindermantelfläche des Trägers beim Durchlaufen des Abscheidepfades, und in einem Leerlaufmodus ohne Abscheiden von Partikeln, betrieben werden.
Durch Umschalten zwischen Abscheidemodus und Leerlaufmodus können Ausgangsmaterial, und gegebenenfalls auch Brennstoffe, eingespart werden. Hierzu wird Zufuhr dieser Medien oder zumindest des Ausgangsmaterials gestoppt oder vermindert, wenn die Abscheider sich außerhalb eines Abscheidepfades befinden. lm Fall einer „Doppelschleife" werden vorteilhafterweise höchstens 50% der Abscheider der Abscheideranordnung gleichzeitig im Abscheidemodus betrieben.
Die Abscheideranordnung ist hierbei mindestens doppelt so lang wie die Teillänge der Abscheideranordnung mit jeweils im Abscheidemodus betriebenen Abscheidern. Dies trägt dazu bei, den Abscheidevorgang auf dem Träger zu homogenisieren, und damit im Fall von heizenden Abscheidern eine in etwa gleich bleibende Temperatur der Körperoberfläche einzuhalten. Hierfür ist es erforderlich, dass sobald der erste Abscheider der Abscheideranordnung den gemeinsamen Abscheidepfad am vorderen Ende verlässt, um über die eine Schleife in Richtung auf das hintere Ende zurückgeführt zu werden, ein anderer Abscheider am hinteren Ende einsetzt. Da der Rückweg zum hinteren Ende bei einem zylinderförmigen Körper nicht kürzer sein kann als der Abscheidepfad selbst, muss die Abscheideranordnung mindestens die doppelte Länge des Abscheidepfades haben.
Bei der beschriebenen ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Rechtsverdrillung und Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen durch entsprechend gewundene Schleifen der Bewegungsbahn erreicht, indem die Abscheideranordnung ihre Drehrichtung (den Drehsinn) wechselt. Bei der nachfolgend erläuterten zweiten bevorzugten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die die Rechtsverdrillung bewirkende erste Schleife und die die Linksverdrillung bewirkende zweite Schleife der geschlossenen Bewegungsbahn durch eine geeignete dynamische Zuführung der Medienzufuhrleitungen erzeugt.
Hierbei umfasst die Bewegungsbahn eine Einfachschleife, die von der Abscheideranordnung mindestens einmal als erste Schleife und mindestens einmal als zweite Schleife in gleichem Drehsinn durchlaufen wird, wobei die Medienzufuhrleitungen oder eine in die Medienzufuhrleitungen verzweigende Medien-Sammelleitung beim Bewegungsablauf so verlagert werden, dass sich beim Durchlaufen der ersten Schleife eine Rechtsverdrillung und beim Durchlaufen der zweiten Schleife eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen oder der Medien-Sammelleitung ergibt. Die Medienzufuhrleitungen oder eine in die Medienzufuhrleitungen verzweigende Medien-Sammelleitung werden dabei während eines Bewegungsablaufs so verlagert, dass sich wechselweise eine Linksverdrillung und eine Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen oder der Medien-Sammelleitung ergibt.
Durchläuft die Abscheideranordnung einen gewundenen Abschnitt der Bewegungsbahn (Schleife), so hängt die Verdrillungsrichtung der Medienzufuhrleitungen davon ab, von welcher Seite Medienzufuhrleitungen oder Medien-Sammelleitung an die Abscheider herangeführt sind. Im einen Fall ergibt sich eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen untereinander, im anderen Fall eine Rechtsverdrillung. Dieser Effekt wird beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Vermeiden einer übermäßigen Verdrillung der Medienzufuhrleitungen genutzt, indem die Medienzufuhrleitungen oder die Medien-Sammelleitung während eines Bewegungsablaufs mindestens einmal von der einen Seite (von oberhalb) der Bewegungsbahn kommend und mindestens einmal von der gegenüberliegenden Seite (von unterhalb) der Bewegungsbahn kommend an die Abscheider herangeführt werden. Bei dieser Verfahrensweise ist es daher erforderlich, die Medienzufuhrleitungen oder die Medien-Sammelleitung von der einen Seite der Bewegungsbahn auf die andere Seite verlagern zu können. Hiebei wird eine ansonsten geschlossene Bahnspur quer zum Spurverlauf von der Medienzufuhrleitungen bzw. von der Medien-Sammelleitung passiert. Bei dieser Verfahrensvariante ist eine einfache, geschlossene Einfachschleife hinreichend; eine Doppelschleife oder eine 8-Form-Schleife sind nicht erforderlich.
Die Einfachschleife wird bei jedem Bewegungsablauf mindestens zweimal durchlaufen, und zwar einmal als erste Schleife mit Rechtsverdrillung und einmal als zweite Schleife mit Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen bzw. der Medien-Sammelleitung. Die Verfahrensweise wird im Folgenden an einem einfachen Beispiel verdeutlicht: Durchlaufen die Abscheider eine geschlossene, eine horizontale Ebene aufspannende Einfachschleife gegen den Uhrzeigersinn, und werden in dem Fall die Medienzufuhrleitungen von unterhalb der horizontalen Ebene an die Abscheider herangeführt, so ergibt sich eine Verdrillung der Leitungen in einer Richtung; andernfalls, bei einer Zufuhr der Medienzufuhrleitungen von oberhalb der horizontalen Ebene und durch die Bewegungsbahn hindurch, ergibt sich eine Verdrillung in der anderen Richtung. Die Verlagerung der Medienzufuhrleitungen erfolgt zum Beispiel nach vorgegebenen Zeitabständen, in Abhängigkeit von der Position der Abscheideranordnung auf der Bewegungsbahn, nach einmaligem oder mehrmaligem Durchlaufen der Bewegungsbahn, bei Bedarf oder statistisch. Eine vorher erzeugte Verdrillung der Medienzufuhrleitungen wird nach deren Verlagerung ganz oder teilweise kompensiert oder überkompensiert.
Die erwähnte Verlagerung der Medienzufuhrleitungen gestaltet sich besonders einfach, wenn die einzelnen Medienzufuhrleitungen zu einer Medien- Sammelleitung gebündelt werden, die in einem Verzweigungspunkt in die mit den Abscheidern verbundenen Medienzufuhrleitungen verzweigt.
Hierbei ist zum Wechsel der Verdrillungsrichtung der mit den Abscheidern verbundenen, einzelnen Medienzufuhrleitungen lediglich notwendig, die Medien- Sammelleitung so zu verlagern, dass sie einmal von der einen Seite an die Bewegungsbahn herangeführt ist, und ein andermal von der anderen Seite. Die Medien-Sammelleitung ist zum Beispiel als Bündel der einzelnen Medienzufuhrleitungen ausgebildet, wobei in dem Fall die Medienzufuhrleitungen am Verzweigungspunkt einfach aufgefächert werden, oder die Medien- Sammelleitung beinhaltet eine Einzelleitung für jedes der den Abscheidern zuzuführenden Medien (Ausgangssubstanzen, Brennstoffe), wobei in dem Fall am Verzweigungspunkt ein Behältnis vorgesehen ist, von dem aus die einzelnen Medienzufuhrleitungen abzweigen. Der Verzweigungspunkt liegt vorzugsweise in der Nähe der Bewegungsbahnebene; eine Verlagerung dieses Verzweigungspunkts ist aber nicht erforderlich, um eine Rechts- oder Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen oder der Medien-Sammelleitung zu bewirken; wesentlich für Richtung der Verdrillung nach der Verlagerung ist der Verlauf der Leitungen unmittelbar vor den Abscheidern.
Es hat sich besonders bewährt, wenn das Verlagern der Medienzufuhrleitungen oder das Verlagern der Medien-Sammelleitung ein Hindurchführen durch die Bewegungsbahn umfasst. Bei der Verlagerung wird die Bewegungsbahn von den einzelnen Medienzufuhrleitungen oder von der Medien-Sammelleitung durchquert, wobei die Bewegungsbahn hierfür eine geeignete Passage, zum Beispiel in Form einer permanenten oder verschließbaren Lücke aufweist. Nach der Passage der Medienzufuhrleitungen bzw. der Medien-Sammelleitung ergibt sich für diese Leitungen eine Umkehr der bisherigen Verdrillungsrichtung.
Vorzugsweise ist bei dieser Verfahrensweise die Einfachschleife von den Abscheidern der Abscheideranordnung vollständig belegt.
Durch die vollständige Belegung mit Abscheidern wird eine kontinuierliche Abscheidung ohne Unterbrechung durch Lücken in der Abscheideranordnung und damit eine homogene Temperaturbeaufschlagung des Körpers oder der Körper ermöglicht, wenn heizende Abscheider eingesetzt werden - wie beispielsweise Abscheidebrenner in Form von Plasmabrennern oder Flammhydrolysebrennern. Diese Verfahrensweise wirkt sich insbesondere dann günstig aus, wenn entlang der Bewegungsbahn mehrere Träger hintereinander angeordnet sind, auf denen Werkstoff-Partikel abgeschieden werden.
Im einfachsten Fall werden die Medienzufuhrleitungen bzw. die Medien- Sammelleitung jeweils einmal beim Durchlaufen der Bewegungsbahn verlagert.
Die Bewegungsbahn wird dabei vollständig und wechselweise bei von der einen Seite kommenden Medienzufuhrleitungen und bei von der anderen Seite kommenden Medienzufuhrleitungen durchlaufen. Die Medienzufuhrleitungen oder die Medien-Sammelleitung können dabei die oben erwähnte permanente oder zeitweise vorhandene Lücke der Bewegungsbahn durchqueren, bevor oder nachdem die Abscheideranordnung diese Lücke passiert.
Eine besonders einfache Durchführung des Verfahrens ergibt sich, wenn die Medienzufuhrleitungen oder die Medien-Sammelleitung wechselweise nach jeweils einmaligem Durchlaufen der ersten Schleife und der zweiten Schleife verlagert werden. Dabei hat es sich auch als günstig erwiesen, wenn die Medienzufuhrleitungen vor jedem Durchlaufen der Bewegungsbahn eine Vor-Verdrillung mit einer Verdrillungsrichtung aufweisen, die entgegengesetzt zur Verdrillungsrichtung beim nachfolgenden Durchlaufen der Bewegungsbahn ist.
Somit wird bei jedem Durchlauf der Bewegungsbahn eine vorher vorhandene Verdrillung in entgegengesetzter Richtung überkompensiert. Im Idealfall kann so die Verdrillung der Medienzufuhrleitungen auf 180 Grad in der einen und in der anderen Richtung begrenzt werden.
Eine weitere Verbesserung der beiden beschriebenen Verfahrensalternativen ergibt sich, wenn entlang der Bewegungsbahn mindestens zwei um ihre jeweilige Längsachse rotierende Träger vorgesehen sind, wobei die Bewegungsbahn jeweils mindestens einen entlang jedes Trägers verlaufenden Abscheidepfad umfasst.
Dabei kann ausgehend von dem einen, ersten Abscheidepfad das Rückführen der Abscheideranordnung zum Anfang des ersten Abscheidepfades über einen weiteren, zweiten Abscheidepfad erfolgen. Dadurch wird Leerlauf der Abscheider vermieden und die Gesamt-Abscheiderate erhöht.
Dabei erweist es sich als günstig, wenn die mindestens zwei Träger parallel zueinander verlaufende Längsachsen aufweisen.
Durch parallele Anordnung der Träger ergibt sich eine kurze Länge der Bewegungsbahn. Dies gilt insbesondere beim Einsatz von zwei Trägern, wohingegen bei drei oder mehr Trägern auch polygonale Anordnungen vorteilhaft sein können.
Bei der Verfahrensalternative mit Verlagerung der Medienzufuhrleitungen ergibt sich eine weitere Verbesserung, wenn den Abscheidern jeweils eine
Hauptabscheiderichtung zugeordnet ist, die gegenüber einer durch die Träger aufgespannten Ebene um maximal 30 Grad geneigt verläuft.
Durch eine entsprechende Orientierung der Abscheider in dieser Ebene, kann im Falle heizender Abscheider eine Erwärmung der Medienzufuhrleitungen (bzw. der Sammelleitung) bei ihrer Verlagerung verringert werden. Außerdem können auf diese Weise zwischen zwei sich an der Bewegungsbahn gegenüberliegenden Trägern zwei Abscheidepfade realisiert werden, die durch 180 Grad-Bögen mit kleinem Radius miteinander verbunden sind. Schmale 180 Grad-Bögen gewährleisten einen möglichst geringen Leerlauf der Abscheider oder geringen Verlust an Ausgangsmaterial. Im einfachsten Fall spannen zwei entlang einer Bewegungsbahn angeordnete Träger eine horizontal orientierte Bewegungsbahnebene auf. Die Hauptabscheiderichtung verläuft in dem Fall ebenfalls horizontal, oder sie verläuft geringfügig geneigt - mit einem Neigungswinkel gegenüber der Horizontalen von maximal 30 Grad - nach oben. Im Fall von Abscheidern in Form von Abscheidebrennern entspricht die Hauptabscheiderichtung der Hauptausbreitungsrichtung der jeweiligen Brennerflamme.
Hinsichtlich der Vorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Bewegungsbahn eine eine Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen bewirkende erste Schleife, und eine eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen bewirkende zweite Schleife umfasst.
Ohne Umkehr der Bewegungsrichtung durchläuft die Abscheideranordnung wiederholt eine geschlossene Bewegungsbahn, entlang der ein oder mehrere Träger zur Bildung eines Abscheide-Körpers oder mehrerer zylindrischer Abscheide-Körper angeordnet sind.
Im Unterschied zur bekannten Vorrichtung wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf eine Drehdurchführung für die Zufuhr der Ausgangssubstanzen verzichtet. Stattdessen wird ein leichtes Verdrillen der Medienzufuhrleitungen untereinander in Kauf genommen, wobei aber ein Abscheren oder Abreißen der Leitungen dadurch verhindert wird, dass die Abscheideranordnung bei ihrem Bewegungsablauf mindestens zwei auf das Verdrillen der Medienzufuhrleitungen gegensätzlich wirkende Schleifen durchläuft. Nämlich mindestens eine erste Schleife, die eine Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen bewirkt und mindestens eine weitere, zweite Schleife, in der die Medienzufuhrleitungen eine Linksverd rillung erfahren. Rechtsverdrillung und Linksverdrillung heben sich im einfachsten Fall bei jedem Durchlaufen der Bewegungsbahn gegenseitig vollständig auf. Sofern nach einmaligem Durchlaufen der Bewegungsbahn eine Rest-Verdrillung in einer Richtung verbleibt, erfolgt deren Kompensation oder Überkompensation durch einen Überschuss entgegengesetzter Verdrillung beim nachfolgenden Durchlaufen der Bewegungsbahn.
Die geschlossene Bewegungsbahn ist durch den Startpunkt der Brennerbewegung und den nachfolgenden Pfad zur Rückführung der Abscheideranordnung zum Startpunkt definiert. Zur Vollendung eines Bewegungsablaufs im Sinne der Erfindung durchläuft die Abscheideranordnung die Bewegungsbahn einmal oder mehrmals. Wesentlich ist, dass bei jedem Bewegungsablauf mindestens ein Streckenabschnitt der Bewegungsbahn als Abscheidepfad ausgebildet ist, und dass von der Abscheideranordnung mindestens eine Schleife mit Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen und mindestens eine Schleife mit Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen durchlaufen wird. Die Medienzufuhrleitungen sind so flexibel ausgelegt, dass sie das hierfür notwendige Maß an Verdrillung und Torsion aufnehmen können. Einer Torsion der einzelnen Medienzufuhrleitung kann auch durch eine axial drehbare Lagerung der Abscheider entgegengewirkt werden, so dass die Torsion der einzelnen Medienzuführieitungen im Folgenden nicht mehr weiter betrachtet wird.
Die Abscheideranordnung besteht aus einer Aneinanderreihung mehrerer Abscheider. Dabei handelt es sich beispielsweise um Flammhydrolysebrenner oder Plasmabrenner für die Bildung und nachfolgende Abscheidung von Partikeln aus dem Werkstoff auf dem Träger, oder um Brenner für das Flamm- und Plasmaspritzen oder um Zerstäubungsdüsen oder Injektoren zum Aufbringen von Schichten aus Pulvern aus dem jeweiligen Werkstoff auf dem Träger.
Die Länge der Abscheideranordnung bzw. die Anzahl ihrer Abscheider richtet sich nach der Länge der Bewegungsbahn und der Länge des mindestens einen Abscheidepfades. Es kann eine Abscheideranordnung zum Einsatz kommen, die kürzer ist als die Länge des herzustellenden Körpers, vorzugsweise ist die Abscheideranordnung aber länger als der Körper. In jedem Fall wird infolge des Einsatzes einer mehrere Abscheider umfassenden Abscheideranordnung eine hohe Gesamt-Abscheiderate (pro Zeiteinheit) erreicht. Außerdem wird die Abscheideranordnung stets von einem stirnseitigen Ende des sich bildenden Körpers zum gegenüberliegenden stirnseitigen Ende bewegt, so dass sich auf der Körperoberfläche abbildende Wendepunkte der Abscheiderbewegung nicht auftreten und somit axial homogene Materialeigenschaften und eine ebene Oberfläche erreicht werden. Außerdem wird auch eine Umkehr der Bewegungsrichtung und der damit einhergehende Nachteil hinsichtlich der Ausbildung sich verjüngender Körperenden vermieden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht daher eine hohe Abscheiderate bei gleichzeitig axial homogenem Masseauftrag und homogener Verteilung der Materialeigenschaften des Abscheide-Körpers und damit einhergehend exakter Zylindergeometrie ohne wesentliche Oberflächenwelligkeit, wobei die mit einer Drehdurchführung einhergehenden Nachteile hinsichtlich des konstruktiven Aufwandes und der geringen Betriebssicherheit und Reproduzierbarkeit vermieden werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Soweit in den Unteransprüchen angegebene Ausgestaltungen der Vorrichtung den in Unteransprüchen zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Verfahrensweisen nachgebildet sind, wird zur ergänzenden Erläuterung auf die obigen Ausführungen zu den entsprechenden Verfahrensansprüchen verwiesen.
Weitere vorteilhafte Modifikationen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend erläutert:
Vorteilhafterweise weisen im Fall einer Vorrichtung mit mindestens einer ersten Schleife und einer zweiten Schleife die erste Schleife und die zweite Schleife die gleiche Länge auf.
Dadurch wird gewährleistet, dass die Verweildauer der Abscheideranordnung in jeder der Schleifen gleich ist, so dass eine gleichmäßige Frequentierung des Abscheidepfades oder der Abscheidepfade durch die Abscheideranordnung ermöglicht wird. Hierzu trägt bei, wenn die Schleifen gleiche Längen aufweisen und wenn die Länge der Abscheideranordnung entsprechend der Schleifenlänge - vermindert um einen Abscheider-Abscheider- Abstand - eingestellt wird.
Für die Durchführung der oben beschriebene Verfahrensvariante unter Verlagerung der Medienzufuhrleitungen während des Bewegungsablaufs hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung als geeignet erwiesen, bei der die Bewegungsbahn eine geschlossene Einfachschleife umfasst, die von der Brenneranordnung mindestens einmal als erste Schleife und in gleichem Drehsinn mindestens einmal als zweite Schleife durchlaufen wird, und dass eine Einrichtung zur Verlagerung der Medienzufuhrleitungen oder einer in die Medienzufuhrleitungen verzweigenden Medien-Sammelleitung vorgesehen ist, derart, dass die Medienzufuhrleitungen oder die Medien-Sammelleitung während eines Bewegungsablaufs im Wechsel von einer Seite der geschlossenen Einfachschleife kommend und von der gegenüberliegenden Seite der Einfachschleife kommend, zu den Abscheidern verlaufen.
Je nachdem, ob die Medienzufuhrleitungen oder die Medien-Sammelleitung von der einen Seite oder der gegenüberliegenden Seite der Bewegungsbahn zu den Abscheidern verlaufen, ergibt sich einmal eine Linksverdrillung und im anderen Fall eine Rechtsverdrillung. Auf die obigen Erläuterungen zum erfindungsgemäßen Verfahren wird Bezug genommen.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mindestens zwei Trägern mit parallel zueinander verlaufenden Längsachsen zeichnet sich dadurch aus, dass der Abstand der Längsachsen der Träger vergrößerbar ist.
Dadurch kann der Abstand zwischen den Abscheidern und der Oberfläche der sich auf den Trägern ausbildenden und größer werdenden Abscheide-Körpem konstant gehalten werden.
Durch ortsfeste Zusatzheizer im Bereich der Körper-Enden wird eine Verdichtung insbesondere poröser Enden erreicht, welche die mechanische Stabilität des Abscheide-Körpers verbessert. Als besonders vorteilhaft erweist sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen, Vorrichtung, bei der die Abscheider jeweils eine Mittelachse aufweisen, wobei die Abscheider jeweils in einer mit der Bewegungsbahn verbundenen Halterung um die Mittelachse drehbar gelagert sind.
Durch die drehbare Lagerung der Abscheider wird die Torsion der einzelnen Medienzufuhrleitungen zu den Abscheidern beim Durchlaufen der Bewegungsbahn verringert.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen im einzelnen in schematischer Darstellung:
Figur 1 : eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer Bewegungsbahn in Form einer Doppelschleife mit gemeinsamem Abscheidepfad in einer Ansicht von unten auf den Träger,
Figur 2: eine zweite Ausführungsvariante der Vorrichtung mit einer Bewegungsbahn in Form einer 8-förmigen Schleife und mit zwei
Abscheidepfaden in einer Ansicht von unten auf den Träger,
Figur 3 die Ausführungsvariante der Vorrichtung nach Figur 2 in einer Sicht auf die Stirnseite der Träger-Längsachse,
Figur 4: eine weitere Ausführungsvariante der Vorrichtung mit einer Bewegungsbahn in Form einer Einfachschleife und um eine
Bewegungsbahnebene verlagerbarer Medienzufuhrleitungen in einer Draufsicht,
Figur 5: die Ausführungsvariante nach Figur 5 in einer Seitenansicht, und
Figur 6: eine weitere Ausführungsvariante der Vorrichtung mit einer Bewegungsbahn in Form einer geschlossenen Einfachschleife mit Linksund Rechtswindungen um vier im Quadrat angeordnete Träger und mit um die Bewegungsbahnebene verlagerbaren Medienzufuhrleitungen in einer Draufsicht. Die Anordnung gemäß Figur 1 zeigt einen Träger 1 in Form eines Aluminiumoxidrohres, das um seine Längsachse 2 rotiert, wie von den Rotationspfeilen angedeutet. Mittels OVD-Verfahren (Outside Vapour Deposition) wird auf dem Träger 1 ein poröser Sootkörper 3 gebildet. Hierzu sind insgesamt 16 Abscheidebrenner 4 aus Quarzglas - als Abscheider im Sinne der vorliegenden Erfindung - vorgesehen, die in einer Reihe mit einem Abstand von jeweils 15 cm in Form einer „Brennerschlange" 5 entlang einer Bewegungsbahn 6 mit einer Gesamtlänge von 4,80 m verfahren werden. Die Bewegungsbahn 6 ist als Schiene ausgebildet, wie sie anhand Figur 3 im Einzelnen erläutert ist. Die einzelnen Abscheidebrenner 4 der Brennerschlange 5 sind mittels einer Kette miteinander verbunden. Die Bewegungsbahn 6 hat die Form einer Doppelschleife, wobei die beiden Schleifenabschnitte 7a, 7b gleiche Länge und einen Mittelabschnitt 8 gemeinsam haben, der parallel zur Träger-Längsachse 2 verläuft. Die Länge der Brennerschlange 5 beträgt 2,25 m, was der halben Länge der Bewegungsbahn 6 abzüglich eines Brenner-Brenner-Abstands von 15 cm - und damit auch etwa der doppelten Länge des Mittelabschnitts 8 - entspricht. Die Brennerschlange 5 ist durch eine durchgezogene fette Linie dargestellt, der augenblicklich nicht von Abscheidebrennern 4 belegte Teil der Bewegungsbahn 6 durch eine dünne punktierte Linie. Die Bewegungsbahn 6 ist in Form einer Führungsschiene für die Brennerschlange 5 ausgeführt.
Den Abscheidebrennern 4 werden über voneinander getrennte Medienzufuhrleitungen 9 jeweils SiCI4, Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt. Die von unten kommenden Medienzufuhrleitungen 9 verlaufen in der Ansicht von Figur 1 senkrecht zur Blattebene. Sie bestehen aus flexiblen Schläuchen aus PFA (Perfluoralkoxy) oder aus oder aus Polytetrafluorethylen (Teflon) . Beide Materialien haben sich aus Reinheitsgründen, aus Gründen der Chemikalienbeständigkeit sowie der Temperaturbeständigkeit als geeignete Werkstoffe für die Ausbildung der Medienzufuhrleitungen erwiesen.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Beispiel und anhand Figur 1 näher erläutert: Zur Herstellung eines SiO2-Sootkörpers 3 werden den Abscheidebrennern 4 nominal über getrennte Medienzufuhrleitungen 9 gleiche Mengen der Medien in Form von SiCI4, Sauerstoff und Wasserstoff zugeführt und jeweils in einer Brennerflamme (deren Ausbreitungsrichtung in der Darstellung von Figur 1 senkrecht zur Blattebene in Richtung auf den Sootkörper 3 verläuft) zu SiO2- Partikeln umgesetzt. Die Brennerflammen sind beim Durchlaufen des Mittelabschnitts 8 auf den Träger 1 bzw. auf die Oberfläche 11 des darauf bereits gebildeten Sootkörpers 3 gerichtet, so dass mittels der Abscheidebrenner 4 auf dem Träger 1 unter Bildung des porösen SiO2-Sootkörpers 3 schichtweise SiO2- Partikel abgeschieden werden. Insoweit handelt es sich bei dem Mittelabschnitt 8 um einen „Abscheidepfad" im Sinne der Erfindung. Beim Durchlaufen der Schleifenabschnitte 7a, 7b wird die SiCl4-Zufuhr zu den Abscheidebrennern 4 gestoppt.
Die Brennerschlange 5 wird in einem sich wiederholenden Bewegungsablauf - ohne eine Umkehr der Bewegungsrichtung - entlang der Bewegungsbahn 6 bewegt. Der Bewegungsablauf ist durch die Richtungspfeile 10 skizziert. Der Mittelabschnitt 8 der Bewegungsbahn 6 wird von der Brennerschlange 5 in der Darstellung von Figur 1 stets von links nach rechts durchlaufen, wobei nur im Mittelabschnitt 8 SiO2-Partikel auf der Zylindermantelfläche 11 des Sootkörpers 3 abgeschieden werden. Am rechten Ende 12 des Mittelabschnitts 8 verzweigt die Bewegungsbahn 6 einmal in den nach links gewundenen Schleifenabschnitt 7a und beim nächsten Durchlauf in den nach rechts gewundenen Schleifenabschnitt 7b. Im Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Bewegungsablauf: die Brennerschlange 5 durchläuft den Mittelabschnitt 8 vom Startpunkt 13 (linkes Ende des Mittelabschnitts 8) zum Ende 12 (rechtes Ende des Mittelabschnitts 8) und mündet dort zunächst in den nach links gewundenen Schleifenabschnitt 7a ein, über den die Brennerschlange 5 wieder zum Startpunkt 13 zurückgeführt wird. Bis dahin ergibt sich eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen 9 um 360 Grad. Der letzte Abscheidebrenner 4 der Brennerschlange 5 ist mit einem Ausleger versehen, der eine Weiche schaltet. Nach erneutem Durchlaufen des Mittelabschnitts 8 mündet daher die Brennerschlange 5 in den nach rechts gewundenen Schleifenabschnitt 7b ein, über den sie wieder zum Startpunkt 13 zurückgeführt wird, wo der nächste Bewegungsablauf beginnt. Beim Durchlaufen des Schleifenabschnitts 7b wird die Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen 9 vollständig kompensiert, so dass am Ende eines jeden Bewegungsablaufes die Medienzufuhrleitungen 9 unverdrillt sind. Die Länge der Brennerschlange 5 ist dabei so gewählt, dass der vorderste Abscheidebrenner 4 jeweils im Abstand von etwa 15 cm zum letzten Abscheidebrenner 4 der Brennerschlange 5 am Startpunkt 13 in den Mittelabschnitt 8 einsetzt.
Auf diese Art und Weise wird ein kontinuierlicher Bewegungsablauf der Brennerschlange 5 ohne Umkehr der Bewegungsrichtung und ohne Abkühlung des Sootkörpers 3 ermöglicht, wobei die Medienzufuhrleitungen 9 um maximal 360 Grad verdrillt werden. Durch ein Vorab-Verdrillen der Medienzufuhrleitungen um beispielsweise 180 Grad nach rechts kann die anfängliche Linksverdrillung beim Durchlaufen des Schleifenabschnitts 7a - und damit auch die maximale Verdrillung insgesamt - halbiert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine homogene Abscheidung der SiGvPartikel mit hoher Abscheiderate, wobei auf konstruktiv aufwändige Drehdurchführungen für die Medienzufuhr verzichtet werden kann.
Sofern in den Figuren 2 bis 6 die gleichen Bezugsziffern wie in Figur 1 verwendet werden, so bezeichnen diese gleiche oder äquivalente Teile der Vorrichtung wie die entsprechenden Bezugsziffern in Figur 1. Nähere Erläuterungen dazu ergeben sich aus obigen Ausführungen.
Bei der in Figur 2 dargestellten Vorrichtung ist ein Träger 1 in Form eines Aluminiumoxidrohres, das um seine Längsachse 2 rotiert. Mittels OVD-Verfahren (Outside Vapour Deposition) wird auf dem Träger 1 ein poröser Sootkörper 3 gebildet. Hierzu sind insgesamt 18 Abscheidebrenner 4 aus Quarzglas vorgesehen, die in einer Reihe mit einem Abstand von jeweils 10 cm in Form einer „Brennerschlange" 5 entlang einer Bewegungsbahn 6 verfahren werden. Die Bewegungsbahn 6 hat die Form einer 8-förmigen Schleife, bestehend aus den beiden Schleifenabschnitten 27a, 27b, die sich in einem Kreuzungspunkt 21 überschneiden. Die beiden Schleifenabschnitte 27a und 27b sind gleich lang. Sie weisen jeweils einen Abscheidepfad 28a, 28b auf, der parallel zur Träger- Längsachse 2 verläuft. Die Länge der Brennerschlange 5 und die Längen der Schleifenabschnitte 27a, 27b sind so aufeinander abgestimmt, dass der erste Abscheidebrenner 4b auf dem einen Abscheidepfad 28b dem letzten Abscheidebrenner 4a auf dem anderen Abscheidepfad 28a im Abstand von 10 cm folgt. Die Länge der Brennerschlange 5 entspricht der halben Länge der Bewegungsbahn 6 abzüglich eines Brenner-Brenner-Abstands von 10 cm, das sind in dem konkreten Fall 170 cm. Der Abscheidepfad 28b und der Abscheidepfad 28a werden dabei von den Abscheidebrennern 4 in gleicher Richtung (von rechts nach links) durchlaufen, wie dies die Richtungspfeile 10 andeuten. Der Kreuzungspunkt 21 liegt in einem Bereich außerhalb der Abscheidepfade 28a, 28b. Der Kreuzungspunkt 21 , in dem sich die Schleifenabschnitte 27a und 27b kreuzen, ist konstruktiv als einfache Schienenkreuzung ausgebildet.
Den Abscheidebrennern 4 werden über voneinander getrennte
Medienzufuhrleitungen 9 jeweils SiCI , Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt. Die von unten kommenden Medienzufuhrleitungen 9 verlaufen in der Ansicht von Figur 2 senkrecht zur Blattebene. Sie bestehen aus flexiblen Schläuchen aus PFA.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren an einem Beispiel und anhand Figur 2 näher erläutert:
Zur Herstellung eines SiO2-Sootkörpers 3 werden den Abscheidebrennern 4 nominal gleiche Mengen der Medien in Form von SiCI , Sauerstoff und Wasserstoff zugeführt und jeweils in einer Brennerflamme (deren Ausbreitungsrichtung in der Darstellung von Figur 2 senkrecht zur Blattebene in Richtung auf den Sootkörper 3 verläuft) zu SiO2-Partikeln umgesetzt. Die Brennerflammen sind beim Durchlaufen der Abscheidepfade 28a; 28b auf den Träger 1 bzw. auf die Oberfläche 11 des darauf bereits gebildeten Sootkörpers 3 gerichtet, so dass mittels der Abscheidebrenner 4 auf dem Träger 1 unter Bildung des porösen Si02-Sootkörpers 3 schichtweise SiO2-Partikel abgeschieden werden. Beim Durchlaufen der Schleifenabschnitte 27a; 27b außerhalb der Abscheidepfade 28a; 28b wird die SiCI -Zufuhr zu den Abscheidebrennern 4 gestoppt. Diejenigen Abscheidebrenner 4, denen augenblicklich kein SiCI zugeführt wird, sind mit einer helleren Schraffur versehen.
Die Brennerschlange 5 wird in einem sich wiederholenden Bewegungsablauf - ohne eine Umkehr der Bewegungsrichtung - entlang der Bewegungsbahn 6 bewegt. Der Bewegungsablauf ist durch die Richtungspfeile 10 symbolisiert. Im Ausführungsbeispiel ergibt sich folgender Bewegungsablauf:
Der Brennerschlange 5 wird vor Beginn des ersten Durchlaufs eine Linksverdrillung von minus 180 Grad aufgeprägt. Sie durchläuft am rechten Ende des Sootkörpers 3 beginnend den Abscheidepfad 28a und den nach rechts gewundenen Schleifenabschnitt 27a mit dem Ergebnis einer Kompensation der Vor-Verdrillung der Medienzufuhrleitungen 9, überquert dann den Kreuzungspunkt 21 und durchläuft anschließend mit einer Rechtsverdrillung von 180 Grad den Abscheidepfad 28b. Der Abscheidepfad 28b verläuft um ca. 4 cm parallel versetzt zum Abscheidepfad 28a entlang des Trägers 1. Vom Abscheidepfad 28b gelangt die Brennerschlange 5 über den um 180 Grad nach links gewundenen
Schleifenabschnitt 27 b zurück zum Kreuzungspunkt 21 , mit dem Ergebnis, dass am Kreuzungspunkt 21 die Verdrillung der Medienzufuhrleitungen 9 aufgehoben ist, und erhält beim Übergang auf den Abscheidepfad 28a erneut die anfängliche Linksverdrillung von minus 180 Grad. Auf diese Art und Weise wird ein kontinuierlicher Bewegungsablauf der Brennerschlange 5 ohne Umkehr der
Bewegungsrichtung und ohne Abkühlung des Sootkörpers 3 ermöglicht, wobei die Medienzufuhrleitungen 9 um maximal 180 Grad nach links und nach rechts verdrillt werden.
Die Abscheidepfade 28a und 28b verlaufen jeweils um etwa 2 cm seitlich versetzt zur Längsachse 2, und wie dies schematisch in Figur 3 angedeutet ist. Die Figur zeigt eine Ansicht der Vorrichtung nach Figur 2 in Richtung der Trägerlängsachse, und in einer Projektion der beiden auf unterschiedlichen Abscheidepfaden 28a und 28b in Längsachsenrichtung hintereinander angeordneten Abscheidebrenner 4a und 4b auf eine gemeinsame Ebene (Blattebene). Der Abstand von 2 cm bezogen auf die Vertikale 24 (Mittelachse) bezieht sich auf den minimalen Abstand der sich gegenüberliegenden Schienen 14 voneinander. Dabei sind die Abscheidebrenner 4a, 4b beim Durchlaufen der Abscheidepfade 28a bzw. 28b zur Vertikalen 24 geneigt, wie dies ebenfalls Figur 3 zeigt. Die Neigung der Abscheidebrenner 4 ist dabei so eingestellt, dass die Verlängerung der Hauptausbreitungsrichtung 23 der Brennerflammen 26 die Längsachse 2 schneidet. Die Schiene14 umfasst zwei parallel zueinander und entlang der Bewegungsbahn 6 verlaufende Metallstäbe. Die Halterung und Führung der Abscheidebrenner 4a, 4b an der Schiene 14 besteht aus einem Innenteil 15, an dem die Quarzglas-Abscheidebrenner 4 fest fixiert sind und aus einem Außenteil 16, das eine Aufnahme aufweist, in der das Innenteil 15 hineinragt und darin axial (um die Hauptausbreitungsrichtung 23) rotierbar gelagert ist, wie dies der Rotationspfeil 18 anzeigt. Das Außenteil 16 dient gleichzeitig zur Führung des Abscheidebrenners 4a, 4b auf der Schiene 14. Durch die drehbare Lagerung aller Abscheidebrenner 4 wird die Torsion der einzelnen Medienzufuhrleitungen 9 zu den Abscheidebrennern 4 beim Durchlaufen der Bewegungsbahn 6 verringert.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine homogene Abscheidung der Si02-Partikel mit hoher Abscheiderate, wobei auf konstruktiv aufwändige Drehdurchführungen für die Medienzufuhr verzichtet werden kann.
Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Figur 4 werden die Abscheidebrenner 4 in einer Einfachschleife 30 geführt. Die Einfachschleife 30 weist zwei, jeweils entlang zweier Sootkörper 3 verlaufende Abscheidepfade 31a, 31b auf, die über gekrümmte Enden 34 miteinander verbunden sind. Entlang der Abscheidepfade 31a, 31b sind zwei gegenläufig rotierende Träger 1 mit parallel zueinander angeordneten Längsachsen 2 angeordnet. Die Einfachschleife 30 definiert eine horizontal orientierte Brennerebene 32, die im Ausführungsbeispiel der Ebene des Zeichenblattes entspricht. Die Länge der Brennerschlange 5 erstreckt sich über die gesamte Bewegungsbahn 6, wobei der Abstand benachbarter Brenner 10 cm beträgt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Verdrillen der Medienzuführieitungen 9 durch eine Ausgleichsbewegung vermieden, bei der die Medienzuführieitungen 9 alternierend einmal von oberhalb der Brennerebene 32 zu den
Abscheidebrenner 4 und einmal von unterhalb der Brennerebene 32 zugeführt werden. Die Medienzuführieitungen 9 sind hierzu zu einer Medien-Sammelleitung
33 gebündelt, die in einen Verzweigungspunkt 37 in die einzelnen Medienzuführieitungen 9 verzweigt. Die alternierende Bewegung der Medien- Sammelleitung 33 ist aus Figur 5 deutlich zu erkennen. Dadurch wird die Einfachschleife 30 einmal als erste Schleife 30a mit Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen und nach der Verlagerung der Medienzufuhrleitungen 9 beim nächsten mal als zweite Schleife 30b mit Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen (9) durchlaufen.
Die beiden Sootkörper 3 sind bei dieser Verfahrensweise so angeordnet, dass die Längsachsen 2 der jeweiligen Träger 1 parallel zueinander und in der
Brennerebene 32 verlaufen. Die Sootkörper 3 werden von den Abscheidebrennern 4 im gleichen Winkel beaufschlagt. Das ist erforderlich, wenn die beiden Sootkörper 3 identische Eigenschaften bezüglich der Dichte und der Masse aufweisen sollen, ohne dass eine Anpassung der Medienzufuhr erfolgt. Im konkreten Ausführungsbeispiel sind die Abscheidebrenner 4 so auf die Sootkörperoberfläche 11 gerichtet, dass die Hauptausbreitungsrichtung der Brennerflammen ebenfalls in der Brennerebene 32 - also horizontal - verläuft. Diese Anordnung der Abscheidebrenner 4 hat die Vorteile, dass das Umlenken der Abscheidebrenner 4 im Bereich der beiden gekrümmten Enden 34 der Bewegungsbahn 6 lediglich durch einfaches Schwenken der Abscheidebrenner 4 in der Brennereien 32 erfolgt, wofür eine kurze Wegstrecke (enger Krümmungsradius) und eine demgemäß kurze Dauer zum Durchlaufen der Enden
34 erforderlich ist, so dass infolge dessen wenig SiO2 verlorengeht, und dass ein Aufheizen der oberhalb der Abscheidebrenner 4 verlaufenden Medienzufuhrleitungen 9 bzw. der Medien-Sammelleitung 33 weitgehend vermieden wird.
An den beiden stirnseitigen Enden der Sootkörper 3 ist jeweils ein ortsfester Zusatzheizer 38 vorgesehen. Mittels dieser Zusatzheizer 38 werden die Enden der Sootkörper 3 verdichtet und dadurch deren mechanische Festigkeit verbessert.
Bei der Verlagerung der Medien-Sammelleitung 33 wird diese im Bereich des einen der beiden gekrümmten Enden 34 der Bewegungsbahn 6 durch die Öffnung 35 derselben hindurch bewegt. Im Bereich des gegenüberliegenden gekrümmten Endes 34 der Bewegungsbahn 6 ist eine Auffangvorrichtung 39 vorgesehen, mittels der von den Abscheidebrennern 4 beim Umschwenken von dem einen Abscheidepfad auf den anderen erzeugte SiO2-Partikel aufgefangen und so aus der Umgebung der Sootkörper 3 entfernt werden. Figur 5 zeigt im Detail, dass die Einzel-Medienzuführleitungen 9 zunächst in der Mitte der Brenneranordnung 6 zu einer Medien-Sammelleitung 33 zusammengefasst werden. Bei gleichbleibender Lage der Medien-Sammelleitung 33 würde sich diese mit jeder Umdrehung weiter verdrillen. Das wird dadurch vermieden, dass die Medien-Sammelleitung 33 jedes Mal, durch eine Lücke 35 in der Bewegungsbahn 6 von oben nach unten bzw. umgekehrt hindurchgeführt wird, wenn der letzte Abscheidebrenner 4 der Brennerschlange 5 die Lücke 35 passiert hat. Der komplette Bewegungsablauf besteht also in diesem Fall aus zwei Umläufen der Brennerschlange 5 um die Bewegungsbahn 6, wobei die Medien-Sammelleitung 33 beim ersten Umlauf von oben durch die Brennerebene 32 geführt wird, und beim zweiten Umlauf von unterhalb der Brennerebene 32 den Abscheidebrennern 4 zugeführt wird.
Auch bei dieser Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine homogene Abscheidung der SiO2-Partikel mit hoher Abscheiderate ermöglicht, wobei auf konstruktiv aufwändige Drehdurchführungen für die Medienzufuhr verzichtet werden kann.
Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Figur 6 zeigt eine Abwandlung der in den Figuren 4 und 5 gezeigten Vorrichtung, bei der entlang einer geschlossenen Bewegungsbahn 6 vier Träger 1 im Quadrat angeordnet sind. Die Abscheidebrenner 4 der Brennerschlange 5 durchlaufen die Bewegungsbahn 6 mit Rechtsdrehung in der anhand der Richtungspfeile 10 angezeigten Richtung mit einem Brenner-Brenner-Abstand von 15 cm, wobei die Bewegungsbahn 6 vier Abscheidepfade 58a, 58b, 58c und 58d aufweist. Die Bewegungsbahn 6 ist vollständig mit Abscheidebrenner 4 besetzt, wobei der Abstand zwischen dem ersten Abscheidebrenner 4a der Brennerschlange 5 und dem letzten Abscheidebrenner 4b der Brennerschlange 5 ca. 30 cm beträgt. Die Sootkörper 3 sind hierbei so angeordnet, dass die Längsachsen 2 der jeweiligen Träger 1 in einer gemeinsamen horizontal verlaufenden Brennerebene 52 verlaufen. Die Sootkörper 3 werden von den Abscheidebrennern 4 senkrecht zur Brennerebene 52 von unten beaufschlagt. Diese Orientierung der Abscheidebrenner 4 hat den Vorteil, dass beim Umlenken der Abscheidebrenner 4 im Bereich der gekrümmten Bereiche 51 der Bewegungsbahn 6 eine Änderung der Orientierung der Abscheidebrenner 4 in Bezug auf die Brennerebene 52 nicht erforderlich ist.
In Figur 6 sind der Übersichtlichkeit halber nur einige der Einzel- Medienzuführieitungen 9 dargestellt. Die Medienzufuhrleitungen 9 sind zu einer Medien-Sammelleitung 33 gebündelt und sie verzweigen in einem Verzweigungspunkt 37. Bei gleichbleibender Linienführung der Medienzufuhrleitungen 9 würden sich diese mit jedem Umlauf der Brennerschlange 6 weiter verdrillen. Das wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, dass jedes Mal, wenn der letzte Abscheidebrenner 4b eine Lücke 35 in der Bewegungsbahn 6 passiert hat, die Medien-Sammelleitung 33 verlagert und dabei durch die Lücke 35 hindurchgeführt wird, wie dies der Richtungspfeil 53 anzeigt, so dass die Medienzufuhrleitungen 9 einmal von unterhalb der Brennerebene 52, und einmal von oben durch die Brennerebene 52 hindurch zu den Abscheidebrennern 4 geführt werden, wobei sich bei jeder Verlagerung der Medienzufuhrleitungen 9 eine Umkehrung der Verdrillung ergibt. Der komplette Bewegungsablauf besteht also auch in diesem Fall aus zwei Umläufen der Brennerschlange 5 um die Bewegungsbahn 6, wobei die Medien-Sammelleitung 33 beim ersten Umlauf von oben durch die Brennerebene 32 geführt wird, und beim zweiten Umlauf von unterhalb der Brennerebene 32 den Abscheidebrennern 4 zugeführt wird.
Auch bei dieser Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine homogene Abscheidung der SiO2-Partikel mit hoher Abscheiderate ermöglicht, wobei auf konstruktiv aufwändige Drehdurchführungen für die Medienzufuhr verzichtet werden kann.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines zylindrischen Körpers unter Einsatz einer Abscheideranordnung aus mehreren in einer Reihe angeordneten Abscheidern, denen über Medienzufuhrleitungen eine Ausgangssubstanz zugeführt wird, und mittels denen Partikel auf der Mantelfläche eines um seine Längsachse rotierenden Trägers unter Bildung des zylindrischen Körpers schichtweise abgeschieden werden, indem die Abscheideranordnung in einem vorgegebenen Bewegungsablauf eine geschlossene Bewegungsbahn durchläuft, die mindestens einen entlang der Träger-Längsachse verlaufenden Abscheidepfad umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn (6) eine erste Schleife (7a, 8, 27a, 28a, 30a) und eine zweite Schleife (7b, 8, 27b, 28b, 30b) umfasst, wobei das Durchlaufen der ersten Schleife (7a, 8, 27a, 28a, 30a) eine Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen (9), und das Durchlaufen der zweiten Schleife (7b, 8, 27b, 28b, 30b) Schleife eine Linksverdrillung der
Medienzufuhrleitungen (9) bewirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Abscheider (4) der Abscheideranordnung (5) einen Soll-Abstand im Bereich zwischen 5 cm und 50 cm voneinander halten, und dass beim Durchlaufen des Abscheidepfades (8; 28a; 28b, 31a, 31b, 58a, 58b, 58c, 58d) der erste
Abscheider der Abscheideranordnung (5) dem letzten Abscheider mit einem Abstand im Bereich des Soll-Abstands folgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass von den Abscheidern außerhalb des Abscheidepfades (8; 28a; 28b, 31a, 31b, 58a, 58b, 58c, 58d) abgeschiedene Partikel mittels einer Auffangeinrichtung (39) aufgefangen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schleife (7a, 8, 27a, 28a) in einem vorgegebenen Drehsinn, und die zweite Schleife (7b, 8, 27b, 28b) im entgegengesetzten Drehsinn durchlaufen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schleife (7a, 8, 27a, 28a) und die zweite Schleife (7b, 8, 27b, 28b) einen gemeinsamen Abscheidepfad (8) aufweisen.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifen (27a, 28a, 27b, 28b) einen Kreuzungspunkt (21) miteinander haben und jeweils mindestens einen Abscheidepfad (28a, 28b) aufweisen.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider (4) in einem Abscheidemodus unter Abscheiden von Partikeln auf der Zylindermantelfläche des Trägers (1) beim Durchlaufen des Abscheidepfades (8; 28a; 28b, 31a, 31b, 58a, 58b, 58c,
58d) und in einem Leerlaufmodus ohne Abscheiden von Partikeln, betrieben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 5 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass höchstens 50% der Abscheider (4) der Abscheideranordnung (5) gleichzeitig im Abscheidemodus betrieben werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn eine Einfachschleife (30) umfasst, die von der Abscheideranordnung (5) mindestens einmal als erste Schleife (30a) und mindestens einmal als zweite Schleife (30b) in gleichem Drehsinn durchlaufen wird, wobei die Medienzufuhrleitungen (9) oder eine in die
Medienzufuhrleitungen (9) verzweigende Medien-Sammelleitung (33) beim Bewegungsablauf so verlagert werden, dass sich beim Durchlaufen der ersten Schleife (30a) eine Rechtsverdrillung und beim Durchlaufen der zweiten Schleife (30b) eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen (9) oder der Medien-Sammelleitung (33) ergibt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienzufuhrleitungen (9) zu einer Medien-Sammelleitung (33) gebündelt werden, die in einem Verzweigungspunkt (37) in die mit den Abscheidern (4) verbundenen Medienzufuhrleitungen (9) verzweigt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verlagern der Medienzufuhrleitungen (9) oder das Verlagern der Medien-Sammelleitung (33) ein Hindurchführen durch die Bewegungsbahn (6) umfasst.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einfachschleife (30) von den Abscheidern (4) der Abscheideranordnung (5) vollständig belegt ist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienzufuhrleitungen (9) oder die Medien- Sammelleitung (33) wechselweise nach jeweils einmaligem Durchlaufen der ersten Schleife (33a) und der zweiten Schleife (33b) verlagert werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienzufuhrleitungen (9) vor jedem Durchlaufen der Bewegungsbahn (6) eine Vor-Verdrillung mit einer Verdrillungsrichtung aufweisen, die entgegengesetzt zur Verdrillungsrichtung beim nachfolgenden Durchlaufen der Bewegungsbahn (6) ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Bewegungsbahn (6) mindestens zwei um ihre jeweilige Längsachse (2) rotierende Träger (1) vorgesehen sind, und dass die Bewegungsbahn (6) jeweils mindestens einen entlang jedes
Trägers (1) verlaufenden Abscheidepfad (31a, 31b, 58a, 58b, 58c, 58d) umfasst.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Träger (1) parallel zueinander verlaufende Längsachsen (2) aufweisen.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 13 und nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass den Abscheidern (4) jeweils eine Hauptabscheiderichtung (23) zugeordnet ist die gegenüber einer durch die Träger (1) aufgespannten Ebene um maximal 30 Grad geneigt verläuft.
18. Vorrichtung geeignet zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend eine Abscheideranordnung aus mehreren in einer Reihe angeordneten Abscheidern, die mit Medienzufuhrleitungen für die Zufuhr einer Ausgangssubstanz verbunden sind, und die über eine geschlossene Bewegungsbahn, die mindestens einen, entlang eines um seine Längsachse rotierbaren Trägers verlaufenden Abscheidepfad umfasst, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn (6) eine eine Rechtsverdrillung der Medienzufuhrleitungen (9) bewirkende erste Schleife (7a, 8, 27a, 28a, 30a), und eine eine Linksverdrillung der Medienzufuhrleitungen (9) bewirkende zweite Schleife (7b, 8, 27b, 28b, 30b) umfasst.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Abscheider (4) der Abscheideranordnung (5) einen Soll-Abstand im Bereich zwischen 5 cm und 50 cm voneinander halten, und dass die Länge der Abscheideranordnung (5) und die Länge der Bewegungsbahn (6) so aufeinander abgestimmt sind, dass beim Durchlaufen des Abscheidepfades (8; 28a; 28b, 31 a, 31 b, 58a, 58b, 58c, 58d) der erste Abscheider der Abscheideranordnung (5) dem letzten Abscheider mit einem Abstand im Bereich des Soll-Abstands folgt.
20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schleife (7a, 8, 27a, 28a) in vorgegebenem Drehsinn, und die zweite Schleife (7b, 8, 27b, 28b) im entgegengesetzten Drehsinn durchlaufen wird.
2 I .Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schleife (7a, 8) und die zweite Schleife (7b, 8) einen gemeinsamen Abscheidepfad (8) aufweisen.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifen (27a, 28a, 27b, 28b) einen Kreuzungspunkt (21) miteinander haben und jeweils mindestens einen Abscheidepfad (28a; 28b) aufweisen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schleife (7a, 8, 27a, 28a) und die zweite Schleife (7a, 8, 27b, 28b) die gleiche Länge aufweisen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsbahn (6) eine geschlossene Einfachschleife (30) umfasst, die von der Brenneranordnung (5) mindestens einmal als erste Schleife (33a) und in gleichem Drehsinn mindestens einmal als zweite Schleife (33b) durchlaufen wird, und dass eine Einrichtung zur Verlagerung der Medienzufuhrleitungen (9) oder einer in die Medienzufuhrleitungen (9) verzweigenden Medien-Sammelleitung (33) vorgesehen ist, derart, dass die
Medienzufuhrleitungen (9) oder die Medien-Sammelleitung (33) während eines Bewegungsablaufs im Wechsel von einer Seite der geschlossenen Einfachschleife (30) kommend und von der gegenüberliegenden Seite der Einfachschleife (30) kommend, zu den Abscheidebrennern (4) verlaufen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die
Medienzufuhrleitungen (9) bzw. die Medien-Sammelleitung (33) durch die Bewegungsbahn (6) hindurch verlagerbar sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Medienzufuhrleitungen (9) zu einer Medien-Sammelleitung (33) gebündelt sind, die in einem Verzweigungspunkt (37) in die mit den Abscheiden (4) verbundenen Medienzufuhrleitungen (9) verzweigt.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 24 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfachschleife (30)von den Abscheidern (4) der Abscheideranordnung (5) vollständig belegt ist.
28. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Bewegungsbahn (6) mindestens zwei um ihre jeweilige Längsachse (2) rotierende Träger (1) vorgesehen sind, und dass die Bewegungsbahn (6) jeweils mindestens einen entlang jedes Trägers (1) verlaufenden Abscheidepfad (31a, 31b, 58a, 58b, 58c, 58d) umfasst.
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Träger (1) parallel zueinander verlaufende Längsachsen (2) aufweisen.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der Längsachsen (2) sich an der Bewegungsbahn (6) gegenüberliegender
Träger (1) vergrößerbar ist.
31. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Körper-Enden ortsfeste Zusatzheizer (39) vorgesehen sind.
32. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Vorrichtungsansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheider (4) jeweils eine Mittelachse (23) aufweisen, und dass die Abscheider (4) jeweils in einer mit der Bewegungsbahn (6) verbundenen Halterung um die Mittelachse (23) drehbar gelagert sind.
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