WO2008061891A2 - Method and device for producing a cylindrical profiled element consisting of quartz glass, and use of such a profiled element - Google Patents

Method and device for producing a cylindrical profiled element consisting of quartz glass, and use of such a profiled element Download PDF

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WO2008061891A2
WO2008061891A2 PCT/EP2007/062038 EP2007062038W WO2008061891A2 WO 2008061891 A2 WO2008061891 A2 WO 2008061891A2 EP 2007062038 W EP2007062038 W EP 2007062038W WO 2008061891 A2 WO2008061891 A2 WO 2008061891A2
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round tube
quartz glass
mold
hollow cylinder
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Thomas Bogdahn
Oliver Ganz
Norbert Cibis
Harald Hain
Andreas Schreiber
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Heraeus Quarzglas Gmbh & Co. Kg
Shin-Etsu Quartz Products Co., Ltd.
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/04—Re-forming tubes or rods
    • C03B23/047—Re-forming tubes or rods by drawing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B23/00—Re-forming shaped glass
    • C03B23/04—Re-forming tubes or rods
    • C03B23/08—Re-forming tubes or rods to exact dimensions, e.g. calibrating
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/24—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases
    • H01J9/245—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps
    • H01J9/247—Manufacture or joining of vessels, leading-in conductors or bases specially adapted for gas discharge tubes or lamps specially adapted for gas-discharge lamps

Definitions

  • the invention relates to a method for the production of a cylindrical profile element made of glass, in which a prefabricated glass hollow cylinder partially softens in a heating zone, the softened region is deformed by means of a molding tool into a profile strand having a predetermined cross-sectional profile, and the profile strand is cut to form the profile element ,
  • the invention relates to a device comprising a holder for a prefabricated glass hollow cylinder, a heater for partial softening of the hollow glass cylinder, and a deformation device with molding tool for deforming the softened hollow cylinder region to a profile strand with predetermined cross-sectional profile.
  • the invention relates to the use of the profile element for producing an optical radiator.
  • Method and apparatus according to the invention are used for the production of cylindrical profile element with any cross-sectional profile, in particular of tubes and rods made of quartz glass with a polygonal cross-section.
  • the profile element can be used as a starting product for the production of optical components or preforms for optical fibers.
  • a similar method and apparatus for internal calibration of a prefabricated glass tube are also known from DE 296 16 981 U1.
  • glass tubes are melted at the end faces of the tube, by means of which the glass tube is clamped in a horizontal orientation in a lathe.
  • a ring heating is guided along the glass tube and synchronously pulled a mandrel made of carbon, graphite or ceramic through the inner bore. The mandrel determines the cross-sectional profile of the formed glass tube.
  • Cross-sectional profile of the withdrawn quartz glass tube determined.
  • the nozzle opening of the Ansetzdüse is circular in the simplest case;
  • Plate-shaped components are suitable for the construction of lamps with flat emission characteristics, as used for example for the irradiation of flat or curved surfaces with UV or IR radiation.
  • a high-power excimer radiator in the form of a flat radiator is known from DE 40 10 809 A1. This has a limited space of quartz glass plates discharge space for dielectrically impeded discharge. The structure of the discharge space by means of plate-shaped quartz glass elements is relatively complicated.
  • radiators arranged parallel to one another in the form of round tubes, which are arranged in front of a plate-shaped reflector are therefore also used in the case of requirements for planar irradiation.
  • EP-A2 0 133 847 describes a continuous furnace for continuously heating material, the irradiation unit consisting of a multiplicity of tubular radiators radiating parallel to each other and arranged in front of a plate-shaped reflector.
  • the reflector consists of ceramic fiber material and has a reflectivity of approx. 85%.
  • the reflective layer consists of an SiO 2 mass, which has been produced by means of a slurry process and sintered into an opaque cover layer.
  • the so-coated quartz glass component is preferably used in lamp and reflector manufacture, wherein it is in the form of a tube, piston, a chamber, half-shell, spherical or ellipsoidal segment, plate, heat shield or the like.
  • the quartz glass component is either part of an optical radiator with an integrated reflector, this being formed by the SiO 2 cover layer, or the component forms a separate reflector and is used in conjunction with an optical radiator.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for the reproducible and cost-effective to provide favorable production of dimensionally stable semi-finished product, as well as to specify a use thereof for the production of an optical radiator having a planar emission characteristic.
  • this object is achieved on the basis of the method described above, that deformed to deform a hollow cylinder made of quartz glass this in the heating zone and tool-free to a round tube of deformable quartz glass, and the round tube is deformed by means of the molding tool to the profile strand ,
  • the method according to the invention thus involves the production of a profile element made of quartz glass from a prefabricated quartz glass hollow cylinder. In the heating zone, this is heated in some areas, softened and elongated without tools and in sections to form a round tube with a smaller outside diameter or smaller wall thickness in an elution process.
  • the already elongated but still soft round raw section is simultaneously formed into the profile strand by means of the forming tool.
  • the extension of the still soft quartz glass continues. The case still running extension of the strand may be minor.
  • the inventive forming of a prefabricated hollow cylinder made of quartz glass the continuation of the elongation during the forming process for a precise adjustment of the nominal contour of the profile strand is required.
  • the elongation step is carried out without tools by pulling the ends of the quartz glass hollow cylinder.
  • the use of the mold is required for forming the profile strand with non-circular cross-section.
  • the profile strand is designed as a hollow strand or as a solid strand.
  • the quartz glass hollow cylinder is elongated to a round tube whose average end wall thickness corresponds approximately to the mean wall thickness of the extruded profile to be formed.
  • end wall thickness The essential scope of the transformation from the hollow cylinder to the profile strand takes place without tools during Elongier suits.
  • the mold causes a change in the cross-sectional shape of the strand, but ideally no change in its wall thickness, at most only a small change. Apart from that, the continuous elongation of the strand during tool-based forming inevitably leads to a further, albeit slight reduction in its wall thickness.
  • the average end wall thickness of the round tube between 0 and 20% larger, preferably between 0 and 10% greater than the average wall thickness of the profile to be formed profile (based on the final average wall thickness of profile extrusion).
  • Outer perimeter length at most 20% greater, preferably at most 10% greater than the outer perimeter of the profile strand to be formed (based on the final outer perimeter of the profile strand).
  • the substantial extent of the conversion from the hollow cylinder to the profile strand without tools during Elongier suits The mold only causes a change in the cross-sectional shape of the strand, but in the ideal case, no change in its outer circumferential length, at most only a small change.
  • the continuous elongation of the strand during the tool-based forming inevitably leads to a further, albeit slight reduction the outer peripheral length of the profile strand.
  • the stated percentages refer to the final outer peripheral length of the profile strand.
  • the mold engages only on the outer circumference of the round tube.
  • the deformation of the profile strand takes place here by means of an externally acting on the round tube mold.
  • the inner bore of the withdrawn profile strand is formed without tools. This results in a particularly smooth, damage-free and contamination-poor inner wall of the hollow profile strand and obtained therefrom profile elements.
  • the mold preferably engages only in the inner bore of the round tube.
  • the inventive method has proven particularly useful for the formation of a profile tube with a rectangular cross-section.
  • profile tube rectangular hollow profile ele- ments are obtained by cutting to length. These can be used, for example, as a semi-finished product for the production of optical radiators with flat emission characteristics, as will be explained in more detail below.
  • the inventive method is also used advantageously for the formation of a profile tube with hexagonal cross-section. From such a profile tube are obtained by cutting hollow profile elements with hexagonal cross-section. These can be used, for example, as a cladding tube for the production of so-called “optical hollow fibers” (Photonic Cristal Fibers (PCF), also referred to as “Holey Fibers” or photonic crystal fibers).
  • PCF Photonic Cristal Fibers
  • a plurality of capillaries are tightly stacked in the inner bore of a cladding tube with polygonal, preferably hexagonal, inner cross-section and arranged with their longitudinal axes parallel to each other.
  • the gradual transition from the circular shape to the nominal external profile of the extruded profile facilitates the control of the elongation process and the compliance with predetermined nominal dimensions of the extruded profile.
  • the above-mentioned object is achieved, starting from a device of the type mentioned, according to the invention in that the holder comprises a pulling device for zone-free tool-free elongation of the hollow cylinder to a round tube before deformation to the profile strand, and that the molding tool in the Elongier Scheme of Round tube is positionable.
  • the device according to the invention serves to carry out the above-described forming process.
  • Important components are a heating device, by means of which a prefabricated quartz glass hollow cylinder can be heated and softened in regions, a pulling device, by means of which the softened area is elongatable to a tube section made of quartz glass, and a deformation device with molding tool, by means of which the still soft tube section made of quartz glass with continuous elongation is partially deformable and thereby elongated to a profile strand.
  • the molding tool can be positioned in a region behind or underneath the drawing bulb, in which the quartz glass hollow cylinder is already partially sectioned to form a round tube with a smaller outside diameter or smaller wall thickness, but the quartz glass is still deformable.
  • Those parts of the mold which come into contact with soft quartz glass consist of temperature-stable material such as graphite, CFC or ceramics such as SiC, Al 2 O 3 .
  • the mold is positionable within the heating zone.
  • the elongation to the round tube and the forming into the profile can take place within the same heating zone, so that multiple or long-term heating of the quartz glass mass to be withdrawn and the associated risk of unintentional deformations are avoided.
  • the mold can be formed in one piece. But particularly preferred is an embodiment of the device in which the mold has a force acting on the outer circumference of the round tube mold element from at least two mutually movable mold jaws.
  • the mold jaws define an opening according to the profile to be produced. They can be moved apart and thus facilitate the threading of the starting piece when tightening the quartz glass hollow cylinder.
  • the mold is fixed on a support frame and this mounted on a positioning and by means of this in the direction of the drawing axis and perpendicular to it is displaceable.
  • the molding tool can be positioned exactly in the central axis of the hollow cylinder to be elongated and at the optimum distance to the drawing bulb.
  • profile elements for the production of an optical radiator are used, wherein a plurality of cylindrical profile elements are composed so that they - seen in the main emission - a common radiating surface of a Hül lSystems Form quartz glass for receiving a radiation emitter, the enveloping body is composed of a plurality of cylindrical profile elements made of quartz glass, which form at least a portion of the radiating surface.
  • the optical emitter is thus composed of profile elements, as they can be produced with high dimensional accuracy and cost by the method described above.
  • a plurality of such profile elements are connected to one another in a segment-like manner, forming a planar arrangement with a common radiating surface.
  • the radiating surface makes up at least a part of the entire predefined radiator surface, in the ideal part the entire radiator surface. This can be easily and flexibly filled by means of the individual profile element segments, even in good approximation in the case of complex, non-rectangular surface contours.
  • the radiation surface spanned by the profile elements is generally planar, but it may also have a curved envelope, for example for adaptation to the outer shell of a component to be irradiated having a roll shape.
  • the cylindrical profile elements have a polygonal cross section, in the simplest case a rectangular shape. Each profile element encloses a cavity which has two opposing openings due to the production.
  • the cavities of the individual profile elements are either connected together so that they form a common cavity for receiving a radiation emitter or the cavities are separated.
  • the radiation emitter arranged in the cavity or in the cavities is, for example, a gas filling emitting gas, a heating coil, a carbon ribbon or one or more electrodes for generating an electrical discharge.
  • the profile elements can be welded together. In a particularly preferred embodiment of the radiator, however, the profile elements are connected to one another by means of an SiO 2 composite of at least partially opaque SiO 2 .
  • the cylindrical profile elements are in this case connected to each other by means of a SiO 2 composite of at least partially opaque SiO 2 .
  • the connection takes place via adjoining side walls of adjacent profile elements.
  • the use of such a compound for the production of joint compounds made of quartz glass components is known from DE 10 2004 054 392 A1.
  • the type and preparation of the SiO 2 massecuite described in this document is also suitable for the compound of the present application and to that extent the disclosure of DE 10 2004 054 392 A1 is hereby expressly incorporated.
  • the bonding compound fulfills a further function, namely as a diffuse reflector for radiation over a large wavelength range.
  • the bonding compound present on the side walls of the profile elements therefore reflects the radiation which does not extend in the main emission direction and thus contributes to the improvement of the efficiency of the emitter according to the invention. It has proven to be particularly advantageous if the SiO 2 massecuite with respect to the quartz glass of the envelope consists of species-specific material.
  • a “species-specific material” is understood here to mean that the SiO 2 contents of the compound mass and profile elements differ from each other by not more than 3% by weight, preferably not more than 1% by weight in particular achieved a high thermal shock resistance.
  • the profile elements form an envelope body rear wall opposite the radiating surface, on which an SiO 2 reflector layer, which acts as a diffuse reflector, of at least partially opaque SiO 2 is applied.
  • the reflector layer consists of at least partially opaque quartz glass. It covers all or part of the rear wall of the radiator and acts as a diffuse optical reflector. It is made entirely or for the most part of doped or undoped SiO 2 .
  • the reflector layer has a high degree of reflection. Since it is provided on a surface facing away from the main emission of the radiator and thus contributes in addition to improving the efficiency. Furthermore, the reflector in the form of an SiO 2 reflector layer is distinguished by excellent chemical and thermal stability and mechanical strength as well as by a high thermal shock resistance.
  • the radiator according to the invention with an SiO 2 reflector layer, this is applied to the common external surface of the rear wall facing away from the radiating surface.
  • the reflector layer is particularly easy to apply on the outside of the envelope.
  • the SiO 2 reflector layer is applied to the inner sides of the profile elements facing the emission surface.
  • the reflector layer provided on the inner sides of the profile elements is immediately adjacent to the radiation emitter, so that absorption losses due to the material of the enveloping body are avoided. In addition, the reflector layer is protected there from mechanical damage.
  • the profile elements can have any polygonal cross-section. With a view to simple production and processing, profile elements with a rectangular cross-sectional area are preferred.
  • the SiO 2 reflector layer may include a dopant that produces optical absorption in the ultraviolet, visible, or infrared spectral region.
  • the dopant By means of the dopant, a wavelength-selective reflection of the reflector layer can be effected.
  • a dopant is used which generates one or more absorption lines in quartz glass in the ultraviolet, visible and / or infrared spectral range. As a result, a portion of the absorbed radiation is no longer contained in the lightwave spectrum reflected by the reflector layer.
  • the reflector layer also acts as a filter and can replace or supplement an otherwise necessary filter measure, such as a doping of the quartz glass of the Hül l stresses or a coating with a filter material.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a deformation device with a two-part molding tool in a three-dimensional schematic representation
  • FIG. 3 shows a second embodiment of a deformation device with a one-part molding tool in a three-dimensional schematic representation
  • Figure 4 shows a first embodiment of an assembled from segments according to the invention optical flat radiator with a reflector layer on the outer wall in a schematic cross-sectional view
  • Figure 5 shows a second embodiment of an assembled from segments according to the invention optical flat radiator with a reflector layer on the inner wall in a schematic representation and in cross section.
  • the drawing and forming apparatus shown schematically in Figure 1 is used for the production of hollow profiles with a rectangular cross section of synthetic quartz glass.
  • a hollow cylinder 1 made of synthetic quartz glass (shown broken) is elongated and simultaneously formed into a hollow profile strand 11.
  • the desired hollow profiles are obtained by cutting to length.
  • the device comprises a vertically arranged oven, which can be heated to temperatures above 2300 ° C., with an annular resistance heating element 6, a holder 18 which can be moved in the drawing direction 10 for the vertical support and the supply of the hollow cylinder 1 to the oven, a take-off 2, a deformation insert. direction, to which the reference numeral 3 is assigned, as well as a gas supply system which is indicated by a projecting into the inner bore 17 of the hollow cylinder 1 gas line 4 and a shut-off valve 5.
  • the hollow cylinder 1 having an annular cross section has an outer diameter of 150 mm, an inner diameter of 100 mm and a length of about 3000 mm.
  • the drawing process it is supplied with vertically oriented longitudinal axis 7 with its lower end starting from the top continuously from the top at a speed of 25 mm / min, softened in zones and thereby elongated to form a drawing section 8 to a pipe section 9.
  • the pipe section 9 is pulled so far until its wall thickness is about 2 mm. This condition is met in the lower third of the heating element 6.
  • the corresponding smallest cross section of the pipe section 9 - seen in the pulling direction 10 - is shown schematically in detail A. Its outer diameter is 40 mm and its average wall thickness is 2.2 mm. At this point, the deformation device 3 is deformed on the outer wall of the pipe section 9.
  • the deformation device 3 comprises a positioning device 12, on which a holding frame 13 is mounted.
  • the holding frame 13 carries a mold 14 made of graphite, which protrudes from below into the heating chamber 16 surrounded by the heating element 6.
  • the molding tool 14 consists essentially of two separately movable half-shells 15, which enclose a cavity, the cross-sectional shape of which changes continuously from above from the bottom of the circular shape into a rectangular shape.
  • Half shells 15 are 40 mm x 20 mm. Accordingly, the pipe section 9 is formed by means of the molding tool 14 into a hollow profile strand 11 with a right-hand k- kigem cross-section, the outer dimensions of 40 mm x 20 mm, and having a uniform average wall thickness of about 2 mm.
  • the corresponding end cross-section of the hollow profile strand 11 is shown schematically in FIG Section B shown.
  • the hollow profile strand 11 is withdrawn by means of the trigger 2 at a speed of 900 mm / min.
  • FIG. 2 schematically shows the deformation device 3 in a three-dimensional representation.
  • the graphite half-shells 15 of the molding tool 14 are shown open. They enclose a cavity into which the elongated tube section 9 enters from above and from which it emerges as a hollow profile strand 11.
  • the positioning device 12 comprises an adjusting device 20 for positioning the forming tool 13 in height and an adjusting device 21 for opening and closing the half-shells 15.
  • FIG. 3 schematically shows a deformation device in three-dimensional representation with an alternative embodiment of the molding tool 30.
  • An essential component here is a one-piece molding sleeve 31 which encloses a cavity whose cross-sectional shape changes continuously from above from below from a circular shape into a rectangular shape.
  • the elongated tube section 9 with an annular cross-section enters the cavity from above, is transformed therein and emerges as a hollow profile strand 11 with a rectangular cross-section.
  • the cut hollow sections are used as semi-finished products for the production of excimer flat radiators according to the present invention, as will be described in more detail below.
  • FIG 4 shows schematically a first embodiment of an excimer flat radiator 40.
  • Its radiator shell is made of synthetic quartz glass and is composed of a total of three rectangular hollow sections 41 with dimensions of 40 mm x 20 mm and a wall thickness of 2 mm.
  • the hollow sections 41 are connected to each other with their long side walls.
  • the total area of the radiator shell is thus 60 mm x 40 mm.
  • the cavities 42 of the hollow profiles 41 are separated from each other.
  • the open end faces of the hollow profiles 41 are closed with a continuous (not shown in cross-section of Figure 4) quartz glass plate.
  • the joints between the hollow profiles 41 and the closure plates made of quartz glass consist of at least about 0.5 mm thick layers 43 of pure, opaque SiO 2 .
  • the SiO 2 layers 43 are characterized by freedom from cracks and a high density of about 2.15 g / cm 3 .
  • the SiO 2 is obtained from a compound which is produced by means of a slurry process, as described in the above-mentioned DE 10 2004 054 392.
  • the joining process so produced compounds (43) are mechanically stable and have a high thermal shock resistance even at operating temperatures above 1000 0 C.
  • the hollow profiles 41 are arranged such that in the main emission direction 47 they have a common flat front side 44 and a common planar rear side 45 lying opposite them.
  • the rear side 45 is completely covered with a SiO 2 cover layer 46, which consists of opaque quartz glass and has an average layer thickness of 2 mm.
  • the SiO 2 cover layer 46 causes a diffuse, non-directional reflection and thus serves as a reflector layer.
  • the reflector layer is produced by drying and sintering a SiO 2 compound, which is produced by means of a slurry process, as described in the above-mentioned DE 10 2004 051 846.
  • the SiO 2 layers 43 also have a diffusely reflecting effect and therefore contribute to improving the radiation efficiency of the excimer radiator 40.
  • the inner walls of the hollow profiles 51 facing the front side 54 are provided with a layer (56) of opaque SiO 2 , which is produced as explained above with reference to FIG. 4 for the SiO 2 cover layer 46.

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Abstract

The invention relates to a method and a device for producing a cylindrical profiled element consisting of quartz glass (5), and to the use of such a profiled element. According to a known method for producing a cylindrical profiled element consisting of glass, a pre-fabricated glass hollow cylinder is softened, in sections, in a heated region, the softened region is deformed by means of a form tool (10) to form a profiled bar with a pre-defined cross-sectional profile, and the profiled bar is lengthened to form the profiled element. The aim of the invention is to provide a method, based on the known method, for the reproducible and economical production of dimensionally correct semifinished products consisting of quartz glass. To this end, a hollow cylinder of quartz glass is softened in the heated region and is lengthened without the use of tools to form a round tube (15) consisting of deformable quartz glass, and the round tube is deformed by means of the form tool to form the profiled bar.

Description

Verfahren und Vorrichtung für die Herstellung eines zylinderförmigen Profilelements aus Quarzglas sowie Verwendung eines derartigen Profilelements Method and device for the production of a cylindrical profile element made of quartz glass and use of such a profile element
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren für die Herstellung eines zylinderförmigen Profilelements aus Glas, indem ein vorgefertigter Glas-Hohlzylinder in einer Heiz- zone bereichsweise erweicht, der erweichte Bereich mittels eines Formwerkzeugs zu einem Profilstrang mit vorgegebenem Querschnittsprofil verformt, und der Profilstrang zu dem Profilelement abgelängt wird.The invention relates to a method for the production of a cylindrical profile element made of glass, in which a prefabricated glass hollow cylinder partially softens in a heating zone, the softened region is deformed by means of a molding tool into a profile strand having a predetermined cross-sectional profile, and the profile strand is cut to form the profile element ,
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, umfassend eine Halterung für einen vorgefertigten Glas-Hohlzylinder, eine Heizeinrichtung zum bereichsweisen Erweichen des Glas-Hohlzylinders, sowie eine Verformungseinrichtung mit Formwerkzeug zum Verformen des erweichten Hohlzylinder-Bereichs zu einem Profilstrang mit vorgegebenem Querschnittsprofil.Furthermore, the invention relates to a device comprising a holder for a prefabricated glass hollow cylinder, a heater for partial softening of the hollow glass cylinder, and a deformation device with molding tool for deforming the softened hollow cylinder region to a profile strand with predetermined cross-sectional profile.
Außerdem geht es in der Erfindung um die Verwendung des Profilelements zur Herstellung eines optischen Strahlers.In addition, the invention relates to the use of the profile element for producing an optical radiator.
Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung dienen zur Herstellung von zylinderförmigem Profilelement mit beliebigem Querschnittsprofil, insbesondere von Rohren und Stäben aus Quarzglas mit polygonalem Querschnitt. Das Profilelement ist als Ausgangsprodukt für die Herstellung optischer Bauteile oder Vorformen für optische Fasern einsetzbar.Method and apparatus according to the invention are used for the production of cylindrical profile element with any cross-sectional profile, in particular of tubes and rods made of quartz glass with a polygonal cross-section. The profile element can be used as a starting product for the production of optical components or preforms for optical fibers.
Stand der TechnikState of the art
In der US-PS 3,620,707 A ist ein Verfahren zum Umformen eines vorgefertigten Rundrohres aus Glas zu einem Endrohr mit beliebigem polygonalen Querschnitt beschrieben. Hierzu wird das Rundrohr in vertikaler Orientierung mit seinem unte- ren Ende auf einem feststehenden Halter eingespannt. Ein Ringheizer wird von unten nach oben entlang des Rundrohres bewegt und dieses dadurch zonenweise von unten nach oben erweicht. Synchron zum Ringheizer wird ein Formwerkzeug mit beliebigem polygonalen Außenprofil durch die Innenbohrung des Rundrohres nach oben gezogen, wodurch dieses zu dem Endrohr umgeformt wird. Dessen Querschnittsprofil wird durch das Außenprofil des Formwerkzeugs bestimmt.In US-PS 3,620,707 A a method for forming a prefabricated round glass tube is described to a tail pipe with any polygonal cross-section. For this purpose, the round tube is clamped in a vertical orientation with its lower end on a fixed holder. A ring heater is made by moved upwards along the round tube and this thereby softened zone by zone from bottom to top. Synchronously with the ring heater, a mold with any polygonal outer profile is pulled upwards through the inner bore of the round tube, whereby it is transformed into the tailpipe. Its cross-sectional profile is determined by the outer profile of the mold.
Ein ähnliches Verfahren und eine Vorrichtung zur Innenkalibrierung eines vorgefertigten Glasrohres sind auch aus der DE 296 16 981 U1 bekannt. Dabei werden an den Stirnseiten des Rohres Glashülsen angeschmolzen, mittels denen das Glasrohr in horizontaler Orientierung in eine Drehbank eingespannt wird. Zum zonenweisen Erweichen wird eine Ringheizung entlang des Glasrohres geführt und synchron dazu ein Formdorn aus Kohle, Grafit oder Keramik durch die Innenbohrung gezogen. Der Formdorn bestimmt das Querschnittsprofil des umgeformten Glasrohres.A similar method and apparatus for internal calibration of a prefabricated glass tube are also known from DE 296 16 981 U1. In this case, glass tubes are melted at the end faces of the tube, by means of which the glass tube is clamped in a horizontal orientation in a lathe. To zone softening a ring heating is guided along the glass tube and synchronously pulled a mandrel made of carbon, graphite or ceramic through the inner bore. The mandrel determines the cross-sectional profile of the formed glass tube.
Es sind auch Vertikalziehverfahren zum kontinuierlichen Ziehen von Rohren aus Quarzglas mit beliebigem Querschnittsprofil aus dem Schmelztiegel bekannt. Ein derartiges Verfahren beschreibt die DE 103 37 388 A1. Das Sollprofil des abgezogenen Quarzglasrohres wird üblicherweise durch die Geometrie der Ziehdüse bestimmt. Für die Herstellung von Glaskörpern, die außerhalb des möglichen Geometriespektrums liegen, ist es erforderlich, die Ziehdüse auszuwechseln. Die anlagentechnisch bedingte Einschränkung durch die vorgegebene Ziehdüsengeometrie ist bei geringen Produktionsmengen und einer daraus resultierenden kurzen Tiegellaufzeit nachteilig, so dass in der DE 103 37 388 A1 zur Lösung dieses Problems eine an die eigentliche Ziehdüse ansetzbare und leicht auswech- seibare Ansetzdüse mit spezifischer Düsenöffnung vorgeschlagen wird, die dasThere are also known vertical drawing methods for continuously drawing tubes of quartz glass of any cross-sectional profile from the crucible. Such a method is described in DE 103 37 388 A1. The nominal profile of the withdrawn quartz glass tube is usually determined by the geometry of the die. For the production of glass bodies that are outside the possible geometry spectrum, it is necessary to replace the die. The installation-related limitation due to the predetermined die geometry is disadvantageous in the case of low production quantities and a short crucible running time resulting therefrom, so that in order to solve this problem, DE 103 37 388 A1 proposes an attachment nozzle with a specific nozzle opening which can be attached to the actual die and is easily exchangeable , the the
Querschnittsprofil des abgezogenen Quarzglasrohres bestimmt. Die Düsenöffnung der Ansetzdüse ist im einfachsten Fall kreisförmig; es sind aber auch polygonale Querschnittsformen - zum Beispiel in Dreiecksform - möglich, insbesondere und Rechteckquerschnitte zum Ziehen plattenförmiger Quarzglaselemente so- wie ellipsen- oder doppelellipsenförmige Querschnitte zum Ziehen sogenannterCross-sectional profile of the withdrawn quartz glass tube determined. The nozzle opening of the Ansetzdüse is circular in the simplest case; However, polygonal cross-sectional shapes-for example in a triangular shape-are also possible, in particular, and rectangular cross-sections for drawing plate-shaped quartz glass elements as well as ellipse-shaped or double-ellipse-shaped cross sections for drawing so-called
"Zwillingsrohre", wie sie für die Herstellung von Heizstrahlern eingesetzt werden. Plattenförmige Bauteile sind für den Bau von Lampen mit flächiger Abstrahlcharakteristik geeignet, wie sie beispielsweise für die Bestrahlung von planen oder gewölbten Oberflächen mit UV- oder IR-Strahlung eingesetzt werden."Twin pipes", as they are used for the production of radiant heaters. Plate-shaped components are suitable for the construction of lamps with flat emission characteristics, as used for example for the irradiation of flat or curved surfaces with UV or IR radiation.
Ein Hochleistungs-Excimerstrahler in Form eines Flachstrahlers ist aus der DE 40 10 809 A1 bekannt. Dieser weist einen von Quarzglasplatten begrenzten Entladungsraum für dielektrisch behinderte Entladung auf. Der Aufbau des Entladungsraums mittels plattenförmiger Quarzglaselemente ist relativ aufwändig.A high-power excimer radiator in the form of a flat radiator is known from DE 40 10 809 A1. This has a limited space of quartz glass plates discharge space for dielectrically impeded discharge. The structure of the discharge space by means of plate-shaped quartz glass elements is relatively complicated.
Häufig werden deshalb auch bei Anforderungen an flächige Bestrahlung parallel zueinander angeordnete Strahler in Form von Rundrohren eingesetzt, die vor ei- nem plattenförmigen Reflektor angeordnet sind. Beispielsweise beschreibt die EP-A2 0 133 847 einen Durchlaufofen zum kontinuierlichen Erwärmen von Material, wobei die Bestrahlungseinheit aus einer Vielzahl rohrförmiger, parallel zueinander verlaufender Heizstrahler besteht, die vor einem plattenförmiger Reflektor angeordnet sind. Der Reflektor besteht aus keramischen Fasermaterial und be- sitzt eine Reflektivität von ca. 85%.Frequently, radiators arranged parallel to one another in the form of round tubes, which are arranged in front of a plate-shaped reflector, are therefore also used in the case of requirements for planar irradiation. For example, EP-A2 0 133 847 describes a continuous furnace for continuously heating material, the irradiation unit consisting of a multiplicity of tubular radiators radiating parallel to each other and arranged in front of a plate-shaped reflector. The reflector consists of ceramic fiber material and has a reflectivity of approx. 85%.
Aus der DE 10 2004 051 846 A1 ist die Herstellung von diffus reflektierenden Schichten auf optischen Bauteilen aus Quarzglas bekannt. Die reflektierende Schicht besteht aus einer SiO2-Masse, die mittels Schlickerverfahrens erzeugt worden und zu einer opaken Deckschicht gesintert ist. Das so beschichtete Quarzglas-Bauteil wird vorzugsweise in der Lampen- und Reflektorfertigung eingesetzt, wobei es in Form eines Rohres, Kolbens, einer Kammer, Halbschale, Kugel- oder Ellipsoid-Segment, Platte, Hitzeschildes oder dergleichen vorliegt. Das Quarzglas-Bauteil ist entweder Bestandteil eines optischen Strahlers mit integriertem Reflektor, wobei dieser von der SiO2-Deckschicht gebildet wird, oder das Bauteil bildet einen separaten Reflektor und wird in Verbindung mit einem optischen Strahler eingesetzt.DE 10 2004 051 846 A1 discloses the production of diffusely reflecting layers on optical components made of quartz glass. The reflective layer consists of an SiO 2 mass, which has been produced by means of a slurry process and sintered into an opaque cover layer. The so-coated quartz glass component is preferably used in lamp and reflector manufacture, wherein it is in the form of a tube, piston, a chamber, half-shell, spherical or ellipsoidal segment, plate, heat shield or the like. The quartz glass component is either part of an optical radiator with an integrated reflector, this being formed by the SiO 2 cover layer, or the component forms a separate reflector and is used in conjunction with an optical radiator.
Technische AufgabeTechnical task
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung für die reproduzierbare und kosten- günstige Herstellung von maßhaltigem Halbzeug bereitzustellen, sowie eine Verwendung desselben für die Herstellung eines optischen Strahlers mit flächiger Abstrahlcharakteristik anzugeben.Starting from this prior art, the object of the invention is to provide a method and a device for the reproducible and cost-effective to provide favorable production of dimensionally stable semi-finished product, as well as to specify a use thereof for the production of an optical radiator having a planar emission characteristic.
Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Verformen eines Hohlzylinders aus Quarzglas dieser in der Heizzone erweicht und werkzeugfrei zu einem Rundrohr aus verformbarem Quarzglas elongiert wird, und das Rundrohr mittels des Formwerkzeugs zu dem Profilstrang verformt wird.With regard to the method, this object is achieved on the basis of the method described above, that deformed to deform a hollow cylinder made of quartz glass this in the heating zone and tool-free to a round tube of deformable quartz glass, and the round tube is deformed by means of the molding tool to the profile strand ,
Beim erfindungsgemäßen Verfahren geht es somit um die Herstellung eines Pro- filelements aus Quarzglas aus einem vorgefertigten Quarzglas-Hohlzylinder. Dieser wird in der Heizzone bereichsweise erhitzt, dabei erweicht und in einem Elon- gierprozess werkzeugfrei und abschnittsweise zu einem Rundrohr mit kleinerem Außendurchmesser oder kleinerer Wandstärke elongiert. Der bereits elongierte aber noch weiche Rund roh r-Abschnitt wird gleichzeitig mittels des Formwerk- zeugs zu dem Profilstrang umgeformt. Während des Umformens dauert die Verlängerung des noch weichen Quarzglases an. Die dabei noch ablaufende Verlängerung des Strangs kann geringfügig sein. Es hat sich aber gezeigt, dass zum erfindungsgemäßen Umformen eines vorgefertigten Hohlzylinders aus Quarzglas das Andauern des Elongierens während des Umformvorgangs für eine präzise Einstellung der Sollkontur des Profilstrangs erforderlich ist.The method according to the invention thus involves the production of a profile element made of quartz glass from a prefabricated quartz glass hollow cylinder. In the heating zone, this is heated in some areas, softened and elongated without tools and in sections to form a round tube with a smaller outside diameter or smaller wall thickness in an elution process. The already elongated but still soft round raw section is simultaneously formed into the profile strand by means of the forming tool. During the forming, the extension of the still soft quartz glass continues. The case still running extension of the strand may be minor. However, it has been shown that for the inventive forming of a prefabricated hollow cylinder made of quartz glass, the continuation of the elongation during the forming process for a precise adjustment of the nominal contour of the profile strand is required.
Der Elongierschritt erfolgt werkzeugfrei durch Auseinanderziehen der Enden des Quarzglas-Hohlzylinders. Für das Umformen zum Profilstrang mit nicht kreisförmigem Querschnitt ist jedoch der Einsatz des Formwerkzeugs erforderlich. Der Profilstrang ist als Hohlstrang oder als Vollstrang ausgebildet.The elongation step is carried out without tools by pulling the ends of the quartz glass hollow cylinder. However, the use of the mold is required for forming the profile strand with non-circular cross-section. The profile strand is designed as a hollow strand or as a solid strand.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Quarzglas-Hohlzylinder zu einem Rundrohr elongiert, dessen mittlere End- Wandstärke etwa der mittleren Wandstärke des zu formenden Profilstrangs entspricht. Hierbei wird das Rundrohr soweit elongiert, dass seine Wandstärke unmittelbar vor dem Einsatz des Formwerkzeugs (= End-Wandstärke) nur geringfügig größer ist als die Soll-Wandstärke des Profilstrangs. Der wesentliche Umfang der Umformung vom Hohlzylinder zum Profilstrang erfolgt hierbei werkzeugfrei beim Elongierschritt. Das Formwerkzeug bewirkt eine Änderung der Querschnittsform des Strangs, jedoch im Idealfall keine Änderung seiner Wandstärke, allenfalls nur noch eine geringe Änderung. Davon abgesehen führt das andauernde Elongieren des Strangs während des werkzeuggestützten Umformens zwangsläufig zu einer weiteren, wenn auch geringfügigen Verringerung seiner Wandstärke.In a preferred embodiment of the method according to the invention, the quartz glass hollow cylinder is elongated to a round tube whose average end wall thickness corresponds approximately to the mean wall thickness of the extruded profile to be formed. Here, the round tube is elongated so far that its wall thickness immediately before the use of the mold (= end wall thickness) is only slightly larger than the nominal wall thickness of the profile strand. The essential scope of the transformation from the hollow cylinder to the profile strand takes place without tools during Elongierschritt. The mold causes a change in the cross-sectional shape of the strand, but ideally no change in its wall thickness, at most only a small change. Apart from that, the continuous elongation of the strand during tool-based forming inevitably leads to a further, albeit slight reduction in its wall thickness.
In dieser Hinsicht hat es sich besonders bewährt, wenn die mittlere End- Wandstärke des Rundrohres zwischen 0 und 20 % größer, vorzugsweise zwischen 0 und 10 % größer ist, als die mittlere Wandstärke des zu formenden Profilstrangs ist (bezogen auf die endgültige mittlere Wandstärke des Profilstrangs).In this regard, it has proven particularly useful if the average end wall thickness of the round tube between 0 and 20% larger, preferably between 0 and 10% greater than the average wall thickness of the profile to be formed profile (based on the final average wall thickness of profile extrusion).
Gleichermaßen wirkt sich auch eine Verfahrensvariante günstig aus, bei der der Quarzglas-Hohlzylinder zu einem Rundrohr elongiert wird, dessen End-Likewise, a variant of the method in which the quartz glass hollow cylinder is elongated into a round tube whose end
Außenumfangslänge maximal 20 % größer, vorzugsweise maximal 10 % größer, als die Außenumfangslänge des zu formenden Profilstrangs ist (bezogen auf die endgültige Außenumfangslänge des Profilstrangs).Outer perimeter length at most 20% greater, preferably at most 10% greater than the outer perimeter of the profile strand to be formed (based on the final outer perimeter of the profile strand).
Hierbei wird das Rundrohr soweit elongiert, dass sein Außenumfang um den axialen Querschnitt unmittelbar vor dem Einsatz des Formwerkzeugs (= End- Außenumfangslänge) nur geringfügig größer ist als der Außenumfang des fertigen Profilstrangs. Bei einer weiteren Reduzierung der Außenumfangslänge von 20 % oder weniger, besonders bevorzugt 10 % oder weniger, erfolgt der wesentliche Umfang der Umformung vom Hohlzylinder zum Profilstrang werkzeugfrei beim Elongierschritt. Das Formwerkzeug bewirkt nur noch eine Änderung der Querschnittsform des Strangs, jedoch im Idealfall keine Änderung seiner Außenumfangslänge, allenfalls nur noch eine geringe Änderung. Davon abgesehen führt das andauernde Elongieren des Strangs während des werkzeuggestützten Umformens zwangsläufig zu einer weiteren, wenn auch geringfügigen Verringerung der Außenumfangslänge des Profilstrangs. Die genannten Prozentangaben beziehen sich auf die endgültige Außenumfangslänge des Profilstrangs.Here, the round tube is elongated so far that its outer circumference around the axial cross section immediately before the use of the mold (= End- Außenumfangslänge) is only slightly larger than the outer circumference of the finished profile strand. In a further reduction of the outer peripheral length of 20% or less, more preferably 10% or less, the substantial extent of the conversion from the hollow cylinder to the profile strand without tools during Elongierschritt. The mold only causes a change in the cross-sectional shape of the strand, but in the ideal case, no change in its outer circumferential length, at most only a small change. Apart from that, the continuous elongation of the strand during the tool-based forming inevitably leads to a further, albeit slight reduction the outer peripheral length of the profile strand. The stated percentages refer to the final outer peripheral length of the profile strand.
Für das Elongieren für das Umformen können separate Heizzonen eingesetzt werden. Bevorzugt ist aber eine Verfahrensvariante, bei der das Elongieren zum Rundrohr und das Umformen zum Profilstrang innerhalb derselben Heizzone erfolgen.For elongation for forming separate heating zones can be used. However, preference is given to a process variant in which the elongation to the round tube and the forming into the profile strand take place within the same heating zone.
Dadurch wird ein mehrfaches oder lang andauerndes Heizen der abzuziehenden Quarzglasmasse und die damit einhergehende Gefahr unbeabsichtigter Verformungen vermieden.This avoids multiple or prolonged heating of the quartz glass mass to be withdrawn and the associated risk of unintentional deformations.
In dieser Hinsicht hat es sich bewährt, wenn - in Ziehrichtung gesehen - das Umformen zum Profilstrang im letzten Drittel der Heizzone erfolgt.In this regard, it has proven useful when - seen in the drawing direction - the forming takes place to the profile strand in the last third of the heating zone.
Vorzugsweise greift das Formwerkzeug nur am Außenumfang des Rundrohres an.Preferably, the mold engages only on the outer circumference of the round tube.
Die Verformung zum Profilstrang erfolgt hierbei mittels eines außen am Rundrohr angreifenden Formwerkzeugs. Die Innenbohrung des abgezogenen Profilstrangs wird werkzeugfrei geformt. Dadurch ergibt sich eine besonders glatte, schädigungsfreie und verunreinigungsarme Innenwandung des hohlen Profilstrangs und daraus erhaltener Profilelemente. Bei Anwendungen, bei denen es auf eine schädigungsfreie Außenwandung des Profilstrangs ankommt, greift das Formwerkzeug vorzugsweise nur in der Innenbohrung des Rundrohres an.The deformation of the profile strand takes place here by means of an externally acting on the round tube mold. The inner bore of the withdrawn profile strand is formed without tools. This results in a particularly smooth, damage-free and contamination-poor inner wall of the hollow profile strand and obtained therefrom profile elements. In applications where it depends on a damage-free outer wall of the profile strand, the mold preferably engages only in the inner bore of the round tube.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat sich für die Ausbildung eines Profilrohres mit rechteckigem Querschnitt besonders bewährt.The inventive method has proven particularly useful for the formation of a profile tube with a rectangular cross-section.
Aus einem derartigen Profilrohr werden durch Ablängen rechteckige Hohlprofil e- lemente erhalten. Diese können beispielsweise als Halbzeug für die Herstellung optischer Strahler mit flächiger Abstrahlcharakteristik verwendet werden, wie dies weiter unten noch näher erläutert wird.From such a profile tube rectangular hollow profile ele- ments are obtained by cutting to length. These can be used, for example, as a semi-finished product for the production of optical radiators with flat emission characteristics, as will be explained in more detail below.
Alternativ dazu wird das erfindungsgemäße Verfahren auch vorteilhaft für die Ausbildung eines Profilrohres mit sechseckigem Querschnitt eingesetzt. Aus einem derartigen Profilrohr werden durch Ablängen Hohlprofilelemente mit Sechseck-Querschnitt erhalten. Diese können beispielsweise als Hüllrohr für die Herstellung sogenannter „optische Hohlfasern" (Photonic Cristal Fibres (PCF), auch als „Holey Fibres", oder photonische Kristallfasern bezeichnet) eingesetzt werden. Dabei werden in der Innenbohrung eines Hüllrohres mit polygonalem, vorzugsweise sechseckigem, Innenquerschnitt eine Vielzahl von Kapillaren dicht gestapelt und mit ihren Längsachsen parallel zueinander angeordnet.Alternatively, the inventive method is also used advantageously for the formation of a profile tube with hexagonal cross-section. From such a profile tube are obtained by cutting hollow profile elements with hexagonal cross-section. These can be used, for example, as a cladding tube for the production of so-called "optical hollow fibers" (Photonic Cristal Fibers (PCF), also referred to as "Holey Fibers" or photonic crystal fibers). In this case, a plurality of capillaries are tightly stacked in the inner bore of a cladding tube with polygonal, preferably hexagonal, inner cross-section and arranged with their longitudinal axes parallel to each other.
Es hat sich bewährt, wenn ein Formelement eingesetzt wird, dessen Querschnitt in Ziehrichtung gesehen, von Kreisform allmählich in das Außenquerschnittsprofil des Profilstrangs übergeht.It has proven useful when a molding element is used, the cross section seen in the drawing direction, gradually changes from circular shape in the outer cross-sectional profile of the profile strand.
Der allmähliche Übergang von Kreisform auf das Soll-Außenprofil des Profilstrangs erleichtert die Kontrolle des Elongierprozesses und die Einhaltung vorgegebener Sollabmessungen des Profilstrangs.The gradual transition from the circular shape to the nominal external profile of the extruded profile facilitates the control of the elongation process and the compliance with predetermined nominal dimensions of the extruded profile.
Weiterhin hat es sich bewährt, wenn in der Innenbohrung des Hohlzylinders ein gegenüber dem außen anliegenden Außendruck erhöhter Innendruck aufrecht erhalten wird.Furthermore, it has proven useful if in the inner bore of the hollow cylinder, a relation to the outside applied external pressure increased internal pressure is maintained.
Durch Anpassung des Innendrucks wird die Einstellung und Einhaltung vorgegebener Abmessungen des Profilstrangs erleichtert.By adjusting the internal pressure setting and compliance with given dimensions of the profile strand is facilitated.
In Bezug auf die Vorrichtung wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Halterung eine Zieheinrichtung zum bereichsweisen werkzeugfreien Elongieren des Hohlzylinders zu einem Rundrohr vor dem Verformen zum Profilstrang umfasst, und dass das Formwerkzeug im Elongierbereich des Rundrohres positionierbar ist.With regard to the device, the above-mentioned object is achieved, starting from a device of the type mentioned, according to the invention in that the holder comprises a pulling device for zone-free tool-free elongation of the hollow cylinder to a round tube before deformation to the profile strand, and that the molding tool in the Elongierbereich of Round tube is positionable.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient zur Durchführung des oben beschriebenen Umformverfahrens. Wichtige Bestandteile sind eine Heizeinrichtung, mittels der ein vorgefertigter Quarzglas-Hohlzylinder bereichsweise erhitzt und erweicht werden kann, eine Zieheinrichtung, mittels der der erweichte Bereich zu einem Rohr-Abschnitt aus Quarzglas elongierbar ist, und eine Verformungseinrichtung mit Formwerkzeug, mittels dem der noch weiche Rohr-Abschnitt aus Quarzglas unter fortdauernder Elongation bereichsweise verformbar ist und dabei zu einem Profilstrang langgezogen wird.The device according to the invention serves to carry out the above-described forming process. Important components are a heating device, by means of which a prefabricated quartz glass hollow cylinder can be heated and softened in regions, a pulling device, by means of which the softened area is elongatable to a tube section made of quartz glass, and a deformation device with molding tool, by means of which the still soft tube section made of quartz glass with continuous elongation is partially deformable and thereby elongated to a profile strand.
Beim Elongieren des Hohlzylinders bildet sich eine Ziehzwiebel (= Elongierbe- reich). Das Formwerkzeug ist in einem Bereich hinter oder unter der Ziehzwiebel positionierbar, in dem der Quarzglas-Hohlzylinder bereits abschnittsweise zu einem Rundrohr mit kleinerem Außendurchmesser oder kleinerer Wandstärke elon- giert, das Quarzglas aber noch verformbar ist. Diejenigen Teile des Formwerkzeugs, die mit weichem Quarzglas in Kontakt kommen bestehen aus temperatur- stabilem Werkstoff wie Grafit, CFC oder Keramiken wie etwa SiC, AI2O3.When elongating the hollow cylinder, a drawing bulb forms (= elongation area). The molding tool can be positioned in a region behind or underneath the drawing bulb, in which the quartz glass hollow cylinder is already partially sectioned to form a round tube with a smaller outside diameter or smaller wall thickness, but the quartz glass is still deformable. Those parts of the mold which come into contact with soft quartz glass consist of temperature-stable material such as graphite, CFC or ceramics such as SiC, Al 2 O 3 .
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. Die in den übrigen Unteransprüchen genannten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous embodiments of the device according to the invention will become apparent from the dependent claims. As far as specified in the dependent claims embodiments of the device are recited in the subclaims for the method according to the invention mentioned procedures, reference is made for additional explanation to the above statements on the corresponding method claims. The embodiments of the device according to the invention mentioned in the other subclaims are explained in more detail below.
Vorzugsweise ist das Formwerkzeug innerhalb der Heizzone positionierbar.Preferably, the mold is positionable within the heating zone.
Dadurch können das Elongieren zum Rundrohr und das Umformen zum Profi I- sträng innerhalb derselben Heizzone erfolgen, so dass ein mehrfaches oder lang andauerndes Heizen der abzuziehenden Quarzglasmasse und die damit einhergehende Gefahr unbeabsichtigter Verformungen vermieden wird.As a result, the elongation to the round tube and the forming into the profile can take place within the same heating zone, so that multiple or long-term heating of the quartz glass mass to be withdrawn and the associated risk of unintentional deformations are avoided.
Das Formwerkzeug kann einstückig ausgebildet sein. Besonders bevorzugt wird aber eine Ausführungsform der Vorrichtung, bei der das Formwerkzeug ein am Außenumfang des Rundrohres angreifendes Formelement aus mindestens zwei gegeneinander beweglichen Formbacken aufweist.The mold can be formed in one piece. But particularly preferred is an embodiment of the device in which the mold has a force acting on the outer circumference of the round tube mold element from at least two mutually movable mold jaws.
Die Formbacken definieren eine Öffnung entsprechend dem herzustellenden Profil. Sie können auseinander bewegt werden und erleichtern so das Einfädeln des Anfangsstückes beim Anziehen des Quarzglas-Hohlzylinders. Besonders bewährt hat sich eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der das Formwerkzeug auf einem Haltegestell fixiert und dieses auf einer Positioniereinheit montiert und mittels dieser in Richtung der Ziehachse und senkrecht dazu verschiebbar ist.The mold jaws define an opening according to the profile to be produced. They can be moved apart and thus facilitate the threading of the starting piece when tightening the quartz glass hollow cylinder. Has proven particularly useful an embodiment of the device according to the invention, in which the mold is fixed on a support frame and this mounted on a positioning and by means of this in the direction of the drawing axis and perpendicular to it is displaceable.
Mittels der Positioniereinheit und dem darauf montierten Haltegestell ist das Formwerkzeug exakt in der Mittelachse des zu elongierenden Hohlzylinders und in der optimalen Entfernung zur Ziehzwiebel positionierbar.By means of the positioning unit and the holding frame mounted thereon, the molding tool can be positioned exactly in the central axis of the hollow cylinder to be elongated and at the optimum distance to the drawing bulb.
Hinsichtlich der Verwendung wird die oben angegebene Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Profilelemente für die Herstellung eines optischen Strahlers eingesetzt werden, wobei mehrere zylinderförmige Profilelemente so zusammengesetzt sind, dass sie - in Hauptabstrahlrichtung gesehen - eine gemeinsame Abstrahlfläche eines Hül lkörpers aus Quarzglas zur Aufnahme eines Strahlungsemitters bilden, der Hüllkörper aus mehreren zylinderförmigen Profilelementen aus Quarzglas zusam- mengesetzt ist, die mindestens einen Teil der Abstrahlfläche bilden.With regard to the use of the above-mentioned object is achieved in that obtained by the process according to the invention profile elements for the production of an optical radiator are used, wherein a plurality of cylindrical profile elements are composed so that they - seen in the main emission - a common radiating surface of a Hül lkörpers Form quartz glass for receiving a radiation emitter, the enveloping body is composed of a plurality of cylindrical profile elements made of quartz glass, which form at least a portion of the radiating surface.
Der optische Strahler ist somit aus Profilelementen zusammengesetzt, wie sie anhand des weiter oben beschriebenen Verfahrens mit hoher Maßhaltigkeit und kostengünstig hergestellt werden können.The optical emitter is thus composed of profile elements, as they can be produced with high dimensional accuracy and cost by the method described above.
Um eine vorgegebene Strahlerfläche auszufüllen, sind mehrere derartiger Profi- lelemente segmentartig so miteinander verbunden, das sie eine flächige Anordnung mit einer gemeinsamen Abstrahlfläche bilden.In order to fill a given radiator surface, a plurality of such profile elements are connected to one another in a segment-like manner, forming a planar arrangement with a common radiating surface.
Die Abstrahlfläche macht mindestens einen Teil der gesamten vorgegebenen Strahlerfläche aus, im Idealteil die gesamte Strahlerfläche. Diese kann mittels der einzelnen Profilelement-Segmente einfach und flexibel gefüllt werden, auch noch in guter Annäherung bei komplexen, nicht rechtwinkligen Flächenkonturen. Die von den Profilelementen aufgespannte Abstrahlfläche ist in der Regel plan, sie kann aber auch eine gekrümmt Hüllkurve aufweisen, beispielsweise zur Anpassung an den Außenmantel eines zu bestrahlenden Bauteils mit Walzenform. Die zylinderförmigen Profilelemente weisen einen polygonalen Querschnitt auf, im einfachsten Fall eine Rechteckform. Jedes Profilelement umschließt einen Hohlraum, der herstellungsbedingt zwei sich gegenüberliegende Öffnungen aufweist. Im fertigen Strahler sind die Hohlräume der einzelnen Profilelemente entweder so miteinander verbunden, dass sie einen gemeinsamen Hohlraum für die Aufnahme eines Strahlungsemitters bilden oder die Hohlräume sind getrennt. Im erstgenannten Fall sind die Anforderungen an die Dichtigkeit der Fügeverbindung hoch, im zuletzt genannten Fall gering. Bei dem im Hohlraum oder in den Hohlräumen angeordneten Strahlungsemitter handelt es sich beispielsweise um eine Strah- lung emittierende Gasfüllung, eine Heizwendel, eine Carbonband oder um eine oder mehrere Elektroden zur Erzeugung einer elektrischen Entladung.The radiating surface makes up at least a part of the entire predefined radiator surface, in the ideal part the entire radiator surface. This can be easily and flexibly filled by means of the individual profile element segments, even in good approximation in the case of complex, non-rectangular surface contours. The radiation surface spanned by the profile elements is generally planar, but it may also have a curved envelope, for example for adaptation to the outer shell of a component to be irradiated having a roll shape. The cylindrical profile elements have a polygonal cross section, in the simplest case a rectangular shape. Each profile element encloses a cavity which has two opposing openings due to the production. In the finished radiator, the cavities of the individual profile elements are either connected together so that they form a common cavity for receiving a radiation emitter or the cavities are separated. In the former case, the requirements for the tightness of the joint connection are high, low in the latter case. The radiation emitter arranged in the cavity or in the cavities is, for example, a gas filling emitting gas, a heating coil, a carbon ribbon or one or more electrodes for generating an electrical discharge.
Die Profilelemente können miteinander verschweißt sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des Strahlers sind die Profilelemente jedoch mittels einer SiO2-Fügemasse aus mindestens teilweise opakem SiO2 miteinander ver- bunden.The profile elements can be welded together. In a particularly preferred embodiment of the radiator, however, the profile elements are connected to one another by means of an SiO 2 composite of at least partially opaque SiO 2 .
Die zylinderförmigen Profilelemente werden hierbei mittels einer SiO2-Fügemasse aus mindestens teilweise opakem SiO2 miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt über aneinander angrenzende Seitenwandungen benachbarter Profilelemente. Der Einsatz einer derartigen Fügemasse für die Herstellung von Fügever- bindungen aus Quarzglas-Bauteilen ist aus der DE 10 2004 054 392 A1 bekannt. Die in dieser Druckschrift beschriebene Art und Herstellung der SiO2-Fügemasse ist auch für die Fügemasse gemäß vorliegender Anmeldung geeignet und insoweit wird der Offenbarungsgehalt der DE 10 2004 054 392 A1 hiermit ausdrücklich einbezogen.The cylindrical profile elements are in this case connected to each other by means of a SiO 2 composite of at least partially opaque SiO 2 . The connection takes place via adjoining side walls of adjacent profile elements. The use of such a compound for the production of joint compounds made of quartz glass components is known from DE 10 2004 054 392 A1. The type and preparation of the SiO 2 massecuite described in this document is also suitable for the compound of the present application and to that extent the disclosure of DE 10 2004 054 392 A1 is hereby expressly incorporated.
Beim Einsatz der Fügemasse zur Verbindung der einzelnen Profilelemente erfüllt die Fügemasse eine weitere Funktion, nämlich als diffuser Reflektor für Strahlung über einen großen Wellenlängenbereich. Die an den Seitenwandungen der Profilelemente vorhandene Fügemasse reflektiert daher die nicht in Hauptabstrahlrichtung verlaufende Strahlung und trägt so zur Verbesserung des Wirkungsgra- des beim erfindungsgemäßen Strahler bei. Es hat sich als besonders günstig erwiesen, wenn die SiO2-Fügemasse in Bezug auf das Quarzglas des Hüllkörpers aus arteigenem Material besteht.When using the bonding compound for connecting the individual profile elements, the bonding compound fulfills a further function, namely as a diffuse reflector for radiation over a large wavelength range. The bonding compound present on the side walls of the profile elements therefore reflects the radiation which does not extend in the main emission direction and thus contributes to the improvement of the efficiency of the emitter according to the invention. It has proven to be particularly advantageous if the SiO 2 massecuite with respect to the quartz glass of the envelope consists of species-specific material.
Unter einem „arteigenen Material" wird hier verstanden, dass sich die SiO2- Gehalte von Fügemasse und Profilelemente um maximal 3 Gew.-%, vorzugsweise maximal 1 Gew.-% voneinander unterscheiden. Durch angepasste Ausdehnungskoeffizienten wird eine hohe mechanische Festigkeit der Fügeverbindung und insbesondere eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit erreicht.A "species-specific material" is understood here to mean that the SiO 2 contents of the compound mass and profile elements differ from each other by not more than 3% by weight, preferably not more than 1% by weight in particular achieved a high thermal shock resistance.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Strahlers bilden die Profilelemente eine der Abstrahlfläche gegenüberliegende Hüllkörper- Rückwand, auf der eine als diffuser Reflektor wirkende SiO2-Reflektorschicht aus mindestens teilweise opakem SiO2 aufgebracht ist.In a preferred embodiment of the radiator according to the invention, the profile elements form an envelope body rear wall opposite the radiating surface, on which an SiO 2 reflector layer, which acts as a diffuse reflector, of at least partially opaque SiO 2 is applied.
Die Reflektorschicht besteht aus mindestens teilweise opakem Quarzglas. Sie bedeckt die Rückwand des Strahlers ganz oder teilweise und sie wirkt als diffuser optischer Reflektor. Sie ist vollständig oder zum größten Teil aus dotiertem oder aus undotiertem SiO2 hergestellt.The reflector layer consists of at least partially opaque quartz glass. It covers all or part of the rear wall of the radiator and acts as a diffuse optical reflector. It is made entirely or for the most part of doped or undoped SiO 2 .
Die Reflektorschicht weist einen hohen Reflexionsgrad auf. Da sie ist auf einer der Hauptabstrahlrichtung abgewandten Fläche des Strahlers vorgesehen und trägt damit zusätzlich zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei. Weiterhin zeichnet sich der Reflektor in Form einer SiO2-Reflektorschicht durch eine hervor- ragende chemische und thermische Beständigkeit und mechanische Festigkeit sowie durch eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit aus.The reflector layer has a high degree of reflection. Since it is provided on a surface facing away from the main emission of the radiator and thus contributes in addition to improving the efficiency. Furthermore, the reflector in the form of an SiO 2 reflector layer is distinguished by excellent chemical and thermal stability and mechanical strength as well as by a high thermal shock resistance.
Hinsichtlich weiterer Eigenschaften und der Herstellung der SiO2-Reflektorschicht wird auf den Stand der Technik gemäß der oben erwähnten DE 10 2004 051 846 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit ausdrücklich einbezogen wird.With regard to further properties and the production of the SiO 2 reflector layer, reference is made to the state of the art according to the above-mentioned DE 10 2004 051 846 A1, the disclosure content of which is expressly included in this regard.
Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Strahlers mit SiO2-Reflektorschicht ist diese auf der der Abstrahlfläche abgewandten, gemeinsamen Außenfläche der Rückwand aufgebracht. Dadurch werden Beeinträchtigungen des Strahlungsemitters oder der Atmosphäre innerhalb des Hüllkörpers vermieden. Weiterhin ist die Reflektorschicht auf der Außenseite des Hüllkörpers besonders einfach aufzubringen.In a first preferred embodiment variant of the radiator according to the invention with an SiO 2 reflector layer, this is applied to the common external surface of the rear wall facing away from the radiating surface. As a result, impairments of the radiation emitter or the atmosphere within the envelope are avoided. Furthermore, the reflector layer is particularly easy to apply on the outside of the envelope.
Bei einer zweiten, gleichermaßen bevorzugten Ausführungsvariante ist die SiO2- Reflektorschicht auf den der Abstrahlfläche zugewandten Innenseiten der Profilelemente aufgebracht.In a second, equally preferred embodiment variant, the SiO 2 reflector layer is applied to the inner sides of the profile elements facing the emission surface.
Die auf den Innenseiten der Profilelemente vorgesehene Reflektorschicht ist dem Strahlungsemitter unmittelbar benachbart, so dass Absorptionsverluste durch das Material des Hüllkörpers vermieden werden. Außerdem ist die Reflektorschicht dort vor mechanischer Beschädigung geschützt.The reflector layer provided on the inner sides of the profile elements is immediately adjacent to the radiation emitter, so that absorption losses due to the material of the enveloping body are avoided. In addition, the reflector layer is protected there from mechanical damage.
Die Profilelemente können jeden beliebigen polygonalen Querschnitt aufweisen. Im Hinblick auf eine einfache Herstellung und Verarbeitung werden Profilelemente mit rechteckiger Querschnittsfläche bevorzugt.The profile elements can have any polygonal cross-section. With a view to simple production and processing, profile elements with a rectangular cross-sectional area are preferred.
Die SiO2-Reflektorschicht kann einen Dotierstoff enthalten, der im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eine optische Absorption erzeugt.The SiO 2 reflector layer may include a dopant that produces optical absorption in the ultraviolet, visible, or infrared spectral region.
Mittels des Dotierstoffs kann eine wellenlängenselektive Reflexion der Reflektorschicht bewirkt werden. Hierzu wird ein Dotierstoff eingesetzt, der im ultravioletten, sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich eine oder mehrere Absorptionslinien in Quarzglas erzeugt. Dadurch ist in dem von der Reflektorschicht re- flektierten Lichtwellenspektrum ein Anteil der absorbierten Strahlung nicht mehr enthalten. Insoweit wirkt die Reflektorschicht auch als Filter und kann eine ansonsten notwendige Filtermaßnahme, wie eine Dotierung des Quarzglases des Hül lkörpers oder eine Beschichtung mit einem Filtermaterial ersetzen oder ergänzen.By means of the dopant, a wavelength-selective reflection of the reflector layer can be effected. For this purpose, a dopant is used which generates one or more absorption lines in quartz glass in the ultraviolet, visible and / or infrared spectral range. As a result, a portion of the absorbed radiation is no longer contained in the lightwave spectrum reflected by the reflector layer. In that regard, the reflector layer also acts as a filter and can replace or supplement an otherwise necessary filter measure, such as a doping of the quartz glass of the Hül lkörpers or a coating with a filter material.
Hinsichtlich weiterer Eigenschaften und der Herstellung der selektiv reflektieren- den SiO2-Reflektorschicht wird auf den Stand der Technik gemäß der DE 10 2005 016 732 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt insoweit ausdrücklich einbezogen wird.With regard to further properties and the production of the selectively reflecting SiO 2 reflector layer, reference is made to the prior art according to DE 10 2005 016 732 A1, the disclosure content of which is expressly included in this regard.
Ausführungsbeispiel Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt im Einzelnenembodiment The invention will be explained in more detail with reference to embodiments and a drawing. In the drawing shows in detail
Figur 1 eine Prinzipskizze einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens,FIG. 1 shows a schematic diagram of a device for carrying out the method according to the invention,
Figur 2 eine erste Ausführungsform einer Verformungseinrichtung mit einem zweiteiligen Formwerkzeug in einer dreidimensionalen schematischen Darstellung,FIG. 2 shows a first embodiment of a deformation device with a two-part molding tool in a three-dimensional schematic representation,
Figur 3 eine zweite Ausführungsform einer Verformungseinrichtung mit einem einteiligen Formwerkzeug in einer dreidimensionalen schematischen Darstellung,FIG. 3 shows a second embodiment of a deformation device with a one-part molding tool in a three-dimensional schematic representation,
Figur 4 eine erste Ausführungsform eines aus Segmenten gemäß der Erfindung zusammengesetzten optischen Flachstrahlers mit einer Reflektorschicht auf der Außenwandung in schematischen Querschnittsdarstellung, undFigure 4 shows a first embodiment of an assembled from segments according to the invention optical flat radiator with a reflector layer on the outer wall in a schematic cross-sectional view, and
Figur 5 eine zweite Ausführungsform eines aus Segmenten gemäß der Erfindung zusammengesetzten optischen Flachstrahlers mit einer Reflektorschicht auf der Innenwandung in schematischen Darstellung und im Querschnitt.Figure 5 shows a second embodiment of an assembled from segments according to the invention optical flat radiator with a reflector layer on the inner wall in a schematic representation and in cross section.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Zieh- und Umformvorrichtung wird zur Herstellung von Hohlprofilen mit rechteckigem Querschnitt aus synthetischem Quarzglas eingesetzt. Dabei wird ein Hohlzylinder 1 aus synthetischem Quarzglas (gebrochen dargestellt) elongiert und gleichzeitig zu einem Hohlprofilstrang 11 umgeformt. Aus diesem werden durch Ablängen die gewünschten Hohlprofile erhalten.The drawing and forming apparatus shown schematically in Figure 1 is used for the production of hollow profiles with a rectangular cross section of synthetic quartz glass. In this case, a hollow cylinder 1 made of synthetic quartz glass (shown broken) is elongated and simultaneously formed into a hollow profile strand 11. For this, the desired hollow profiles are obtained by cutting to length.
Die Vorrichtung umfasst einen vertikal angeordneten, auf Temperaturen oberhalb von 23000C beheizbaren Ofen mit einem ringförmigen Widerstandsheizelement 6, eine in Ziehrichtung 10 verfahrbare Halterung 18 für die vertikale Halterung und die Zufuhr des Hohlzylinders 1 zum Ofen, einen Abzug 2, eine Verformungsein- richtung, der insgesamt die Bezugsziffer 3 zugeordnet ist, sowie ein Gasversor- gungssystem, das durch eine in die Innenbohrung 17 des Hohlzylinders 1 ragende Gasleitung 4 und einem Absperrventil 5 angedeutet ist.The device comprises a vertically arranged oven, which can be heated to temperatures above 2300 ° C., with an annular resistance heating element 6, a holder 18 which can be moved in the drawing direction 10 for the vertical support and the supply of the hollow cylinder 1 to the oven, a take-off 2, a deformation insert. direction, to which the reference numeral 3 is assigned, as well as a gas supply system which is indicated by a projecting into the inner bore 17 of the hollow cylinder 1 gas line 4 and a shut-off valve 5.
Der Hohlzylinder 1 mit ringförmigem Querschnitt hat einen Außendurchmesser von 150 mm, einen Innendurchmesser von 100 mm und eine Länge von etwa 3000 mm. Beim Ziehprozess wird er mit vertikal orientierter Längsachse 7 mit seinem unteren Ende beginnend dem Heizelement 6 von oben kontinuierlich mit einer Geschwindigkeit von 25 mm/min zugeführt, darin zonenweise erweicht und dabei unter Ausbildung einer Ziehzwiebel 8 zunächst zu einem Rohrabschnitt 9 elongiert.The hollow cylinder 1 having an annular cross section has an outer diameter of 150 mm, an inner diameter of 100 mm and a length of about 3000 mm. During the drawing process, it is supplied with vertically oriented longitudinal axis 7 with its lower end starting from the top continuously from the top at a speed of 25 mm / min, softened in zones and thereby elongated to form a drawing section 8 to a pipe section 9.
Dabei wird der Rohrabschnitt 9 soweit gezogen bis seine Wandstärke etwa 2 mm beträgt. Diese Bedingung ist im unteren Drittel des Heizelements 6 erfüllt. Der entsprechende kleinste Querschnitt des Rohrabschnitts 9 - in Ziehrichtung 10 gesehen - ist schematisch in Ausschnitt A dargestellt. Sein Außendurchmesser liegt bei 40 mm und seine mittlere Wandstärke beträgt 2,2 mm. An dieser Stelle setzt die Verformungseinrichtung 3 an der Außenwandung des Rohrabschnitts 9 verformend an.The pipe section 9 is pulled so far until its wall thickness is about 2 mm. This condition is met in the lower third of the heating element 6. The corresponding smallest cross section of the pipe section 9 - seen in the pulling direction 10 - is shown schematically in detail A. Its outer diameter is 40 mm and its average wall thickness is 2.2 mm. At this point, the deformation device 3 is deformed on the outer wall of the pipe section 9.
Die Verformungseinrichtung 3 umfasst eine Positioniereinrichtung 12, auf der ein Haltegestell 13 montiert ist. Das Haltegestell 13 trägt ein Formwerkzeug 14 aus Grafit, das von unten in den vom Heizelement 6 umgebenen Heizraum 16 hineinragt. Das Formwerkzeug 14 besteht im Wesentlichen aus zwei getrennt bewegbaren Halbschalen 15, die einen Hohlraum umschließen, dessen Querschnittsform sich von oben von nach unten von Kreisform kontinuierlich in Rechteckform ändert.The deformation device 3 comprises a positioning device 12, on which a holding frame 13 is mounted. The holding frame 13 carries a mold 14 made of graphite, which protrudes from below into the heating chamber 16 surrounded by the heating element 6. The molding tool 14 consists essentially of two separately movable half-shells 15, which enclose a cavity, the cross-sectional shape of which changes continuously from above from the bottom of the circular shape into a rectangular shape.
Die Abmessungen der Rechteckform am unteren Ende der aneinander liegendenThe dimensions of the rectangular shape at the bottom of the adjacent
Halbschalen 15 betragen 40 mm x 20 mm. Dementsprechend wird der Rohrabschnitt 9 mittels des Formwerkzeugs 14 zu einem Hohlprofilstrang 11 mit rechte k- kigem Querschnitt umgeformt, dessen Außenabmessungen 40 mm x 20 mm betragen, und der eine gleichmäßige mittlere Wandstärke von etwa 2 mm aufweist. Der entsprechende Endquerschnitt des Hohlprofilstrang 11 ist schematisch in Ausschnitt B dargestellt. Der Hohlprofilstrang 11 wird mittels des Abzugs 2 mit einer Geschwindigkeit von 900 mm/min abgezogen.Half shells 15 are 40 mm x 20 mm. Accordingly, the pipe section 9 is formed by means of the molding tool 14 into a hollow profile strand 11 with a right-hand k- kigem cross-section, the outer dimensions of 40 mm x 20 mm, and having a uniform average wall thickness of about 2 mm. The corresponding end cross-section of the hollow profile strand 11 is shown schematically in FIG Section B shown. The hollow profile strand 11 is withdrawn by means of the trigger 2 at a speed of 900 mm / min.
Während des Elongier- und Verformungsprozesses wird in der Innenbohrung 17 des Hohlzylinders 1 ein Überdruck von 2 mbar aufrechterhalten.During the elongation and deformation process, an overpressure of 2 mbar is maintained in the inner bore 17 of the hollow cylinder 1.
Figur 2 zeigt schematisch die Verformungseinrichtung 3 in dreidimensionaler Darstellung. Aus Gründen einer besseren Erkennbarkeit sind die Grafit- Halbschalen 15 des Formwerkzeugs 14 geöffnet dargestellt. Sie umschließen einen Hohlraum, in den von oben der elongierte Rohr-Abschnitt 9 eintritt und aus dem er als Hohlprofilstrang 11 austritt.FIG. 2 schematically shows the deformation device 3 in a three-dimensional representation. For reasons of better visibility, the graphite half-shells 15 of the molding tool 14 are shown open. They enclose a cavity into which the elongated tube section 9 enters from above and from which it emerges as a hollow profile strand 11.
Die Positioniereinrichtung 12 umfasst eine Verstelleinrichtung 20 für die Positionierung des Formwerkzeug 13 in der Höhe und eine Verstelleinrichtung 21 für das Öffnen und Schließen der Halbschalen 15.The positioning device 12 comprises an adjusting device 20 for positioning the forming tool 13 in height and an adjusting device 21 for opening and closing the half-shells 15.
Figur 3 zeigt schematisch eine Verformungseinrichtung in dreidimensionaler Darstellung mit einer alternativen Ausführung des Formwerkzeugs 30. Wesentlicher Bestandteil ist hier eine einteilige Formhülse 31 , die einen Hohlraum umschließt, dessen Querschnittsform sich von oben von nach unten von einer Kreisform kontinuierlich in Rechteckform ändert. Der elongierte Rohr-Abschnitt 9 mit ringförmigem Querschnitt tritt in den Hohlraum von oben ein, wird darin umgeformt und tritt als Hohlprofilstrang 11 mit Rechteckquerschnitt aus.FIG. 3 schematically shows a deformation device in three-dimensional representation with an alternative embodiment of the molding tool 30. An essential component here is a one-piece molding sleeve 31 which encloses a cavity whose cross-sectional shape changes continuously from above from below from a circular shape into a rectangular shape. The elongated tube section 9 with an annular cross-section enters the cavity from above, is transformed therein and emerges as a hollow profile strand 11 with a rectangular cross-section.
Die abgelängten Hohlprofile werden als Halbzeug für die Fertigung von Excimer- Flachstrahlern gemäß vorliegender Erfindung eingesetzt, wie dies im Folgenden näher beschrieben wird.The cut hollow sections are used as semi-finished products for the production of excimer flat radiators according to the present invention, as will be described in more detail below.
Figur 4 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform eines Excimer- Flachstrahlers 40. Dessen Strahlerhülle besteht aus synthetischem Quarzglas und ist aus insgesamt drei Rechteck-Hohlprofilen 41 mit Abmessungen von 40 mm x 20 mm und einer Wandstärke von 2 mm zusammengesetzt. Die Hohlprofile 41 sind mit ihren langen Seitenwänden miteinander verbunden. Die Gesamtfläche der Strahlerhülle beträgt somit 60 mm x 40 mm. Die Hohlräume 42 der Hohlprofile 41 sind voneinander getrennt. Zur Abdichtung nach außen werden die offenen Stirnseiten der Hohlprofile 41 mit einer durchgehenden (im Querschnitt von Figur 4 nicht dargestellten) Quarzglas-Platte verschlossen.Figure 4 shows schematically a first embodiment of an excimer flat radiator 40. Its radiator shell is made of synthetic quartz glass and is composed of a total of three rectangular hollow sections 41 with dimensions of 40 mm x 20 mm and a wall thickness of 2 mm. The hollow sections 41 are connected to each other with their long side walls. The total area of the radiator shell is thus 60 mm x 40 mm. The cavities 42 of the hollow profiles 41 are separated from each other. For sealing to the outside, the open end faces of the hollow profiles 41 are closed with a continuous (not shown in cross-section of Figure 4) quartz glass plate.
Die Fügeverbindungen zwischen den Hohlprofilen 41 und der Verschlussplatten aus Quarzglas bestehen aus im Minimum ca. 0,5 mm dicken Schichten 43 aus reinem, opakem SiO2. Die SiO2-Schichten 43 zeichnen sich durch Rissfreiheit und eine hohe Dichte von etwa 2,15 g/cm3 aus. Das SiO2 wird aus einer Fügemasse erhalten, die mittels eines Schlickerverfahrens erzeugt wird, wie es in der oben genannten DE 10 2004 054 392 beschrieben ist. Die so hergestellten Fügever- bindungen (43) sind mechanisch stabil und zeigen eine hohe Temperaturwechselbeständigkeit auch bei Einsatztemperaturen oberhalb von 1000 0C.The joints between the hollow profiles 41 and the closure plates made of quartz glass consist of at least about 0.5 mm thick layers 43 of pure, opaque SiO 2 . The SiO 2 layers 43 are characterized by freedom from cracks and a high density of about 2.15 g / cm 3 . The SiO 2 is obtained from a compound which is produced by means of a slurry process, as described in the above-mentioned DE 10 2004 054 392. The joining process so produced compounds (43) are mechanically stable and have a high thermal shock resistance even at operating temperatures above 1000 0 C.
Die Hohlprofile 41 sind so angeordnet, dass sie in Hauptabstrahlrichtung 47 eine gemeinsame plane Vorderseite 44 und eine dieser gegenüberliegende gemeinsame plane Rückseite 45 aufweisen. Die Rückseite 45 ist vollständig mit einer SiO2-Deckschicht 46 bedeckt sind, die aus opakem Quarzglas besteht und die eine mittlere Schichtdicke um 2 mm aufweist. Die SiO2-Deckschicht 46 bewirkt eine diffuse, ungerichtete Reflexion und dient somit als Reflektorschicht. Die Herstellung der Reflektorschicht erfolgt durch Trocknen und Sintern eines SiO2- Masse, die mittels eines Schlickerverfahrens erzeugt wird, wie es in der oben er- wähnten DE 10 2004 051 846 beschrieben ist. Auch die SiO2-Schichten 43 wirken diffus reflektierend und tragen daher zur Verbesserung des Strahlungswirkungsgrades des Excimerstrahlers 40 bei.The hollow profiles 41 are arranged such that in the main emission direction 47 they have a common flat front side 44 and a common planar rear side 45 lying opposite them. The rear side 45 is completely covered with a SiO 2 cover layer 46, which consists of opaque quartz glass and has an average layer thickness of 2 mm. The SiO 2 cover layer 46 causes a diffuse, non-directional reflection and thus serves as a reflector layer. The reflector layer is produced by drying and sintering a SiO 2 compound, which is produced by means of a slurry process, as described in the above-mentioned DE 10 2004 051 846. The SiO 2 layers 43 also have a diffusely reflecting effect and therefore contribute to improving the radiation efficiency of the excimer radiator 40.
Bei der Abwandlung des Excimer-Flachstrahlers 50 gemäß Figur 5 sind anstelle einer rückseitig aufgebrachten gemeinsamen Reflektorschicht separate Reflektor- schichten 56 jeweils im Hohlraum 52 eines jeden Hohlprofils 51 vorgesehen.In the modification of the excimer flat radiator 50 according to FIG. 5, separate reflector layers 56 are provided in each case in the cavity 52 of each hollow profile 51 instead of a common reflector layer applied on the back.
Hierzu sind jeweils die der Vorderseite 54 zugewandten Innenwandungen der Hohlprofile 51 mit einer Schicht (56) aus opakem SiO2 versehen, das so hergestellt wird, wie oben anhand Figur 4 für die SiO2-Deckschicht 46 erläutert. For this purpose, in each case the inner walls of the hollow profiles 51 facing the front side 54 are provided with a layer (56) of opaque SiO 2 , which is produced as explained above with reference to FIG. 4 for the SiO 2 cover layer 46.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren für die Herstellung eines zylinderförmigen Profilelements aus Glas, indem ein vorgefertigter Glas-Hohlzylinder (1 ) in einer Heizzone (6; 16) bereichsweise erweicht, der erweichte Bereich (8) mittels eines Form- Werkzeugs (3) zu einem Profilstrang (11 ) mit vorgegebenem Querschnittsprofil verformt, und der Profilstrang (11 ) zu dem Profilelement abgelängt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verformen eines Hohlzylinders (1 ) aus Quarzglas dieser in der Heizzone (6; 16) erweicht und werkzeugfrei zu einem Rundrohr (9) aus verformbarem Quarzglas elongiert wird, und das Rundrohr (9) mittels des Formwerkzeugs (3) zu dem Profilstrang (11 ) verformt wird.1. A method for the production of a cylindrical profiled element made of glass, in which a prefabricated hollow glass cylinder (1) in a heating zone (6; 16) partially softens, the softened region (8) by means of a molding tool (3) to a profile strand ( 11) deformed with predetermined cross-sectional profile, and the profile strand (11) is cut to the profile element, characterized in that for deforming a hollow cylinder (1) made of quartz glass this in the heating zone (6; 16) softens and tool-free to a round tube (9) is deformed from deformable quartz glass, and the round tube (9) by means of the molding tool (3) to the profile strand (11) is deformed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzglas- Hohlzylinder (1 ) zu einem Rundrohr (9) elongiert wird, dessen mittlere End- Wandstärke etwa der mittleren Wandstärke des zu formenden Profilstrangs (11 ) entspricht.2. The method according to claim 1, characterized in that the quartz glass hollow cylinder (1) to a round tube (9) is elongated, the average end wall thickness corresponds approximately to the average wall thickness of the profiled strand (11) to be formed.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere End-Wandstärke des Rundrohres (9) zwischen 0 und 20 % größer, vorzugsweise zwischen 0 und 10 % größer ist, als die mittlere Wandstärke des zu formenden Profilstrangs (11 ).3. The method according to claim 2, characterized in that the average end wall thickness of the round tube (9) between 0 and 20% larger, preferably between 0 and 10% greater than the average wall thickness of the profile to be molded strand (11).
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzglas-Hohlzylinder (1 ) zu einem Rundrohr (9) elongiert wird, dessen End-Außenumfangslänge maximal 20 % größer, vorzugsweise maximal 10 % größer, als die Außenumfangslänge des zu formenden Profilstrangs (11 ) ist.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the quartz glass hollow cylinder (1) is elongated into a round tube (9) whose end outer peripheral length is at most 20% larger, preferably at most 10% larger than the outer peripheral length of the molded Profile strand (11) is.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elongieren zum Rundrohr (9) und das Umformen zum Profilstrang (1 1 ) innerhalb der Heizzone (6; 16) erfolgen. 5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the Elongieren to the round tube (9) and the forming of the profile strand (1 1) within the heating zone (6; 16) take place.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass - in Ziehrichtung (10) gesehen - das Umformen zum Profilstrang (11 ) im letzten Drittel der Heizzone (6; 16) erfolgt.6. The method according to claim 5, characterized in that - seen in the drawing direction (10) - the forming of the profile strand (11) in the last third of the heating zone (6; 16) takes place.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass das Formwerkzeug (3) nur am Außenumfang des Rundrohres (9) angreift.7. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the mold (3) engages only on the outer circumference of the round tube (9).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilrohr mit rechteckigem Querschnitt erzeugt wird.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a profile tube is produced with a rectangular cross-section.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Profilrohr mit sechseckigem Querschnitt erzeugt wird.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that a profile tube is generated with hexagonal cross-section.
10.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das s ein Formelement (3) eingesetzt wird, dessen Innenquerschnitt in Ziehrichtung (10) gesehen, von Kreisform allmählich in das Au- ßenquerschnittsprofil des Profilstrangs (11 ) übergeht.10.Verfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that s a mold element (3) is used, the inner cross-section seen in the drawing direction (10), gradually changes from circular shape in the outer ßenquerschnittsprofil the profile strand (11).
11.Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Innenbohrung (17) des Hohlzylinders (1 ) ein gegenüber dem außen anliegenden Außendruck erhöhter Innendruck aufrecht erhalten wird.11.Verfahren according to any one of the preceding claims, characterized in that in the inner bore (17) of the hollow cylinder (1) a relation to the externally applied external pressure increased internal pressure is maintained.
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend eine Halterung (18) für einen vorgefertigten Glas-12. An apparatus for carrying out the method according to one of claims 1 to 10, comprising a holder (18) for a prefabricated glass
Hohlzylinder (1 ), eine Heizeinrichtung (6; 16) zum bereichsweisen Erweichen des Glas-Hohlzylinders (1 ), sowie ein Formwerkzeug (3) zum Verformen des erweichten Hohlzylinder-Bereichs (8) zu einem Profilstrang (11 ) mit vorgegebenem Querschnittsprofil, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (18) eine Zieheinrichtung (2) zum bereichsweisen werkzeugfreienHollow cylinder (1), a heating device (6; 16) for partially softening the glass hollow cylinder (1), and a mold (3) for deforming the softened hollow cylinder region (8) to a profile strand (11) with a predetermined cross-sectional profile, characterized in that the holder (18) is a pulling device (2) for the area-free tool-free
Elongieren des Hohlzylinders (1 ) zu einem Rundrohr (9) vor dem Verformen umfasst, und dass das Formwerkzeug (3) im Elongierbereich (8) des Rundrohres (9) positionierbar ist. Elongating the hollow cylinder (1) to a round tube (9) before deformation comprises, and that the molding tool (3) in the Elongierbereich (8) of the round tube (9) is positionable.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (3) innerhalb der Heizzone (6; 16) positionierbar ist.13. The device according to claim 12, characterized in that the molding tool (3) within the heating zone (6; 16) is positionable.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass - in Ziehrichtung gesehen - das Formwerkzeug (3) im letzten Drittel der Heizzone (6; 16) positionierbar ist.14. The device according to claim 13, characterized in that - seen in the drawing direction - the mold (3) in the last third of the heating zone (6; 16) is positionable.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (3) nur am Außenumfang des Rundrohres (9) angreift.15. Device according to one of claims 12 to 14, characterized in that the mold (3) acts only on the outer circumference of the round tube (9).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Form- Werkzeug (3) ein am Außenumfang des Rundrohres (9) angreifendes Formelement mit (14; 15) rechteckigem Innenquerschnitt aufweist.16. The apparatus according to claim 15, characterized in that the mold tool (3) on the outer circumference of the round tube (9) engaging the mold element having (14; 15) rectangular inner cross-section.
1 /.Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug ein am Außenumfang des Rundrohres (9) angreifendes Formelement mit sechseckigem Innenquerschnitt aufweist.1 /.Vorrichtung according to claim 15, characterized in that the mold has a on the outer circumference of the round tube (9) engaging the mold element with hexagonal inner cross-section.
18. Vorrichtung nach eine m der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Formelement (3) einen Innenquerschnitt aufweist, der in Ziehrichtung (10) gesehen, von Kreisform allmählich in das Außenquerschnitts- profil des Profilstrangs (11 ) übergeht.18. The device according to m of claims 15 to 17, characterized in that the shaped element (3) has an inner cross-section, as seen in the drawing direction (10), gradually changes from circular shape in the Außenquerschnitts- profile of the profile strand (11).
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Druckeinrichtung (5) zur Erzeugung eines erhöhten Innendrucks in der Innenbohrung (17) des Hohlzylinders (1 ) vorgesehen ist.19. Device according to one of claims 12 to 18, characterized in that a pressure device (5) for generating an increased internal pressure in the inner bore (17) of the hollow cylinder (1) is provided.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (3) ein am Außenumfang des Rundrohres (9) angreifendes Formelement (14; 15) aus mindestens zwei gegeneinander be- weglichen Formbacken (15) aufweist. 20. Device according to one of claims 12 to 19, characterized in that the molding tool (3) on the outer circumference of the round tube (9) engaging the mold element (14; 15) of at least two mutually movable mold jaws (15).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug (3) auf einem Haltegestell (13) fixiert und dieses auf einer Positioniereinheit (12) montiert und mittels dieser in Richtung der Ziehachse (10) und senkrecht dazu verschiebbar ist.21. Device according to one of claims 12 to 20, characterized in that the molding tool (3) fixed on a holding frame (13) and this mounted on a positioning unit (12) and by means of this in the direction of the drawing axis (10) and displaceable perpendicular thereto is.
22. Verwendung eines zylinderförmigen, nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 erhaltenen Profilelements für die Herstellung eines optischen Strahlers, wobei mehrere zylinderförmige Profilelemente (41 ; 51 ) so zusammengesetzt sind, dass sie - in Hauptabstrahlrichtung (47) gesehen - eine gemeinsame Abstrahlfläche (44) eines Hüll- körpers aus Quarzglas zur Aufnahme eines Strahlungsemitters bilden.22. Use of a cylindrical profile element obtained by a process according to one or more of claims 1 to 11 for the production of an optical radiator, wherein a plurality of cylindrical profile elements (41, 51) are composed in such a way that they are viewed in the main emission direction (47). form a common radiating surface (44) of a fused silica body for receiving a radiation emitter.
23. Verwendung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilelemente (41 ; 51 ) aus Quarzglas mittels einer SiO2-Fügemasse (43) aus mindestens teilweise opakem SiO2 miteinander verbunden sind.23. Use according to claim 22, characterized in that the profile elements (41; 51) of quartz glass are connected to one another by means of a SiO 2 massecuite (43) of at least partially opaque SiO 2 .
24. Verwendung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2- Fügemasse (43) in Bezug auf das Quarzglas des Hüllkörpers aus arteigenem Material besteht.24. Use according to claim 23, characterized in that the SiO 2 - compound mass (43) with respect to the quartz glass of the enveloping body consists of species-specific material.
25. Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilelemente (41 ; 51 ) eine der Abstrahlfläche (41 ; 51 ) gegenüberliegende Hüllkörper-Rückwand (45) bilden, auf der eine als diffuser Reflektor wirkende SiO2-Reflektorschicht (46; 56) aus mindestens teilweise opakem SiO2 aufgebracht ist.25. Use according to one of claims 22 to 24, characterized in that the profiled elements (41; 51) form an enveloping body rear wall (45) lying opposite the radiating surface (41; 51), on which an SiO 2 reflector layer acting as a diffuse reflector (46; 56) of at least partially opaque SiO 2 is applied.
26. Verwendung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2- Reflektorschicht (46) auf der der Abstrahlfläche (41 ) abgewandten Außenfläche der Rückwand (45) aufgebracht ist.26. Use according to claim 25, characterized in that the SiO 2 reflector layer (46) is disposed on the outer surface of the rear wall (45) facing away from the emission surface (41).
27. Verwendung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2- Reflektorschicht (56) auf den der Abstrahlfläche (51 ) zugewandten Innenseiten der Profilelemente (41 ; 51 ) aufgebracht ist. 27. Use according to claim 25, characterized in that the SiO 2 reflector layer (56) is applied to the inner side of the profile elements (41, 51) facing the emission surface (51).
28. Verwendung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die SiO2-Reflektorschicht (46; 56) einen Dotierstoff enthält, der im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich eine optische Absorption erzeugt.28. Use according to one of claims 25 to 27, characterized in that the SiO 2 reflector layer (46; 56) contains a dopant which produces an optical absorption in the ultraviolet, visible or infrared spectral range.
29. Verwendung nach einem der Ansprüche 22 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass Profilelemente (41 ; 51 ) eine rechteckige Querschnittsfläche aufweisen. 29. Use according to one of claims 22 to 28, characterized in that profile elements (41, 51) have a rectangular cross-sectional area.
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