PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102004057599A1 01.06.2006
Titel Verfahren und Halbzeug zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas sowie Bausatz zur Herstellung des Halbzeugs
Anmelder Heraeus Tenevo GmbH, 63450 Hanau, DE
Erfinder Peekhaus, Joachim, 63619 Bad Orb, DE;
Sattmann, Ralph, 63739 Aschaffenburg, DE
Vertreter Staudt, A., Dipl.-Ing. Univ., Pat.-Anw., 63674 Altenstadt
DE-Anmeldedatum 29.11.2004
DE-Aktenzeichen 102004057599
Offenlegungstag 01.06.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.06.2006
IPC-Hauptklasse C03B 37/027(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse C03B 20/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Es ist ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas durch Elongieren eines koaxialen Verbundes (30), umfassend einen Hohlzylinder (1) aus Quarzglas, einen Kernstab (4) aus Quarzglas und ein Einsatzteil (35) zur Fixierung des Kernstabs (4) in der Innenbohrung (2) des Hohlzylinders (1) bekannt, wobei der Verbund (30) mit einem Ende (11) beginnend kontinuierlich einer Heizzone zugeführt und darin auf eine Ziehtemperatur erhitzt wird, so dass die Innenbohrung (2) bereichsweise kollabiert, und aus dem kollabierten Bereich das Bauteil abgezogen wird. Um hiervon ausgehend ein Verfahren anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand an Zeit und Material eine reproduzierbare Fixierung des Kernstabs in der Hohlzylinder-Innenbohrung erlaubt, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Einsatzteil (35) ein im Bereich des unteren Endes (11) der Innenbohrung (2) angeordnetes Dichtelement (36) umfasst, das mindestens zum Teil aus Quarzglas besteht, welches bei der Ziehtemperatur eine niedrigere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist. Bei einem Halbzeug, das die Durchführung des Verfahrens mit hoher Wirtschaftlichkeit ermöglicht, umfasst das Einsatzteil ein Halteelement, das mindestens zum Teil aus einem Werkstoff besteht, der bei einer Temperatur von 1800°C eine höhrere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist und/oder ein Dichtelement (36), das mindestens zum Teil aus Quarzglas besteht, das bei einer Temperatur von ...

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas durch Elongieren eines koaxialen Verbundes umfassend einen Hohlzylinder aus Quarzglas, einen Kernstab aus Quarzglas und ein Einsatzteil zur Fixierung des Kernstabs in der Innenbohrung des Hohlzylinders, wobei der Verbund mit einen Ende beginnend kontinuierlich einer Heizzone zugeführt und darin auf eine Ziehtemperatur erhitzt wird, so dass die Innenbohrung bereichsweise kollabiert, und aus dem kollabierten Bereich das Bauteil abgezogen wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Halbzeug für die Herstellung eines optischen Bauteils, umfassend einen Hohlzylinder aus Quarzglas, einen Kernstab aus Quarzglas und ein Einsatzteil zur Fixierung des Kernstabs in der Hohlzylinder-Innenbohrung.

Außerdem geht es in der Erfindung um einen Bausatz zur Herstellung eines derartigen Halbzeugs.

Durch Kollabieren und Elongieren eines koaxialen Verbundes von Kernstab und mindestens einem den Kernstab umhüllenden Hohlzylinder werden einfache Vollzylinder oder Zwischenprodukte (Vorformen) für optische Fasern hergestellt. Es ist auch bekannt, einen Hohlzylinder auf einen Kernstab während des Faserziehens aufzukollabieren, wobei das letztgenannte Verfahren als „ODD-Verfahren" (Overclad-During-Drawing) bezeichnet wird. Alle Verfahrensvarianten erfordern eine exakt koaxiale Führung oder Fixierung des Kernstabs im Hohlzylinder.

Hierzu kann der Kernstab an seinem oberen, der Ziehzwiebel abgewandten Ende, gehalten werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass eine feste Führung und Halterung des oberen Kernstab-Endes während des Elongierprozesses das Einhalten der Sollgeometrie des abzuziehenden Bauteils erschwert. Eine Halterung, die dem oberen Kernstab-Ende eine gewisse Beweglichkeit gestattet, ermöglicht eine Selbstzentrierung während des Elongierprozesses, die zu einer besseren Maßhaltigkeit des herzustellenden Bauteils führt.

Um dies zu gewährleisten wird in der EP 1 426 339 A1 ein Verfahren und ein Halbzeug der eingangs genannten Gattung vorgeschlagen, wobei der Kernstab auf einem die Hohlzylinder-Innenbohrung verschließenden Quarzglas-Stopfen aufliegt, der mittels eines Querstiftes aus Quarzglas gehalten wird. Der Querstift erstreckt sich hierzu senkrecht zur Mantelrohr-Längsachse durch eine Durchgangsbohrung des Mantelrohres, die mit einer Durchgangsbohrung des Stopfens korrespondiert. Die Durchgangsbohrung verläuft durch gegenüberliegende Bereiche der Wandung des Quarzglas-Mantelrohres. Die Fixierung des Stopfens erfolgt hierbei rein mechanisch; Heißprozesse sind nicht erforderlich.

Die Lagerung des Kernstabs auf dem Stopfen ermöglicht eine gewisse Bewegungsfreiheit des oberen Kernstab-Endes. Ein Nachteil bei dieser Verfahrensweise besteht allerdings darin, dass der lose in der Innenbohrung angeordnete Kernstab beim Elongierprozess wegen seines Gewichtes nach unten drückt und die erweichte Quarzglasmasse der Ziehzwiebel verformt oder diese sogar durchbrechen kann. Darüber hinaus kommt es infolge des nach unten drückenden Kernstabs zu einer relativen Anreicherung von Kernstabmaterial im Vergleich zu Mantelmaterial, was zu einer Änderung des sogenannten „b/a-Verhältnisses" (Verhältnis von Manteldurchmesser zu Kerndurchmesser) führt. Dabei handelt es sich um eine besonders wichtige Kenngröße von optischen Fasern und Vorformen, für die in aller Regel nur eine sehr kleine Abweichung vom Sollwert toleriert werden kann.

Um das zu vermeiden sind der Querstift und die Durchgangsbohrung in der Mantelrohrwandung in einem ausreichend großen Abstand zum unteren Ende des Mantelrohres vorzusehen, was jedoch einen höheren Materialverlust mit sich bringt.

Dem Absacken des Kernstabs kann durch Anlegen eines Unterdrucks in der Innenbohrung des Mantelrohres entgegengewirkt werden. Allerdings ist das untere Ende des Bauteil-Verbundes zu Beginn des Elongierprozesses in der Regel offen, so dass ein Unterdruck zu einem Ansaugen von Verunreinigungen aus der Ofenatmosphäre in die Innenbohrung des Mantelrohres führen würde. Das Anlegen eines Unterdrucks ist daher erst sinnvoll, nachdem das untere Ende des Halbzeuges durch Erweichen und Ausbilden der Ziehzwiebel verschlossen ist.

Ein frühzeitiges Verschließen des abgezogenen Endes wird beim bekannten Verfahren dadurch erschwert, dass die Durchgangsbohrungen des Mantelrohres beim Elongieren lang gezogen werden, so dass sich auch das Anlegen des notwendigen Unterdruckes in der Mantelrohr-Innenbohrung verzögert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung hochwertiger optischer Bauteile durch Elongieren eines koaxialen Verbundes von Kernstab und Hohlzylinder anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand an Zeit und Material eine reproduzierbare Fixierung des Kernstabs in der Hohlzylinder-Innenbohrung erlaubt.

Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Halbzeug bereitzustellen, das eine Durchführung des Verfahrens mit hoher Wirtschaftlichkeit ermöglicht.

Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen geeigneten Bausatz zur Herstellung des Halbzeugs zur Verfügung zu stellen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß einerseits dadurch gelöst, dass das Einsatzteil ein im Bereich des unteren Endes der Innenbohrung angeordnetes Dichtelement umfasst, das mindestens zum Teil aus Quarzglas besteht, welches bei der Ziehtemperatur eine niedrigere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders aufweist.

Das im Bereich des unteren Endes der Hohlzylinder-Innenbohrung vorgesehene Einsatzteil besteht aus einem Bauteil oder aus mehreren Bauteilen. Das Einsatzteil hat erfindungsgemäß eine Abdichtungsfunktion und fakultativ ergänzend dazu eine Haltefunktion für den Kernstab.

Das Einsatzteil weist hierzu mindestens ein Dichtelement auf. Dieses besteht aus Quarzglas, das bei Ziehtemperatur eine niedrigere Viskosität aufweist als das Quarzglas des Hohlzylinders. Beim Erhitzen auf Ziehtemperatur erweicht das niedriger viskose Quarzglas früher als das Quarzglas des Hohlzylinders, verformt sich dabei und bewirkt so ein frühzeitiges Verschließen vorhandener Öffnungen der Hohlzylinder-Innenbohrung, auch ohne deren vollständiges Kollabieren. Dies hat zu Folge, dass ein Unterdruck in der Innenbohrung frühzeitig angelegt werden kann, der ein Abrutschen des Kernstabs verhindert. Das frühzeitige Anlegen des Unterdrucks ermöglicht es wiederum, das Einsatzteil vergleichsweise dicht am unteren stirnseitigen Ende des Hohlzylinders anzuordnen, was den Materialverlust verringert.

Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme ermöglicht eine vergleichsweise rasche Abdichtung der Innenbohrung und ein schnelles Anlegen des die Kernstab-Halterung unterstützenden Unterdrucks und ist deshalb dazu geeignet, beim Elongieren eines koaxialen Verbundes von Kernstab und Hohlzylinder den Aufwand an Zeit und Material zu verringern und eine reproduzierbare Fixierung des Kernstabs in der Hohlzylinder-Innenbohrung beim Elongierprozess zu gewährleisten.

Es hat sich bewährt, wenn das niedriger viskose Quarzglas des Dichtelements (21, 36, 44) mit Fluor, Germanium, Phosphor oder Bor dotiert ist.

Diese Dotierstoffe wirken in Quarzglas viskositätserniedrigend. Häufig enthält auch der Kernstab einen oder mehrere dieser Dotierstoffe, so dass die Gefahr der Abgabe störender Verunreinigungen an den Kernstab gering ist. In hohen Konzentrationen zeigt auch Chlor eine derartige viskositätsverringernde Wirkung in Quarzglas.

Im Hinblick auf ein möglichst ungestörtes Kollabieren der Innenbohrung, besonders mit nahe am Ende der Hohlzylinder-Innenbohrung angeordnetem Dichtelement, hat es sich als günstig erwiesen, wenn das niedriger viskose Quarzglas bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 200°C unterhalb der Ziehtemperatur eine Viskosität aufweist, die derjenigen des Hohlzylinder-Quarzglases bei Ziehtemperatur entspricht. Die üblichen Ziehtemperaturen liegen im Bereich um 1800°C.

Das Quarzglas des Dichtelements nimmt die gleiche Viskosität wie das Hohlzylinder-Quarzglas bereits bei um 20°C bis 200°C geringeren Temperaturen an und wird daher beim Elongierprozess früher weich. Der Unterschied der Viskositäten der Quarzgläser von Hohlzylinder und Dichtelement ist bei Ziehtemperatur weder so gering, dass ein Effekt im Hinblick auf die Abdichtungsfunktion kaum bemerkbar ist, noch so groß, dass das Quarzglas des Dichtelements aus vorhandenen Öffnungen der Innenbohrung ausläuft.

Vorteilhafterweise wird der Kernstab auf einem Stützelement gelagert, das in einem Bereich der Hohlzylinder-Innenbohrung vorgesehen ist, der vom unteren stirnseitigen Ende des Hohlzylinders im Bereich zwischen 10 mm bis 40 mm entfernt ist.

Durch das Zurücksetzen des Stützelements gegenüber dem unteren Ende des Hohlzylinders wird vermieden, dass das Stützelement erweicht, bevor die Innenbohrung des Hohlzylinders soweit geschlossen ist, dass ein Abrutschen des Kernstabs verhindert werden kann. Das Dichtelement ermöglicht aber einen verhältnismäßig kleinen Abstand im Bereich von 10 mm bis 40 mm, indem es zu einem frühen Schließen der Innenbohrung beiträgt und danach der erweichte Bereich durch das Anlegen eines Unterdrucks vom Gewicht es Kernstabs entlastet wird. Der genannte Abstandsbereich gilt für Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser im Bereich zwischen 60 mm und 250 mm und ergibt sich als Kompromiss zwischen möglichst hoher Betriebssicherheit einerseits und einem möglichst geringen Materialverlust andererseits.

Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das Dichtelement auf dem Stützelement aufliegt.

Das Dichtelement liegt mittelbar oder unmittelbar auf dem Stützelement auf und befindet sich daher oberhalb des Stützelements. Bei einsetzender Verformung des Dichtelements fließt Quarzglas nach unten und dichtet etwaige Lücken zwischen dem Stützelement und der Innenwandung des Hohlzylinders ab. Als Beispiel seien Stützelemente in Form von stopfen, platten- oder keilförmigen Verschlussteilen oder Verbindungsteilen, die mit dem Hohlzylinder eine Gewinde- oder Bayonettverbindung bilden, genannt.

In dem Zusammenhang hat es sich als besonders günstig erwiesen, wenn das Stützelement in einer in der Innenwandung der Innenbohrung vorgesehenen Aussparung aufliegt.

Die Aussparung erstreckt sich über einen Teil der Innenwandung oder über die gesamte Innenwandung. Sie verläuft in einer Ebene senkrecht zur Zylinderlängsachse oder in einem Winkel dazu. Sie erleichtert zum einen das Einbringen des Stützelements und sie verhindert ein Abrutschen beim Elongierprozess. Außerdem kann das erweichende Quarzglas des Dichtelements die vom Stützelement freigelassenen Bereiche der Aussparung ähnlich einer Dichtmasse ausfüllen und so eine sichere und schnelle Abdichtung der Innenbohrung gewährleisten.

Vorzugsweise ist das Dichtelement als Scheibe oder als Ring ausgebildet.

Derartige Dichtelemente sind besonders einfach zu fertigen.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Verfahren erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, dass das Einsatzteil ein Halteelement zur Fixierung des Kernstabs umfasst, das mindestens zum Teil aus einem Werkstoff besteht, welcher bei der Ziehtemperatur eine höhere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders aufweist.

Im Bereich von mindestens einem der Enden der Hohlzylinder-Innenbohrung ist ein Einsatzteil fixiert, das aus einem Bauteil oder aus mehreren Bauteilen besteht, und mittels dem der Kernstab in der Innenbohrung fixiert wird. Die erfindungsgemäße Weiterbildung dieses Standes der Technik besteht im Wesentlichen darin, dass dieses Halteelement bei Ziehtemperatur eine höhere Viskosität aufweist als das Quarzglas des Hohlzylinders.

Die höhere Viskosität verhindert ein frühzeitiges Verformen des Halteelements, so dass die Halte- oder Stützfunktion des Einsatzteils für den Kernstab auch dann noch besteht, wenn sich das Quarzglas des Hohlzylinders bereits verformt. Die Gefahr eines Abrutschens des Kernstabs wird so verringert. Bei einem am unteren Ende der Innenbohrung angeordneten Halteelement wird so ein vollständiges Schließen der Innenbohrung zu Beginn des Elongierprozesses durch Verformung der Hohlzylinder-Wandung vereinfacht, selbst wenn das Halteelement vergleichsweise dicht am stirnseitigen Ende des Hohlzylinders angeordnet ist. Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme gewährleistet insoweit eine formstabile Halterung für den Kernstab, solange noch kein Unterdruck in der Innenbohrung angelegt werden kann. Gleichzeitig wird ein vergleichsweises rasches Verschließen der Innenbohrung ermöglicht und damit auch ein schnelles Anlegen des die Kernstab-Halterung unterstützenden Unterdrucks. Diese Maßnahme ist deshalb dazu geeignet, beim Elongieren eines koaxialen Verbundes von Kernstab und Hohlzylinder den Aufwand an Zeit und Material zu verringern und eine reproduzierbare Fixierung des Kernstabs in der Hohlzylinder-Innenbohrung beim Elongierprozess zu gewährleisten.

Bei einem am oberen Ende der Hohlzylinder-Innenbohrung angeordneten Halteelement gemäß der Erfindung wird der Beginn der Verformung hinausgezögert, so dass dieses bis zum Ende des Elongierprozesses seine Haltefunktion für den Kernstab aufrecht erhalten kann.

Vorzugsweise ist der höher viskose Werkstoff des Halteelements ein durch Dotierung mit Stickstoff oder mit Aluminium versteiftes Quarzglas.

Das Halteelement besteht in dem Fall aus Quarzglas und damit aus einem in Bezug auf das Quarzglas des Hohlzylinders arteigenen Material, so dass dessen Erweichungs- und Verformungsprozess beim Kollabieren der Innenbohrung durch die höhere Viskosität des Halteelements nicht wesentlich gestört wird. Etwaige Verunreinigungen durch die das Quarzglas versteifenden Dotierstoffe Aluminium oder Stickstoff im Bereich des Kernstabes sind in der Regel unkritisch.

Im Hinblick auf ein möglichst ungestörtes Kollabieren der Innenbohrung, besonders bei einem nahe am Ende des Hohlzylinders angeordneten Halteelement, hat es sich als günstig erweisen, wenn das versteifte Quarzglas bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 100°C oberhalb der Ziehtemperatur eine Viskosität aufweist, die derjenigen des Hohlzylinder-Quarzglases bei Ziehtemperatur entspricht.

Das Quarzglas des Halteelements nimmt die gleiche Viskosität wie das Hohlzylinder-Quarzglas erst bei um 20°C bis 100°C höheren Temperaturen an. Der Unterschied der Viskositäten der Quarzgläser von Hohlzylinder und Halteelement ist bei Ziehtemperatur weder so gering, dass ein Effekt im Hinblick auf die Halte- oder Stützfunktion kaum bemerkbar ist, noch so groß, dass sich so deutliche Unterschiede im Erweichungs- und Verformungsverhalten von Hohlzylinder und Halteelement ergeben, dass der Anziehprozess beeinträchtigt wird.

Das Schließen der Hohlzylinder-Innenbohrung wird vereinfacht und beschleunigt, wenn das Einsatzteil sowohl ein Dichtelement als auch ein Halteelement im Sinne der Erfindung umfasst.

Die beiden genannten Maßnahmen, sowohl gemeinsam als auch einzeln, ermöglichen einen vergleichsweisen raschen Verschluss der Innenbohrung und ein schnelles Anlegen des die Kernstab-Halterung unterstützenden Unterdrucks, und sie sind deshalb dazu geeignet, beim Elongieren eines koaxialen Verbundes von Kernstab und Hohlzylinder den Aufwand an Zeit und Material zu verringern und eine reproduzierbare Fixierung des Kernstabs in der Hohlzylinder-Innenbohrung beim Elongierprozess zu gewährleisten.

Hinsichtlich des Halbzeugs wird die oben angegebene Aufgabe ausgehend von dem eingangs genannten Halbzeug erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Einsatzteil umfasst:

  • • ein Halteelement, das mindestens zum Teil aus einem Werkstoff besteht, der bei der einer Temperatur von 1800°C eine höhere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders aufweist und/oder,
  • • ein Dichtelement, das mindestens zum Teil aus Quarzglas besteht, das bei einer Temperatur von 1800°C eine niedrigere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders aufweist.

Das erfindungsgemäße Halbzeug umfasst einen Bauteil-Verbund aus Kernstab und Hohlzylinder und einem im Bereich des einen Endes der Hohlzylinder-Innenbohrung fixierten Einsatzteil. Das Einsatzteil besteht aus einem Bauteil oder aus mehreren Bauteilen, und es übernimmt eine Halte- oder Stützfunktion für den Kernstab oder eine Abdichtungsfunktion oder beide Funktionen.

In seiner Halte- oder Stützfunktion dient das Einsatzteil dem Kernstab entweder als Lager, an dem er mittelbar oder unmittelbar anliegt, oder als Aufhängung. Das Einsatzteil weist dabei mindestens ein Halteelement auf, das für diese Halte- oder Stützfunktion maßgeblich ist. Die erfindungsgemäße Weiterbildung des Standes der Technik besteht im Wesentlichen darin, dass das Halteelement bei einer Temperatur von 1800°C eine höhere Viskosität aufweist als das Quarzglas des Hohlzylinders. Die Temperatur von 1800°C liegt im Bereich der üblichen Ziehtemperaturen beim Elongieren von Quarzglasbauteilen (gemessen am Quarzglas im Bereich der Ziehzwiebel).

Die höhere Viskosität verhindert ein frühzeitiges Verformen des Halteelements, so dass die Halte- und Stützfunktion des Einsatzteils auch dann noch besteht, wenn sich das Quarzglas des Hohlzylinders bereits verformt. Bei einem am unteren Ende der Hohlzylinder-Innenbohrung angeordneten Halteelement wird das vollständige Schließen der Innenbohrung zu Beginn des Elongierprozesses vereinfacht, ohne die Gefahr eines Abrutschens des Kernstabs, selbst wenn das Halteelement vergleichsweise dicht am stirnseitigen Ende des Hohlzylinders angeordnet ist.

In seiner Abdichtfunktion weist das Einsatzteil mindestens ein Dichtelement auf. Dieses besteht aus Quarzglas, das bei Ziehtemperatur eine niedrigere Viskosität aufweist als das Quarzglas des Hohlzylinders. Beim Erhitzen auf Ziehtemperatur erweicht das niedriger viskose Quarzglas früher als das Quarzglas des Hohlzylinders, verformt sich dabei und bewirkt so ein frühzeitiges Verschließen vorhandener Öffnungen der Hohlzylinder-Innenbohrung. Dies hat zur Folge, dass ein die Kernstab-Lagerung stabilisierender Unterdruck in der Innenbohrung frühzeitig angelegt werden kann, der ein Abrutschen des Kernstabs verhindert, selbst wenn das Dichtelement oder das Einsatzteil insgesamt vergleichsweise dicht am stirnseitigen Ende des Hohlzylinders angeordnet ist.

Sowohl die erfindungsgemäß vorgeschlagene Maßnahme zur Stütz- und Haltefunktion als auch die Maßnahme zur Abdichtfunktion des Einsatzteils vereinfachen das Verschließen der Innenbohrung bei gleichzeitig möglichst formstabiler Halterung für den Kernstab, solange noch kein Unterdruck in der Innenbohrung angelegt werden kann.

Das Einsatzteil weist ein oder mehrere Halteelemente und/oder ein oder mehrere Dichtelemente auf. Ein den Kernstab stützendes Bauteil des Einsatzteils kann gleichzeitig als Dichtelement im Sinne der Erfindung wirken.

Die beiden im erfindungsgemäßen Halbzeug einzeln oder zusammen verwirklichten Maßnahmen ermöglichen einen vergleichsweisen raschen Verschluss der Innenbohrung und ein schnelles Anlegen des die Kernstab-Halterung unterstützenden Unterdrucks, und sie sind deshalb dazu geeignet, beim Elongieren eines koaxialen Verbundes von Kernstab und Hohlzylinder den Aufwand an Zeit und Material zu verringern und eine reproduzierbare Fixierung des Kernstabs in der Hohlzylinder-Innenbohrung beim Elongierprozess zu gewährleisten.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Halbzeugs ergeben sich aus den Unteransprüchen. Soweit in den Unteransprüchen angegebene Ausgestaltungen des Halbzeugs den in Unteransprüchen zum erfindungsgemäßen Verfahren genannten Verfahrensweisen nachgebildet sind, wird zur ergänzenden Erläuterung auf die obigen Ausführungen zu den entsprechenden Verfahrensansprüchen verwiesen.

Der Bausatz für die Herstellung eines Halbzeugs gemäß der Erfindung enthält erfindungsgemäß einen Hohlzylinder aus Quarzglas und ein Dichtelement aus Quarzglas, das bei einer Temperatur von 1800°C eine niedrigere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders aufweist.

Das Dichtelement besteht aus Quarzglas, das bei 1800°C eine niedrigere Viskosität aufweist als das Quarzglas des Hohlzylinders. Es wird in die Innenbohrung des Hohlzylinders eingebracht, um dort eine Abdichtungsfunktion beim Elongierprozess zu erfüllen, wie dies oben anhand des erfindungsgemäßen Halbzeugs näher erläutert ist.

Die Temperatur von 1800°C liegt im Bereich der üblichen Ziehtemperaturen beim Elongieren von Quarzglasbauteilen. Beim Erhitzen auf die Ziehtemperatur erweicht das niedriger viskose Quarzglas des Dichtelements früher als das Quarzglas des Hohlzylinders, verformt sich dabei und bewirkt so ein frühzeitiges Verschließen vorhandener Öffnungen der Hohlzylinder-Innenbohrung, mit der Folge, dass ein die Kernstab-Lagerung stabilisierender Unterdruck in der Innenbohrung frühzeitig angelegt werden kann, der ein Abrutschen des Kernstabs verhindert, selbst wenn das Einsatzteil vergleichsweise dicht am stirnseitigen Ende des Hohlzylinders angeordnet ist.

Vorzugsweise enthält der erfindungsgemäße Bausatz ein Halteelement aus einem Werkstoff, der bei einer Temperatur von 1800°C eine höhere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders aufweist.

Das Halteelement wird in die Innenbohrung des Hohlzylinders eingebracht, um dort eine Stütz- oder Haltefunktion für den Kernstab beim Elongierprozess zu erfüllen, wie dies oben anhand des erfindungsgemäßen Halbzeugs näher erläutert ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und einer Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in schematischer Darstellung im Einzelnen

1: eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbzeugs zur Herstellung eines optischen Bauteils, wobei ein Kernstab in der Innenbohrung eines Hohlzylinders anhand einer ovalen Haltescheibe aus einem Quarzglas mit erhöhter Viskosität gelagert ist,

2: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbzeugs, wobei ein Kernstab in der Innenbohrung eines Hohlzylinders mittels einer ovalen Haltescheibe aus hoch viskosem Quarzglas und einer Dichtscheibe aus einem niedrig viskosen Quarzglas gelagert ist,

3: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbzeugs zum Ziehen einer optischen Faser nach dem ODD-Verfahren in der Form einer koaxialen Anordnung von Kernstab und Mantelrohr und mit einem Stützelement in Form eines rohrförmigen Ansatzstücks, und

4: eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbzeugs, wobei ein Kernstab in der Innenbohrung eines Hohlzylinders mittels eines Stopfens und eines Bolzens aus Quarzglas und unter Einsatz einer Dichtscheibe gelagert ist.

Die mittels des erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Bauteile sind entweder optische Fasern oder Vorformen für die Herstellung optischer Fasern Diese weisen jeweils einen Kernbereich auf, der von einer inneren Mantelglasschicht umgeben ist. Der Kernbereich und die innere Mantelglasschicht werden durch den Kernstab, und zusätzliches Mantelglas durch den Hohlzylinder bereitgestellt. Im Halbzeug können zwischen dem Kernstab und einem äußeren Hohlzylinder ein oder mehrere zusätzliche, den Kernstab umgebende Hohlzylinder angeordnet sein, wobei einer der Hohlzylinder die Innenbohrung mit darin fixiertem Einsatzteil im Sinne der vorliegenden Erfindung aufweist.

Im Ausführungsbeispiel besteht der Kernbereich aus Quarzglas, das homogen mit 5 Gew.-% Germaniumdioxid dotiert ist. Die Mantelglasschichten bestehen aus undotiertem Quarzglas, wobei das Quarzglas für die äußere der Mantelglasschichten von dem jeweiligen Hohlzylinder bereitgestellt wird.

Der Kernstab wird nach dem bekannten OVD-Verfahren durch Flammenhydrolyse von SiCl4 und GeCl4 hergestellt. Das Gewicht des Kernstabs beträgt – je nach Länge – bis zu 10 kg. In der herzustellenden Monomode-Faser mit einem Außendurchmesser von 125 &mgr;m weist der Ge-dotierte Kernbereich einen Durchmesser von ca. 8,5 &mgr;m auf.

Alternativ zu dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren des Kernstabs nach dem OVD-Verfahren wird dieser nach dem bekannten MCVD-, VAD- oder PCVD-Verfahren hergestellt.

In jedem Fall wird weiteres Mantelmaterial für die Ausbildung der äußeren Mantelglasschicht in Form eines oder mehrerer Quarzglas-Hohlzylinder bereitgestellt, die unmittelbar beim Faserziehen in einem ODD-Verfahren auf den Kernstab aufkollabiert und gleichzeitig elongiert werden. Die Herstellung des oder der Hohlzylinder erfolgt ebenfalls anhand eines üblichen OVD-Verfahrens, jedoch ohne Zusatz eines Dotierstoffs. Prozessbedingt können Fremdstoffe, insbesondere Chlor in dem Quarzglas enthalten sein. Der Innendurchmesser und der Außendurchmesser werden durch mechanische Endbearbeitung eingestellt, wobei die mechanisch bearbeitete Oberfläche in einem letzten Prozessschritt in einem Flusssäure-Bad kurz geätzt wird, um Oberflächenspannungen abzubauen und um Verunreinigungen durch die Oberflächenbearbeitung zu entfernen.

Zum Ziehen der optischen Faser wird ein koaxialer Verbund von Kernstab und Hohlzylinder in vertikaler Ausrichtung einer Erhitzungszone zugeführt und darin mit dem unteren Ende beginnend in einem ringförmigen Ofen zonenweise bei einer Temperatur um 1800°C erweicht, und aus dem erweichten Bereich die optische Faser abgezogen.

Zu Beginn des Ziehverfahrens liegt der Kernstab auf einem am unteren Ende der Innenbohrung des Hohlzylinders fixierten Einsatzteil auf. Das Einsatzteil übernimmt eine Haltefunktion für den Kernstab und fakultativ ergänzend dazu auch eine Abdichtungsfunktion. Varianten des Einsatzteils werden nachfolgend anhand der 1 bis 4 näher beschrieben.

1 zeigt ein Halbzeug in Form eines vertikal orientierten Bauteil-Verbundes 10 aus einem Hohlzylinder 1, einem inneren Mantelrohr 6 und einem Kernstab 4. Der Kernstab 4 ist in der Innenbohrung 2 des Hohlzylinders 1 koaxial zur Mittelachse 3 fixiert. Der Außendurchmesser des Hohlzylinders 1 beträgt 150 mm und sein Innendurchmesser 60 mm. Der Kernstab 4 hat einen Durchmesser von 35 mm. Der Ringspalt zwischen der Innenwandung 9 und dem Kernstab 4 wird zum größten Teil von dem inneren Mantelrohr 6 aus undotiertem Quarzglas ausgefüllt.

Zur Fixierung des Kernstabes 4 in der Innenbohrung 2 dient eine Haltevorrichtung 5 bestehend aus einer in der Draufsicht ovalen Quarzglasscheibe 8 und einer Ringnut 7. Die ovale Quarzglasscheibe 8 ist in die Ringnut 7 eingelegt, welche in der Innenwandung 9 horizontal umlaufend im Bereich des unteren Endes 11 des Hohlzylinders 1 eingebracht ist.

Die ovale Quarzglasscheibe 8 wird durch schräge parallele Schnitte aus einem Quarzglasstab herausgeschnitten, dessen Durchmesser geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des Hohlzylinders 1 ist. Die schrägen Kanten Im Bereich der langen Halbachse wird teilweise abgeschliffen, so dass eine ovale Quarzglasscheibe 8 erhalten wird, deren lange Halbachse eine Länge von 67 mm aufweist, wobei die e Länge der kurzen Halbachse 58 mm und ihre Dicke 10 mm betragen.

Somit kann die ovale Quarzglasscheibe 8 mit schräger Orientierung der langen Halbachse in die Innenbohrung 2 des Hohlzylinders 1 eingeführt, das untere, langen Ende in die Ringnut 7 eingelegt und anschließend mit dem gegenüberliegenden langen Ende in die Ringnut 7 nach unten eingeklappt werden. Voraussetzung dafür ist eine ausreichende Tiefe der Ringnut 7 von 4 mm und einer Höhe von 35 mm.

In der Seitenansicht von 1 ist weiterhin zu erkennen, dass nicht nur der Kernstab 4, sondern auch das Mantelrohr 6 auf der ovalen Quarzglasscheibe 8 aufliegen.

Um beim Aufheizen des Zylinder-Verbundes 10 ein Durchfallen des Kernstabs 4 und des inneren Mantelrohres 6 durch vorzeitiges Erweichen der ovalen Quarzglasscheibe 8 zu vermeiden, ist die Haltevorrichtung 5 etwa 50 mm vom unteren Ende 11 des Hohlzylinders 1 zurückgesetzt. Außerdem enthält das Quarzglas der ovalen Quarzglasscheibe 8 etwa 50 Gew.-ppm Aluminium (Gewicht des Al bezogen auf die Gesamtmasse des Quarzglases). Der Al2O3-Gehalt des Quarzglases bewirkt gegenüber dem undotierten Quarzglas des Hohlzylinders 1 eine Viskositätserhöhung. Bei der Ziehtemperatur von etwa 1800°C weist das Al2O3-dotierte Quarzglas eine Viskosität auf, die etwa 0,5 dPa·s höher ist als die Viskosität des Hohlzylinder-Quarzglases. Wegen ihrer höheren Viskosität verformt sich die ovale Quarzglasscheibe 8 noch nicht merklich, während sich die Innenbohrung 2 am unteren Ende 11 des Hohlzylinders 1 bereits zu schließen beginnt. Die Stützfunktion der ovalen Quarzglasscheibe 8 bleibt somit erhalten, bis die Innenbohrung 2 geschlossen ist.

Das vollständige Schließen wird durch einen Druckanstieg in der Innenbohrung 2 detektiert, und die bis dahin vorhandene Gasspülung durch die Innenbohrung 2 wird daraufhin gestoppt. Statt dessen wirkt dann eine Absaugung, die im Bereich der Innenbohrung 2 oberhalb der Ziehzwiebel einen Unterdruck erzeugt. Der Unterdruck nimmt ein Teil der Gewichtskraft des Kernstabs 4 auf, so dass ein Abrutschen in den erweichten Bereich des Verbundes 10 vermieden wird.

Sofern in den 2 bis 4 identische Bezugsziffern wie in 1 verwendet sind, so sind damit baugleiche oder äquivalente Bauteile und Bestandteile bezeichnet, wie sie oben anhand 1 näher erläutert sind.

In 2 ist schematisch ein Bauteil-Verbund 20 mit einer ähnlichen Haltevorrichtung 25 zur Halterung des Kernstabs 4 wie in 1 dargestellt. Die Maße von Hohlzylinder 1, Kernstab 4, Mantelrohr 6 und ovaler Quarzglasscheibe 28 entsprechen den oben anhand der Beschreibung von 1 für diese Bauteile genannten.

Die Haltevorrichtung 25 umfasst eine in der Draufsicht ovale Quarzglasscheibe 28 aus undotiertem Quarzglas. Die ovale Quarzglasscheibe 28 dient zur Lagerung des Kernstabs 4 und des inneren Mantelrohres 6 und wird in eine Ringnut 7 eingelegt, wie dies oben anhand 1 beschrieben ist. Zusätzlich wird in die Innenbohrung 2 eine Dichtscheibe 21 eingeschoben, deren Durchmesser 58 mm und deren Höhe 27 mm betragen. Die Dichtscheibe 21 besteht aus Quarzglas, das mit 10000 Gew.-ppm Fluor dotiert ist. Im fertig zusammengesetzten Verbund, wie er in 2 schematisch dargestellt ist, liegt die Dichtscheibe 21 zwischen Kernstab 4 bzw. Mantelrohr 6 und der ovalen Quarzglasscheibe 28 und ihre Oberkante erstreckt sich über den Bereich der Ringnut 7 hinaus in die Innenbohrung 2. Der Durchmesser der Dichtscheibe 21 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser der Innenbohrung 2.

Die Fluor-Dotierung der Dichtscheibe 21 bewirkt gegenüber undotiertem Quarzglas eine Viskositätserniedrigung. Das F-dotierte Quarzglas erreicht bereits bei 1700°C eine Viskosität, die das undotierte Quarzglas des Hohlzylinders und der ovalen Quarzglasscheibe 28 erst bei der Ziehtemperatur um 1800°C aufweist. Bei der Ziehtemperatur entspricht dies einem Viskositätsunterschied von etwa 1 dPa·s. Wegen ihrer niedrigeren Viskosität verformt sich die Dichtscheibe 21 daher bereits merklich, während die Haltevorrichtung 25 insgesamt noch formstabil ist und ihre Stützfunktion für den Kernstab 4 noch aufrecht erhalten kann.

Beim Elongierprozess wird das geringer viskose Quarzglas der Dichtscheibe 21 durch das Gewicht des Kernstabs 4 und des Mantelrohres 6 flach gedrückt und legt sich an die Innenwandung 9 des Hohlzylinders 1 im Bereich der Ringnut 7 an und dichtet dadurch die Innenbohrung 2 nach außen hin ab, so dass frühzeitig ein Unterdruck in der Innenbohrung 2 angelegt werden kann. Das Volumen der Dichtscheibe 21 ist dabei so ausgelegt, dass sie die Ringnut 7 ganz oder wenigstens zum größten Teil auszufüllen vermag.

Wegen der frühzeitigen Abdichtung der Innenbohrung 2 durch das niedriger viskose Quarzglas der Dichtscheibe 21 und dem dementsprechend frühen Anlegen von Unterdruck in der Innenbohrung 2 kann die Haltevorrichtung 25 sehr nah am unteren Ende 11 des Hohlzylinders 1 angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Abstand zwischen der Unterkante der Ringnut 7 und dem stirnseitigen Ende 11 des Hohlzylinders 1 20 mm, was zu einem entsprechend geringen Materialverlust beiträgt.

3 zeigt ein Halbzeug zum Ziehen einer optischen Faser in Form eines koaxialen Bauteil-Verbunds 30 aus einem Kernstab 4 und einem Hohlzylinder 1 aus Quarzglas, deren Längsachsen jeweils mit der vertikal orientierten Mittelachse 3 des Gesamt-Verbundes 30 übereinstimmen.

Der Kernstab 4 hat einen Außendurchmesser von 50 mm und weist eine Kern-Mantelstruktur mit einem – in radialer Richtung gesehen – nicht homogenen Brechzahlverlauf auf, wie oben beschrieben.

Das Hohlzylinder 1 besteht aus hochreinem, undotiertem Quarzglas mit einem Hydroxylgruppengehalt von weniger als 1 Gew.-ppm, das durch Außenabscheidung nach dem OVD-Verfahren hergestellt worden ist. Sein Außendurchmesser beträgt 194 mm, und der Innendurchmesser liegt bei 54 mm, so dass sich zwischen dem Hohlzylinder 1 und dem Kernstab 4 ein Ringspalt 31 mit einer Spaltweite von etwa 2 mm ergibt.

Das Anzieh-Ende des Verbundes 30 ist konisch nach unten verjüngt. Der Verjüngungsbereich 32 wird zum Teil von dem koaxialen Gesamt-Verbund 30 und zum anderen Teil von einem ziehzwiebelähnlich geformten Ansatzstück 33 aus synthetischem Quarzglas gebildet, das an das untere Ende 11 des Hohlzylinders 1 angeschweißt ist, und das eine in Richtung der Mittelachse 3 verlaufende Durchgangsbohrung 34 aufweist, deren Durchmesser sich von 40 mm auf etwa 11 mm am unteren Ende verjüngt.

Die Haltevorrichtung 35 für den Kernstab 4 umfasst eine Abstandsscheibe 37, auf der sich der Kernstab 4 abstützt und die selbst auf einem Dichtring 36 aufliegt. Die Abstandsscheibe 37 besteht aus undotiertem, synthetischen Quarzglas und hat eine Dicke von 40 mm und einen Außendurchmesser von 52 mm. Der Dichtring 36 liegt wiederum auf dem Ansatzstück 33 auf. Der Dichtring 36 besteht aus Quarzglas, das mit 10000 Gew.-ppm Fluor dotiert ist. Er hat einen Außendurchmesser von 50 mm, einen Innendurchmesser von 35 mm und eine Dicke von 20 mm. Der Kernstab 4 erfährt so eine definierte axiale Position und einen gewissen Abstand vom unteren Hohlzylinder-Ende 11.

Zum Ziehen einer optischen Faser nach dem ODD-Verfahren wird der Hohlzylinder 1 mittels eines Greifers erfasst, und der Gesamt-Verbund 30 aus Kernstab 4, Hohlzylinder 1 und Ansatzstück 33 anschließend in vertikaler Ausrichtung mit dem unteren Ende beginnend einem ringförmigen Ofen zugeführt, und darin zonenweise auf eine Temperatur um 1800°C erweicht. Das Fluor-dotierte Quarzglas des Dichtrings 36 verformt sich dabei früher als das Quarzglas des Hohlzylinders 1 und der Abstandsscheibe 37. Die Verformung setzt bereits bei einer um etwa 100°C niedrigeren Temperatur ein. Infolge des auf dem Dichtring 36 ruhenden Gewichts verformt sich dieser, wird in vorhandene Öffnungen gepresst und dichtet dadurch den Spalt 31 und damit die Innenbohrung 2 nach Außen hin ab. Dadurch kann frühzeitig ein den Kernstab 4 stützender Unterdruck in der Innenbohrung 2 angelegt werden. Der vorab ausgeformte Verjüngungsbereich 32 bewirkt ein beschleunigtes Ausbilden einer Ziehzwiebel.

Anstelle einer optischen Faser kann durch Kollabieren und Elongieren des Verbundes 30 auch eine Vorform für eine optische Faser erzeugt werden. Beispielsweise wird bei einer Anordnung 1 mit einer Länge von 3 m und den oben genannten lateralen Abmessungen durch Elongieren ein Vorformstrang bei einem Außendurchmesser von 60 mm einer Gesamtlänge von 30 m erhalten. Durch Ablängen ergeben sich aus dem Vorformstrang mehrere Vorformen.

4 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbzeugs in Form eines Verbundes 40, bei dem ein Kernstab 4 und ein inneres Mantelrohr 6 in der Innenbohrung 2 eines Hohlzylinders 1 mittels einer Haltevorrichtung 45 axial fixiert werden. Die Abmessungen von Hohlzylinder, Mantelrohr 6 und Kernstab 1 entsprechen denjenigen des anhand 1 erläuterten Halbzeugs.

Die Haltevorrichtung 45 umfasst einen Stopfen 41 und einen Querstift 42 aus undotiertem Quarzglas. Der Querstift 42 erstreckt sich durch die Wandung des Hohlzylinders 1 und durch den Stopfen 41. Hierzu sind Wandung und Stopfen 51 mit korrespondierenden Durchgangsbohrungen 43 versehen.

Um eine rasche Abdichtung der Hohlzylinder-Innenbohrung 2 beim Anziehprozess zu erreichen, ist es bisher erforderlich gewesen, den Stopfen 41 für jede Hohlzylinder-Innenbohrung 2 speziell anzupassen, so dass ein geringer Ringspalt verbleibt.

Beim erfindungsgemäßen Halbzeug wird auf den Stopfen 41 eine Dichtscheibe 44 aufgelegt, die aus einem fluordotierten Quarzglas besteht, das oben anhand der Beschreibung von 2 näher erläutert ist. Wegen der geringeren Viskosität dieses Quarzglases erfolgt die Abdichtung der Innenbohrung 2 nun vorwiegend über die erweichende Dichtscheibe 44, so dass eine besondere Anpassung des Stopfens 41 nicht mehr notwendig ist; der Stopfen 41 kann sozusagen einfach von der Stange geschnitten werden, was den Fertigungsaufwand erheblich reduziert.

Zudem kann die Länge der Haltevorrichtung 45 insgesamt kürzer gehalten werden als bisher, wodurch die Dichtscheibe 44 näher an das untere Ende 11 des Hohlzylinders 1 heranrückt und ein schnelles Erweichen und eine dementsprechend rasche Abdichtung der Innenbohrung 2 begünstigt wird. Ein zusätzlicher Aspekt bei der Verkürzung der Haltevorrichtung 45 ist die damit verbundene Steigerung der Ausbringung aus dem Halbzeug. Die Höhe des Quarzglas-Stopfens beträgt hier 50 mm und der Abstand der Unterkante der Durchgangsbohrung 43 vom unteren Ende 11 des Hohlzylinders 1 liegt bei 20 mm.

Der Hohlzylinder 1, der Kernstab 4, das innere Mantelrohr 6, und die Teile der Haltevorrichtung 45, nämlich der Stopfen 41 und der Querstift 42 aus undotiertem Quarzglas, sowie die Dichtscheibe 54 bilden einen Bausatz, aus dem der Anwender den in 4 schematisch gezeigten Bauteil-Verbund 40 zum Ziehen einer optischen Faser leicht herstellen kann.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas durch Elongieren eines koaxialen Verbundes (10, 20, 30, 40) umfassend einen Hohlzylinder (1) aus Quarzglas, einen Kernstab (4) aus Quarzglas und ein Einsatzteil (5, 25, 35, 45) zur Fixierung des Kernstabs (4) in der Innenbohrung (2) des Hohlzylinders (1), wobei der Verbund (10, 20, 30, 40) mit einen Ende (11) beginnend kontinuierlich einer Heizzone zugeführt und darin auf eine Ziehtemperatur erhitzt wird, so dass die Innenbohrung (2) bereichsweise kollabiert, und aus dem kollabierten Bereich das Bauteil abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (5, 25, 35, 45) ein im Bereich des unteren Endes (11) der Innenbohrung (2) angeordnetes Dichtelement (21, 36, 44) umfasst, das mindestens zum Teil aus Quarzglas besteht, welches bei der Ziehtemperatur eine niedrigere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist.
  2. Verfahren nach einem der Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das niedriger viskose Quarzglas des Dichtelements (21, 36, 44) mit Fluor, Germanium, Phosphor oder Bor dotiert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das niedriger viskose Quarzglas bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 200°C unterhalb der Ziehtemperatur eine Viskosität aufweist, die derjenigen des Hohlzylinder-Quarzglases bei Ziehtemperatur entspricht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernstab (4) auf einem Stützelement (8, 28, 37, 41) gelagert wird, das in einem Bereich der Hohlzylinder-Innenbohrung (2) vorgesehen ist, der vom unteren stirnseitigen Ende des Hohlzylinders (1) zwischen 10 mm bis 40 mm entfernt ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21, 36, 44) auf dem Stützelement (8, 28, 41) aufliegt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8, 28) in einer in der Innenwandung (9) der Innenbohrung (2) (2) vorgesehenen Aussparung (7) aufliegt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21, 36, 44) als Scheibe oder als Ring ausgebildet ist.
  8. Verfahren zur Herstellung eines optischen Bauteils aus Quarzglas durch Elongieren eines koaxialen Verbundes (10, 20, 30, 40) umfassend einen Hohlzylinder (1) aus Quarzglas, einen Kernstab (4) aus Quarzglas und ein Einsatzteil (5, 25, 35, 45) zur Fixierung des Kernstabs (4) in der Innenbohrung (2) des Hohlzylinders (1), wobei der Verbund (10, 20, 30, 40) mit einen Ende (11) beginnend kontinuierlich einer Heizzone zugeführt und darin auf eine Ziehtemperatur erhitzt wird, so dass die Innenbohrung (2) bereichsweise kollabiert, und aus dem kollabierten Bereich das Bauteil abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (5, 25, 35, 45) ein Halteelement (8) zur Fixierung des Kernstabs (4) umfasst, das mindestens zum Teil aus einem Werkstoff besteht, welcher bei der Ziehtemperatur eine höhere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der höher viskose Werkstoff des Halteelements (8) ein durch Dotierung mit Stickstoff oder mit Aluminium versteiftes Quarzglas ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das versteifte Quarzglas bei einer Temperatur im Bereich von 20°C bis 100°C oberhalb der Ziehtemperatur eine Viskosität aufweist, die derjenigen des Hohlzylinder-Quarzglases bei Ziehtemperatur entspricht.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (5, 25, 35, 45) ein Dichtelement (21, 36, 44) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und ein Halteelement nach einem der Ansprüche 8 bis 10 umfasst.
  12. Halbzeug für die Herstellung eines optischen Bauteils, umfassend einen Hohlzylinder (1) aus Quarzglas, einen Kernstab (4) aus Quarzglas und ein Einsatzteil (5, 25, 35, 45) zur Fixierung des Kernstabs (4) in der Hohlzylinder-Innenbohrung (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (5, 25, 35, 45) umfasst

    • ein Halteelement (8), das mindestens zum Teil aus einem Werkstoff besteht, der bei der einer Temperatur von 1800°C eine höhere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist und/oder,

    • ein Dichtelement (21, 36, 44), das mindestens zum Teil aus Quarzglas besteht, das bei einer Temperatur von 1800°C eine niedrigere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist.
  13. Halbzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der höher viskose Werkstoff des Halteelements (8) ein durch Dotierung mit Stickstoff oder mit Aluminium versteiftes Quarzglas ist.
  14. Halbzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das versteifte Quarzglas bei einer Temperatur von 1800°C eine Viskosität aufweist, die im Bereich zwischen 0,2 dPa·s und 0,8 dPa·s höher ist als die Viskosität des Hohlzylinder-Quarzglases bei dieser Temperatur.
  15. Halbzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das niedriger viskose Quarzglas des Dichtelements (21, 36, 44) mit Fluor, Germanium, Phosphor oder Bor dotiert ist.
  16. Halbzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das niedriger viskose Quarzglas bei einer Temperatur von 1800°C eine Viskosität aufweist, die im Bereich zwischen 0,2 dPa·s und 1,5 dPa·s niedriger ist als die Viskosität des Hohlzylinder-Quarzglases bei dieser Temperatur.
  17. Halbzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Einsatzteil (5, 25, 35, 45) ein Stützelement (8, 28, 37, 41) zur Lagerung des Kernstabs (4) und ein Dichtelement (21, 36, 44) aufweist, und dass das Stützelement (8, 28, 37, 41) in einem Bereich der Hohlzylinder-Innenbohrung (2) vorgesehen ist, der vom unteren stirnseitigen Ende (11) des Hohlzylinders (1) einen Abstand im Bereich von 10 mm bis 40 mm hält
  18. Halbzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (8, 28, 37, 41) in einer in der Innenwandung (9) der Innenbohrung (2) vorgesehenen Aussparung aufliegt.
  19. Halbzeug nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21, 36, 44) auf dem Stützelement (8, 28, 37, 41) aufliegt.
  20. Halbzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (21, 36, 44) als Scheibe oder als Ring ausgebildet ist.
  21. Bausatz für die Herstellung eines Halbzeugs nach einem der Ansprüche 12 bis 20, enthaltend einen Hohlzylinder (1) aus Quarzglas und ein Dichtelement (21, 36, 44) aus Quarzglas, das bei einer Temperatur von 1800°C eine niedrigere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist.
  22. Bausatz nach Anspruch 21, enthaltend ein Halteelement (8) aus einem Werkstoff, der bei einer Temperatur von 1800°C eine höhere Viskosität als das Quarzglas des Hohlzylinders (1) aufweist.
Es folgen 3 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com