EP-4737405-A1 - CAPILLARY PRODUCTION FROM HOLLOW CYLINDERS

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kapillaren aus großen, mechanisch bearbeiteten Quarzglas-Hohlzylindern sowie die erfindungsgemäß hergestellten Kapillaren. Das Verfahren umfasst das kontinuierliches Zuführen eines Quarzglas-Hohlzylinders mit mit einem Außendurchmesser Za und einem Innendurchmesser Zi in eine Heizzone, bis der Quarzglas-Hohlzylinder darin bereichsweise erweicht wird; iii) Inverses Kollabieren und gleichzeitiges Elongieren des Quarzglas-Hohlzylinders aus dem erweichten Bereich, um einen Kapillarstrang mit einem Außendurchmesser Ca und einem Innendurchmesser Ci zu erhalten, so dass (Za/Zi)/(Ca/Ci) = 1,2 bis 6,0.

Inventors

• SCHUSTER, KAY
• ROSENBERGER, Manuel
• TIESS, Tobias

Assignees

• Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20250124

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von Kapillaren beziehungsweise Antiresonanzelement-Vorformlingen, umfassend die Schritte: i) Bereitstellen eines Quarzglas-Hohlzylinders mit einem großen Außendurchmesser Z a , einem kleinen Innendurchmesser Z i ; ii) Kontinuierliches Zuführen des Quarzglas-Hohlzylinders in eine Heizzone, bis der Quarzglas-Hohlzylinder darin bereichsweise erweicht wird; iii) Inverses Kollabieren und gleichzeitiges Elongieren des Quarzglas-Hohlzylinders aus dem erweichten Bereich, um einen Kapillarstrang mit einem Außendurchmesser C a und einem Innendurchmesser C i zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Außen- und Innendurchmesserverhältnis des Zylinders während des Inversen Kollabierens und gleichzeitigen Elongierens zur Kapillare so verändert, das gilt: Z a Z i C a C i = 1,2 bis 6,0 bevorzugt 2,9 bis 4,2; iv) Abtrennen des Kapillarstranges in Solllänge unter Erhalt von Kapillaren mit einem Außendurchmesser C a und einem Innendurchmesser C i , für die gilt: C a C i = 1,05 bis 1,50 bevorzugt 1,08 bis 1,30.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzglas-Hohlzylinder ein mechanisch bearbeiteter Quarzglas-Hohlzylinder ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzglashohlzylinder nicht thermisch vorbehandelt wurde.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzglas-Hohlzylinder einen großen Außendurchmesser von 120 mm bis 250 mm aufweist, bevorzugt einen Außendurchmesser von 150 mm bis 200 mm aufweist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarzglas-Hohlzylinder einen kleinen Innendurchmesser von 20 mm bis 140 mm aufweist, bevorzugt einen Innendurchmesser von 35 mm bis 90 mm aufweist.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis des Außen- und Innendurchmessers des mechanisch bearbeiteten Quarzglas-Hohlzylinder gilt: Z a Z i = 1,8 bis 5,0 , Bevorzugt ist, dass der Quarzglas-Hohlzylinder ein Verhältnis des Außen- und Innendurchmessers von 1,8 bis 3,0 aufweist.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ziehgeschwindigkeit des Kapillarstrangs während des Ziehvorgangs 1 m/min bis 6 m/min beträgt.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachführrate des Quarzglas-Hohlzylinders 0,3 mm/min bis 3 mm/min, bevorzugt 1,1 mm/min bis 1,5 mm/min beträgt.
9. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass während des Ziehvorgangs des Kapillarstrangs aus dem erweichten Quarzglas-Hohlzylinder ein Blasdruck p + in der Innenbohrung des Quarzglas-Hohlzylinders bzw. des daraus resultierenden Kapillarstrangs erzeugt wird.
10. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasdruck mit einem Gas oder Gasgemisch umfassend trockene Luft, Stickstoff, Argon und/oder Helium, bevorzugt mit trockener Luft, erzeugt wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Blasdruck zwischen dem Gleichgewichtsdruck des Quarzglas-Hohlzylinders pz und dem Gleichgewichtsdruck des Kapillarstrangs pc liegt.
12. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizzone Temperaturen von 1800 °C bis 2200 °C, bevorzugt Temperaturen von 1950 °C bis 2100 °C aufweist.
13. Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 12, umfassend die folgenden Schritte: i) Bereitstellen eines Quarzglas-Hohlzylinders mit einem Außendurchmesser Z a , von 120 mm bis 250 mm und einem Innendurchmesser Z i von 20 mm bis 140 mm; ii) Kontinuierliches Zuführen des Quarzglas-Hohlzylinders mit einer Nachführrate von 0,3 mm/min bis 3 mm/min in eine Heizzone, bis der Quarzglas-Hohlzylinder darin bereichsweise erweicht wird; iii) Inverses Kollabieren und gleichzeitiges Elongieren des Quarzglas-Hohlzylinders aus dem erweichten Bereich mit einer Ziehgeschwindigkeit von 1 m/min bis 6 m/min währenddessen ein innseitiger Blasdruck p + angelegt wird, um einen Kapillarstrang mit einem Außendurchmesser C a und einem Innendurchmesser Ci zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Außen- und Innendurchmesserverhältnis des Zylinders während des Inversen Kollabierens und gleichzeitigen Elongierens zur Kapillare so verändert, das gilt: Z a Z i C a C i = 2,9 bis 4,2 ; iv) Abtrennen des Kapillarstranges in Solllänge unter Erhalt von Kapillaren mit einem Außendurchmesser C a und einem Innendurchmesser Ci, für die gilt: C a C i = 1,08 bis 1,30 .
14. Eine Kapillare, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Außendurchmesser C a und einen Innendurchmesser Ci aufweist, für die gilt: C a C i = 1,05 bis 1,50 , bevorzugt 1,08 bis 1,30, und dass sie einen Gleichgewichtsdruck pc zwischen 50 Pa und 800 Pa aufweist, und dass das Verhältnis einer längeren Achse zu einer kürzeren Achse im Querschnitt 1,00 bis 1,02 beträgt.
15. Die Kapillare gemäß Anspruch 14, erhältlich nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 bis 13.

Description

EINLEITUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kapillaren bzw. Antiresonanzelement-Vorformlingen, umfassend einen Verfahrensschritt, bei dem ein Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser Za und einem Innendurchmesser Zi, kontinuierlich durch eine Heizzone zu einem Kapillarstrangausgezogen wird. HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kapillaren bzw. Antiresonanzelement-Vorformlingen, umfassend einen Verfahrensschritt, bei dem ein Hohlzylinder mit einem Außendurchmesser Za und einem Innendurchmesser Zi, kontinuierlich durch eine Heizzone zu einem Kapillarstrang ausgezogen wird. Dabei wird innerhalb des Kapillarstrangs ein innseitiger Blasdruck angelegt, um einen runden Querschnitt zu stabilisieren oder um gegebenenfalls den Innendurchmesser im Verhältnis zum Außendurchmesser zu verändern. Insbesondere der Außendurchmesser wird dabei verkleinert. Der Kapillarstrang ist durch einem Außendurchmesser Ca und einem Innendurchmesser Ci gekennzeichnet. Durch Abtrennen des Kapillarstrangs in Solllänge werden Kapillaren der gewünschten Länge erhalten. Sie dienen als Halbzeug bei der Herstellung von Vorformen für optische Fasern, als Antiresonanzelement-Vorformlinge. Werden diese Vorformen zu antiresonanten Hohlkernfasern weiterverarbeitet, werden die darin verbauten Antiresonanzelement-Vorformlinge zu Antiresonanzelementen. Prinzipiell sind im Stand der Technik bereits Verfahren zu Herstellung solcher Kapillaren bzw. Antiresonanzelement-Vorformlinge bekannt. EP 4 011 840 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vorformlings einer Antiresonanten-Hohlkernfaser. Der Vorformling besteht aus mindestens einem Hüllrohr bzw. Mantelrohr und mindestens einem Antiresonanzelement-Vorformling, der mittels eines thermischen Eintrags in der Innenseite des Hüllrohrs fixiert wird. Dazu ist ein Kontaktelement zwischen dem Hüllrohr und dem mindestens einen Antiresonanzelement-Vorformling nötig, um das Risiko zu vermeiden, den Antiresonanz-Vorformling durch den thermischen Eintrag zu beschädigen. JP 2004 123461 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glaskörpern, die als Kapillaren bzw. Antiresonanzelement-Vorformling dienen können. In einem ersten Schritt wird ein Glas Hohlzylinder so lange poliert, bis er eine mittlere Oberflächenrauheit von 0.05 µm oder weniger aufweist. Der Hohlzylinder aus Glas wird anschließend in einem Heißformverfahren elongiert. EP 0 598 349 A betrifft Quarzglas-Hohlzylinder mit einem großen Durchmesser und Kapillaren bzw. Antiresonanzelement-Vorformlinge die mittels des beanspruchten Verfahrens zur Herstellung von Antiresonanten-Hohlkernfasern zu solchen Produkten verarbeitet werden. CN 116715447 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines F-dotierten gläsernen Hohlzylinders, welcher zur Herstellung von Antiresonanzelement-Vorformlingen verwendet werden kann. Der dotierte Hohlzylinder wird in einem Heißformschritt mittels eines ebenfalls in CN 116715447 A beschriebenen Verfahrens zu einem Antiresonanzelement-Vorformling elongiert. Dabei wird ein Gasstrom durch den Zylinder geführt, um dessen innere Geometrie zu stabilisieren. WO 2008/138744 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Glaskörpern, die als Kapillare bzw. Antiresonanzelement Vorformlinge dienen können. Dazu wird ein Hohlzylinder aus Quarzglas elongiert, indem er mittels eines dazu geeigneten Rollenziehers entlang einer Zugachse durch eine Heißformzone gezogen wird. WO 2006/122904 A ist auch auf ein Verfahren zur Herstellung von Glaskörpern, die als Kapillare bzw. Antiresonanzelement-Vorformling dienen können, gerichtet. Dazu wird ein Hohlzylinder aus Quarzglas elongiert, welcher einen wohldefinierten Außen- und Innenradius aufweist. Es wird ein Radienverhältnis von 1,02 bis 1,7 wird angestrebt. Durch das Radienverhältnis wird gewährleistet, dass die dimensionalen Verhältnisse zwischen Außen- und Innenradius des Hohlzylinders auch nach dem Heißformvorgang in der Kapillare bzw. Antiresonanzelement Vorformling erhalten bleiben. WO 2004/083141 A betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kapillaren bzw. Antiresonanzelement-Vorformlingen. Einem Ofen mit ringförmigem Heizelement aus Graphit wird von oben ein Hohlzylinder aus synthetischem Quarzglas in vertikaler Orientierung der Zylinder-Längsache zugeführt. Für den Hohlzylinder wird ein Verhältnis der Außen- und Innendurchmesser von etwa 2,14 angestrebt. Nach der Elongierung ist das Verhältnis der Außen und Innendurchmesser in der Kapillare bzw. Antiresonanzelement-Vorformling etwa 1,27. DE 102 28 599 A betrifft ein weiteres Verfahren zur Herstellung von Glaskörpern, die als Kapillaren oder Antiresonanzelement-Vorformling dienen können. Bei diesem Verfahren wird ein Hohlzylinder aus Quarzglas mittels Heißformverfahrensschritten zu einer verjüngten Glasform elongiert. Im Zuge des Verfahrens wird ein Gasstrom durch den elongierten Körper geleitet. Bei dem Gasstrom handelt es sich um