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DE69331917T2 - Vorrichtung zum ziehen einer Glasvorform für optische Fasern - Google Patents

Vorrichtung zum ziehen einer Glasvorform für optische Fasern

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DE69331917T2
DE69331917T2 DE69331917T DE69331917T DE69331917T2 DE 69331917 T2 DE69331917 T2 DE 69331917T2 DE 69331917 T DE69331917 T DE 69331917T DE 69331917 T DE69331917 T DE 69331917T DE 69331917 T2 DE69331917 T2 DE 69331917T2
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Germany
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preform
glass
drawn
jig
dummy
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DE69331917T
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Toshio Danzuka
Sumio Hoshino
Masumi Ito
Katsuzo Mukai
Yuichi Ohga
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Priority claimed from JP19388792A external-priority patent/JP3141546B2/ja
Priority claimed from JP19388692A external-priority patent/JP3141545B2/ja
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Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG: Gebiet der Erfindung:
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum vertikalen Ziehen einer Glas-Vorform, und insbesondere einer Glas-Vorform mit grosser Dimension, zur Herstellung einer optischen Faser.
    • Beschreibung des Standes der Technik:
  • Unter Bezugnahme auf ein Verfahren der achsialen Dampfabscheidung (VAD) als Beispiel, wird ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser erläutert.
  • Im VAD-Verfahren wird unter Verwendung eines konzentrischen mehrdüsigen Brenners eine Knallgasflamme erzeugt. In diese Flamme wird ein glasbildendes Ausgangsmaterial, wie z. B. SiCl&sub4;, SiHCl&sub3; usw., und gegebenenfalls ein Dotier-Ausgangsmaterial, wie z. B. GeCl&sub4;, POCl&sub3;, BCl&sub3; usw., eingebracht, um mittels einer Flammenhydrolysereaktion oder einer Oxidationsreaktion feine Glasteilchen (Glasruss) zu bilden, und der Glasruss an einem Ende oder dem Umfang eines Ausgangsstabs abgeschieden, um eine Masse aus abgeschiedenem Glasruss zu bilden. Dann wird die Masse aus abgeschiedenem Glasruss in einem Glühofen vitrifiziert und eine transparente Glas- Vorform erhalten, aus der eine optische Faser hergestellt wird.
  • Es wird nun ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Faser unter Verwendung des vorstehenden VAD-Verfahrens erläutert.
  • Zunächst wird mittels des vorstehenden VAD-Verfahrens an der Spitze eines Ausgangs-Stabs eine kernbildende Glas- Vorform, die aus einer Kernzone oder einer Kernzone und einer Mantelzone besteht, synthetisiert, mit einem halogenhaltigen Gas dehydratisiert und vitrifiziert. Danach wird, wie in Fig. 1 dargestellt, der transparente Glasstab (kernbildende Vorform) als Ausgangsteil (1) verwendet, und um den Umfang des Teils (1) wird unter Verwendung eines Brenners (7) zur Synthese feiner Glasteilchen, der eine Flamme (8) erzeugt, Glasruss (9) abgelagert. Ein Verbundkörper aus dem Glas-Stab und dem Glasruss (9) wird wieder in einem Sinterofen vitrifiziert, und eine Glas-Vorform zur Verwendung bei der Herstellung einer optischen Faser erhalten. Danach werden beide Enden der Glas-Vorform mit Dummy-Stäben durch Verschweissen verbunden, und die Oberfläche der Vorform wird abgeflammt. Die Glas-Vorform wird dann mittels eines elektrischen Ofens oder einer Knallgasflamme erhitzt und gezogen, und ein Vorform-Stab mit dem gewünschten Durchmesser erhalten. Aus dem Vorform-Stab wird dann eine optische Faser gezogen.
  • Zur Ablagerung von Glasruss für die Mantelzone auf dem Glasstab, der aus der Kernzone oder der Kernzone und einem Teil der Mantelzone besteht, wurden bisher an beiden Enden des Glasstabs (1) Dummy (Verlängerungs)-Stäbe (2) und (20) angeschweisst, wie in Fig. 1 dargestellt, und der obere Dummy-Stab (2) von einem Hauptausgangsstab (6) direkt oder über ein Verbindungsteil (5) gehalten. Die Dummy-Stäbe (2) und (20) und insbesondere der untere Dummy-Stab (20), sind so ausgestaltet, dass ein spitz zulaufender Teil einer wachsenden Oberfläche, der im VAD-Verfahren unvermeidbar ist, sich nicht auf dem Glas-Stab (1) für die Kernzone bildet, und der Glasruss (9) wird bis zum oder nahe dem Ende der Dummy-Stäbe (2) und (20) abgelagert, wodurch ein Verbundkörper, wie in Fig. 2 beschrieben, ausgebildet wird.
  • Um die Verbundmasse in einem Sinterofen zu vitrifizieren und zu ziehen, werden, wie in Fig. 1 dargestellt, weitere Dummy-Stäbe (19) an die Enden der Vorform angeschweisst, wie in Fig. 3 beschrieben. Der obere Dummy-Stab kann abgeschnitten und wieder angeschweisst werden. Die Vorform (10) mit den an ihren beiden Enden befindlichen Stäben (19) wird in einem elektrischen Ofen erhitzt und gezogen.
  • Eine Vorrichtung zum Ziehen einer Vorform oder eines Vorform-Stabs ist in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 62-167236 offenbart. Darin wird die Verwendung einer Ziehvorrichtung beschrieben, die einen Glühofen zum Erhitzen der Glas-Vorform mit einer senkrecht verlaufenden Öffnung, eine obere Klemmvorrichtung, die einen der Dummy-Stäbe hält und oberhalb des Glühofens vorgesehen ist, und eine untere Klemmvorrichtung, die den anderen der Dummy-Stäbe hält und unterhalb des Glühofens vorgesehen ist, umfasst, und ein Verfahren zum Ziehen der Vorform unter Verwendung einer solchen Vorrichtung, wobei das Verfahren das Wegbewegen einer der Klemmvorrichtungen vom Glühofen umfasst, während die andere der Klemmvorrichtungen gegen den Glühofen bewegt wird, während die Vorform im Glühofen erhitzt wird.
  • Wenn die langen Dummy-Stäbe an die Glas-Vorform an die Glas-Vorform geschweisst und mit dieser integriert werden, wird die Gesamtlänge stark erhöht, wodurch die Handhabung schwierig ist. Wenn an dem Dummy-Stab ein Verbindungsteil angebracht wird, und das Verbindungsteil von der Klemmvorrichtung gehalten wird, kann die Länge des Dummy-Stabs verringert werden, wobei die Tendenz besteht, dass die Glas-Vorform während des Ziehens gebogen wird.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Vorrichtung zum vertikalen Ziehen einer Glas- Vorform, bei der kein langer Dummy-Stab an der Glas- Vorform integriert ist und die Glas-Vorform sich nicht während des Ziehens verbiegt.
  • Gemäss der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum vertikalen Ziehen einer Glas-Vorform für eine optische Faser bereitgestellt, umfassend einen Glühofen, obere und untere Einspannvorrichtungen, die sich unabhängig in Richtung der zentralen Achse des Glühofens bewegen, und einer Hilfseinspannvorrichtung, die sich zwischen dem Glühofen und der unteren Einspannvorrichtung befindet und sich unabhängig in Richtung der zentralen Achse des Glühofens bewegt.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
  • Fig. 1 zeigt schematisch das VAD-Verfahren zur Herstellung einer Glas-Vorform für eine optische Faser,
  • Fig. 2 zeigt eine durch das VAD-Verfahren gebildete Glasruss-Vorform,
  • Fig. 3 zeigt eine konventionelle Glas-Vorform mit Dummy-Stäben,
  • Fig. 4-6 zeigen Beispiele einer erfindungsgemässen Vorrichtung zum Ziehen einer Glas-Vorform.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG:
  • In dieser Vorrichtung wird ein Ende jedes der Dummy-Stäbe (2) und (3), die an die Glas-Vorform (1) angeschmolzen werden, mit den entsprechenden Verbindungsteilen (12) und (13) verbunden. Dann wird jedes Verbindungsteil durch eine entsprechende Einspannvorrichtung (17) und (18) der Ziehvorrichtung gehalten, und die Glas-Vorform (1) wird in einem Glühofen (23) in vertikaler Richtung erhitzt und gezogen. Am Beginn des Ziehens wird jedes der oberen und unteren Verbindungsteile (12) und (13) durch jede der oberen bzw. unteren Einspannvorrichtungen (17) und (18) gehalten, und danach wird die Halteposition durch die obere (17) oder untere (18) Einspannvorrichtung vom oberen (12) oder unteren (13) Verbindungsteil zum anderen Teil geändert, z. B. dem entsprechenden Dummy-Stab (2) und (3), wodurch die Distanz, in der sich die Einspannvorrichtung bewegt, verkürzt wird.
  • Die Änderung der Halteposition der unteren Einspannvorrichtung (18) vom unteren Verbindungsteil (13) zum unteren Dummy-Stab (3) wird durchgeführt, indem man eine Hilfseinspannvorrichtung (27) mit der gleichen Geschwindigkeit wie die untere Einspannvorrichtung (18) bewegt, nachdem der untere Dummy-Stab (3) aus dem unteren Ende des Ofens herauskommt, und der zentrale Teil des unteren Dummy-Stabs (3) wird mit der Hilfseinspannvorrichtung (27) gehalten. Dann wird die untere Einspannvorrichtung (18) gelöst, und das untere Verbindungsteil (13) wird vom Dummy-Stab (3) abgetrennt. Dann wird die untere Einspannvorrichtung (18) angehoben, oder die Hilfseinspannvorrichtung (27) abgesenkt, während die untere Einspannvorrichtung (18) gehalten wird, wodurch die untere Einspannvorrichtung (18) sich zum Niveau des unteren Dummy-Stabs (3) bewegt. Während die untere Einspannvorrichtung (18) mit gleicher Geschwindigkeit wie die Hilfseinspannvorrichtung (27) bewegt wird, wird der untere Dummy-Stab (3) durch die untere Einspannvorrichtung (18) gehalten, und die Hilfseinspannvorrichtung (27) wird gelöst und ihre Bewegung gestoppt. Als Ergebnis wird das Ziehen ohne Unterbrechung fortgesetzt und die Halteposition der unteren Einspannvorrichtung (18) wird vom unteren Verbindungsteil (13) zum unteren Dummy-Stab (3) geändert. Dazu sollte die Hilfseinspannvorrichtung (27) mit der gleichen Geschwindigkeit wie die untere Einspannvorrichtung (18) bewegt werden.
  • Unter Verwendung der Hilfseinspannvorrichtung (27) ist es zusätzlich möglich, die Halteposition nach Beendigung des Ziehens zu ändern.
  • Wenn die Halteposition der unteren Einspannvorrichtung (18) während des Ziehens der Glas-Vorform (1) geändert wird, kann sich die Vorform biegen, wenn die Mittelachse des Verbindungsteils nur leicht von der Mittelachse des Dummy-Stabs abweicht. Die Verwendung der Hilfseinspannvorrichtung kann ein solches Biegen der gezogenen Vorform verhindern.
  • Nach Beendigung des Ziehens wird die gezogene Glas-Vorform (16) vom Glüh(zieh)ofen (23) entfernt. Dazu wird, wie in Fig. 4h dargestellt, das obere Ende der gezogenen Vorform (16) erhitzt und weitergezogen, um den Durchmesser zu verringern, und der dünne Teil (16') abgebrochen, um die gezogene Vorform aus dem Ofen zu entfernen (Fig. 4i).
  • Am Ende des Ziehens wird das Gewicht der gezogenen Vorform (16) nur durch die untere Einspannvorrichtung (18) gestützt. Wenn die untere Einspannvorrichtung (18) gelöst wird, ist die Vorform (16) nicht unterstützt und tropft allmählich ab, da der im Ofen verbleibende Teil erweicht ist. Für einen solchen Fall stützt die Hilfseinspannvorrichtung (27) die gezogene Vorform (16) zweckmässigerweise ab.
  • Das heisst, durch Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung wird vor der Verringerung des Durchmessers des oberen Teils der gezogenen Vorform (16) die gezogene Vorform (16) durch die Hilfseinspannvorrichtung (27), wie in Fig. 4i, 5g und 6f gezeigt, gehalten, um die gezogene Vorform (16) durch die Hilfseinspannvorrichtung (27) und die untere Einspannvorrichtung (18) zu stützen, und beide Einspannvorrichtungen werden mit der gleichen Geschwindigkeit abgesenkt, um den Durchmesser des oberen Teils der gezogenen Vorform zu verringern.
  • Durch Unterstützen der gezogenen Vorform (16) durch die Hilfseinspannvorrichtung (27) und die untere Einspannvorrichtung (18) wird in dieser Stufe der obere Teil der gezogenen Vorform (16) sicherer gezogen als wenn die gezogene Vorform (16) nur durch die untere Einspannvorrichtung (18) gestützt würde. Insbesondere wenn der dünne Teil (16') gebrochen wird und die gezogene Vorform (16) aus dem Ofen entfernt wird, kann die gezogene Vorform (16) instabil sein, wenn sie nur durch die untere Einspannvorrichtung (18) gestützt wird. Wenn die gezogene Vorform (16) durch die untere Einspannvorrichtung (18) und auch die Hilfseinspannvorrichtung (27) gestützt wird, ist sie stabilisiert und die Sicherheit ihrer Handhabung wird verbessert.
  • Die vorstehende erfindungsgemässe Vorrichtung wird durch die folgenden Beispiele erläutert.
    • BEISPIEL 1
  • In diesem Beispiel wurde die Glas-Vorform mit der Vorrichtung gezogen, die die Stufen a bis i der Fig. 4 umfasst.
  • Nach Schliessen der unteren Öffnung des Ofens (23) mit dem unteren Deckel (28) und Zuführen eines inerten Gases in den Ofen aus einem Einlass zur Zufuhr eines inerten Gases (nicht dargestellt), wurde die Innentemperatur des Ofens durch die Heizvorrichtung (27) auf eine bestimmte Temperatur erhöht.
  • Wie in Fig. 4a dargestellt, wurde die Glas-Vorform (1) für die optische Faser, mit der die oberen und unteren Dummy- Stäbe (2) und (3) verbunden waren, am unteren Ende des oberen Verbindungsteils (12) befestigt, das an die obere Einspannvorrichtung (17) fixiert war.
  • Die Glas-Vorform (1) wurde hergestellt durch integrales Verschmelzen der Dummy-Stäbe mit je einer Länge von 300 mm an beide Enden des Glas-Stabs, der aus dem Kernteil und einem tlmhüllungsteil bestand, und Glasruss um den Glasstab und die Dummy-Stäbe abgelagert, der Verbund aus dem Glasstab und der Glasruss-Ablagerung im Glühofen erhitzt, um die Glasruss-Ablagerung zu vitrifizieren.
  • Zwischen dem Heizofen (23) und der unteren Einspannvorrichtung (18) wurde eine Hilfseinspannvorrichtung (27) vorgesehen.
  • Der untere Dummy-Stab (3) wurde an dem unteren Verbindungsteil (13) angebracht, und das untere Verbindungsteil (13) wurde durch die untere Einspannvorrichtung (18) gehalten. Dann wurde das Ziehen der Glas-Vorform (1) begonnen (Fig. 4b und 4c).
  • Nachdem der untere Dummy-Stab (3) aus dem Ofen herauskam und der zentrale Teil des Dummy-Stabs (3) das Niveau der Hilfseinspannvorrichtung (27) erreichte, wurden die Hilfseinspannvorrichtung (27) und die untere Einspannvorrichtung (18) mit der gleichen Geschwindigkeit abgesenkt (Fig. 4d). Während die Hilfseinspannvorrichtung (27) und die untere Einspannvorrichtung (18) mit der gleichen Geschwindigkeit abgesenkt wurden, wurde der zentrale Teil des Dummy-Stabs (3) durch die Hilfseinspannvorrichtung (27) gehalten, d. h. die Halteposition wurde verändert (Fig. 4e).
  • Dann wurde die untere Einspannvorrichtung (18) gelöst und das untere Verbindungsteil (13) entfernt. Dann wurde die untere Einspannvorrichtung (18) bis zur Position des unteren Endes des unteren Dummy-Stabs (3) angegeben und ergriff das Ende des unteren Dummy-Stabs (3), während die Hilfseinspannvorrichtung (27) und die untere Einspannvorrichtung (18) mit gleicher Geschwindigkeit abgesenkt wurden, und der untere Dummy-Stab (3) wurde durch die untere Einspannvorrichtung (18) gehalten (Fig. 4f). Dann wurde die Hilfseinspannvorrichtung (27) gelöst und ihre Bewegung beendet (Fig. 4g).
  • Wie in Fig. 4h dargestellt, wurde, wenn der obere Teil der Glas-Vorform das Niveau der Heizvorrichtung (11) erreichte, das Ziehen beendet, indem das Absenken der oberen und unteren Einspannvorrichtungen (17) und (18) gestoppt wurde.
  • Wie in Fig. 4i dargestellt, wurde die gezogene Vorform (1) durch die Hilfseinspannvorrichtung (27) gehalten, und die Hilfseinspannvorrichtung (27) und die untere Einspannvorrichtung (18) wurden mit der gleichen Geschwindigkeit abgesenkt, um den Durchmesser des oberen Endes der gezogenen Vorform (16) zu verringern, und der dünne Teil (16') wurde gebrochen, um die gezogene Vorform aus dem Ofen zu entfernen.
  • Nach dem vorstehenden Verfahren wurde eine gezogene Vorform mit einem Aussendurchmesser von 24 mm und einer Länge von 2.100 mm hergestellt.
    • BEISPIEL 2
  • Auf gleiche Weise wie in den Stufen a bis d der Fig. 4 des Beispiels 1 wurde die Glas-Vorform (1) an die Einspannvorrichtungen fixiert und das Ziehen begonnen.
  • Während des Ziehens wurde die Halteposition durch die untere Einspannvorrichtung nicht verändert und das Ziehen wurde durchgeführt, bis der obere Teil der Glas-Vorform (1) das Niveau der Heizvorrichtung (11) erreichte. Dann wurde das Absenken der oberen und unteren Einspannvorrichtungen (17) und (18) beendet, und die gezogene Vorform durch die Hilfseinspannvorrichtung (27) gehalten (Fig. 5e).
  • Die untere Einspannvorrichtung (18) wurde gelöst und das untere Verbindungsteil (13) entfernt. Danach wurde die untere Einspannvorrichtung (18) auf das Niveau des unteren Endes des unteren Dummy-Stabs (3) angehoben und das Ende des unteren Dummy-Stabs (3) gehalten (Fig. 5f).
  • Dann wurde auf die gleiche Weise wie im Beispiel 1 der obere Teil der gezogenen Vorform weiter gezogen, um seinen Durchmesser zu verringern, und der dünne Teil (16') wurde gebrochen, um die gezogene Vorform (16) aus dem Ofen zu entfernen (Fig. 5g).
  • Nach dem vorstehenden Verfahren wurde eine gezogene Vorform mit einem Aussendurchmesser von 24 mm und einer Länge von 2.100 mm hergestellt.
  • In den Beispielen 1 und 2 beträgt, wenn eine Glas-Vorform mit einem Aussendurchmesser von 55 mm und einer Länge von 400 mm zu einer gezogenen Vorform mit einem Aussendurchmesser von 24 mm und einer Länge von 2.100 mm gezogen wird, und jeder Dummy-Stab eine Länge von ca. 200 bis 300 mm besitzt, die Höhe der Vorrichtung ca. 4.300 mm. Wenn kein Verbindungsteil verwendet wird, sollte jeder Dummy-Stab eine Länge von ca. 1.000 mm besitzen, damit die Höhe der Vorrichtung ca. 4.700 mm beträgt.
    • BEISPIEL 3
  • In diesem Beispiel wurde die Glas-Vorform mit der Vorrichtung gezogen, das die Stufen a bis d der Fig. 4 und die Stufen e und f der Fig. 6 umfasst.
  • Zuerst wurden an beiden Enden der Glas-Vorform mit einem Aussendurchmesser von 60 mm und einer Länge von 400 mm Dummy-Stäbe mit einem Aussendurchmesser von 30,0 mm und einer Länge von 300 mm angeschweisst. Ein freies Ende jedes Dummy-Stabs wies ein Durchgangsloch mit einem Innendurchmesser von 4 mm auf.
  • Die oberen und unteren Dummy-Stäbe (2) und (3) wurden in die oberen und unteren Verbindungsteile (17) und (18) eingeführt, und Aluminiumoxid-Stifte in die Durchgangslöcher der Dummy-Stäbe und der Verbindungsteile eingeführt, wodurch die Glas-Vorform fixiert wurde. Der untere Dummy-Stab wurde ausserdem durch das untere Verbindungsteil durch Anziehen der vier Kohlebolzen weiter f fixiert.
  • Der ausgesparte Bereich jedes Verbindungsteils besass einen Innendurchmesser von 30,5 mm und der Aussendurchmesser jedes Dummy-Stabs betrug 30,0 mm. Die Länge des Teils des in den ausgesparten Bereich des oberen Verbindungsteils einzuführenden Teils des oberen Dummy- Stabs (2) betrug 60 mm, und die des unteren Dummy-Stabs (3) 100 mm.
  • Nach Fixieren des unteren Verbindungsteils wurde die obere Einspannvorrichtung so angehoben, dass das untere Ende der Glas-Vorform (1) auf dem Niveau der Heizvorrichtung (11) eingestellt wurde, und das untere Verbindungsteil (13) wurde durch die untere Einspannvorrichtung (18) gehalten (Fig. 5c). Die Heiztemperatur wurde auf 1.950ºC eingestellt. Nach gutem Erhitzen der Glas-Vorform (1) wurde die obere Einspannvorrichtung (17) mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min abgesenkt, während die untere Einspannvorrichtung (18) mit einer Geschwindigkeit von 54 mm/min abgesenkt wurde, um die Glas-Vorform (1) zu ziehen (Fig. 5d). Nach Absenken der oberen Einspannvorrichtung (17) um 300 mm, wurde das Ziehen beendet (Fig. 6e). An diesem Punkt wurde die gezogene Vorform durch die Hilfseinspannvorrichtung (27), wie in Fig. 6e gezeigt, gehalten.
  • Dann wurde die Hilfseinspannvorrichtung (27) und die untere Einspannvorrichtung (18) mit gleicher Geschwindigkeit abgesenkt, um den Durchmesser des oberen Endes der gezogenen Vorform wie in Fig. 6f gezeigt zu verringern, und der dünne Teil (16') wurde gebrochen, um die gezogene Vorform (16) aus dem Ofen zu entfernen.
  • Die maximale Temperatur der Verbindungsteile betrug 1.000ºC.
  • Mit der obigen Vorrichtung wurde eine gezogene Vorform hergestellt, die sich nicht bog.

Claims (2)

1. Vorrichtung zum vertikalen Ziehen einer Glas-Vorform (1) für eine optische Faser, umfassend
(i) einen Glühofen (23),
(ii) obere und untere Einspannvorrichtungen (17, 18), die sich unabhängig in Richtung der zentralen Achse des Glühofens (23) bewegen,
dadurch gekennzeichnet, dass sie weiterhin eine Hilfseinspannvorrichtung (27) umfasst, die sich zwischen dem Glühofen (23) und der unteren Einspannvorrichtung (18) befindet und sich unabhängig in der zentralen Achsrichtung des Glühofens (23) bewegt.
2. Vorrichtung gemäss Anspruch 1, die Mittel zur Bewegung der Hilfseinspannvorrichtung (27) und der unteren Einspannvorrichtung (18) mit dem gleichen Tempo umfasst.
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