CN101932531A - 光学玻璃部件的制备方法，尤其是机动车大灯透镜的制备方法 - Google Patents

光学玻璃部件的制备方法，尤其是机动车大灯透镜的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制备光学玻璃部件的方法，尤其是一种机动车大灯透镜(62)或用于机动车大灯(61)的任何透镜性质件(250、260)的制备方法，其中，将玻璃(35)熔融，由该玻璃成型坯件(40)，由坯件(40)冲压制成该机动车大灯透镜(62)或用于机动车大灯(61)的任何透镜性质件(250、260)，特别地双侧落料冲压制成，其中，所述玻璃在产能不超过80kg/h的熔融成套设备(2)中被熔融，玻璃(35)含有0.2至2重量％的Al2O3，0至1重量％的Li2O，0.3至1.5重量％的Sb2O3，0.3至2重量％的TiO2和0至1重量％的Er2O3。

Description

光学玻璃部件的制备方法，尤其是机动车大灯透镜的制备方法
技术领域
本发明涉及一种光学玻璃部件的制备方法，尤其是一种机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件的制备方法，其中，将玻璃熔融，由玻璃成型坯件，由坯件冲压制成该光学玻璃部件，特别是机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件，特别地双侧落料冲压制成。
背景技术
机动车大灯透镜的制备方法公开在例如WO 2007/095895、DE 103 23 989B4、DE 196 33 164 C2、DE 10 2004 018 424 A1、DE 102 16 706 B4和DE 10 2004048 500 A1中。
DE 103 23 989 B4公开了一种用于光学设备的落料冲压玻璃体的制备方法，该方法中，将液体玻璃物料引入浮法预成型装置，在该装置中，玻璃物料在不接触预成型装置条件下预成型为坯件，在规定时间期满后，坯件被送至一个隔开的冲压装置上，并借助冲压工具将其压至最终形状，该坯件在冲压装置上的输送这样完成，即坯件以自由落体形式从预成型装置落入冲压装置，用于输送玻璃物料的预成型装置设置在冲压装置上方，在输送位置停止并向下从玻璃物料上摇开。
DE 101 40 626 B4公开了一种冲压成型的玻璃体的制备方法，在该方法中，熔融液态的玻璃物浇注在一个模具中，在该模具中借助一种冲压器将其挤压并冷却，接着，作为冲压成型的玻璃体从模具中取出，其中，熔融液态的玻璃物在该模具中受到多次挤压过程，在挤压过程之间进行冷却并在挤压过程之间进行至少一次玻璃物的外围加热，如此，外围玻璃物的冷却与内核的冷却一致。
DE 102 34 234 A1公开了一种光学应用的玻璃体落料冲压方法，应用了一种上模具、下模具和圆环组合的冲压模具，该模具用于容纳被加热到高于形变温度的玻璃体，在上模具和下模具之间提供电压，并最迟在玻璃体温度与冲压装置温度平衡之后对玻璃体施加冲压压力。
DE 103 48 947 A1公开了一种借助包含上模具、下模具和导向环的成型模块进行加热，玻璃制光学元件的热成型挤压机，将玻璃材料注入该成型模块中，设置电感加热作为加热措施，在加热期间，该成型模块被置于一种绝热体上。
DE 196 33 164 C2公开了一种将用于发光目的的光学元件至少一侧落料冲压的方法和设备，其中，至少一个机械分配的玻璃部件从抓具上被输送到至少一个圆形的从至少一个炉子中伸出的接纳器上，并从接纳器移入炉子中，同样在接纳器上加热，其中，加热了的玻璃部件从接纳器移出炉子，并再次输送到抓具上，将加热了的玻璃部件送至至少一侧落料冲压的挤压机上，然后，将落料冲压过的玻璃部件从挤压机取出，送至冷却轨上，并从该处送走。
DE 103 60 259 A1公开了一种玻璃制光学元件落料冲压的方法，其中，位于成型模块中的玻璃物料被加热至高于其玻璃化转变温度TG的温度T，玻璃物料被挤压并冷却至低于TG的温度，其中，冷却首先在第一个高于TG的温度段以第一冷却速率完成，接着在包括TG的第二个温度段以第二冷却速率完成，一种主动型冷却器可以实现调整第一和第二冷却速率。
DE 44 220 53 C2公开了一种制备玻璃坯件的方法，其中，在挤压器中，熔融液态玻璃借助预设玻璃坯件内模的挤压器而被挤压进预设其外形的挤压模具中，其中，在挤压过程之后，挤压器仅在与玻璃坯件接触时停留在挤压模具中，由此，热量从玻璃坯件的表面离开，直至玻璃坯件在其近表面区域被冷却到这样一个温度，即其具有从挤压模具中取件的足够表面成型刚性，接着，将玻璃坯件从挤压模具中取出，并送至冷却器上，在其通过部分加热而具有形变性之前，将玻璃坯件在冷却器中冷却至其完全固化。
图7表示了典型机动车大灯61的原理图，其具有产生光线的光源70、用于反射光源70所产生光线的反射器72以及光圈74。机动车大灯61还包含大灯透镜62，该透镜用于改变光源70所产生光线的方向，还用于形成光圈74的边缘75作为明暗界线95。
大灯透镜62包含玻璃透镜体63，该透镜体包括面向光源70的基本上为平面的表面65以及背向光源70的基本上为凸面的表面64。大灯透镜62还包含边缘66，借助该边缘可以将大灯透镜62固定在机动车大灯61上。用于机动车大灯的大灯透镜取决于与其光学性能或光技术额定值有关的狭小设计标准。鉴于其明暗界线95，其尤其适合于如图10的图像90和照片91所示。重要的光技术额定值是明暗界线95的梯度G以及机动车大灯的光圈值HV，该机动车大灯中装配大灯透镜。保持狭小的设计标准尤其表明了机动车大灯的大灯透镜低成本量产的挑战。
发明内容
本发明的任务是降低光学玻璃部件的制造成本。本发明的任务特别在于降低机动车大灯的大灯透镜的制造成本。本发明的任务还在于在限定的成本范围内制造特别高价值的用于机动车大灯的大灯透镜，其中特别应当遵循与梯度和光圈值有关的光技术指标。
上述任务通过一种光学玻璃部件的制备方法，尤其是一种机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件的制备方法来解决，其中，玻璃在产能不超过80kg/h的熔融成套设备中被熔融，玻璃包含：
0.2至2重量％的Al2O3，
0.1至1重量％的Li2O，
0.3(特别为0.4)至1.5重量％的Sb2O3，
0.3至2重量％的TiO2和/或
0.01(特别为0.1)至1(特别为0.3)重量％的Er2O3
其中，由玻璃成型为坯件，由坯件冲压制成光学玻璃部件，尤其是机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件，特别地两侧落料冲压制成。“能力”应当理解为全天的能力的平均值。
本发明意义上的光学玻璃部件有助于光线的校准，尤其用于发光目的或投影目的。本发明意义上的光学玻璃部件有助于技术目的上的光线校准，这与纯美观玻璃部件尤其不同。一种光学玻璃部件在本发明意义上的特别有利的方式中是一种机动车大灯透镜或一种用于机动车大灯的任何透镜性质件。本发明意义上的光学玻璃部件特别地(基本上)由无机玻璃组成。本发明意义上的光学玻璃部件特别地(基本上)由硅酸盐玻璃组成。本发明意义上的光学玻璃部件尤其是一种透镜和/或一种棱镜。本发明意义上的光学玻璃部件可以包含一种或多种用于校准光线的光学结构。本发明意义上的光学玻璃部件尤其是一种精度透镜。本发明意义上的精度透镜尤其是一种这样的透镜，即其轮廓与所希望的标准轮廓偏离不超过8μm，特别地不超过2μm，和/或其表面粗糙度不超过5nm。本发明意义上的表面粗糙度应当定义为Ra，特别要根据ISO 4287定义。本发明意义上的精度透镜尤其是这样一种透镜，即其轮廓与所希望的标准轮廓偏离不超过1μm(透镜直径/10mm)。本发明意义上的光学玻璃部件可以是一种日光集中器以及多个集中器的排列。
本发明的有利实施方式中，玻璃包含：
60至75重量％的SiO2，
3至12重量％的Na2O，
0.3至2重量％的BaO，
3至12重量％的K2O和/或
3至12重量％的CaO。
本发明另一个有利实施方式中，玻璃包含：
0至5重量％的MgO，
0至2重量％的SrO和
0至3重量％的B2O3。
本发明另一个有利实施方式中，玻璃包含0.5至6重量％的ZnO。
本发明另一个有利实施方式中，玻璃包含：
0.3至0.8(尤其为至1.4)重量％的Al2O3，
0.1至0.4重量％的Li2O，
0.1(尤其为0.3)至2重量％的BaO和/或
0.01至0.3重量％的Er2O3。
本发明另一个有利实施方式中，玻璃包含：
0(尤其为0.1)至2ppm的CoO，
0至0.1重量％的Cr2O3，
0(尤其为0.1)至0.2重量％的Pr6O11，
0(尤其为0.1)至1.5重量％的MnO
0至0.1重量％的NiO和/或
0(尤其为0.1)至0.2重量％的Nd2O3。
本发明另一个有利实施方式中，玻璃在熔融成套设备中由混配料熔融而来。本发明另一个有利实施方式中，玻璃在熔融成套设备中在温度不高于1500℃时被熔融。本发明另一个有利实施方式中，玻璃在熔融成套设备中在温度不低于1000℃时被熔融。本发明另一个有利实施方式中，熔融成套设备中熔融的玻璃上存在厚度为2cm和7cm之间的混配料层垫。
在本发明另一个有利实施方式中，坯件的温度梯度被翻转，坯件优选(为了翻转其温度梯度)在冷却枪上(特别是基本上连续地)移动经过调温设备(为了坯件的冷却和/或加热)或者留在调温设备中。合适的冷却枪在DE 101 00 515A1中公开。在本发明另一个有利实施方式中，冷却枪按逆流原理被冷却剂流过。在本发明另一个有利实施方式中，冷却剂被额外加热或主动被加热。
在本发明另一个有利实施方式中，坯件的温度梯度这样调节，即坯件内核温度最少为高于室温100℃。在本发明另一个有利实施方式中，为了翻转其温度梯度，坯件首先被冷却(尤其是有额外热量时)并接着被加热，其中优选方式是，坯件这样被加热，即坯件表面温度在加热之后高出玻璃的玻璃化转变温度TG最少100℃，特别地最少高出150℃。玻璃的玻璃化转变温度TG表示在该温度时玻璃硬化。在本发明意义上，玻璃的玻璃化转变温度TG尤其是玻璃的这个温度，即在该温度，玻璃具有的粘度对数范围约13.2(相当于1013.2Pas)，特别地为介于13(1013Pas)和14.5(1014.5Pas)之间。
在本发明另一个有利实施方式中，坯件在温度300℃和500℃之间时，特别地在350℃和450℃之间时被冷却。在本发明另一个有利实施方式中，坯件在温度介于20K和200K之间时，特别地在70K和150K之间时，在坯件玻璃的玻璃化转变温度TG以下时被冷却。在本发明另一个有利实施方式中，坯件在温度为介于1000℃和1250℃之间时被加热。
在本发明另一个有利实施方式中，挤压前坯件的粘度梯度最少为104Pa·s，尤其为105Pa·s。坯件粘度梯度应当理解为坯件内核粘度与坯件表面粘度的差值。
在本发明另一个有利实施方式中，坯件的质量为(约)50g至250g。
本发明意义上的机动车特别为个人可在道路交通中使用的陆上交通工具。本发明意义上的机动车特别地不限于具有内燃机的陆上交通工具。
从以下实施例的描述中可以得出优点和详细介绍。
附图说明
图1以原理图表示的装置，用于制造机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件；
图2机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件的制备方法的示例过程；
图3以原理草图表示的熔融成套设备的实施例；
图4进入调温装置之前的示例坯件；
图5在离开调温装置后具有翻转温度梯度的示例坯件；
图6大灯透镜挤压装置；
图7典型机动车大灯透镜的原理图；
图8用于机动车大灯透镜的任何透镜性质件的实施例；
图9用于机动车大灯透镜的任何透镜性质件的另一个实施例；和
图10大灯的光线分布。
附图标记列表
1               装置
2               熔融成套设备
3               预成型设备
4，7，9         输送站
5A，5B，5C      冷却装置
6A，6B，6C      加热装置
8               挤压机
10              冷却轨
15              格栅装置
20，21，22，23，
24，25，26      步骤
30              熔融槽
31              基座结构
32              防火衬里
33              出口
35              玻璃
36              混配料层垫
38              混配料入口
40              坯件
41，42          楔形
50              模具
51，52          模具部分
53              填充料
55，56          弹簧
61              机动车大灯
62              大灯透镜
63              透镜体
64        凸面的表面
65        平面的表面
66        边缘
70        光源
72        反射器
74        光圈
75        边缘
90        图像
91        照片
95        明暗界线
250，260  任何透镜性质件
G         梯度
HV        光圈值
具体实施方式
图1以原理图形式表示用来实施图2所示制备机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件的方法的装置1，该机动车大灯透镜为如图7所示的机动车大灯透镜62，该用于机动车大灯的任何透镜性质件为如图8和图9所示的用于机动车大灯的透镜性质件250和260。装置1包含一种图3中详述的产能不高于80kg/h的熔融成套设备2，在该成套设备中，玻璃在步骤20被熔融。玻璃包含：
60至75重量％的SiO2，
3至12重量％的Na2O，
3至12重量％的K2O，
3至12重量％的CaO，
0.2至2重量％的Al2O3，优选为0.3至1.4重量％的Al2O3，
0至1重量％的Li2O，特别为0至0.5重量％的Li2O，
0至5重量％的MgO，
0至2重量％的SrO，
0.5至6重量％的ZnO，
0至3重量％的B2O3，优选为0至2重量％的B2O3，
0至2重量％的TiO2，优选为0.3至2重量％的TiO2，
0.3至2重量％的BaO，
0.3至1.5重量％的Sb2O3优选为0.4至1.2重量％的Sb2O3，
0至1重量％的Er2O3，优选为0至0.3重量％的Er2O3，特别为0至0.2重量％的Er2O3
0至2ppm的CoO，
0至0.1重量％的Cr2O3，
0至0.2重量％的Pr6O11，
0至0.2重量％的NiO，
0至0.2重量％的Nd2O3。
优选的是，玻璃包含不高于0.3，优选不高于0.2重量％的Er2O3。
此外，玻璃不含(即特别是不高于0.1重量％)Fe2O3、ZrO2、Nb2O5、Ta2O5和F。此外，玻璃尽量不含NiO，尤其是含有不超过0.2重量％的NiO。此外，玻璃尽量不含Se，尤其是含有不超过0.05重量％的Se。此外，玻璃尽量不含MnO2，尤其是含有不超过2重量％的MnO2。
表1中表示了一种特别适合的玻璃成分：
  成分   额定值(重量％)
  SiO2   68.00
  Al2O3   0.70
  Fe2O3   0.010
  CaO   3.98
  MgO   2.80
  BaO   1.15
  K2O   8.68
  Na2O   8.79
  TiO2   0.95
  Sb2O3   0.62
  ZnO   3.33
  B2O3   1.00
表1
其中特别地，玻璃的Fe2O3含量低于0.015重量％，痕量(＜0.1重量％)Er2O3和/或其他稀土金属氧化物和/或过渡金属氧化物用于玻璃的褪色。
图3中以原理草图详细表示的熔融成套设备2包括一个具有基座结构31的熔融槽30和一个防火衬里32。借助熔融槽30，由通过混配料入口38引入的混配料组成的玻璃35被熔融，其中，设置了未表示出来的引入能量的电极。混配料入口38这样引导或控制，即在熔融的玻璃35上形成厚度介于2cm和7cm之间的混配料层垫36。熔融成套设备2还包括一个例如可调整的出口33。
将液态玻璃从熔融成套设备2送到预成型装置3中步骤21，以制备尤其质量为50g至250g的坯件，例如一个玻璃坯或一个接近最终轮廓的坯件(接近最终轮廓的坯件具有的轮廓类似于待挤压的机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件的轮廓)。其可以包含例如模具，在模具中浇注一定量的玻璃。借助预成型装置3，在步骤22中制备坯件。
跟着步骤22的步骤23，坯件借助输送站4被输送到冷却装置5A、5B或5C上，并借助冷却装置5A、5B或5C在温度介于300℃和500℃之间时将坯件冷却。在紧接着的步骤24中，坯件借助加热装置6A、6B或6C在温度介于1000℃和1250℃之间时被加热，其中，优选方式是坯件这样被加热，即坯件表面温度在加热之后高于TG最少100℃，特别地最少为150℃。冷却装置5A与加热装置6A结合、冷却装置5B与加热装置6B结合或冷却装置5C与加热装置6C结合是权利要求意义上用于调整温度梯度的调温装置的例子。
以下参考图4和图5进行阐明，步骤23和24这样相互协调，从而能够实现温度梯度的翻转。图4示例性地显示了在进入冷却装置5A、5B或5C之前的坯件40，图5显示了在离开加热装置6A、6B或6C之后具有翻转温度梯度的坯件40。步骤23(在连续的温度过程中)之前的毛坯期间，内部比外部更热，在步骤24(在连续的温度过程中)之后，外部比内部更热。用附图标记41和42表示的楔形象征温度梯度，楔形41或42的宽度象征温度。
为了翻转其温度梯度，在有利的实施方式中，位于未表示出的冷却枪上的坯件(特别为基本上连续地)移动经过包含冷却装置5A、5B或5C以及加热装置6A、6B或6C的调温装置，或者留在冷却装置5A、5B或5C和/或加热装置6A、6B或6C中。合适的冷却枪在DE 101 00 515 A1中公开。冷却枪优选以逆流原理被冷却剂流过。任选地或附加地可以是，冷却剂额外或主动被加热。
步骤25中，借助图6所示作为挤压机8一部分的装置，坯件40在第一模具50和第二模具之间被落料冲压成机动车大灯透镜62或用于机动车大灯的具有模制透镜边缘66的任何透镜性质件，所述第二模具包括第一模具部分51和围绕第一模具部分51的环形第二模具部分52，其中，通过在第一模具部分51和第二模具部分52之间的取决于坯件40体积的填充料53，可以在机动车大灯透镜62或用于机动车大灯的任何透镜性质件中压出一个阶梯。该冲压特别地不在真空或明显低压条件下进行。该冲压尤其在大气压力条件下实现。第一模具部分51和第二模具部分52借助弹簧55和56相互连接。其中，这样进行冲压，使得第一模具部分51和第一模具50之间的间距取决于坯件40的体积或者由此冲压的机动车大灯透镜62或用于机动车大灯的任何透镜性质件的体积，第二模具部分52和第一模具50之间的间距取决于坯件40的体积或者由此冲压的机动车大灯透镜62或用于机动车大灯的任何透镜性质件的体积。
接着，机动车大灯透镜62或用于机动车大灯的任何透镜性质件借助输送站9被输送到冷却轨10上。借助冷却轨10，机动车大灯透镜或用于机动车大灯的任何透镜性质件在步骤26中冷却。此外，图1中所示装置10包括格栅装置15，用于引导或控制图1所示的装置1。有利地，格栅装置15负责各个步骤的连续关系。
图1、图3、图4、图5、图6和图7中的要素考虑到其简单性和清楚性而并未以必要的实际尺寸表示。例如，单个要素的尺寸布置相对于其他要素是夸大画出的，从而更好地理解本发明的实施例。
图1、图3、图3、图4、图5和图6所述用于制备机动车大灯透镜的方法也适合于以类似方式制备其他光学玻璃部件。但是，这适合以完全不同的量低成本制备高价值机动车大灯透镜。

Claims (20)

1.用于制备光学玻璃部件的方法，尤其是一种机动车大灯透镜(62)或用于机动车大灯(61)的任何透镜性质件(250、260)的制备方法，其中，将玻璃(35)熔融，由玻璃(35)成型坯件(40)，由坯件(40)冲压制成光学玻璃部件或者机动车大灯透镜(62)或用于机动车大灯(61)的任何透镜性质件(250、260)，特别地双侧落料冲压制成，其特征在于，玻璃(35)在产能不超过80kg/h的熔融成套设备(2)中被熔融，玻璃(35)含有：
0.2至2重量％的Al2O3，
0.1至1重量％的Li2O，
0.3、特别为0.4，至1.5重量％的Sb2O3，
0.3至2重量％的TiO2和/或
0.01至1重量％的Er2O3。
2.权利要求1所述方法，其特征在于，玻璃(35)含有：
60至75重量％的SiO2，
3至12重量％的Na2O，
3至12重量％的K2O和
3至12重量％的CaO。
3.权利要求1或2所述方法，其特征在于，玻璃(35)含有：
0至5重量％的MgO，
0至2重量％的SrO和
0至3重量％的B2O3。
4.权利要求1、2或3所述方法，其特征在于，玻璃(35)含有0.5至6重量％的ZnO。
5.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，玻璃(35)含有0.3至0.8重量％的Al2O3。
6.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，玻璃(35)含有0.3至1.4重量％的Al2O3。
7.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，玻璃(35)含有0.3至2重量％的BaO。
8.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，玻璃(35)含有
0.1至0.4重量％的Li2O和/或
0.01至0.3重量％的Er2O3。
9.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，玻璃(35)在熔融成套设备(2)中由混配料熔融而来。
10.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，玻璃(35)在熔融成套设备(2)中在不高于1500℃的温度下熔融。
11.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，玻璃(35)在熔融成套设备(2)中在不低于1000℃的温度下熔融。
12.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，熔融成套设备(2)中熔融的玻璃(35)上存在厚度为2cm和7cm之间的混配料层垫(36)。
13.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，翻转坯件(40)的温度梯度。
14.权利要求10所述方法，其特征在于，为了翻转坯件(40)的温度梯度，移动位于冷却枪上的坯件(40)经过调温设备(5A、6A)或者将坯件(40)留在调温设备(5A、6A)中。
15.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，冲压前坯件(40)的粘度梯度最少为104Pa·s，尤其最少为105Pa·s。
16.前述权利要求之一所述方法，其特征在于，坯件(40)的质量为50g至250g。
17.用于制备光学玻璃部件的方法，尤其是一种机动车大灯透镜(62)或用于机动车大灯(61)的任何透镜性质件(250、260)的制备方法，尤其根据前述权利要求之一所述，将玻璃(35)熔融，由玻璃(35)成型坯件(40)，由坯件(40)冲压制成该光学玻璃部件或者机动车大灯透镜(62)或用于机动车大灯(61)的任何透镜性质件(250、260)，特别地双侧落料冲压制成，其特征在于，玻璃(35)在产能不超过80kg/h的熔融成套设备(2)中被熔融，玻璃(35)含有：
0.2至2重量％的Al2O3，
0.3、特别为0.4，至1.5重量％的Sb2O3，
0.3至2重量％的TiO2，
60至75重量％的SiO2，
3至12重量％的Na2O，
3至12重量％的K2O，
3至12重量％的CaO，
0至5重量％的MgO，
0至3重量％的B2O3，
0.5至6重量％的ZnO，和
0.3至2重量％的BaO。
18.权利要求17或18所述的方法，其特征在于，玻璃(35)含有0.5至5重量％的MgO。
19.权利要求17或18所述的方法，其特征在于，玻璃(35)含有0.3至3重量％的B2O3。
20.权利要求17、18或19所述的方法，其特征在于，玻璃(35)含有低于0.015重量％的Fe2O3。
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