CN107206713B - 制造多层塑料透镜的方法 - Google Patents

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Abstract

为了制造多层塑料透镜的方法，在注塑设备(20)中，将塑料材料的多个中间层相继地在不同的型腔(23、24、25、26)中注射成型在基础部分上，其中，至少若干个型腔(23、24、25、26)具有共同的第一浇注系统(33)，所述第一浇注系统具有共同的进料装置(35)。随后借助第二浇注系统(34)在型腔(27)内注射成型出至少一个由塑料材料构成的外层，其中，所述第二浇注系统具有专用的进料装置和专用的控制器。

Description

制造多层塑料透镜的方法
本发明涉及一种制造多层塑料透镜的方法，其中，在注塑设备中，将塑料材料的多个中间层相继地在不同的型腔中注射成型在基础部分上。
一段时间以来，已经尝试取代玻璃用塑料来制造光学部件，例如塑料透镜，因为塑料能够更容易地加工，特别是更具成本效益。然而，如果光学部件或塑料透镜具有相对较大的厚度，正如例如双凸透镜就是这种情况，则可能会出现以下问题：在塑料的冷却阶段中透镜的外部区域和边缘区域比透镜的芯部进行得更快，造成因热应力引起的机械损伤并且至少造成透镜光学特性的变化。为了避免这样的问题，已知构造由两个逐个涂覆的同一塑料材料的层组成的相应透镜。为此，例如在第一型腔内由塑料材料注射成型出基础部分。只要该基础部分具有足够的强度，则将注塑模具打开并这样调节，以使该基础部分布置在第二型腔内，在该第二型腔内由塑料材料注射成型第二层，其中形成第一层的基础部分和经注射成型的第二层连接成同一单片部件。在接下来的工作步骤中，在同一单片部件上在相应的型腔内注射成型全部由相同的塑料材料组成的第三层、第四层等。
在此特别困难的是实现经济的连续制造方法，这是因为不同的层具有不同的尺寸和厚度并因此也需要不同的硬化时间和注射成型参数。已经表明，多层单片光学塑料透镜的制备通常是非常耗时的，因此成本很高。
本发明要解决的技术问题是，提供一种制造多层塑料透镜的方法，用该方法能够以良好的质量快速且低成本地制造相应的塑料透镜。
该技术问题通过具有权利要求1的特征的方法来解决。在此，在注塑设备中，首先将塑料材料的多个中间层相继地在不同的型腔中注射成型在基础部分上，其中，至少若干个型腔具有共同的第一浇注系统，所述第一浇注系统具有共同的进料装置。所述第一浇注系统通常是所谓的热流道系统，正如在塑料和特别是热塑性塑料的机械注塑方法中常见的那样，并且其相对于其余的注塑模具是热绝缘的并且温度调节地较高。
本发明基于的认知在于，用来施加或喷射(或称为注射成型)中间层的工艺参数对于成品塑料透镜的光学质量来说不是决定性的，而是说，以优化的工艺参数构建并施加外部的层对于塑料透镜的光学性质才是关键的。因此，根据本发明设成，在施加中间层之后，至少通过优选地同样是热流道系统的第二浇注系统在型腔内注射成型由塑料材料构成的外层。第二浇注系统有专用的进料装置和专用的控制器。由于第二浇注系统的专用的进料装置和专用的控制器，因此一方面可将用来注射成型透镜外层的工艺参数精确地调节到工艺技术的框架条件下，另一方面这些工艺参数可以独立于用来制造或注射成型中间层和必要时基础部分的那些工艺参数进行调节。
在本发明的优选设计方式中，第二浇注系统的控制器具有用于输入和注射的塑料材料的温度的温度控制装置和/或能够调节用于将塑料材料注入型腔内的压力的压力控制装置。
塑料透镜具有载体状的基础部分，在第一浇注系统的型腔内相继地将这些中间层相叠地注射成型在所述基础部分上。基础部分可以是预制的，但是优选地设计为，基础部分被整合到制造工艺中并且在该方法的第一步骤中在型腔(优选为第一浇注系统的一部分)中形成。在此，基础部分优选地由与中间层相同的塑料材料构成，这些中间层随后在第一浇注系统中注射成型。
这些中间层可以在基础部分上单侧地逐个注射成型并且最终被外层覆盖。这种塑料透镜在一侧由基础部分限定边界，在另一侧由根据光入射方向设在光入射侧和/或光出射侧的外层限定边界。
备选地，可以分别在基础部分的相对置的侧面或由基础部分和至少一个中间层构成的坯料的相对置的侧面上以两个分层的形式分别喷射至少一些中间层、优选全部中间层。将第一中间层从相对置的侧面喷射在基础部分上。在随后的工艺步骤中，也将第二中间层从相对置的侧面喷射在先前进行的工艺步骤中形成的先前的第一中间层上。执行该过程，直到所有中间层均以两个分层的形式分别喷射在先前的工艺步骤中形成的坯料上的相对置的侧面上。最后，外层也在第二浇注系统中从相对置的侧面喷射在先前工艺步骤中形成的坯料上，该坯料包括基础部分和在两侧喷射的中间层，从而该塑料透镜在其光入射侧和其光出射侧上分别具有外层的分层。
在本发明的优选设计方式中规定，所有的中间层和必要时甚至基础部分也在第一浇注系统的型腔内注射成型或制造，并且仅将塑料透镜的外层(单侧或双侧地)在第二浇注系统中注射成型或制造。
然而备选地，也可以通过第二浇注系统注射成型塑料透镜的外层和至少一个位于该外层之下的中间层。
优选地，基础部分、所有中间层和外层由相同的塑料材料构成，但是也可能的是，外层由另一或至少稍微改变的塑料材料构成。
优选地，每个型腔均配有注射通道，通过该注射通道将塑料材料的相应质量引入型腔内。在至少若干个注射通道中，优选地在所有注射通道中的塑料材料的压力和/或温度可以分别单独地和各自独立地控制和调节。在此可以规定，引入第一浇注系统的各个型腔内的塑料材料的质量彼此间有最大±10％的偏差，尤其彼此间有最大±5％的偏差，并且特别优选地仅有最大±1％的偏差。在此基本思路是，将各个中间层的体积并进而将分别用于形成各个中间层而要引入的塑料材料的质量设置成尽可能相同或至少仅有轻微偏差。这使得能够在第一浇注系统中以连续生产过程同步地形成这些中间层，因为各个中间层所需的塑料材料的质量非常相似或相同，或者因此具有相似或相同的注塑参数，特别是凝固时间。由于各个型腔具有不同的几何形状，因此可以通过控制注入压力来实现将注入的液态塑料材料引入型腔内。为此，根据本发明可以规定，第一浇注系统的至少若干个注射通道中，特别是所有注射通道中的塑料材料的压力可以各自地且彼此独立地控制，因此实现了优化的注入过程。
优选地，将所谓的旋转注塑模具用于根据本发明的方法，其中两个模具半模可以在打开位置相对彼此旋转，并且因此在所述模具半模中分别构建的部分型腔以不同的相互作用形成相应的不同型腔。相应的旋转注塑模具从多组分注塑工艺中已知，并且优选地与根据本发明的方法结合使用，以由单一的塑料材料逐个形成具有大约2至3mm的薄中间层的用于光学塑料透镜的坯料。
随后，所述坯料在第二浇注系统中覆盖注塑外层(überspritzt)，其中第一浇注系统和第二浇注系统可以在共同的注塑模具中、但彼此独立地构建。
在本发明的优选设计方式中规定，引向第一浇注系统的各个型腔的注射通道由共同的进料通道供应塑料材料。在共同的进料通道中，塑料材料处于预定压力下，该预定压力优选地高于将塑料材料注入到各个型腔内的压力。进料通道中的压力与进入相应型腔内的实际注入压力之间的压力降如下实现，即，降低注射通道中的塑料材料的压力并且适配于用于相应型腔或要在该型腔内形成的中间层的最佳值。在本发明的可能的设计方式中，这可以如下实现，即通过减小相应注射通道的横截面来控制这些型腔内的塑料材料的压力，其中例如在每个注射通道中均布置可调节的节流点。
特别是在通过相继地施加不同的中间层来形成凸形塑料透镜时，每个层分别都比位于其下的层具有更大的面积。如果可用于形成各个中间层的塑料质量相同或至少大致相同，则这些层各不相同。已经证明在这种情况下有利的是，根据本发明优选地规定，塑料透镜的各个中间层被构造为具有不同的层厚度，其中第(n+1)层的层厚度小于之前形成的第n层的层厚度。
以下参照附图根据实施例的描述阐述本发明的其它细节和特征。在附图中：
图1示出通过根据第一实施例逐层构造的塑料透镜的横截面，
图2示出用于根据本发明的方法制造多层塑料透镜的注塑设备的示意图，
图3示出根据图2的注塑设备的变型方案。
图1示出根据第一实施例的剖切多层塑料透镜10得到的横截面。塑料透镜10具有载体状的基础部分11，在基础部分11上施加多个相叠布置的层。将第一中间层12在一侧上喷射在基础部分11上。在第一中间层12上施加第二中间层13。最后，施加覆盖所有中间层12、13的外层14。所有层均由相同的塑料材料组成，从而由同一材料形成逐层构造的单片体。
如图1所示，所有层都是仅在单侧布置在基础部分11上，使得塑料透镜10在其完成状态下在一侧由基础部分11，在另一侧由外层14限定边界。在改进的实施例中可将这些层双侧地施加在基础部分上。正如第一实施例，设有载体状的基础部分，该基础部分在第一步骤中在双侧上设置第一中间层的塑料材料。第一中间层12的被布置在基础部分的相对置两侧上的这些分层分别被第二中间层的相应的分层覆盖。随后，逐个地在两侧施加第三中间层和第四中间层的分层。最后，在由基础部分和中间层形成的坯料的两侧上喷射外层，使得塑料透镜在基础部分的两侧上设有由四层中间层和外侧覆盖的外层形成的层结构。
图2示出用来根据本发明方法制造塑料透镜10的注塑设备20的示意图。注塑设备20包括模具部件21，其中形成有多个型腔，即第一型腔22、第二型腔23、第三型腔24、第四型腔25和第五型腔26。在所示的实施例中，这些型腔并排布置成一列，但是也可以并且甚至优选地将这些型腔布置成分布在可旋转模具部件的外周上。
为了制造塑料透镜，通过未示出的另外的模具部件以常规方式封闭这些型腔，并且将相同的塑料材料在一次所谓的注射中同时引入所有型腔22、23、24、25、26中。
注塑设备20包括第一浇注系统33和完全独立于第一浇注系统33的第二浇注系统34，其中，优选地分别涉及所谓的热流道系统。第一浇注系统33包括模具部件21的型腔22、23、24、25和26。
塑料材料位于仅示意示出的塑料储库29中，共同的进料通道35从该塑料储库29引向型腔22、23、24、25、26。从进料通道35向每个型腔都分支出专用的注射通道36。在每个注射通道36中均布置有可调节的节流点形式的压力控制装置32。另外，在每个注射通道36中均布置有温度控制装置31，通过该温度控制装置可以控制相应的注射通道36内的塑料材料的温度。
此外，注塑设备20包括第二浇注系统34，其具有形成在模具部件28中的另外的第六型腔27，可将塑料材料通过注射通道36从塑料储库30引入第六型腔27中。在注射通道36中同样布置有温度控制装置31和压力控制装置32。
第一浇注系统33和第二浇注系统34可以构建在共同的注塑模具中，但是也可以为每个浇注系统均提供专用的注塑模具，然而其中关键在于浇注系统33和34可以彼此独立地控制和操作。接下来参考图2详细说明根据本发明的用于制造塑料透镜的方法。
在制造过程的起始阶段，仅将塑料材料注入第一浇注系统23的第一型腔22内，而其它型腔仍然封闭。在第一型腔22中形成载体状的基础部分11，所以该型腔被称为基础部分型腔22。随后，打开模具并且将模具部件如此相对彼此调节，使得先前在第一基础部分型腔22中形成的基础部分11现在处于第二型腔23中。在关闭模具部件之后，将塑料材料注入到第二型腔23内，由此将第一中间层12(单侧或双侧)注射在基础部分11上，由此形成所谓的第一坯料。同时，将塑料材料再次注入到第一基础部分型腔22内，由此形成另外的基础部分11。另外的型腔在此仍然封闭。
随后，将模具部件再次打开并且相对彼此调节，使得包括基础部分11和第一中间层12的第一坯料现在布置在第三型腔24中并且先前在第一基础部分型腔22中形成的基础部分11现在布置在第二型腔23中。将模具部件再次关闭，并且将塑料材料注入到第一基础部分型腔22、第二和第三型腔23和24中。在此，在第一基础部分型腔22内形成另外的基础部分11。在第二型腔23内，在先前形成的基础部分11上注射成型第一中间层12，并且在第三型腔内，在具有基础部分11和第一中间层12的第一坯料上注射成型第二中间层13，由此形成所谓的第二坯料。第四腔25和第五腔26在此仍然闭合。
随后，将模具部件再次打开并且相对彼此调节，使得由基础部分11、第一中间层12和第二中间层13组成的第二坯料然后被布置在第四型腔25中。同时，先前在第二型腔23中制造的由基础部分11和第一中间层12组成的第一坯料处于第三型腔24中。先前在第一型腔22中形成的基础部分11处于第二型腔23中。再次关闭模具部件，将塑料材料注入到型腔内。该方法相应地持续进行。
以这种方式，在五个工艺步骤中在第一浇注系统33中形成具有载体状的基础部分11的坯料，四个中间层在该坯料上单侧地或双侧地彼此相叠且彼此覆盖地布置，其中基础部分和所有中间层均由相同的塑料材料组成。在随后的工艺步骤中，将该坯料从第一浇注系统33移除并放置于第二浇注系统34的另外的第六型腔27中并且在那里要么单侧地要么双侧地用外层包覆注塑，其中用于外层的塑料材料从第二浇注系统34的塑料储库30中取出。在此可以涉及与第一浇注系统33的塑料材料相同的塑料材料或者也可以涉及与此不同的塑料材料。
在施加了外层之后，完成注射过程并且塑料透镜被逐层地制造，其中可以以常规方式进行可能的后处理。
形成塑料透镜的层被连接成单片的一件式整体，在其上在这些层之间不会识别出交界面。
因为外层在专用的第二浇注系统34中制造，所以适用于外层的制造的工艺参数可以最佳地适配于外层的要求，相较而言，在浇注系统33中通过能够以良好品质快速制造坯料的参数配置来制造基础部分和所述中间层。
图3示出以根据图2的注塑设备的变型形式的注塑设备20。根据图3的注塑设备20与根据图2的注塑设备的区别在于，在第二浇注系统34中逐个地形成最后的中间层和外层二者，而在第一浇注系统33中仅形成基础部分和三个中间层。为此，第五型腔26和另外的第六型腔27二者均在第二浇注系统34的模具部件28中构造，它们可以从塑料储库30经由进料通道37和各一个注射通道36供应塑料材料。在每个注射通道36中均以上述方式设置温度控制装置31和压力控制装置32。在该情况下，要在第一浇注系统33和第二浇注系统34之间转换的坯料包括载体状的基础部分11以及单侧地或双侧地施加的三个中间层。在该坯料在第二浇注系统34中的转换之后，在那里在第五型腔26内注射成型最后的中间层，随后在另外的工艺步骤中在另外的第六型腔27内注射成型外层。

Claims (14)

1.一种制造多层塑料透镜(10)的方法，其中，在注塑设备(20)中，将塑料材料的多个中间层(12、13)相继地在不同的型腔(23、24、25、26)中注射成型在基础部分(11)上，其中，至少若干个型腔(23、24、25、26)具有共同的第一浇注系统(33)，所述第一浇注系统(33)具有共同的进料装置，其中，随后借助第二浇注系统(34)在另外的型腔(27)内注射成型出至少一个由塑料材料构成的外层(14)，其中，每个型腔(22、23、24、25、26、27)均配有注射通道(36)，通过所述注射通道(36)将塑料材料引入所述型腔内，其特征在于，所述第二浇注系统(34)具有专用的进料装置和专用的控制器，并且在至少若干个注射通道(36)中的塑料材料的压力和温度各自独立地被控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二浇注系统(34)的控制器具有温度控制装置(31)和压力控制装置(32)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述第二浇注系统(34)仅注射成型出所述塑料透镜(10)的外层(14)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，借助所述第二浇注系统(34)注射成型出所述塑料透镜(10)的外层(14)和至少一个位于所述外层(14)之下的中间层(13)。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述注塑设备(20)中，在第一步骤中在基础部分型腔(22)内制造所述基础部分(11)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，构造所述基础部分(11)的基础部分型腔(22)是所述第一浇注系统(33)的一部分。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基础部分(11)和所述中间层(12、13)由相同的塑料材料构成。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外层(14)由与所述中间层(12、13)相同的塑料材料构成。
9.根据权利要求1至8之一所述的方法，其特征在于，将至少若干个中间层(12、13)和/或所述外层(14)在所述基础部分(11)的相对置的侧面上或者在由所述基础部分(11)和至少一个中间层(12、13)组成的坯料的相对置的侧面上以两个分层的形式注射成型。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，引入第一浇注系统(33)的各个型腔(22、23、24、25、26)内的塑料材料的质量彼此间有最大±10％的偏差。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，引入第一浇注系统(33)的各个型腔(22、23、24、25、26)内的塑料材料的质量彼此间有最大±5％的偏差。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，引入第一浇注系统(33)的各个型腔(22、23、24、25、26)内的塑料材料的质量彼此间有最大±1％的偏差。
13.根据权利要求10至12之一所述的方法，其特征在于，在所有注射通道(36)中的塑料材料的压力均各自独立地被控制。
14.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述塑料透镜(10)的各个中间层(12、13)以不同的层厚度构造，其中，第(n+1)层的层厚度小于之前构造的第n层的层厚度。
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