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Die
Erfindung betrifft allgemein die Portionierung von Glasschmelzen,
insbesondere für
das Blankpressen optischer Komponenten.
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Abbildungsoptiken
werden eingesetzt zur Verkleinerung oder Vergrößerung, z. B. in Objektiven von
Kameras, Projektionssystemen, Mikroskopen, Fernrohren, usw. An die
Qualität
der vergrößerten oder
verkleinerten Abbildung werden immer höhere Ansprüche gestellt. Zugleich sollen
die Produkte für den
Massenmarkt immer kostengünstiger
herstellbar sein.
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Zwar
kann die Qualität
der Abbildung durch spezielle Bildverarbeitungssoftware oft wieder
um ein Mehrfaches verbessert werden, allerdings erfordern diese
Systeme eine hohe Speichergröße und zusätzlichen
Energieaufwand. Dementsprechend werden auch bei Massenprodukten
hohe Maßstäbe an die Abbildungseigenschaften
optischer Module gesetzt. Diese Maßstäbe können bisher zum Teil nur durch spezielle
optische Filter gewährleistet
werden.
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Unter
diesen Bedingungen sind auch für
den Massenmarkt eine hohe Konturtreue relativ zur berechneten Kontur,
die Möglichkeit
zur wirtschaftlichen Erzeugung gewünschter asphärischer
Konturen und die Möglichkeit
der Verarbeitung einer möglichst
breiten Palette verschiedener Gläser,
insbesondere hinsichtlich deren Brechungsindex und Teildispersion wünschenswert.
Zusätzliche
Anforderungen an die Herstellungsverfahren von solchen Abbildungsoptiken
sind niedrige Stückpreise
und Losmengen über 10000
Stück für Massenartikel,
wie Kameras in Mobiltelefonen, Photo-Videokameras, Home-Projektionssysteme,
usw.
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Herkömmliche
Methoden zur Herstellung von Abbildungsoptiken sind:
- 1. Nachbearbeitung von Glasrohlingen im erkalteten, beziehungsweise
erstarrten Zustand, wie Vereinzeln, Schleifen und Polieren;
- 2. Wiedererwärmen
von Glaspreformen in Pressformen und anschließendem Blankpressen, wie es
beispielsweise in den US-Patenten
4.969.944 A und 4.734.118
A beschrieben ist;
- 3. Wiedererwärmen
von Glaspreformen oder Glasgobsen außerhalb von Pressformen und
anschließendem
Blankpressen in vorgewärmten Pressformen,
wie beispielsweise in den US-Patenten 5.873.921
A ; 6.009.725
A ; 4.854.958
A beschrieben;
- 4. direkt aus der Glasschmelze durch die Heißformgebung, wie etwa in US-Patent Nr. 5.762.673 A beschrieben.
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Alle
diese Verfahren, insbesondere die Fabrikation durch wiedererwärmte Glasgobse
verlangen eine möglichst
genaue Portionierung der Glasschmelze. Gibt es Schwankungen bei
der Portionierung, schlägt
sich dies unmittelbar in den optischen Eigenschaften der blankgepressten
Komponenten nieder. Derartige Abweichungen führen sehr schnell zu Ausschuß oder zumindest
zu Produkten mit minderwertigen optischen Eigenschaften.
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Ebenfalls
nachteilig ist dabei, wenn die Glasportionen durch Abschnüren oder
Abscheren hergestellt werden. Die Berührung mit dem dazu verwendeten
Werkzeug führt
im allgemeinen unweigerlich zu später am fertigen Produkt feststellbaren
Spuren und einer damit verbundenen Beeinträchtigung der Produkteigenschaften.
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Um
mehrere Glasportionen gleichzeitig zu portionieren und dies zu vermeiden,
ist aus der
JP 06-206730 bekannt,
Glasgobs durch Abtropfen von einer Düse aufgrund des Eigengewichts
der Glastropfen herzustellen. Hierbei ergibt sich allerdings das
Problem, daß das
Gewicht der Glastropfen nicht frei wählbar ist, da der Zeitpunkt
des Abtropfens durch die Düsengröße und die
Viskosität
bestimmt wird. Da die Viskosität
optischer Gläser
oft sehr niedrig ist oder sehr niedrig gehalten werden muß, um Kristallisation
zu vermeiden, erlaubt dieses Verfahren auch nur die Herstellung
kleiner Glasgobs.
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Aus
der
US 4,305,747 A ist
eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Portionieren von Glasgobs bekannt,
bei welcher die Gobs aus hintereinander angeordneten Öffnungen
auf eine lineare Transporteinrichtung gegeben werden.
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Eine
Mehrfachdüse,
hier allerdings für
das Ziehen von Glasfilamenten offenbart auch die
US 4,664,688 A .
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Die
US 5,665,138 A beschreibt
einen Ausflussbehälter
zur Erzeugung mehrerer kontnuierlicher Glasströme, bei welchem das Glas durch
eine Düsenplatte
mit mehreren Öffnungen
austritt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Portionieren von Glasschmelzen
hinsichtlich der oben genannten Probleme zu verbessern, insbesondere
eine genauere Portionierung zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bereits in höchst überraschend
einfacher Weise durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Dementsprechend sieht die Erfindung eine Vorrichtung zum gleichzeitigen
Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen vor, umfassend
eine Ventileinrichtung mit einem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms
und eine dem Ventil zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms nachgeschaltete
Düse mit
mehreren Austrittsöffnungen.
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Mittels
einer derartigen Vorrichtung ist ein erfindungsgemäßes Verfahren
zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von Glasportionen aus Glasschmelzen
durchführbar,
bei welchem ein Glasschmelzenstrom durch eine Düse mit mehreren Austrittsöffnungen
austritt und die aus den Austrittsöffnungen ausströmenden Teilströme durch
die Unterbrechung des Glasschmelzenstroms mittels getaktetem öffnen und
Schließen
eines der Düse
vorgeschalteten Ventils unterbrochen werden und diskrete Glasportionen
von den Austrittsöffnungen
abtropfen.
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Die
Erfindung bietet damit gegenüber
der
JP 06-206730 A den
Vorteil, daß die
Gewichte der Glasportionen flexibler einstellbar sind, da deren
Gewicht nicht mehr alleine durch die Abmessungen der Austrittsöffnung und
die Viskosität
der Glasschmelze bestimmt werden. Da außerdem der Zeitpunkt des freien
Abtropfens einer Glasportion von einer Austrittsöffnung sehr stark von der Geometrie
der Austrittsöffnung
und der Viskosität
der Schmelze beeinflußt
werden, äußern sich
bereits geringe mechanische Ungenauigkeiten an der Austrittsöffnung oder
unterschiedliche Temperaturen an den Austrittsöffnungen in merklichen Gewichtsabweichungen.
Demgegenüber wird
das Abtropfen durch die Ventileinrichtung erfindungsgemäß zwangsgesteuert,
wodurch sich noch geringere Gewichtstoleranzen der portionierten
Glasposten erreichen lassen. Gleichzeitig werden auch Defekte, wie
sie beim Abschnüren
oder Abscheren von Glassträngen
auftreten, vermieden.
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Um
möglichst
gleiche Bedingungen an den Austrittsöffnungen zu schaffen und damit
die Genauigkeit bei der Portionierung weiter zu verbessern, sind
verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung möglich. Eine Maßnahme ist,
die Austrittsöffnungen, insbesondere
alle Austrittsöffnungen
auf gleicher Höhe
anzuordnen. Treten die Teilströme
aus in gleicher Höhe
angeordneten Austrittsöffnungen
aus, so ist auch an allen Austrittsöffnungen der gleiche hydrostatische
Druck vorhanden, so daß die
Ausflußgeschwindigkeit
der Glasschmelze durch die Düsen
angeglichen wird. Es ist aus diesem Grund auch von Vorteil, wenn
die Austrittsöffnungen
gleichartig, insbesondere gleich groß sind.
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Auch
ist eine möglichst
symmetrische Anordnung der Düsen
vorteilhaft zur Schaffung gleicher Bedingungen. Erfindungsgemäß sind dazu
die Austrittsöffnungen,
insbesondere alle Austrittsöffnungen in
der Düse
entlang eines Kreises angeordnet. Dabei ist es weiterhin vorgesehen,
daß die
Austrittsöffnungen
in gleichem radialen Abstand zu einem Zulauf zur Düse angeordnet
sind. Die Austrittsöffnungen sollten
vorteilhaft entlang des Kreises auch gleich beabstandet sein. Auf
diese Weise, insbesondere in Kombination mit einer Anordnung entlang
eines Kreises wird hinsichtlich der Strömungspfade ein symmetrischer
Aufbau erreicht. Insbesondere kann dazu der Innenraum der Düse und die
Anordnung der Austrittsöffnungen
axialsymmetrisch zu einer vertikal und mittig durch die Eintrittsöffnung oder
zu einem Zulauf der Düse
laufenden Symmetrieachse ausgestaltet sein.
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Noch
eine weitere Maßnahme
zur Erreichung möglichst
gleicher Bedingungen an den einzelnen Austrittsöffnungen ist, Kanäle zu den
Austrittsöffnungen
zu entgraten und polieren. Damit werden auch Defekte, welche beispielsweise
an Graten oder Riefen in den Kanälen
entstehen können,
vermieden.
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Auch
eine Regelung des hydrostatischen Drucks der Glasschmelze an den
Austrittsöffnungen ist
vorteilhaft, um stets die gleichen Bedingungen während des getakteten Speisens
aufrechtzuerhalten. Eine Regelung ist beispielsweise über eine
Niveauregulierung eines Schmelzenreservoirs möglich, aus welchem die Schmelze über die
Ventileinrichtung der Düse
zugeführt
wird. Dies ist in einfacher Weise besonders vorteilhaft mittels
eines vorgeschalteten kontinuierlichen Schmelzverfahrens möglich.
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Außerdem ist
es vorteilhaft, wenn der Durchfluß der Austrittsöffnungen
mittels einer Messung des Durchflusses einer Ersatzflüssigkeit
kalibriert wird. Dies kann bereits bei der Fertigung und/oder nach Einbau
der Düse
in die Vorrichtung erfolgen. Eine geeignete Ersatzflüssigkeit
ist beispielsweise Wasser, insbesondere dann, wenn sehr niedrigviskose Schmelzen
portioniert werden sollen.
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Um
das Abtropfen zu erleichtern, hat es sich weiterhin als günstig erwiesen,
wenn die Düse
eine Bodenplatte mit daraus nach unten herausragenden Austrittsöffnungen
umfaßt.
Durch die herausragenden Austrittsöffnungen werden Abriss- oder
Abtropfkanten geschaffen, an welchen die Glasportionen leichter
abtropfen können.
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In
bevorzugter Ausgestaltung umfaßt
die Düse
vorzugsweise aus einer Ebene herausragende Rohre mit den Austrittsöffnungen,
wobei die Rohre ein Verhältnis
von Innendurchmesser zu Rohrlänge von
mindestens 0,3, bevorzugt. mindestens 0,4 aufweisen. Durch die kurzen
Rohre werden einerseits Abtropfkanten geschaffen, andererseits werden
die Temperaturunterschiede an den sehr kurzen Rohren geringer
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Die
Austrittsöffnungen
weisen gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung einen Innendurchmesser von zumindest 0,5 Millimetern,
bevorzugt einen Innendurchmesser im Bereich von 1 bis 12 Millimetern
auf. Mit derartigen Durchmessern lassen sich insbesondere Glasportionen
zur Herstellung optischer Bauteile für den Massenmarkt mit hohem Durchsatz
herstellen. Allgemein lassen sich mit der Erfindung Glasportionen
mit einem Gewicht im Bereich von 0,1 g bis 150 g mit den genannten
Vorteilen portionieren.
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Eine
erfindungsgemäße Vorrichtung
kann weiterhin leicht zur Portionierung von Glasgobs unterschiedlicher
Gewichte umgerüstet
werden, wenn die Düse
je nach Bedarf mit kleineren oder größeren Öffnungen eingesetzt wird.
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Besonders
bevorzugt umfaßt
weiterhin die Düse
ein aus einem Stück
gefrästes
Bodenelement mit den Austrittsöffnungen.
Durch Fräsen
aus einem Stück,
etwa im Unterschied zu geschmiedeten Bodenelementen mit angeschweißten Austrittsrohren können hochgenaue
Bodenelemente hergestellt werden. Vorzugsweise werden weiterhin
Edelmetalle, insbesondere Edelmetall-Legierungen als Material für die Düse eingesetzt.
Insbesondere können
die Austrittsöffnungen
in einem Platin-Legierungs-Bodenelement eingefügt sein. Edelmetall-Legierungen sind
besonders temperaturbeständig,
auch kann gleichzeitig der Eintrag färbender Edelmetall- Ionen (z. B. Pt,
Rh, Au usw.) aufgrund des mit der Erfindung erreichbaren hohen Durchsatzes
minimiert werden. Vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die Temperatur
in der Düse
und an den Austrittsöffnungen
möglichst fein
und kontrollierbar einzustellen ist, beispielsweise um Kristallisationen
zu vermeiden. Auch hierzu sind mehrere auch kumulativ einsetzbare
Maßnahmen möglich. Eine
erste Maßnahme
ist eine induktive Beheizung für
die Düse.
Auch kann die Düse
strahlungsbeheizt werden. Schließlich können auch die Wärmeverluste
minimiert werden. Dazu kann beispielsweise ein Reflektor zur Rückreflexion
von Wärmestrahlung
auf die Düse
vorgesehen werden.
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Diese
Beheizungs- oder Reflexionsvorrichtungen können auch bewegbar ausgebildet
sein. Damit kann beispielsweise die induktive Beheizung und/oder
Strahlungsheizung und/oder der Reflektor während des Einspeisens weggefahren
werden, so diese Einrichtungen einer Unterlage zur Aufnahme der
Glasportionen nicht im Wege sind.
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Eine
bevorzugte Ausführungsform
einer Ventileinrichtung umfaßt
weiterhin einen Nadelspeiser. Mit einem derartigen Nadelspeiser
kann eine hochgenaue Portionierung durch getaktetes Unterbrechen
des Glasschmelzenstroms erreicht werden. Bei einem solchen Nadelspeiser
wird eine Nadel zur Unterbrechung des Glasschmelzenstroms in einen Sitz
eingesenkt.
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Um
die Genauigkeit der Portionierung durch eine genaue Positionierung
der Speisernadel zu verbessern, kann dazu in vorteilhafter Weiterbildung eine
Kraftmeßeinrichtung
vorgesehen sein, welche die auf die Spitze der Speisernadel wirkende
Kraft erfaßt.
Insbesondere kann mit der Kraftmeßeinrichtung zumindest während eines
Teils der Positionierung der Speisernadel, insbesondere von deren Spitze, relativ
zu einem Sitz der Speisernadel, insbesondere eine in x-, y- und/oder
z-Richtung auf die Speisernadel wirkende Kraft gemessen werden.
Ein derartiger Nadelspeiser ist auch genauer in der
deutschen Anmeldung mit der Anmeldenummer
10 2004 026932 und dem Titel "Verfahren und Vorrichtung zur Positionierung
einer Speisernadel sowie Speiser" beschrieben,
deren Offenbarung diesbezüglich
vollumfänglich
auch zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird.
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Ein
großer
Vorteil der Erfindung liegt darin, daß auch sehr dünnflüssige Schmelzen
genau portioniert werden können.
Dies ist besonders für
Glasschmelzen optischer Gläser
von Vorteil, die mit niedriger Viskosität eingespeist werden können, ohne daß eine Kristallisation
erfolgen kann. So tritt gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung die Glasschmelze mit einer Viskosität von höchstens
103 dPa·s, bevorzugt höchstens
102 dPa·s aus den Austrittsöffnungen
aus.
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Die
Glasportionen können
gemäß noch einer Weiterbildung
der Erfindung durch die Düse
in Levitationsmulden gespeist und auf einem Levitationspolster gelagert
werden. Dabei kann dann weiterhin die Viskosität der Glasportionen während der
Lagerung an der Oberfläche
durch Abkühlung
auf oder über
die Klebeviskosität
steigen und im Inneren der Glasportionen zumindest unterhalb des
Erweichungspunktes bleiben wobei die Glasportionen dann in eine
Pressform gegeben und in der Pressform auf endgütliger Kontur und Oberlächengüte gepresst
werden. Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Lagern von Glasportionen
auf einer Levitationsmulde und zum anschließenden Blankpressen ist genauer
in der deutschen Anmeldung der Anmelderin mit dem Titel "Herstellung von optischen
Komponenten für
Abbildungsoptiken aus der Schmelze" mit der Anmeldenummer 10 2005 046 556.0
beschrieben, deren Offenbarung diesbezüglich vollumfänglich auch
zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird.
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Allgemein
zeichnen sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren oder mittels
einer Vorrichtung erfindungsgemäß herstellbare
optische Bauteile mit blankgepresster Oberfläche durch eine höhere Konturgenauigkeit
aus. Dies wird durch die mit der Erfindung erreichbaren hochgenauen
Portionierung erreicht. So kann z. B. bei einer Charge von mindestens
100 Stück
optischer Bauteile mit feuerpolierter und/oder blankgepresster Oberfläche, oder
von Gobsen aus optischem Glas, die erfindungsgemäß hergestellt sind, eine maximale
Gewichtsabweichung der optischen Bauteile oder Gobsen vom Mittelwert von
kleiner 5%, sogar von nur 1% und kleiner bereits ohne eine Sortierung
erreicht werden. Derartig kleine Toleranzen sind insbesondere auch
bei optischen Bauteilen oder Gobsen mit einem Gewicht von 0,5 Gramm
oder weniger erzielbar.
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Durch
die erfindungsgemäße gleichzeitige Mehrfachportionierung
wird nicht nur eine verbesserte Toleranz in den Gewichten der hergestellten
Gobs oder der aus den Gobs hergestellten optischen Bauteile, wie
etwa von Linsen erreicht. Vielmehr ergibt sich durch die mit der
Mehrfachportionierung erreichte Durchsatzerhöhung besonders bei kleinen
optischen Elementen oder Gobs eine geringere Kontaktzeit mit den
Komponenten des Speisers. Dadurch wird neben einer Einengung der
Gewichtstoleranzen auch ein Eintrag von Verunreinigungen vermindert. Dies
ist besonders bei kleinen Gobsen wesentlich, da auch bei der Herstellung
solcher Gobse eine gewisse Mindestmenge an geschmolzenem Glas bereitgestellt
werden muß.
Wird diese Glasschmelze in sehr kleine Portionen aufgeteilt, ist
der Durchsatz entsprechend kleiner und damit die Verweilzeit der
Schmelze im Speiser länger,
so daß Edelmetalle
von den Glaskontakt-Materialien
des Speisers in die Schmelze gelangen. Es hat sich überraschend
herausgestellt, daß demgegenüber mittels
der Portionierung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, beziehungsweise
der Vorrichtung Gobs aus optischem Glas mit einem Gewicht von höchstens
10 Gramm oder daraus hergestellte optische Bauteile erhalten werden,
bei welchen das optische Glas der Gobs oder optischen Bauteile eine
Transmissionminderung durch Edelmetall-Verunreinigungen von weniger
als 1 Prozent aufweist.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen näher
erläutert,
wobei gleiche und ähnliche
Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale
verschiedener Ausführungsbeispiele
miteinander kombiniert werden können.
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Es
zeigen:
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1 ein
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
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2 eine
Ansicht einer Düse
für eine
erfindungsgemäße Vorrichtung,
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3 eine
Ansicht einer Düse
mit darunter angeordneter Unterlage mit mehreren Levitationsmulden.
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Nachfolgend
wird auf 1 Bezug genommen, welche eine
erste Ausführungsform
einer Vorrichtung 1 zum gleichzeitigen Mehrfachportionieren von
Glasportionen aus Glasschmelzen zeigt. Das Prinzip dieser Vorrichtung
basiert auf einer Ventileinrichtung 100 mit einem Ventil
zur Unterbrechung eines Glasschmelzestroms und eine dem Ventil zur Unterbrechung
des Glasschmelzestroms nachgeschaltete Düse 3 mit mehreren
Austrittsöffnungen 7.
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Bei
dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Ventileinrichtung 100 insbesondere
als Nadelspeiser mit einer Speisernadel 103 ausgebildet.
Die Vorrichtung ist außerdem
mit einer Kraftmeßeinrichtung 102 ausgestattet,
mit welcher, zumindest während
eines Teils der Positionierung der Speisernadel 103, insbesondere
von deren Spitze, relativ zu einem Sitz der Speisernadel 103,
insbesondere eine in x-, y- und/oder z-Richtung auf die Speisernadel 103 wirkende
Kraft meßbar
ist.
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Die
Vorrichtung 1 verfügt
ferner über
ein Reservoir 104 für
eine Glasschmelze 20, welches mittels einer Heizeinrichtung 106 erwärmbar ist.
Mittels der Heizeinrichtung 106 wird das Glas so weit über die
Glastemperatur Tg erhitzt, dass dieses erweicht und eine niedrige
Viskosität
von vorzugsweise höchstens
103 dPa·s, bevorzugt höchstens
102 dPa·s
aufweist, wobei das Glas auch mit dieser niedrigen Viskosität aus den
Austrittsöffnungen
austritt.
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Durch
Bewegung der Speisernadel 103 in entgegengesetzter z-Richtung kann der
Speisernadelsitz 107 am unteren Ende, des sich vorzugsweise trichterförmig verjüngenden
Reservoirs 104 freigegeben werden, wodurch das erwärmte Glas 20 aus
dem Reservoir 104 in eine insbesondere rohrförmig gestaltete
Abflußeinrichtung,
nämlich
einen Speiserkanal 109 geleitet wird. Als Ventil dient
hier demgemäß die Speisernadel 103 in
Verbindung mit dem Speisernadelsitz 107. Das Ende des Speiserkanals 109 dient als
Zulauf 5 zur unterhalb des Kanals 109 und der Speisernadel 103 angeordneten
und dem Ventil mit der Speisernadel 103 nachgeschalteten
Düse 3 mit den
Austrittsöffnungen 7.
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Von
der Düse 3 kann
dann die portionierte Glasschmelze 20 an eine weitere Fertigungseinrichtung
abgegeben werden. Die in den Figuren nicht dargestellte weitere
Fertigungseinrichtung kann eine optische Presseinrichtung, insbesondere
Präzisionspreßeinrichtung
zur Herstellung von Gobs, optischen Komponenten, insbesondere von
Linsen, Fresnellinsen und/oder von planen, insbesondere von planparallelen
Platten sein.
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Das
mit dieser Vorrichtung 1 durchgeführte Verfahren zum gleichzeitigen
Mehrfachportionieren von Glasportionen aus der Glasschmelze 20 basiert darauf,
daß ein
Glasschmelzenstrom durch die Düse 3 mit
mehreren Austrittsöffnungen 7 austritt
und die aus den Austrittsöffnungen 7 ausströmenden Teilströme durch
die Unterbrechung des Glasschmelzenstroms durch getaktetes Öffnen und
Schließen des
der Düse
vorgeschalteten Ventils mit Speisernadel 103 und Speisernadelsitz 107 unterbrochen
werden, so daß dadurch
diskrete Glasportionen von den Austrittsöffnungen 7 abtropfen.
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Das
Reservoir 104 sowie vorzugsweise auch der Speiserkanal 109 und
die Heizeinrichtung 106 sind von wärmedämmendem Feuerfestmaterial umgeben
und gestatten hierdurch eine sehr exakte Temperatureinstellung der
in Reservoir 104 und Speiserkanal 109 befindlichen
Glasschmelze 20.
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Zusätzlich kann
die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 über eine
Einrichtung zur Regulierung des Niveaus der Glasschmelze 20 umfassen,
wodurch der Druck oberhalb des Speisernadelsitzes 7 mit
hoher Genauigkeit, vorzugsweise durch Nachführung von erweichtem Material
oder einzuschmelzendem Gemenge aufrecht erhalten werden kann. Insbesondere
kann dazu ein kontinuierliches Schmelzverfahren für das Schmelzgut
zum Einsatz kommen. Durch diese Niveauregulierung wird insbesondere
auch eine Regelung des hydrostatischen Drucks der Glasschmelze an
den Austrittsöffnungen 7 erreicht,
um eine konstante Ausströmgeschwindigkeit über viele Speisertakte
hinweg aufrechtzuerhalten.
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Bei
der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Speisernadel 3 an
einem Galgen 113 mittels einer kardanischen Aufhängung 114 schwenkbar gehalten.
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Der
Galgen 113 verfügt über einen
Mast 115, welcher relativ zum Reservoir 104 mechanisch
fest gehalten ist und an welchem eine präzise Längsverschiebung in z-Richtung 116 angebracht
ist, welche vorzugsweise servomotorisch, über eine nicht dargestellte
Steuereinrichtungen ansteuer- und verfahrbar ist, wobei durch periodisches
Absenken der Speisernadel in den Speisernadelsitz 107 eine
getaktete Unterbrechung des Schmelzenstroms durch den Speiserkanal 109 bewirkt
wird. Diese Steuereinrichtung kann eine dem Fachmann bekannte lokale
oder vernetzte, insbesondere zentrale Prozeßsteuereinrichtung sein.
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Ferner
verfügt
die Längsverschiebung 116 über Wegstreckenaufnehmer,
welche deren exakten Ort in z- Richtung
erfassen und an eine Erfassungs- und Speichereinrichtung 117 weiterleiten.
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Die
kardanische Aufhängung 114 ist
an einer in x- und y-Richtung
definiert verfahrbaren x-y-Verschiebungseinrichtung 118 fest
angebracht, welche selbst fest an der Verschiebeeinrichtung 116 gehalten
ist.
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Auch
die x-y-Verschiebungseinrichtung 118 verfügt über Positionsgeber,
mittels welcher die Positionen x- und y-Einrichtung erfassbar und an die Erfassungs-
und Speichereinrichtung 117 weiterleitbar sind.
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Ferner
verfügt
die x-y-Verschiebereinrichtung 118 bevorzugt über servomotorische
Antriebseinheiten und ist in deren Position durch die in den Zeichnungen
nicht dargestellte Steuereinrichtung definiert verfahrbar.
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Durch
diese Anordnung kann die Speisernadel 103 sowohl in x-
als auch in y- als auch in z-Richtung definiert verfahren werden
und kann deren jeweilige Position in der Erfassungseinrichtung 117 erfasst
und abgespeichert werden.
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Durch
mehrere, zeitlich definiert zueinander erfolgende Positionsmessungen
kann ferner die Geschwindigkeit und kann auch die Beschleunigung
der Speisernadel zeitlich ununterbrochen oder während bestimmter zeitlicher
Intervalle bestimmt werden.
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Es
können
hierdurch zu hohe beziehungsweise zu geringe Geschwindigkeiten der
Speisernadel 103 sowie gefahr- oder verschleißbringende
Beschleunigungen erfasst werden.
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Insbesondere
die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Speisernadelspitze 119 in z-Richtung
kann auf einen Maximalwert begrenzt werden indem deren Geschwindigkeitswert
an die Steuereinrichtung weitergeleitet und von dieser unter Einwirkung
auf die Längsverschiebung 116 begrenzt wird.
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Hierdurch
können
ungewollte hohe Kräfte beim
Auftreffen der Speisernadelspitze 119 auf Teile des Reservoirs 104,
insbesondere auf den Speisernadelsitz 107 vermieden werden.
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Ferner
können
bei bekanntem Ort der Speisernadel 103 Bereiche definiert
werden, innerhalb deren sehr hohe Geschwindigkeiten sowohl in x-,
y- als auch in z-Richtung gestattet werden und können Bereiche, beispielsweise
in der Nähe
der Wände
des Reservoirs 104 definiert werden, innerhalb derer nur niedrige
Geschwindigkeiten verwendet werden, insbesondere Geschwindigkeiten,
die eine Beschädigung
der Speisernadel 103 sowie des Reservoirs und des Sitzes 107 vermeiden.
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Unter
der Düse 3 ist
optional eine Heizeinrichtung 30 angeordnet. Diese kann
beispielsweise eine Einrichtung zur Strahlungsbeheizung und/oder induktiven
Beheizung der Düse
sein. Auch kann die Einrichtung 30 einen Reflektor für Infrarotstrahlung umfassen,
mit welchem Wärmestrahlung
auf die Düse 3 zurückreflektiert
wird, um die Wärmeverluste zu
minimieren. In vorteilhafter Weiterbildung kann die Einrichtung 30 auch
bewegbar ausgebildet sein, um diese während des Einspeisens von der
Düse wegzubewegen,
so daß die
Einrichtung 30 einer Unterlage zur Aufnahme der Glasportionen,
etwa einer Unterlage mit Levitationsmulden zur Lagerung und Konditionierung
auf einem Gaskissen nicht im Wege ist. In den Prozeßzeiten,
in denen nicht gespeist wird, kann dann die Einrichtung 30 in
Position gefahren werden, um die Düse 3 zu heizen oder
zumindest die Wärmeverluste
zu verringern.
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In 2 ist
die erfindungsgemäße Düse 3 in Ergänzung zu 1 detaillierter
dargestellt. Die Düse
umfaßt
einen am unteren Ende des Speiserkanals 109 angeordneten
konischen Grundkörper 13, an
welchem eine ebene Bodenplatte 11 angebracht ist. Aus der
Bodenplatte 11 ragen die Austrittsöffnungen 7 nach unten
heraus. Dazu weist die Bodenplatte 11 aus einer Ebene herausragende
Rohre 9 auf, welche in die Austrittsöffnungen 7 münden.
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Durch
die aus der Ebene der Bodenplatte 11 nach unten herausragende
Ausbildung der Austrittsöffnungen
wird das Abtropfen der Glasposten beim Verschließen des Ventils, beziehungsweise
dem Verschließen
des Speiserkanals 109 durch Aufsetzen der Speisernadel-Spitze 119 auf
den Speisernadelsitz 107 zur Erzielung einer möglichst
exakten Portionierung unterstützt.
Die Rohrenden der Rohre 9 bilden dabei Abrisskanten zur
Erleichterung des Abtropfens der Glasportionen.
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Außerdem sind
die Kanäle
zu den Austrittsöffnungen 7 – bei dem
in 2 gezeigten Beispiel dementsprechend also die
Innenwandungen der Rohre 9 – poliert. Damit wird verhindert,
daß durch Unregelmäßigkeiten
der Innenfläche 15 Fehler
auf den Glasposten auftreten, wie sie in ähnlicher Weise beim Abscheren
von Glassträngen
entstehen. Aus diesem Grund ist es auch von Vorteil, wenn die Austrittsöffnungen 7 und
die Innenflächen 15 entgratet sind.
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Wie
anhand von 2 weiter zu erkennen ist, sind
alle Austrittsöffnungen
entlang eines gedachten Kreises 17 angeordnet. Dabei koinzidiert
der Mittelpunkt des Kreises 17 mit der Mittenachse durch den
Speiserkanal 109, so daß außerdem auch alle Austrittsöffnungen 7 in
gleichem radialen Abstand zum Zulauf 5, bei dem in 2 gezeigten Beispiel insbesondere
also zum Ende des Speiserkanals 109 oder der Eintrittsöffnung zur
Düse 3 angeordnet
sind.
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Auch
der Innenraum der Düse 3 ist
vorzugsweise symmetrisch zur Mittenachse durch den Speiserkanal 109 ausgebildet.
Damit ergibt sich insgesamt eine Anordnung, bei welcher der Innenraum
der Düse
und die Anordnung der Austrittsöffnungen
axialsymmetrisch zu einer vertikal und mittig durch die Eintrittsöffnung oder
zu einem Zulauf der Düse 3 laufenden
Symmetrieachse ausgestaltet sind. Dies bewirkt, daß auch alle
Teilströme,
die durch die Austrittsöffnungen 7 auslaufen,
gleichartig sind. Auf diese Weise wird unter anderem erreicht, daß auch die Temperaturverteilungen
aller Teilströme,
beziehungsweise der daraus hergestellten Glasportionen möglichst
gleich sind.
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Wie
auch aus 1 hervorgeht, ist die Ebene
der Bodenplatte möglichst
waagerecht angeordnet. Insbesondere sind dabei auch alle Austrittsöffnungen 7 auf
gleicher Höhe.
Auch hierdurch werden unterschiedliche Verhältnisse, beispielsweise durch unterschiedlichen
hydrostatischen Druck an den Austrittsöffnungen vermieden.
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Um
eine Abkühlung
der Glasschmelze 20 während
des Hindurchlaufens durch die Rohre 9 zu vermeiden, werden
die Rohre 9 möglichst
kurz gehalten. Bevorzugt weisen dabei die Rohre ein Verhältnis von
Innendurchmesser zu Rohrlänge
von mindestens 0,3, besonders bevorzugt von mindestens 0,4 auf,
wobei als Rohrlänge
in diesem Zusammenhang die von außen gemessene Länge des
Rohres von der äußeren Ebene
des Bodenteils 11 bis zur Austrittsöffnung 7 ist.
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Die
Austrittsöffnungen
weisen einen Innendurchmesser von zumindest 1,5 Millimetern, bevorzugt
einen Innendurchmesser im Bereich von 2 bis 12 Millimetern auf.
Diese Bereiche haben sich als günstig
erwiesen, um eine hohen Durchsatz bei der Glasportionierung für optische
Komponenten üblicher
Größen für den Massenmarkt
zu erreichen. Die Bodenplatte weist weiterhin typischerweise einen Durchmesser
von 25 bis 40 Millimetern und der Speiserkanal 109 einen
Durchmesser von typischerweise 8 bis 16 Millimetern auf.
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Ein
bevorzugtes Material für
die Düse 3 ist Edelmetall-Legierungen. Insbesondere
ist gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung daran gedacht, ein Edelmetall-Legierungs-Bodenelement 11 zu
verwenden, in welches die Austrittsöffnungen eingefügt sind.
Bisher wurden im allgemeinen geschmiedete Edelmetall-Legierungsteile
zur Führung von
Glasschmelzen eingesetzt.
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Um
aber die geforderte hohe Genauigkeit bei der Portionierung zu erreichen,
wird zumindest für das
Bodenelement ein aus einem Stück
gefrästes Teil
verwendet. Ein derartiges Teil mit hineingefrästen oder gebohrten Austrittsöffnungen
läßt sich
mit höherer
Präzision
fertigen, die sich unmittelbar auch in den geringeren Gewichtstoleranzen
der hergestellten Glasportionen widerspiegelt. Wird das Bodenteil 11 aus
einem Stück
gefertigt, dann werden dementsprechend auch die kurzen Rohre 9 aus
einer Platte entsprechender Dicke herausgefräst.
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Um
das Bodenteil 11 mit den Austrittsöffnungen hinsichtlich eines
möglichst
gleichen Durchflusses durch alle Austrittsöffnungen zu kalibrieren, kann in
einfacher Weise ein Durchflußtest
mit einer Ersatzflüssigkeit,
beispielsweise mit Wasser durchgeführt werden. Dabei wird gemäß einer
Vorgehensweise zur Durchführung
der Kalibrierung der Düse 11 eine vorgegebene
Menge der Ersatzflüssigkeit,
etwa durch Füllung
des Reservoirs 104 bis zu einem bestimmten Pegel zugeführt und
die durch die einzelnen Austrittsöffnungen 7 hindurchgeflossenen
Teilmengen der Flüssigkeit
verglichen. Weichen die Flüssigkeitsmengen
voneinander zu stark ab, können
die jeweiligen Austrittsöffnungen 7 entsprechend nachbearbeitet
werden. Selbstverständlich
kann eine solche Kalibrierung auch mit einer Glasschmelze durchgeführt werden,
wobei ein solcher Test etwas aufwendiger ist, als die Kalibrierung
mittels einer Ersatzflüssigkeit.
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3 zeigt
die Düse 3 der
Vorrichtung 1 mit darunter angeordneter Unterlage 35.
Die Unterlage 35 ist insbesondere als Levitationsunterlage
mit vorzugsweise einteilig ausgebildeten Membran 39 mit Levitationsmulden 36 zur
Lagerung jeweils einer Glasportion ausgebildet. 3 zeigt
die Anlage dabei nach dem Einspeisen von Glasportionen 2 in
die Mulden 36 über
die Düse 3.
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Dadurch,
daß erfindungsgemäß mehrere Glasportionen
gleichzeitig in die Mulden 36 gespeist und auf einer gemeinsamen
Levitationsunterlage 35. gelagert werden, wird erreicht,
daß alle
parallel gelagerten Glasportionen außerdem in möglichst gleicher Weise konditioniert
werden. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel weisen
die Levitationsunterlage 35 und die Düse zehn Mulden, beziehungsweise
zehn Austrittsöffnungen 7 auf.
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Insbesondere
ist dazu auch eine einteilig ausgebildete Membran 39 vorteilhaft,
da auf diese Weise unter anderem der Gasfluß in alle Mulden 36 hinein
parallel mit einer Regelungseinrichtung geregelt werden kann. Entsprechend
den Austrittsöffnungen 7 der
Düse 3 sind
auch die Levitationsmulden 36 entlang eines Kreises angeordnet.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wird die Levitationsunterlage 35 zur Übergabe der Glasportionen an
eine oder mehrere nicht dargestellten Preßformen mittels der über Achsen 181, 182 der
Bewegungseinheit 19 drehbare Schwenkarme 171, 172, 173, 174 verschwenkt,
wobei bei hier durch die Anordnung der Schwenkarme 171, 172, 173, 174 und Achsen 181, 182 die
Levitationsunterlage 35 parallel geführt wird. Dies bedeutet, daß die Orientierung
der Levitationsunterlage beim Verschwenken erhalten bleibt.
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Zur Übergabe
der Glasportionen wird die Levitationsunterlage nach unten mit einer
Beschleunigung verschwenkt, die größer als die Erdbeschleunigung
ist. Durch die vorteilhafte Parallelführung ist die Bewegung aller
Mulden 36 beim Verschwenken gleich schnell.
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Das
Konditionieren der Glasportionen auf den sich in den Mulden unter
den Glasportionen ausbildenden Gaskissen erfolgt dabei bevorzugt
derart, daß die
Viskosität
der Glasportionen während
der Lagerung an der Oberfläche
durch Abkühlung
auf oder über
die Klebeviskosität
steigt und im Inneren der Glasportionen zumindest unterhalb des
Erweichungspunktes bleibt. Die so konditionierten Glasportionen
können
dann in eine nicht dargestellte Pressform gegeben und in der Pressform
auf endgütliger
Kontur und Oberlächengüte gepresst
werden.
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Es
ist dem Fachmann ersichtlich, dass die Erfindung nicht auf die vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist,
sondern vielmehr in vielfältiger
Weise variiert werden kann. Insbesondere können die Merkmale der einzelnen
Ausführungsbeispiele
auch miteinander kombiniert werden.