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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Gelkörper, wobei der Gelkörper zumindest geformt, in einer Haltevorrichtung angeordnet und zu dem optischen Element verdichtet wird.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Haltevorrichtung für einen Gelkörper bei der Herstellung eines optischen Elements, wobei der Gelkörper zumindest nach einer Formung und während einer Verdichtung in der Haltevorrichtung angeordnet ist.
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Ferner betrifft die Erfindung einen Gelkörper zur Herstellung eines optischen Elements.
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Aus dem Stand der Technik ist es allgemein bekannt, dass zur Herstellung von optischen Elementen, insbesondere optischer Linsen Kieselglas verwendet wird. Kieselglas wird gegenüber anderen Linsenmaterialien meist dann bevorzugt, wenn der Anwendungsbereich im ultravioletten Spektralbereich mit Wellenlängen kleiner 350 nm, im nahen infraroten Spektralbereich, hoher Temperaturen bis 800°C, schneller Temperaturänderungen oder/und hoher Leistungsdichten liegt. Weitere typische Auswahlkriterien sind festgelegte wellenlängenabhängige Lichtdurchlässigkeiten und eine hohe Langzeitstabilität der optischen Eigenschaften.
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Optische Linsen aus Kieselglas werden üblicherweise aus Kieselglaskörpern mittels Schleif- und Polierverfahren hergestellt. Sowohl die Herstellung des Kieselglases als auch mechanische Bearbeitungsschritte an der Materialoberfläche zur Sicherstellung ihrer optischen Qualität sind dabei in nachteiliger Weise besonders aufwendig. Deshalb existieren verschiedene Verfahren, welche den mechanischen Bearbeitungsaufwand durch Pressen von einzelnen Kieselglasstücken zu Vorformen reduzieren oder durch ein so genanntes Blankpressen überflüssig machen.
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Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die so genannte Sol-Gel-Methode zur Herstellung einfacher optischer Linsen bekannt, mit der die finale mechanische Bearbeitung erheblich reduzierbar ist. Die Sol-Gel-Methode ist im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Prozessschritt zur Herstellung eines Kieselglaskörpers das so genannte Sol hergestellt und anschließend in einem zweiten Prozessschritt in einem Gießvorgang in eine entsprechende Form gefüllt und dort geliert wird. Darauf folgend findet in einem dritten Prozessschritt eine Stabilisierung des Gelkörpers statt, bevor in weiteren Prozessschritten zunächst eine Entformung, anschließend eine Trocknung, eine Reinigung des Gelkörpers mittels oxidierender Gase sowie ein Sintern und Verdichten zu einem klaren Kieselglaskörper erfolgen.
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Da die optischen Flächen bzw. die dafür determinierten Flächen, insbesondere während der Stadien vom Nassgel bis zum optischen Glaskörper, hochempfindlich für Beschädigungen sind, ist es erforderlich, während aller Prozessschritte jeglichen Kontakt mit den optischen Flächen des Körpers zu vermeiden.
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Aus diesem Grund wird in den bekannten Verfahren, welche auf der Sol-Gel-Methode beruhen, nur eine optische Fläche des zu erzeugenden Glaskörpers mittels Gießtechnik determiniert. Die verbleibende gegenüberliegende optische Fläche der Linse wird nach dem Prozessschritt des Sinterns aus der Auflagefläche des Glaskörpers durch Planschleifen und Polieren hergestellt.
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Zur Erzeugung beider optischer Flächen der Linse in einem gemeinsamen Gießprozess ist es erforderlich, den Gelkörper zu fixieren. Weiterhin ist problematisch, dass aufgrund der Festigkeit des Gelkörpers, d. h. des Linsenrohlings, jede Berührung desselben während der Bearbeitung und Kontaminationen zu vermeiden sind, um eine hohe Qualität und geforderte optische Eigenschaften der zu erzeugenden Linse sicherzustellen.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Gelkörper, eine Haltevorrichtung für einen Gelkörper bei der Herstellung eines optischen Elements und einen Gelkörper zur Herstellung eines optischen Elements anzugeben, welche in einfacher Weise eine Herstellung und Bearbeitung Gelkörpers und eine hohe optische Qualität des optischen Elements sicherstellen.
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Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale, hinsichtlich der Haltevorrichtung durch die im Anspruch 5 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Gelkörpers durch die im Anspruch 9 angegebenen Merkmale gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei dem Verfahren zur Herstellung eines optischen Elements aus einem Gelkörper wird der Gelkörper zumindest geformt, in einer Haltevorrichtung angeordnet und zu dem optischen Element verdichtet. Erfindungsgemäß wird der Gelkörper derart ausgebildet, dass ein optischer Abschnitt und ein diesen in einer Ebene zumindest abschnittsweise umgebender, als Stegelement ausgebildeter Randbereich erzeugt werden, wobei der optische Abschnitt mittels des Stegelements in der Haltevorrichtung gehalten wird.
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Während des Verfahrens wird der Gelkörper nach der so genannten Sol-Gel-Methode vorzugsweise durch Gießen eines Sols und die Gelierung desselben zunächst geformt. Anschließend finden insbesondere in aufeinander folgenden Prozessschritten eine Stabilisierung des Gelkörpers, eine Entformung, eine Trocknung, eine Reinigung des Gelkörpers mittels oxidierender Gase sowie ein Sintern und Verdichten des Gelkörpers zu einem klaren, d. h. transparenten Kieselglaskörper statt.
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Aufgrund der Ausbildung des Gelkörpers mit dem Stegelement und der daraus folgend möglichen Anordnung des Gelkörpers in der Haltevorrichtung ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise, dass der Gelkörper während aller Prozessschritte sicher geführt und gehaltert ist. Auch wird eine Berührung und Beschädigung des optischen Abschnittes des Gelkörpers, welcher später das optische Element bildet, sicher vermieden. Dadurch ist es in besonders vorteilhafter Weise ebenfalls möglich, dass der optische Abschnitt zwei optische Seiten aufweist, welche gleichzeitig mittels des Verfahrens erzeugt werden können und deren Berührung vermieden wird. Zusätzlich werden die Wirkungen der einzelnen Prozessschritte durch die vorteilhafte Anordnung in der Haltevorrichtung nicht beeinträchtigt.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Randbereich des Gelkörpers als definierte Fläche ausgebildet oder weist beliebige andere Außenkonturen, wie beispielsweise Verzahnungen auf, so dass stets eine optimierte Anpassung des Gelkörpers an die jeweilige Verarbeitung und die spätere Verwendung des optischen Elements möglich ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird der Gelkörper derart in der Haltevorrichtung angeordnet, dass dieser bei einer Verringerung seines Volumens in der Haltevorrichtung in Wirkrichtung seiner Gewichtskraft in Führungselementen geführt wird. Somit ist auch bei der Volumenverringerung des Gelkörpers, welche aufgrund der Trocknung des Gelkörpers auftritt, stets eine sichere Führung und Fixierung des Gelkörpers in der Haltevorrichtung realisierbar, wodurch eine weitere Erhöhung der Sicherheit vor Berührungen des optischen Abschnitts des Gelkörpers möglich ist.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Stegelement nach der Verdichtung des Gelkörpers, welche nach dem Trocknen und Sintern erfolgt, von dem optischen Element getrennt. Diese Trennung erfolgt insbesondere mittels eines Laserschneidverfahrens oder eines so genannten Rundierverfahrens. Die Trennung ist weiterhin in einfacher Weise durchführbar, ohne den optischen Abschnitt zu beschädigen.
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Weiterhin wird der optische Abschnitt des Gelkörpers vorzugsweise derart geformt und ausgebildet, dass als optisches Element eine optische Linse, insbesondere eine Kieselglaslinse erzeugt wird. Für die optischen Flächen sind alle Oberflächenformen wählbar. Auch Linsenarrays können auf diese Art hergestellt werden. Derartige Kieselglaslinsen eignen sich insbesondere für die Anwendung in Beleuchtungsaufgaben bei hohen Temperaturen und im ultravioletten und nahen infraroten Spektralbereich und zeichnen sich eine hohe Langzeitstabilität ihrer optischen Eigenschaften aus. Beispiele für die Verwendung der erzeugten Kieselglaslinsen sind so genannte UV-LED-Linsen und UV-Sensorlinsen.
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Die Haltevorrichtung für einen Gelkörper bei der Herstellung eines optischen Elements ist derart ausgebildet, dass der Gelkörper zumindest nach einer Formung und während einer Verdichtung in der Haltevorrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Haltevorrichtung hierzu zu einem Randbereich des Gelkörpers korrespondierende Führungselemente auf, welche derart ausgebildet sind, dass der Gelkörper bei einer Verringerung seines Volumens in der Haltevorrichtung in Wirkrichtung seiner Gewichtskraft führbar ist.
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Daraus resultiert als besonderer Vorteil, dass auch bei der Volumenverringerung des Gelkörpers, welche aufgrund der Trocknung des Gelkörpers auftritt, stets eine sichere Führung und Fixierung des Gelkörpers in der Haltevorrichtung realisierbar ist. Die Führung des Gelkörpers erfolgt dabei ausschließlich aufgrund dessen Gewichtskraft. Es sind in zweckmäßiger Weise keine weiteren Verfahrensschritte oder Vorrichtungen zu einer Bewegung und Führung des Gelkörpers erforderlich, so dass eine Berührung des Gelkörpers, welche zu einer Beeinträchtigung der optischen Eigenschaften des erzeugten optischen Elements führen würde, vermieden wird.
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Gemäß einer Gewinn bringenden Ausgestaltung der Haltevorrichtung sind die Führungselemente in zumindest zwei in einem Winkel zueinander angeordnete Halteelemente ein- und/oder aufgebracht, so dass eine einfache und effektive Führung und Fixierung des Gelkörpers möglich ist. Auch werden durch eine derartige Ausbildung der Haltevorrichtung keine Prozessschritte bei der Herstellung des optischen Elements negativ beeinflusst.
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Dabei sind die Führungselemente vorzugsweise als Führungsnuten ausgebildet, welche eine optimale Fixierung und Führung des Gelkörpers ermöglichen.
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In zweckmäßiger Weise sind die Halteelemente und/oder die Führungselemente derart zueinander angeordnet, dass diese einem Winkel entgegengesetzt zur Wirkrichtung der Gewichtskraft des Gelkörpers geöffnet sind. Somit ist es möglich, dass bei während der Ver- und Bearbeitung des Gelkörpers auftretenden Volumenverringerungen stets eine optimale Führung und Fixierung des Gelkörpers sichergestellt sind.
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Der Gelkörper zur Herstellung des optischen Elements zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass der Gelkörper derart ausgebildet ist, dass der Gelkörper einen optischen Abschnitt und einen diesen in einer Ebene zumindest abschnittsweise umgebenden, als Stegelement ausgebildeten Randbereich zum Anordnen des Gelkörpers in einer Haltevorrichtung aufweist, wobei das Stegelement abtrennbar ist.
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Aufgrund des Stegelements ist eine Berührung des optischen Abschnitts, aus welchem das optische Element gebildet wird, mit der Haltevorrichtung vermeidbar, so dass sich das entstehende optische Element durch eine hohe Qualität auszeichnet.
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Vorzugsweise umgibt das Stegelement den optischen Abschnitt vollständig, wobei das Stegelement eine frei wählbare Außenkontur aufweist. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen runde, ovale oder vieleckige Außenkontur handeln, wobei eine runde Außenform insbesondere den Vorteil aufweist, dass während der Volumenverringerung des Gelkörpers Drehbewegungen desselben in der Haltevorrichtung möglich sind, so dass eine optimale Verteilung der Belastung des Gelkörpers in der Haltevorrichtung und somit Verformungen vermieden oder zumindest verringert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Darin zeigen:
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1 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Haltevorrichtung mit einem darin angeordneten Gelkörper, und
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2 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Haltevorrichtung mit einem darin angeordneten Gelkörper.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Haltevorrichtung 1 mit einem darin angeordneten Gelkörper 2 dargestellt.
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Der Gelkörper 2 weist einen optischen Abschnitt 2.1 auf, aus welchem ein optisches Element, insbesondere eine optische Linse gebildet wird. Dieser optische Abschnitt 2.1 ist vollständig in einer Ebene von einem Stegelement 2.2 umgeben, welches zur Führung und Fixierung des Gelkörpers 2 in der Haltevorrichtung 1 vorgesehen ist. Das Stegelement 2.2 weist hierbei eine quadratische Außenkontur auf.
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Die Haltevorrichtung 1 bestehend aus zwei als Platten ausgebildeten Halteelementen 1.1, 1.2, in welche zur Führung und Fixierung des Gelkörpers 2 jeweils ein Führungselement 1.1.1, 1.2.1 eingebracht ist. Die Halteelemente 1.1, 1.2 sind an einem Bodenelement 1.3 befestigt. Die Führungselemente 1.1.1, 1.2.1 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als Führungsnuten ausgebildet, welche entgegengesetzt zur Wirkrichtung der Gewichtskraft des Gelkörpers 2 in einem Winkel α geöffnet sind. Der Winkel α beträgt im dargestellten Ausführungsbeispiel 90°.
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Zur Erzeugung des Gelkörpers 2 wird zunächst in einem ersten Prozessschritt das Sol hergestellt, welches anschließend in einem Gießvorgang in eine Gussform gefüllt wird und in dieser geliert. Darauf folgend findet eine Stabilisierung und im weiteren Verlauf des Verfahrens eine Entformung des Gelkörpers statt, bevor dieser in die Haltevorrichtung 1 eingebracht wird. In der Haltevorrichtung 1 wird der Gelkörper 2 getrocknet, mittels oxidierender Gase gereinigt sowie anschließend gesintert.
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Während der Trocknung des Gelkörpers 2 verringert sich dessen Volumen, wie es der gestrichelt dargestellte Gelkörper 2 zeigt. Aufgrund der Öffnung der Halteelemente 1.1, 1.2 und Führungselemente 1.1.1, 1.2.1 entgegen der Wirkrichtung der Gewichtskraft des Gelkörpers 2 wird dieser in Richtung der Gewichtskraft nach unten geführt, wobei der Gelkörper 2 stets über das in die Führungsnuten greifende Stegelement 2.2 fixiert ist.
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2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Haltevorrichtung 1 mit einem darin angeordneten Gelkörper 2, welches zu einer besonders geringen Ausschussmenge führt.
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Das Stegelement 2.2 ist wiederum den optischen Abschnitt 2.1 des Gelkörpers vollständig in einer Ebene umlaufend ausgebildet. Jedoch weist das Stegelement 2.2 eine kreisrunde Außenkontur auf, d. h. es ist scheibenförmig ausgebildet. Dieses scheibenförmige Stegelement 2.1 weist dabei eine vorgebbare Wandstärke und einen Radius rR auf.
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Sowohl die Halteelemente 1.1, 1.2 als auch die Führungselemente 1.1.1, 1.2.1 sind wiederum jeweils in einem Winkel α entgegen der Wirkrichtung der Gewichtskraft des Gelkörpers 2 geöffnet. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Winkel α von 60° erwiesen.
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Befindet sich der Gelkörper 2 in der Haltevorrichtung 1, so wirkt dessen Gewichtskraft auf die Punkte A und B in den Führungselementen 1.1.1, 1.2.1. Ein Kippen des Gelkörpers 2 wird durch eine Fixierung in den als Führungsnuten ausgebildeten Führungselementen 1.1.1, 1.2.1 am oberen Berührungspunkt oP und unteren Berührungspunkt uP verhindert. Es ist vorteilhaft, den oberen Berührungspunkt oP so zu wählen, dass er oberhalb des Schwerpunktes M des Gelkörpers 2 liegt.
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Bei der Verringerung des Volumens des Gelkörpers 2, d. h. bei einem Schrumpfen desselben, kommt es zu geringen Drehbewegungen, wodurch sich der Gelkörper 2 fortlaufend von den Punkten A und B löst, so dass die Berührungspunkte mit den Führungselementen 1.1.1, 1.2.1 auf dem Umfang Gelkörpers 2 verschoben werden, d. h. ”wandern”. Dadurch werden die mechanischen Einflüsse aufgrund der Gewichtskraft auf den Gelkörper 2 minimiert, so dass die Ausschussrate sehr gering ist.
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Aufgrund der Gewichtskraft kommt es an Berührungsflächen zwischen dem Gelkörper 2 und den Führungselementen 1.1.1, 1.2.1 zu geringen plastischen Verformungen, welche jedoch von dem Stegelement 2.2 aufgenommen werden und nicht bis zum optischen Abschnitt 2.1 vordringen. Dabei wird ein Stärkeprofil des Stegelements 2.2, d. h. dessen Wandstärke durch eine geeignete Wahl des Radius rR und des Radius rL optischen Abschnitts 2.1 derart gewählt, dass Verformungen minimiert werden.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Ausbildung des Gelkörpers 2 mit dem Stegelement 2.2 ist eine einfache Herstellbarkeit eines Bundes bzw. eine Halteelementes, welches in einer Anwendung des optischen Elements, insbesondere der Linse, als Fassung desselben dient, indem die Gussform entsprechend gestaltet wird. Das Stegelement 2.2 schließt sich in diesem Fall an den Bund bzw. das Halteelement an.
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In einer weiteren, nicht näher dargestellten Ausführungsform sind die im Winkel α angeordneten Halteelemente 1.1, 1.2 verlängert ausgebildet und mit weiteren als Führungsnuten ausgebildeten Führungselementen in einem Abstand versehen, der eine Berührung des optischen Abschnitts des Gelkörpers 2 nicht zulässt. Auf diese Weise sind Haltevorrichtungen 1, so genannte Carrier erzeugbar, welche das Handling mit hohen Stückzahlen zwischen den einzelnen Prozessschritten erleichtern.
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Weiterhin ist es für die Herstellung eines Sortiments von optischen Elementen, beispielsweise eines Linsensortiments, vorteilhaft, zwei Carriertypen zu verwenden, welche sich in den Werkstoffen und den Abmessungen unterscheiden. Für den Trocknungsprozess kann der Carrier beispielsweise aus Kunststoff gefertigt werden. Hierbei eignet sich z. B. Polytetrafluorethylen (= PTFE) als Werkstoff, mit welchem eine Trocknung des Gelkörpers 2 bis zu einer Temperatur von ungefähr 250°C durchführbar ist.
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Nach einer Lufttrocknung sind die Gelkörper 2, auch Xerogelkörper genannt, bereits erheblich geschrumpft, was eine höhere Packungsdichte für die nachfolgenden Reinigungs- und Sinterprozesse mit einem zweiten Carriertyp erlaubt. Diese Haltevorrichtung 1 bzw. dieser zweite Carriertyp ist aus einem hochreinen und bis zur maximalen Sintertemperatur von ungefähr 1400°C formstabilen Werkstoff gefertigt. Als Werkstoffe eignen sich hierfür insbesondere Kieselgläser mit einer hohen Annealingtemperatur, aber auch sehr reine Siliziumcarbid-Keramiken.
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Nach dem Sinterprozess kann das Stegelement 2.2, wie bereits beschrieben, mit einem geeigneten Verfahren, wie zum Beispiel einem so genannten Rundieren oder Laserschneiden, von dem optischen Abschnitt 2.1 getrennt werden.
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Zu einer Vervollständigung der Verfahrensbeschreibung der Herstellung von optischen Kieselglaslinsen mittels des Sol-Gel-Verfahrens wird nachfolgend die Solrezeptur näher beschrieben. Diese Rezeptur bestimmt nicht nur die Materialeigenschaften der Linse, sondern beeinflusst auch wesentlich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. So ist beispielsweise die minimale Zeit für die Trocknung des nassen Gelkörpers 2 (des Nassgels) und die Robustheit gegen Verfahrensschwankungen von der Solrezeptur abhängig.
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Die oben beschriebene vorteilhafte aufrechte Lage des Gelkörpers 2 in der Haltevorrichtung 1 für das Handling verursacht spezifische Belastungen des Gelkörpers 2 infolge seiner Gewichtskraft. Diese Gewichtskraft kann bei Langzeitbelastungen zu Verzerrungen der zu erzeugenden Linsenoberfläche im optischen Abschnitt 2.1 im so genannten Nassgelstadium führen, wenn das Nassgel plastische Eigenschaften aufweist. Auch im Sinterprozess können Verzerrungen, nämlich durch viskoses Fließen auftreten, wenn zur Erzeugung des klaren Kieselglases lange Sinterzeiten und Temperaturen erforderlich sind, die die Transformationstemperatur wesentlich übersteigen. Diese Eigenschaften der Gele in den einzelnen Prozessschritten werden wesentlich durch die Rezeptur des Sols bestimmt.
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Bei Wahl der Rezeptur des Sol sind somit neben der Sicherstellung der Materialeigenschaften, wie z. B. der spektralen Lichtdurchlässigkeit, der spektralen Lichtstreuung, Einschlüsse oder Blasen, der Oberflächenqualität, wie z. B. der Mikrorauhigkeit und der Lichtstreuung und der geometrischen Toleranzen der Kieselglaslinse auch Forderungen aus den Prozessen zur Umwandlung des Gelkörpers 2 in den klaren Glaskörper und wirtschaftliche Gesichtspunkte zu berücksichtigen.
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Vorzugsweise wird das Sol auf der Basis von Tetraethylorthosilikat (= TEOS), saurem Wasser und kolloidaler Kieselsäure hergestellt. Insbesondere wird das Sol nach den in der
DE 33 90 375 C2 angegebenen Methoden und Zusammensetzungen hergestellt. Mit anderen Formulierungen, welche als Siliziumdioxid-Quelle nur kolloidale Kieselsäure enthalten, können Gele hoher Siliziumdioxid-Konzentration und relativ geringer Schrumpfung erzeugt werden. Jedoch ist aufgrund der Geliergenetik eine schnelle Verarbeitung des Sols erforderlich. Andere Rezepte, die als Siliziumdioxid-Quelle ausschließlich Alkoxysilane (z. B. TEOS) enthalten, führen zu Nassgelen mit hohem Flüssigkeitsanteil, besonders feinporigem Siliziumdioxid-Gerüst und hoher innerer Oberfläche, wodurch das notwendige restlose Austreiben der Flüssigkeit stark erschwert wird.
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Unter den in der
DE 33 90 375 C2 genannten Beispielen sind insbesondere die nach den Beispielen 10 und 14 bekannten Zusammensetzungen bewährt. Die nach diesen Zusammensetzungen erzeugten Gele enthalten 275 g Siliziumdioxid pro Liter oder mehr, was zu einer Gesamtschrumpfung vom Nassgel bis zum klaren Glas von 50% oder weniger führt. Auch lassen sich diese Nassgele mit geringem Aufwand zu Xerogelen trocknen.
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Bei der Erzeugung des Sols hat die Reihenfolge der Einbringung der drei Komponenten Tetraethylorthosilicat, Wasser und kolloidale Kieselsäure auf die Qualität des Gels keinen praktisch relevanten Einfluss. Um die Staubbelastung in der Fertigung gering zu halten ist es vorteilhaft, das Kieselsäurepulver in einem separaten Raum in das Wasser einzuarbeiten. Bei der Auswahl der pyrogenen Kieselsäure ist neben der chemischen Reinheit und der spezifischen Oberfläche auch eine Abwesenheit typischer Glasfehlerquellen wie Polyethylen- oder Papierfasern der Verpackung oder schwer zerstörbare Agglomerate erforderlich. Diese Fremdkörper führen im Glas zu Mikroblasen. Eine Überprüfung erfolgt beispielsweise mittels einer Filtration.
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Im Folgenden wird anhand eines ausgewählten Beispiels die Herstellung von 400 bikonvexen Linsen mit asphärischen Oberflächen und mit umlaufenden Bund zur Befestigung dargestellt.
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Der Bunddurchmesser beträgt 7 mm der Linsendurchmesser beträgt 6 mm. Zu diesem Zweck werden eine entsprechende Zahl Gießformen aus hochwertigem Polycarbonat mittels Spritzgusstechnik hergestellt. Die Gießform ist so gestaltet, dass ihre Innenkontur die Kontur der zu fertigenden Linse im doppelten Maßstab darstellt und zusätzlich einen an den Bund ansetzendes Stegelement 2.2 mit einem Durchmesser von 25 mm und einer Wandstärke von 1,4 mm besitzt.
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Die Trennungsebene der beiden Formhälften liegt in der Ebene des Stegelementes. Die Befüllungsöffnung und Entlüftungsöffnung befinden sich am Stegelement 2.2. Die Formen werden zu einer Batterie zusammengesteckt, um eine zügige Befüllung zu erreichen. Es werden 1,0 Liter, Sol mit einer Siliziumdioxid-Konzentration von 275 g/Liter benötigt.
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Zur Solherstellung wird eine 30%ige Dispersion aus hochreiner pyrogener Kieselsäure mit einer spezifischen Oberfläche von 50 m2/g in einer Menge von 612 g mit Ultraschall behandelt und filtriert. Diese Dispersion wird mit 415 mg 65%-iger Salpetersäure gemischt. Anschließend wird Tetraethylorthosilicat in einer Menge von 318 g hinzugegeben, woraus eine exotherme Reaktion resultiert. Nach Ablauf der Reaktion wird die Temperatur des Sols auf Raumtemperatur gesenkt.
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Mit einer 2%-igen Ammoniaklösung von ca. 5 g und gleichzeitiger Wasserzugabe von genau 171 g wird der pH-Wert des Sols auf 4,5 titriert und die Silziumdioxid-Konzentration auf den Sollwert justiert. Das Sol wird nochmals mit einem Nutschenfilter von groben Partikeln befreit und mittels Mikropipetten in die Kunststoffformen gegeben. Die Gelzeit beträgt ca. 1 Stunde. Nach 24 h erfolgt die Entformung der Gelkörper.
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Zum Abspülen der Gelteile von anhaftenden Krümeln wird ethanolhaltiges Wasser verwendet. Die Bestückung Haltevorrichtung 1 zur Trocknung erfolgt durch Greifen der Gelkörper 2 am Stegelement 2.2 mittels einer Kunststoffpinzette. Die Haltevorrichtung 1 ist aus Polytetrafluorethylen-Streifen gebildet, welche im Winkel α von 60° gemäß 2 angeordnet sind. Die als Führungsnuten ausgebildeten Führungselemente 1.1.1, 1.2.1 sind in einem Abstand von 15 mm und einer Tiefe von 2 mm angeordnet, wobei die Führungsnuten eine Breite von 1,6 mm aufweisen.
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Nach einer Trocknung von 3 Tagen bei konstanter Raumtemperatur und anschließender Trocknung bei 250°C werden die Xerogelteile in Haltevorrichtungen 1 aus Kieselglas umgepackt. Die Führungsnuten weisen einen Abstand von 10 mm, eine Breite von 1,2 mm und eine Tiefe von 1,0 mm auf. Anschließend werden die bestückten Haltevorrichtungen 1 dem Sinterofen zur Durchführung der Reinigung und Verdichtung der Gelkörper 2 zugeführt.
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Nach Abschluss des Sinterprozesses werden die aus den Gelkörpern 2 gebildeten Glasteile am Stegelement 2.2 aus den Haltevorrichtungen 1 entnommen. Zu keinem Zeitpunkt der Umwandlung des Gels in klares Glas kam es zu einer Berührung des optischen Abschnitts 2.1 des Gelkörpers. Anschließend wird das Stegelement 2.2 mittels üblicher Rundiermaschinen abgeschliffen oder in einem Laserschneidverfahren von dem optischen Abschnitt 2.1 getrennt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Haltevorrichtung
- 1.1
- Halteelement
- 1.2
- Halteelement
- 1.3
- Bodenelement
- 2
- Gelkörper
- 2.1
- Optischer Abschnitt
- 2.2
- Stegelement
- A
- Punkt
- B
- Punkt
- M
- Schwerpunkt
- oP
- Oberer Berührungspunkt
- rL
- Radius
- rR
- Radius
- uP
- Unterer Berührungspunkt
- α
- Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3390375 C2 [0052, 0053]
