DE102015226316B3

DE102015226316B3 - Vorrichtung und Verfahren zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas

Info

Publication number: DE102015226316B3
Application number: DE102015226316.9A
Authority: DE
Inventors: Ralf Meschenmoser; Ralf Vallerius; Thomas Schirle; Jörg Pütz
Original assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH; Carl Zeiss AG; Carl Zeiss Smart Optics GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Vision International GmbH; Carl Zeiss AG; Carl Zeiss Smart Optics GmbH
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2017-04-20
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: WO2017108871A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (100) zum Aushärten einer Beschichtung (102) auf einem Brillenglas (104) umfassend eine ultraviolette Strahlung (124) emittierende UV-Strahlungsquelle (106), die eingerichtet ist, ultraviolette Strahlung (124) mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 1000 mWcm² zu emittieren und einen Brillenglashalter (108) zum Halten des Brillenglases (104) beim Aushärten der Beschichtung (102). Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlungsquelle (106) als flächige Leuchtdiodenstrahlungsquelle (106) mit einer auf den Brillenglashalter (108) ausgerichteten UV-Strahlungsaustrittsfläche (118) ausgebildet ist, wobei die UV-Strahlungsaustrittsfläche (118) zumindest eine kreisförmige Fläche von 75 cm2 umfasst, dass eine Hohlkammer (114) vorhanden ist, die einen Hohlraum (116) umschließt, der gegen Umgebungsluft (130) abdichtbar ausgeführt ist, wobei der Brillenglashalter (108) in dem Hohlraum (116) angeordnet ist, wobei die Hohlkammer (114) eine für ultraviolette Strahlung (124) durchlässige Kammerwand (122) aufweist, die derart angeordnet ist, dass von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierte ultraviolette Strahlung (124) durch sie in den Hohlraum (116) treten kann und dass der Brillenglashalter (108) derart angeordnet ist, dass ein von dem Brillenglashalter (108) bestimmungsgemäß gehaltenes Brillenglas (104) von der von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierten und durch die Kammerwand (122) in den Hohlraum (116) getretenen ultravioletten Strahlung (124) bestrahlt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 17.
Brillengläser werden häufig mit Beschichtungen versehen, die den Brillengläsern vorbestimmte Eigenschaften verleihen. Zu diesen Beschichtungen gehören z. B. phototrope Beschichtungen, die sich in Abhängigkeit von der Intensität und Wellenlänge des Lichts und der Umgebungstemperatur verdunkeln. Weiterhin gibt es Beschichtungen, die photochrome Farbstoffe enthalten, die auf Bestrahlung mit ultraviolettem oder sichtbarem Licht mit einer reversiblen Farbtonänderung reagieren. Es gibt auch Brillenglasbeschichtungen, die den Brillengläsern eine höhere Kratz- und/oder Schlagfestigkeit verleihen. Antireflex- oder Entspiegelungsbeschichtungen (kurz AR-Beschichtungen) werden eingesetzt, um die Reflexion von Brillengläsern zu unterdrücken und die Transmission zu erhöhen. In anderen Fällen werden Verspiegelungsbeschichtungen eingesetzt, die den gegenteiligen Effekt bewirken. Außerdem sind hydrophobe Beschichtungen bekannt, die ein Beschlagen von Brillengläsern verhindern oder reduzieren.
Derartige funktionale Beschichtungen können z. B. mit Hilfe nasschemischer Verfahren, wie z. B. durch Eintauchen (engl. dip coating) in ein flüssiges Medium, durch Sprühbeschichtung (engl. fountain coating) oder durch Rotationsbeschichtung (engl. spin coating auch spin-on) unter Aufbringung eines flüssigen Mediums appliziert werden. Als flüssige Medien, der Fachmann verwendet anstelle des Begriffs „flüssiges Medium” häufig auch den Begriff „Lack”, für derartige funktionale Beschichtungen werden häufig Materialien eingesetzt, die bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht aushärten.
Während der Herstellung eines Brillenglases wird demnach der (feuchte) Lack auf das Substrat aufgetragen und mit intensiver UV Strahlung von bestimmter Wellenlänge und Intensität ausgehärtet. Für diesen Verfahrensschritt wird eine ultraviolette Strahlung emittierende Strahlungsquelle eingesetzt. Aus dem betriebsinternen Stand der Technik ist es bekannt, als UV-Strahlungsquelle eine elektrodenlose Gasentladungslampe einzusetzen. Diese umfasst einen Röhrenkolben, der mit einem gasförmigen Leuchtmittel (z. B. Quecksilberdampf) gefüllt ist, welches mit Hilfe elektromagnetischer Mikrowellen zur Emission von ultraviolettem Licht angeregt wird. Die von dem Röhrenkolben ausgehende ultraviolette Strahlung wird auf das mit dem Lack versehene von einem entsprechenden Halter gehaltene Brillenglas gerichtet.
Die US 2009/0 133 625 A1 , von der die Erfindung ausgeht, beschreibt ein Beschichtungsgerät, welches geeignet ist, einen stabilen photochromen Film auf einem Brillenglas zu erzeugen. Das Beschichtungsgerät umfasst unter anderem einen Brillenglashalter zum Halten des Brillenglases, eine UV-Quelle, die auf den Brillenglashalter ausgerichtet ist und einen Zylinder, der den Brillenglashalter mit dem Brillenglas umschließt und der mit Stickstoff geflutet werden kann. Zwischen UV-Quelle und Brillenglas befindet sich ein Fenster, das den Zylinder stirnseitig abschließt und durch das das Brillenglas mit UV-Licht beaufschlagt werden kann.
Die US 2006/0 065 989 A1 beschreibt eine Beschichtungseinheit für Brillengläser, die zum UV-Aushärten eine LED-UV-Strahlungsquelle einsetzt.
Obwohl sich die vorstehend beschriebenen Systeme mit UV-Strahlungsquelle und Brillenglashalter dem Grunde nach bewährt haben, besteht Verbesserungsbedarf.
Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas bereitzustellen, welches flexibler und für einen größeren Parameterbereich einsetzbar ist, aber dennoch vergleichsweise einfach aufgebaut ist. Weiterhin besteht die Aufgabe darin, ein entsprechend flexibles Verfahren zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 17 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung basiert weiterhin auf dem vorstehend beschriebenen Prinzip einer Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas umfassend eine ultraviolette Strahlung emittierende UV-Strahlungsquelle, die eingerichtet ist, ultraviolette Strahlung mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 1000 mW / cm² in einem Abstand von 5 mm zu der UV-Strahlungsquelle zu emittieren und einen Brillenglashalter zum Halten des Brillenglases beim Bestrahlen mit ultravioletter Strahlung zum Aushärten der Beschichtung.
Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass eine elektrodenlose Gasentladungslampe der vorstehend beschriebenen Bauart konstruktionsbedingt keine gerichtete UV-Strahlung liefert. Vielmehr ist ein parabolischer oder elliptischer Reflektor notwendig, der von der Gasentladungslampe ausgehendes in der vom Brillenglas gegenüberliegenden Richtung austretende ultraviolette Strahlung sammelt und wieder in Richtung des Brillenglases lenkt. Weiterhin liefert die Gasentladungslampe selbst keine flächige ultraviolette Strahlung, vielmehr erfolgt eine Strahlungsaufbereitung mit Hilfe eines Diffusors, der sich in Richtung des Brillenglases ausbreitende ultraviolette Strahlung flächig homogenisiert. Schließlich ist die Strahlungserzeugung bei der Gasentladungslampe energieaufwändig. Es sind darüber hinaus Maßnahmen zum Schutz vor der verwendeten Mikrowellenstrahlung erforderlich. Das System aus Mikrowellenanregung und Leuchtmittel reagiert träge und lässt sich nicht beliebig ein- und ausschalten.
Erfindungsgemäß wird die Gasentladungslampe durch eine Strahlungsquelle mit einer oder mehreren Leuchtdioden ersetzt. Demgemäß ist die nach der Erfindung eingesetzte UV-Strahlungsquelle als flächige Leuchtdiodenstrahlungsquelle mit einer auf den Brillenglashalter ausgerichteten UV-Strahlungsaustrittsfläche ausgebildet, wobei die UV-Strahlungsaustrittsfläche zumindest eine kreisförmige Fläche von 75 cm² umfasst. Diese UV-Quelle bedarf weder eines Reflektors noch eines Diffusors, um eine gerichtete und homogene ultraviolette Strahlung zu erzeugen. Diese UV-Strahlungsquelle ist energieeffizient. Es sind keine Maßnahmen zum Schutz vor Mikrowellenstrahlung oder Ozonentstehung erforderlich und sie reagiert schnell und lässt sich beliebig ein- und ausschalten. Diese UV-Strahlungsquelle erlaubt einen flexibleren Einsatz und die Prozessparameter beim Aushärten können in einem größeren Umfang vorgegeben und variiert werden. Als geeignet hat sich z. B. die LED Spot 100 High Power & LED powerdrive der Firma Dr. Hönle AG erwiesen, deren Datenblatt unter http://www.hoenle.de/fileadmin/hoenle/misc/LED_Spot_100_d.pdf am 17.12.2015 um 10:25 Uhr per Download verfügbar war.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung ferner eine Hohlkammer, die einen Hohlraum umschließt und diesen gegen Umgebungsluft abdichtet. Der Brillenglashalter ist in dem gegen Umgebungsluft abgedichteten Hohlraum angeordnet. Die Hohlkammer weist eine für ultraviolette Strahlung durchlässige Kammerwand auf, die derart angeordnet ist, dass von der UV-Strahlungsquelle emittierte ultraviolette Strahlung durch sie in den Hohlraum treten kann. Der Brillenglashalter ist derart angeordnet, dass ein von dem Brillenglashalter bestimmungsgemäß gehaltenes Brillenglas von der von der UV-Strahlungsquelle emittierten und durch die Kammerwand in den Hohlraum getretenen ultravioletten Strahlung bestrahlt wird. Diese Anordnung erlaubt es, Lacke einzusetzen, die beim UV-angeregten Aushärteprozess mit Bestandteilen der Umgebungsluft reagieren. Auch durch diese Maßnahme wird die Flexibilität und der einsetzbare Parameterbereich der Vorrichtung vergrößert.
Die Hohlkammer kann hohlraumseitig rund, z. B. kreiszylinderförmig ausgebildet sein. Eine runde, insbesondere kreiszylinderförmige Ausbildung der Hohlraumseite der Hohlkammer zeichnet sich dadurch aus, dass in der Hohlkammer befindliche gasförmige Medien keine Turbulenzen ausbilden. Dies ist insbesondere auch vorteilhaft im Hinblick auf die im Folgenden vorgestellte erfindungsgemäße Inertgasspülung.
Der Hohlraum ist einerseits zur Minimierung des Gesamtplatzbedarfs der erfindungsgemäßen Vorrichtung, andererseits zur Minimierung des Energiebedarfs der auf das Brillenglas während des Aushärteprozesses einwirkenden Strahlungsquellen, insbesondere der vorstehend genannten UV-Strahlungsquelle und der im Folgenden diskutierten IR-Strahlungsquelle und weiter zusätzlich zur Minimierung des vorstehend genannten Spülmediumbedarfs möglichst klein gehalten. Dies bedeutet, dass der minimal mögliche Abstand zwischen der UV-Strahlungsquelle und der beschichteten Brillenglasoberfläche und der minimal mögliche Abstand der im folgenden Teil der allgemeinen Beschreibung vorgestellten IR-Strahlungsquelle zur Brilenglasoberfläche sowie der Raumbedarf des Brillenglashalters und des Brillenglases selbst die minimale Größe festlegen. Der Abstand zwischen Brillenglashalter und der als ebenes Abschlussfenster ausgebildeten und den Kreiszylinder einendseitig abschließenden für ultraviolette Strahlung durchlässigen Kammerwand beträgt regelmäßig zwischen 30 mm und 80 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 55 mm. Bei Verwendung einer Hohlkammer mit hohlraumseitiger kreiszylinderförmiger Innenwandung beträgt der Durchmesser regelmäßig zwischen 80 mm und 200 mm, vorzugsweise zwischen 100 mm und 180 mm, höchst vorzugsweise zwischen 120 mm und 160 mm. Es sei darauf hingewiesen, dass es von Vorteil sein kann, den seitlichen Abstand zwischen Kammerwand und Brillenglas über 120 mm zu wählen, um turbulente Strömungen oder das Entstehen eines Unterdrucks im Bereich des Brillenglasrandes zu vermeiden. Dies kann sonst zu Lackauf- bzw. Lackverwerfungen oder dergleichen führen.
Als vergleichsweise kostengünstige und hinreichende UV-Transmissionseigenschaften aufweisende Ausführungsvariante für das Abschlussfenster hat sich ein Borosilikatglasfenster herausgestellt. Dieses kann ohne jegliche diffus auf die UV-Strahlung einwirkende Eigenschaften ausgebildet sein, da die erfindungsgemäß verwendete UV-Strahlungsquelle bereits eine flächige und hinreichend homogene Emission aufweist.
Konkret kann die Leuchtdiodenstrahlungsquelle eine oder mehrere Leuchtdioden aufweisen, die jeweils einen die ultraviolette Strahlung erzeugenden, insbesondere kristallinen oder organischen, Halbleitermaterial und einen das Halbleitermaterial unmittelbar aufnehmenden transparenten Leuchtdiodenkörper umfassen, den die in dem Halbleitermaterial erzeugte ultraviolette Strahlung transmittiert und der eine Außenfläche aufweist, durch die die in dem Halbleitermaterial erzeugte ultraviolette Strahlung aus der Leuchtdiode austritt, wobei die UV-Strahlungsaustrittsfläche durch die Außenflächen der Leuchtdioden gebildet ist.
Als ultraviolette Strahlung, die die Leuchtdiodenstrahlungsquelle emittiert, kommt grundsätzlich jede Strahlung zwischen 100 nm und 400 nm in Betracht. Strahlung zwischen 100 nm und 280 nm wird allgemein als UV-C-Strahlung, zwischen 280 nm und 315 nm als UV-B-Strahlung und zwischen 315 nm und 380 nm bzw. 400 nm als UV-A-Strahlung bezeichnet.
Es hat sich weiter als vorteilhaft herausgestellt, wenn die UV-Strahlungsquelle nicht nur geeignet ist, ultraviolette Strahlung mit der oben angegebenen Bestrahlungsstärke von 1000 mW / cm² in einem Abstand von 5 mm zu der UV-Strahlungsquelle abzugeben, sondern wenn ultraviolette Strahlung mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 1200 mW / cm² in einem Abstand von 5 mm zu der UV-Strahlungsquelle, weiter vorzugsweise von wenigstens 1500 mW / cm² in einem Abstand von 5 mm zu der UV-Strahlungsquelle öder noch weiter vorzugsweise von wenigstens 2000 mW / cm² in einem Abstand von 5 mm zu der UV-Strahlungsquelle emittiert werden können. Damit lässt sich die Aushärtezeit der Beschichtung auf dem Brillenglas in vielen Fällen weiter reduzieren. Möglich wird die Verwendung einer UV-Strahlungsquelle obiger Bauart mit höherer Strahlungsleistung dadurch, dass sie selbst nur eine geringe Wärmestrahlungsleistung abgibt, während bei Verwendung einer UV-Gasentladungslampe entsprechend dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik eine Wärmeabfuhr notwendig ist, um ein Erweichen des Brillenglases während der Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung zu verhindern, da diese Art von Lampen neben ultravioletter Strahlung auch Infrarotstrahlung und sichtbares Licht emittiert.
Der Brillenglashalter ist üblicherweise um eine Mittenachse rotationssymmetrisch ausgebildet. Er besitzt üblicherweise eine Auflagefläche für das Brillenglas, die so ausgebildet ist, dass die Mittenachse möglichst durch einen oder beide Scheitelpunkte der Vorder- und/oder Rückfläche des Brillenglases verläuft. Damit wird erreicht, dass die Beschichtung von der ultravioletten Strahlung homogen ausgeleuchtet wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann weiter eine translatorische Verschiebeeinrichtung und/oder eine Drehantriebseinrichtung, z. B. einen motorischen Antrieb, aufweisen, um den Brillenglashalter translatorisch zu verschieben, zu drehen oder sowohl zu verschieben und zu drehen, z. B. in der Art einer orbitalen Bewegung. Eine etwaig vorhandene Inhomogenität der von der UV-Strahlungsquelle ausgehenden und auf das Brillenglas auftreffenden ultravioletten Strahlung, die zu einem inhomogenen Aushärteprozess der Beschichtung führen könnte, wird dadurch ausgeglichen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung, insbesondere mit den oben beschriebenen Abmessungen, eignet sich hervorragend zum Aushärten von bei Brillenglasbeschichtungen üblichen Lacken mit Lackdicken zwischen 1 μm und 50 μm.
In vielen Fällen ist es notwendig, die Temperatur der Beschichtung auf der Oberfläche des Brillenglases auf einen vorbestimmten Wert einzustellen. Aus diesem Grund sieht die Erfindung eine infrarote Strahlung emittierende IR-Strahlungsquelle vor, die eingerichtet und/oder ausgebildet ist, infrarote Strahlung mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 20 W / cm² in einem Abstand von 5 mm zu der IR-Strahlungsquelle zu emittieren.
Bevorzugt ist es jedoch, wenn die IR-Strahlungsquelle ausgebildet ist, infrarote Strahlung mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 25 W / cm² in in einem Abstand von 5 mm zu der IR-Strahlungsquelle, vorzugsweise 30 W / cm² in einem Abstand von 5 mm zu der IR-Strahlungsquelle zu emittieren.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlungsquelle eingerichtet ist, die von ihr erzeugte ultraviolette Strahlung zumindest über der oben angegebenen kreisförmigen Strahlungsaustrittsfläche von 75 cm² derart flächenhomogen zu emittieren, dass die Bestrahlungsstärke der emittierten ultravioletten Strahlung zumindest über dieser kreisförmigen Strahlungsaustrittsfläche von 75 cm² weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% variiert. Diese Maßnahme stellt sicher, dass der Aushärteprozess hinreichend homogen vollzogen wird und dass keine „Hot-Spots” auf der Beschichtung entstehen, die sich störend auf die optischen Eigenschaften des Brillenglases auswirken können.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die UV-Strahlungsquelle eingerichtet ist, die ultraviolette Strahlung derart zeitlich stabilisiert zu emittieren, dass die Bestrahlungsstärke der emittierten ultravioletten Strahlung zeitlich weniger als 10%, vorzugsweise weniger als 5% variiert. Damit wird die Möglichkeit einer hinreichend vorbestimmt kontrollierten und reproduzierbaren Prozessführung ermöglicht. Dies erhöht die Ausbeute signifikant, was für einen Massenfertigungsprozess und/oder einen mehrstufigen Herstellungsprozess unerlässlich ist. Gerade weil sich die beschriebene Kombination aus Kammergeometrie und UV Strahler örtlich und zeitlich derart homogen verhält, ist es neuerdings möglich, die Rotation des zur Bestrahlung eingebrachten Substrates allein auf die Physis des auf diesem aufgetragenen und noch feuchten Lackes hin zu optimieren, um im Randbereich des Substrates bekannte Fehler optimieren zu können.
In einer Ausführungsvariante der Erfindung ist eine Steuereinrichtung vorhanden, um die Bestrahlungsstärke der emittierten ultravioletten Strahlung innerhalb eines Bestrahlungsstärkebereichs zwischen 100 mW / cm² und 1000 mW / cm² (jeweils in einem Abstand von 5 mm zu der UV-Strahlungsquelle gemessen) vorzugsweise weitgehend latenzfrei, d. h. innerhalb von 0,1 s und 1 s, weiter vorzugsweise zwischen 0,1 s und 0,3 s, zu variieren. Damit ist es möglich, nicht nur Durchlaufprozesse oder Batch-Prozesse mit zeitlich unveränderlicher UV-Bestrahlung durchzuführen, sondern die Prozesszyklen an sich ändernde chemische Reaktionserfordernisse anzupassen. Weiterhin können unterschiedliche Beschichtungen, die unterschiedliche chemische Reaktionseigenschaften aufweisen, ausgehärtet werden.
Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn innerhalb des Bestrahlungsstärkebereichs wenigstens zehn unterschiedliche Bestrahlungsstärken eingestellt werden können oder wenn die Bestrahlungsstärke der ultravioletten Strahlung innerhalb des gesamten Bestrahlungsstärkebereichs stufenlos variierbar ausgebildet ist.
Anstelle einer Steuereinrichtung kann auch eine Regelungseinrichtung vorhanden sein, die unter Berücksichtigung der Ist-Messwerte der Bestrahlungsstärke der ultravioletten Strahlung mit Hilfe eines UV-empfindlichen Sensors die UV-Strahlungsquelle regelt.
Bei einer Ausführung der Vorrichtung einer der vorstehend beschriebenen Arten kann die UV-Strahlungsquelle ausgebildet sein, innerhalb von 30 s eine UV-Strahlungsdosis von 10 J / cm² oder innerhalb von 40 s eine UV-Strahlungsdosis von 12 J / cm² zu erzeugen. Die Erreichbarkeit einer derart hohen UV-Strahlungsdosis in derart kurzer Zeit erlaubt es, die Geschwindigkeit des Aushärteprozesses gegenüber einer oben beschriebenen Vorrichtung nach dem Stand der Technik mit UV-Gasentladungslampe signifikant zu erhöhen. Gerade in der Massenfertigung von Brillengläsern ist dies unerlässlich.
Die Erfindung sieht in einer Ausführungsvariante vor, als UV-Strahlungsquelle eine solche zu verwenden, die in der Lage ist, ultraviolette Strahlung mit einem, vorzugsweise absoluten, Intensitätsmaximum bei einer Wellenlänge von 370 nm ± 30 nm zu emittieren. Das Intensitätsmaximum hat dabei vorzugsweise eine Wellenlängenhalbwertsbreite von mehr als 10 nm, höchst vorzugsweise eine Wellenlängenhalbwertsbreite von 15 nm ± 5 nm. Als Halbleiterkristallmaterialien kommen dabei z. B. Diamant (C), Aluminiumnitrid (AlN) oder Aluminiumgalliumnitrid (AlGaN) in Betracht. Es kann auch eine UV-Strahlungsquelle zum Einsatz kommen, die mehrere Intensitätsmaxima innerhalb eines Wellenlängenbereichs von 250 nm bis 400 nm, insbesondere des vorstehend angegebenen Wellenlängenbereichs zwischen 340 nm und 400 nm, aufweist. Diese weisen vorzugsweise einen Abstand von 15 nm ± 5 nm zueinander auf.
Es wird hiermit noch einmal darauf hingewiesen, dass es nicht erforderlich und in der Regel auch nicht gewünscht ist, zwischen der UV-Strahlungsquelle und dem Brillenglashalter ein UV-Strahlung homogenisierendes Element anzuordnen. Stattdessen ist ein für den jeweiligen Wellenlängenbereich transparentes Element zum gasdichten Abschluss der Hohlkammer in Richtung UV Strahlungsquelle vorteilhaft, sofern diese über eine unzureichende Abdichtung sowohl gegen Unter- als auch gegen Überdruck verfügt, wie dies im Folgenden im Detail ausgeführt ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsvariante ist die UV-Strahlungsaustrittsfläche zentral über dem Brillenglashalter angeordnet. Diese Variante zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau aus.
Es hat sich weiter als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Abstand zwischen der UV-Strahlungsaustrittsfläche und dem Brillenglashalter zwischen 30 mm und 70 mm, vorzugsweise zwischen 30 mm und 60 mm, beträgt. Damit ist gewährleistet, dass sämtliche derzeit prozessierten Brillengläser (Fertig- und Halbfabrikate) unter Minimierung des Platzbedarfs ausgehärtet werden können.
Bei einer Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die IR-Strahlungsquelle als flächige Strahlungsquelle mit einer auf den Brillenglashalter ausgerichteten IR-Strahlungsaustrittsfläche ausgebildet, wobei die IR-Strahlungsaustrittsfläche zumindest eine Fläche von 25 cm² umfasst. Eine derartige IR-Strahlungsquelle sind z. B. die kleinflächigen Duo- und Quattrostrahler der Heraeus Noblelight GmbH, welche unter der am 17.12.2015 um 10:20 Uhr heruntergeladenen URL https://www.heraeus.com/de/hng/products_and_solutions/infrared_emitters_and_systems/infrared_special_emitters.aspx angeboten werden. Auch andere Strahlerformen des genannten Herstellers sind gut geeignet, so z. B. der omegaförmige Strahler, der jedoch über dasselbe Filament wie o. g. Strahler verfügt und identisch emittiert.
Die nach der Erfindung eingesetzte IR-Strahlungsquelle ist in vorteilhafter Weise eingerichtet und ausgebildet, die infrarote Strahlung über der Strahlungsaustrittsfläche von 25 cm² derart flächenhomogen zu emittieren, dass die Bestrahlungsstärke der emittierten infraroten Strahlung über der Strahlungsaustrittsfläche von 25 cm² weniger als 5%, vorzugsweise weniger als 3% in einem Abstand von 5 mm zur Strahlungsaustrittsfläche gemessen variiert.
Es kann eine Steuereinrichtung vorhanden sein, um die Bestrahlungsstärke der infraroten Strahlung innerhalb eines Bestrahlungsstärkebereichs zwischen 1 W / cm² und 20 W / cm² in einem Abstand von 5 mm zur Strahlungsaustrittsfläche gemessen zu variieren.
Innerhalb des vorstehenden Bestrahlungsstärkebereichs können z. B. wenigstens zehn unterschiedliche Bestrahlungsstärken eingestellt werden. Es hat sich jedoch als günstiger erwiesen, wenn die Steuereinrichtung in der Lage ist, die IR-Strahlungsquelle innerhalb des gesamten Bestrahlungsstärkebereichs stufenlos zu variieren.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass eine Brillenglastemperaturmesseinrichtung vorhanden ist, um eine Ist-Temperatur in dem Hohlraum in einer Umgebung des Brillenglashalters zu bestimmen, und dass ein Regler für die IR-Strahlungsquelle zur Einstellung einer vorgegebenen Soll-Temperatur in der Umgebung des Brillenglashalters vorhanden ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass die Brillenglastemperatur maßgeblichen Einfluss auf den Aushärteprozess der Beschichtung zumindest während, insbesondere aber unter Umständen auch vor und/oder nach, der UV-Bestrahlung hat. Eine besonders vorteilhafte Messmethode erfasst im Speziellen die Oberflächentemperatur des Brillenglases.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der vorstehend beschriebenen Ausführungsvariante besteht darin, dass die IR-Strahlungsquelle und die zugehörige Steuer- und/oder Regeleinrichtung, insbesondere der vorstehend angegebene Regler, derart dimensioniert ist, dass die Ist-Temperatur in der Umgebung des Brillenglashalters von 20°C auf 70°C innerhalb von 5 bis 10 s erhöht werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Dimensionierung und/oder Auslegung derart, dass die Ist-Temperatur in der Umgebung des Brillenglashalters von 20°C auf 100°C innerhalb von 10 s erhöht werden kann.
Der Regler der Vorrichtung ist weiter vorteilhaft eingerichtet, die Ist-Temperatur auf eine Schwankungsbreite von ±2°C, vorzugsweise ±1°C, um die Soll-Temperatur zu stabilisieren. Dies kann notwendig sein, wenn zum einen verhindert werden muss, dass die Erweichungstemperatur des Brillenglases erreicht oder gar überschritten wird, zum anderen aber die Temperatur nahe an der Erweichungstemperatur gehalten werden soll, um einen schnellen chemischen Reaktionsablauf beim Aushärten zu erreichen, der für eine Massenproduktion unerlässlich ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer ein Spülfluidkanalsystem für ein Spülfluid aufweist, um den Hohlraum mit dem Spülfluid zu spülen. Alternativ oder zusätzlich kann die Hohlkammer ein Temperatureinstellfluidkanalsystem für ein Kühl- und/oder Wärmemittel aufweisen, um die Temperatur der Hohlkammer und/oder die Temperatur des Spülfluids einzustellen. Eine Spülung der Hohlkammer mit einem Spülfluid ist dann unerlässlich, wenn der (feuchte) Lack der Beschichtung nicht mit Sauerstoff in Kontakt kommen darf, da dies zu einer chemischen Reaktion des (feuchten) Lacks mit Sauerstoff während oder ggf. vor der Bestrahlung des Lacks mit ultravioletter Strahlung führen würde. Als Spülfluid kommen in diesem Fall Inertgase wie z. B. Stickstoffgas oder Kohlendioxidgas oder ggf. auch Edelgase in Betracht.
Das Spülfluidkanalsystem kann eine Spülfluidzuführeinrichtung im Innern der Hohlkammer aufweisen, um das Spülfluid seitlich, insbesondere laminar, auf den Brillenglashalter, insbesondere senkrecht zu einer Mittenachse des Brillenglashalters zuzuführen. Anders als bei einer Spülfluidzuführung senkrecht oder schräg auf die beschichtete Fläche des Brillenglases verhindert eine seitliche Spülfluidzuführung das Entstehen eines Unterdrucks im Bereich des Brillenglas- bzw. Beschichtungsrandes, was – wie oben bereits ausgeführt wurde – zu Aufwerfungen oder Verwerfungen des Lackes führen kann.
Das Spülfluidsystem ist vorzugsweise an seiner hohlraumseitigen Eintrittsöffnung mit einem Diffusor ausgestattet, der verhindert, dass in dem Hohlraum Turbulenzen des Spülfluids entstehen. Anders ausgedrückt kann die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet sein, dass die Hohlkammer hohlraumseitig einen Diffusor, insbesondere einen Metallschaumdiffusor, aufweist, durch den das Spülfluid in den Hohlraum geleitet wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Hohlkammer derart dimensioniert und abgedichtet und das Spülfluidkanalsystem derart dimensioniert ist, dass in der Hohlkammer ein Restsauerstoffgehalt von unter 50 ppm bei einem Inertgasdurchfluss (z. B. N₂- oder CO₂-Gas) von unter 40 l/min innerhalb von weniger als 10 s, vorzugsweise weniger als 5 s erreicht wird. Für die Hohlkammer bedeutet dies, dass diese hinreichend klein ist (z. B. wie im obigen Fall des zylinderförmigen Hohlraums beschrieben) und Einzelkomponenten mittels geeigneter Dichtungen abgedichtet sind. Die Inertgaszuführeinrichtung muss in diesem Fall so große Öffnungen aufweisen, dass die Strömung hinreichend laminar bleibt.
Das entsprechende erfindungsgemäße Verfahren zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas mit den gattungsgemäßen Verfahrensschritten:

– Halten eines eine Beschichtung aufweisenden Brillenglases mit einem Brillenglashalter und
– Bestrahlen der Beschichtung mit einer ultraviolette Strahlung emittierenden UV-Strahlungsquelle mit einer auf den Brillenglashalter (108) ausgerichteten UV-Strahlungsaustrittsfläche (118), wobei eine Hohlkammer (114) vorhanden ist, die einen Hohlraum (116) umschließt, wobei der Brillenglashalter (108) in dem Hohlraum (116) angeordnet ist, wobei die Hohlkammer (114) eine für ultraviolette Strahlung (124) durchlässige Kammerwand (122) aufweist, die derart angeordnet ist, dass von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierte ultraviolette Strahlung (124) durch sie in den Hohlraum (116) treten kann und wobei der Brillenglashalter (108) derart angeordnet ist, dass ein von dem Brillenglashalter (108) bestimmungsgemäß gehaltenes Brillenglas (104) von der von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierten und durch die Kammerwand (122) in den Hohlraum (116) getretenen ultravioletten Strahlung (114) bestrahlt wird

²

Vorteilhaft ist es, wenn der Hohlraum vor und/oder während und/oder nach der Bestrahlung mit von der UV-Strahlungsquelle emittierter ultravioletter Strahlung mit einem Inertgas, insbesondere der vorstehend beschriebenen Art, gespült wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Prinzipskizze eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas im Querschnitt
2 eine Prinzipskizze des Ausführungsbeispiels nach der 1 in Draufsicht von oben
3 ein Beispiel eines Zeitablaufplans eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Aushärten einer Beschichtung auf einem Brillenglas
Die 1 zeigen ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zum Aushärten einer Beschichtung 102 auf einem Brillenglas 104. Die Vorrichtung 100 umfasst eine flächige Leuchtdiodenstrahlungsquelle 106 und einen Brillenglashalter 108 mit einem motorischen Antrieb 110, der den Brillenglashalter 108 mit dem von diesem gehaltenen Brillenglas 102 rotatorisch um dessen Mittenachse 112 antreiben kann. Eine entsprechende rotatorische Antriebsbewegung ist in der 1 mit dem Bezugszeichen ω gekennzeichnet. Weiterhin ist eine Hohlkammer 114 mit einer kreiszylinderförmigen Wandung 114a, einer ebenen Bodenplatte 114b und einer ebenen Deckelplatte 114c vorhanden, die einen kreiszylinderförmigen Hohlraum 116 umschließt. Der Brillenglashalter 108 ist in dem Hohlraum 116 angeordnet. Der Antrieb 110 ist mit der Bodenplatte 114b fest verbunden. Die Hohlkammer 114 ist so ausgebildet, dass sie den Hohlraum 116 gegen Umgebungslust, z. B. über ein nicht dargestelltes Ventil, abdichten kann oder bereits abdichtet.
Die flächige Leuchtdiodenstrahlungsquelle 106 ist mit einer auf den Brillenglashalter 108 ausgerichteten UV-Strahlungsaustrittsfläche 118 ausgebildet. Die UV-Strahlungsaustrittsfläche 118 umfasst zumindest eine kreisförmige Fläche von 75 cm². Im Ausführungsbeispiel weist die UV-Strahlungsaustrittsfläche 118 eine quadratische Form mit einer Kantenlänge 1 von 10 cm auf. Die Leuchtdiodenstrahlungsquelle 106 weist im beschriebenen Ausführungsbeispiel 72 Leuchtdioden 120 auf, die jeweils einen ultraviolette Strahlung erzeugenden kristallinen Halbleitermaterial und einen das Halbleitermaterial unmittelbar aufnehmenden transparenten Leuchtdiodenkörper umfassen, den die in dem Halbleitermaterial erzeugte ultraviolette Strahlung transmittiert und der eine Außenfläche aufweist, durch die die in dem Halbleitermaterial erzeugte ultraviolette Strahlung aus der jeweiligen Leuchtdiode austritt. Die Außenflächen der 72 Leuchtdioden 120 bilden die UV-Strahlungsaustrittsfläche 118. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine LED Spot 100 High Power & LED powerdrive der Dr. Hönle AG implementiert.
Die Hohlkammer 114 weist eine für ultraviolette Strahlung durchlässige Kammerwand 122 auf, die derart angeordnet ist, dass von der UV-Strahlungsquelle 106 emittierte ultraviolette Strahlung 124 durch sie in den Hohlraum 116 treten kann. Die für ultraviolette Strahlung durchlässige Kammerwand 122 bildet einen Teil der ebenen Deckelplatte 114c. Die auch als Abschlussfenster bezeichnete Kammerwand 122 ist als Borosilikatglasfenster ausgeführt. Dieses Borosilikatglasfenster 122 hat keine diffus wirkenden optischen Eigenschaften.
Der Brillenglashalter 108 ist derart angeordnet, dass ein von dem Brillenglashalter 108 bestimmungsgemäß gehaltenes Brillenglas 104 von der von der UV-Strahlungsquelle 106 emittierten und durch die Kammerwand 122 in den Hohlraum 116 getretenen ultravioletten Strahlung 124 bestrahlt wird.
Die kreiszylinderförmigen Wandung 114a weist zwei Kanalsysteme 126, 128 auf, die in der 1 als wendelförmige Strukturen eingezeichnet sind. Eines dieser Kanalsysteme 126 hat eine außenseitig angeordnete Zuführöffnung 126a und eine außenseitig angeordnete Abführöffnung 126b auf. Dieses Kanalsystem 126 wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als Temperatureinstellfluidkanalsystem 126 bezeichnet. Das andere Kanalsystem 128 weist eine außenseitig angeordnete Zuführöffnung 128a und eine Mehrzahl innenseitig angeordnete Eintrittsöffnungen 128b auf. Bestandteil dieses Kanalsystems 128 ist eine die Bodenplatte 114b durchsetzende Abführöffnung 128c auf, in der sich ein hier nicht dargestelltes Ventil befindet, welches gegen die sich außerhalb der Hohlkammer 114 befindliche Umgebungsluft 130 schließt. Dieses Kanalsystem 128 wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung als Spülfluidkanalsystem bezeichnet.
Das Temperatureinstellfluidkanalsystem 126 ist mit einem Kühl- und/oder Wärmemittel befüllt und dient dazu, die Temperatur der Hohlkammer 114 einzustellen. Als Kühl- und/oder Wärmemittel ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel Wasser eingesetzt, welches durch das Temperatureinstellfluidkanalsystem 126 fließt (angedeutet durch die beiden Pfeile an den beiden Zu- und Abführöffnungen 126a, 126b) und die Hohlkammer 114 z. B. auf eine Temperatur von 45°C verbringt. Im Ausführungsbeispiel ist hierfür eine Regelungseinrichtung vorhanden, die allerdings nicht eingezeichnet ist.
Das Spülfluidkanalsystem 128 ist mit einem Spülfluid befüllt, um den Hohlraum 116 zu spülen. Als Spülfluid ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Intertgas, nämlich gasförmiger Stickstoff 132, eingesetzt, welcher durch die Zuführöffnung 128a zugeführt wird, über die Mehrzahl an Eintrittsöffnungen 128b in die Hohlkammer 114 eintritt, dabei einen innenseitig an der kreiszylinderförmigen Wandung 114a angeordneten Metallschaumdiffusor 134 durchsetzt, um Turbulenzen zu vermeiden, sich innerhalb des Hohlraums 116 ausbreitet und den Hohlraum 116 wieder durch die Abführöffnung 128c austritt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der gasförmige Stickstoff auf eine Temperatur von 30°C bis 35°C vorgeheizt indem er vor dem Eintritt in die Hohlkammer 114 das beschriebene Spülfluidkanalsystem 128 durchläuft. Aufgrund dieser kombinierten Konditionierung von Kammerwand und Inertgas kann die Prozessdauer um 1 bis 5 Sekunden verkürzt werden. Der gasförmige Stickstoff verhindert einen Kontakt der (feuchten) Beschichtung des Brillenglases 102 mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft 130 und vermeidet dadurch eine chemische Reaktion zwischen Sauerstoff und dem Beschichtungsmaterial vor, während und nach der Bestrahlung mit ultravioletter Strahlung 124.
Um die Temperatur der Beschichtung 102 auf der Oberfläche des Brillenglases 104 auf einen vorbestimmten Wert einzustellen, weist die Vorrichtung 100 eine infrarote Strahlung 136 emittierende IR-Strahlungsquelle 138 vor. Diese IR-Strahlungsquelle 138 ist als flächige Strahlungsquelle mit einer auf den Brillenglashalter 108 ausgerichteten IR-Strahlungsaustrittsfläche 140 ausgebildet, wobei die IR-Strahlungsaustrittsfläche zumindest eine Fläche von 25 cm² umfasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei kleinflächige Duostrahler der Heraeus Noblelight GmbH eingesetzt (siehe Hinweis im allgemeinen Beschreibungsteil), die zwischen der UV-Strahlungsquelle 106 und dem Metallschaumdiffusor 134 angeordnet und winklig zu der Mittenachse 112 des Brillenglasträgers 108 und in symmetrischer Anordnung innerhalb des Hohlraums 116 angebracht sind. Die Zahl und Art der verwendeten Strahler kann abweichend gewählt werden. So kann z. B. auch nur ein Strahler verwendet werden oder es können auch vier oder fünf Strahler eingesetzt werden.
Die in der 1 skizzierte Vorrichtung 100 weist ferner einen Platin-Messwiderstand Pt100 als Brillenglastemperaturmesseinrichtung 142 auf, um eine Ist-Temperatur in dem Hohlraum 116 in einer Umgebung des Brillenglashalters 108 zu bestimmen. Es ist ein hier nicht eingezeichneter Regler für die IR-Strahlungsquelle 138 zur Einstellung einer vorgegebenen Soll-Temperatur in der Umgebung des Brillenglashalters 108 vorhanden. Die IR-Strahlungsquelle 138 und der zugehörige Regler sind so dimensioniert, dass die Ist-Temperatur in der Umgebung des Brillenglashalters von 20°C auf 70°C innerhalb von 10 s oder gar schneller erhöht werden kann. Die Ist-Temperatur kann auf eine Schwankungsbreite von ±1°C um die Soll-Temperatur stabilisiert werden.
Nachfolgend wird ein typischer Verfahrensablauf des Aushärten einer Beschichtung 102 auf einem Brillenglas 104 mit Hilfe ultravioletter Strahlung 124 mit der Vorrichtung 100 nach der 1 anhand eines beispielhaft in der 3 gezeigten Zeitablaufplans erläutert. Die Abszisse des Zeitablaufplans nach der 3 stellt demnach die Zeitachse dar, die in Sekunden skaliert ist. Der linken Ordinate entnimmt man die Temperatur in °C, der rechten Ordinate die Bestrahlungsstärke in W / cm² für die ultraviolette Strahlung 124 gemessen in 5 mm Abstand von der UV-Strahlungsaustrittsfläche 118 sowie in willkürlichen Einheiten für die infrarote Strahlung 136.
Eingezeichnet sind einerseits der Temperaturverlauf T_N2 des zum Spülen der Hohlkammer 114 verwendeten Inertgases N₂, der Temperaturverlauf T₁₄₂ auf der Brillenglasoberfläche 102 und im Vergleich dazu die Glasübergangstemperatur T_g des Brillenglasmaterials. Weiter gezeigt ist der zeitliche Verlauf der Bestrahlungsstärke I₁₂₄ der ultravioletten Strahlung 124 und qualitativ der zeitliche Verlauf der Bestrahlungsstärke I₁₃₆ der infraroten Strahlung 136.
Es wird davon ausgegangen, dass das Brillenglas 104 mit der (feuchten) Beschichtung 102 zum Zeitpunkt t = 0 s in die Hohlkammer 116 eingebracht wurde. Das Brillenglas 104 weist demzufolge eine Temperatur T₁₄₂ von etwa 20°C (Raumtemperatur) auf. Der in die Hohlkammer 116 eingeleitete Stickstoff weist eine sich im Verlauf des Prozesses nicht ändernde Temperatur T_N2 von etwa 40°C auf. Die UV-Strahlungsquelle 106 bestrahlt das Brillenglas 104 praktisch ohne Latenz mit ultravioletter Strahlung 124 mit einer sich im Verlauf des Prozesses nicht ändernden Bestrahlungsstärke I₁₂₄ von 330 mW / cm²
Innerhalb von 5 s wird die Leistung der IR-Strahlungsquelle 138 derart erhöht, dass sich die Temperatur T₁₄₂ des Brillenglases 104 von etwa 20°C (Raumtemperatur) auf 50°C erhöht. Diese Temperatur T₁₄₂ wird mit Hilfe des Reglers der IR-Strahlungsquelle 138 auf einen konstanten Wert von 50°C ± 1°C stabilisiert (Anmerkung: Bei einer Variante erfolgt eine Stabilisierung auf einen Wert von 70°C ± 1°C). Dies hat zur Folge, dass die Bestrahlungsstärke T₁₃₆ der infraroten Strahlung 136 im weiteren Verlauf zunächst für einige Sekunden, hier z. B. 5 s, auf dem erhöhten maximalen Wert verbleibt und dann nach 10 s innerhalb von 25 s auf einen Bruchteil, hier z. B. 20%, des maximalen Werts abnimmt. Die Dimensionierung, Anordnung und insbesondere Ansteuerung der IR-Strahler ist dabei derart auf die Kammergeometrie ausgelegt, dass o. g. Genauigkeit bei der Temperaturführung ermöglicht wird, obwohl die UV-Bestrahlung des Brillenglases einen erheblichen Energieeintrag auf den Lack und das darunterliegende Brillenglasmaterial bedeutet, was per se einen Temperaturanstieg bedingt. Die Regelung der IR-Strahlungsquelle 138 kompensiert demzufolge den direkten Wärmeeintrag, der durch die UV-Strahlung 124 bewirkt wird.
Die UV-Dosis 144 beträgt zwischen 7 und 16 J / cm² bei 35 s Prozessdauer. Die Prozessdauer kann durch Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung um 5 bis 10 s gegenüber dem herkömmlichen Prozess unter Verwendung einer UV-Gasentladungslampe reduziert werden. Die Einsparmöglichkeiten sind daher enorm. Weiterhin resultiert aus der vorstehend beschriebenen Auslegung des Gesamtsystems 100 eine erhebliche Reduzierung bekannter Fehler, insbesondere im Randbereich des Brillenglases 104.
Bislang war es nur mit erheblichem technischen Aufwand möglich bei dem nach dem Stand der Technik beschriebenen Verfahren die Prozesstemperatur unter 100°C zu stabilisieren. Zentraler Bestandteil der vorliegenden Erfindung ist die Auslegung der komplexen Temperaturführung, die direkt auf die Geometrie der Kammer und Anordnung von UV- und IR-Strahlungsquellen sowie auf die Auslegung der Inertgasfüllung und insbesondere die Regelung der genannten Prozessgrößen zurückzuführen ist.
Mit der beschriebenen Erfindung ist erstmals eine sehr präzise individuelle substratspezifische Temperaturführung im Bereich von 30°C bis 100°C möglich, die zusammen mit dem beschriebenen Hohlkammerdesign sowohl eine Verkürzung der Prozessdauer als auch eine Optimierung der sehr problematischen weil fehleranfälligen Randzone der Brillenglasbeschichtung ermöglicht.

Claims

Vorrichtung (100) zum Aushärten einer Beschichtung (102) auf einem Brillenglas (104) umfassend – einen Brillenglashalter (108) zum Halten des Brillenglases (104) beim Aushärten der Beschichtung (102), – eine ultraviolette Strahlung (124) emittierende UV-Strahlungsquelle (106), mit einer auf den Brillenglashalter (108) ausgerichteten UV-Strahlungsaustrittsfläche (118), – eine Hohlkammer (114), die einen Hohlraum (116) umschließt, wobei der Brillenglashalter (108) in dem Hohlraum (116) angeordnet ist, wobei die Hohlkammer (114) eine für ultraviolette Strahlung (124) durchlässige Kammerwand (122) aufweist, die derart angeordnet ist, dass von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierte ultraviolette Strahlung (124) durch sie in den Hohlraum (116) treten kann, wobei der Brillenglashalter (108) derart angeordnet ist, dass ein von dem Brillenglashalter (108) bestimmungsgemäß gehaltenes Brillenglas (104) von der von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierten und durch die Kammerwand (122) in den Hohlraum (116) getretenen ultravioletten Strahlung (124) bestrahlt wird dadurch gekennzeichnet, dass – die UV-Strahlungsquelle (106) eingerichtet ist, ultraviolette Strahlung (124) mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 1000 mW / cm² zu emittieren, dass – die UV-Strahlungsquelle (106) als flächige Leuchtdiodenstrahlungsquelle (106) ausgebildet ist, wobei die UV-Strahlungsaustrittsfläche (118) zumindest eine kreisförmige Fläche von 75 cm² umfasst, dass – der Hohlraum (116) gegen Umgebungsluft (130) abdichtbar ausgeführt ist und dass – eine infrarote Strahlung (136) emittierende IR-Strahlungsquelle (138) vorhanden ist, die eingerichtet ist, infrarote Strahlung (136) mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 20 W / cm² zu emittieren.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlungsquelle (106) eingerichtet ist, die ultraviolette Strahlung (124) zumindest über der kreisförmigen Strahlungsaustrittsfläche von 75 cm² derart flächenhomogen zu emittieren, dass die Bestrahlungsstärke (I₁₂₄) der emittierten ultravioletten Strahlung (124) zumindest über der kreisförmigen Strahlungsaustrittsfläche von 75 cm² weniger als 10% variiert.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlungsquelle (106) eingerichtet ist, die ultraviolette Strahlung (124) derart zeitlich stabilisiert zu emittieren, dass die Bestrahlungsstärke (I₁₂₄) der emittierten ultravioletten Strahlung (124) zeitlich weniger als 10% variiert.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung vorhanden ist, um die Bestrahlungsstärke (1124) der emittierten ultravioletten Strahlung (124) innerhalb eines Bestrahlungsstärkebereichs zwischen 100 mW / cm² und 1000 mW / cm² zu variieren.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die UV-Strahlungsquelle (106) ausgebildet, um innerhalb von 30 s eine UV-Strahlungsdosis (144) von 10 J / cm² oder innerhalb von 40 s eine UV-Strahlungsdosis (144) von 12 J / cm² zu erzeugen.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen der UV-Strahlungsaustrittsfläche (118) und dem Brillenglashalter (108) zwischen 30 mm und 90 mm beträgt.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Strahlungsquelle (138) als flächige Strahlungsquelle mit einer auf den Brillenglashalter (108) ausgerichteten IR-Strahlungsaustrittsfläche (140) ausgebildet ist, wobei die IR-Strahlungsaustrittsfläche (140) zumindest eine Fläche von 25 cm² umfasst.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – eine oder mehrere Brillenglastemperaturmesseinrichtungen (142) vorhanden sind, um eine Ist-Temperatur in dem Hohlraum (116) in einer Umgebung des Brillenglashalters (108) zu bestimmen, und dass – ein Regler für die IR-Strahlungsquelle (138) zur Einstellung einer vorgegebenen Soll-Temperatur in der Umgebung des Brillenglashalters (108) vorhanden ist.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die IR-Strahlungsquelle (138) dimensioniert ist, die Ist-Temperatur in der Umgebung des Brillenglashalters (108) von 20°C auf 70°C innerhalb von 10 s zu erhöhen.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler eingerichtet ist, die Ist-Temperatur auf eine Schwankungsbreite von ±2°C um die Soll-Temperatur zu stabilisieren
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (114) ein Spülfluidkanalsystem (128) für ein Spülfluid aufweist, um den Hohlraum (116) mit dem Spülfluid zu spülen und/oder dass die Hohlkammer (114) ein Temperatureinstellfluidkanalsystem (126) für ein Kühl- und/oder Wärmemittel aufweist, um die Temperatur der Hohlkammer (114) und/oder die Temperatur des Spülfluids einzustellen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülfluidkanalsystem (128) eine Spülfluidzuführeinrichtung (134) im Innern der Hohlkammer (114) aufweist, um das Spülfluid seitlich auf den Brillenglashalter (108) zu einer Mittenachse (112) des Brillenglashalters (108) zuzuführen.
Vorrichtung (100) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (114) hohlraumseitig einen Diffusor, insbesondere einen Metallschaumdiffusor (134), aufweist, durch den das Spülfluid in den Hohlraum (116) geleitet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (114) derart dimensioniert und abgedichtet und das Spülfluidkanalsystem (128) derart dimensioniert ist, dass in der Hohlkammer (114) ein Restsauerstoffgehalt von unter 50 ppm bei einem Inertgasdurchfluss von unter 40 l/min innerhalb von weniger als 10 s erreicht wird.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlkammer (114) hohlraumseitig eine kreiszylinderförmige Innenwandung mit einem Durchmesser zwischen 80 mm und 200 mm aufweist.
Vorrichtung (100) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brillenglashalter (108) und die für ultraviolette Strahlung (124) durchlässige Kammerwand (122) einen Abstand zwischen 30 mm und 80 mm aufweisen.
Verfahren zum Aushärten einer Beschichtung (102) auf einem Brillenglas (104), mit den Verfahrensschritten: – Halten eines eine Beschichtung (102) aufweisenden Brillenglases (104) mit einem Brillenglashalter (108) – Bestrahlen der Beschichtung (102) mit einer ultraviolette Strahlung (124) emittierenden UV-Strahlungsquelle (106) mit einer auf den Brillenglashalter (108) ausgerichteten UV-Strahlungsaustrittsfläche (118), wobei eine Hohlkammer (114) vorhanden ist, die einen Hohlraum (116) umschließt, wobei der Brillenglashalter (108) in dem Hohlraum (116) angeordnet ist, wobei die Hohlkammer (114) eine für ultraviolette Strahlung (124) durchlässige Kammerwand (122) aufweist, die derart angeordnet ist, dass von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierte ultraviolette Strahlung (124) durch sie in den Hohlraum (116) treten kann und wobei der Brillenglashalter (108) derart angeordnet ist, dass ein von dem Brillenglashalter (108) bestimmungsgemäß gehaltenes Brillenglas (104) von der von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierten und durch die Kammerwand (122) in den Hohlraum (116) getretenen ultravioletten Strahlung (114) bestrahlt wird dadurch gekennzeichnet, dass – die UV-Strahlungsquelle (106) eingerichtet ist, ultraviolette Strahlung (124) mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 1000 mW / cm² zu emittieren, dass – die UV-Strahlungsquelle (106) als flächige Leuchtdiodenstrahlungsquelle (106) ausgebildet ist, wobei die UV-Strahlungsaustrittsfläche (118) zumindest eine kreisförmige Fläche von 75 cm² umfasst, dass – der Hohlraum (116) gegen Umgebungsluft (130) abdichtbar ausgebildet ist, und dass – das Brillenglas (104) vor und/oder während und/oder nach der Bestrahlung mit von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierter ultravioletter Strahlung (124) mit einer infrarote Strahlung (136) mit einer maximalen Bestrahlungsstärke von wenigstens 20 W / cm² emittierenden IR-Strahlungsquelle (138) bestrahlt wird, um die Temperatur des Brillenglases (104) auf eine vorgegebene Soll-Temperatur zu regeln.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (116) gegen Umgebungsluft (130) abgedichtet wird und vor und/oder während und/oder nach der Bestrahlung mit von der UV-Strahlungsquelle (106) emittierter ultravioletter Strahlung (124) mit einem Inertgas gespült wird.