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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer optischen Linse mit einem Spritzgusswerkzeug sowie eine mit dem Verfahren hergestellten optische Linse, wobei bei dem Verfahren in einem ersten Spritzgussschritt in einer ersten Kavität ein erster Teilkörper vorgespritzt und nachfolgend in einem zweiten Spritzgussschritt in einer zweiten Kavität ein zweiter Teilkörper an den ersten Teilkörper angespritzt wird, wobei der erste Teilkörper und der zweite Teilkörper entlang einer Dickenachse der Linse voreinander angeordnet gespritzt werden.
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STAND DER TECHNIK
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Insbesondere dickwandige optische Linsen werden mit wenigstens zwei Spritzgussschritten hergestellt, da nur dann die optische Qualität der Linsen gemäß heutigen Anforderungen erreicht werden kann. Insbesondere darf eine Kavität zum Spritzgießen des Linsenkörpers nicht zu groß gewählt werden, da Inhomogenitäten des optischen Materials der Linse und Formabweichungen die Folge sind.
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Aus der
DE102014004766A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer optischen Linse bekannt, wobei an wenigstens zwei Spritzstationen eine Spritzmasse mittels wenigstens zweier Spritzvorgänge gegossen wird, wobei ein in einem der wenigstens zwei Spritzvorgänge hergestellter Vorspritzling zwischen den wenigstens zwei Spritzvorgängen in einer Kühlstation gekühlt wird. Der Vorspritzling wird im zweiten Spritzgussschritt mit der Spritzmasse von beiden Seiten umspritzt.
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Die
DE102012205196A1 offenbart ein Verfahren zum Spritzgießen einer optischen Linse mit einer Spritzgießmaschine umfassend eine Plastifiziereinheit mit einer Plastifizierschnecke, und ein davon versorgtes Spritzgießwerkzeug, wobei ein Paar von Formkavitäten im Spritzgießwerkzeug, von denen eine erste Kavität für einen Vorspritzling und eine zweite Kavität für einen auf einen Vorspritzling zu spritzenden Nachspritzling bestimmt ist.
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Sollen Mikrostrukturen auf wenigstens einer der Oberflächen der Linse im Spritzguss erzeugt werden, so kann dies bei einer nur randseitigen Umspritzung des Vorspritzlings nicht ohne einen hydraulisch betätigbaren Druckstempel erfolgen, der die zweite Kavität beweglich begrenzt. Eine Nachdruckphase nach der Einspritzung der zweiten Spritzgießmasse kann dabei nicht angewandt werden, da die geringere Wandstärke des Nachspritzlings zu schnell ein Erstarren der zweiten Spritzgießmasse bewirkt.
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Weiterhin schlägt die
DE 100 48 861 A1 vor, die Kavität zum Spritzgießen einer optischen Linse variabel zu gestalten, und nach dem Einspritzen der plastifizierten Kunststoffmasse in die Kavität wird das Einbringen der plastifizierten Kunststoffmasse weiter fortgesetzt, während die Kavität gleichzeitig vergrößert wird, beispielsweise durch eine Öffnungsbewegung eines Stempels, der die Kavität beweglich begrenzt. Mit einer Kompressionsphase zwischen dem Einspritzen und dem Beginn des Vergrößerns der Kavität können Formabweichungen des Linsenkörpers vermieden werden und beispielsweise Mikrostrukturen, die auf der Oberfläche der optischen Linse erzeugt werden sollen, können durch den Kompressionsschritt beispielsweise durch eine Schließbewegung des Stempels ermöglicht werden. Nachteilhafterweise ist die Werkzeugtechnik für die Bildung variabler Kavitäten aufwendig und die Werkzeuge müssen in der Regel stärker aufgeheizt werden, wodurch sich Zykluszeiten wieder verlängern.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der Erfindung besteht in der vorteilhaften Weiterbildung eines Verfahrens zur Herstellung einer optischen Linse mit einem Spritzgusswerkzeug, bei dem die Werkzeugtechnik möglichst einfach ausgeführt werden soll, und wobei eine möglichst kurze Zykluszeit zur Herstellung optischer Linsen erreicht werden soll. Insbesondere soll eine dickwandige optische Linse mit nur zwei Spritzgussschritten hergestellt werden können, und die hergestellte optische Linse soll eine gute Maßhaltigkeit und keine sonstigen sichtbaren Spuren auf der Oberfläche aufweisen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren zur Herstellung einer optischen Linse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ausgehend von einer optischen Linse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 8 mit den jeweils kennzeichnenden Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung schließt die technische Lehre ein, dass für die Ausführung des Verfahrens der erste Teilkörper mit einem Dickenanteil der Gesamtdicke der optischen Linse von 60% bis 70% gespritzt wird und wobei der zweite Teilkörper mit dem verbleibenden Dickenanteil gespritzt wird.
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Kerngedanke der Erfindung ist die Herstellung einer optischen Linse mit nur zwei Spritzgussschritten unter Nutzung einer Aufteilung der gespritzten Dickenanteile, die so ausgeführt sind, dass eine optimal kurze Zykluszeit erreicht werden kann. Mit einem ersten Teilkörper, der in Dickenachse der Linse bereits etwa zwei Drittel der Dicke der Linse bildet, kann eine optimale Zykluszeit erreicht werden, da beim Öffnen des Spritzgusswerkzeugs der erste Teilkörper in Kontakt mit einem ersten Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeugs verbleibt, und entsprechend abkühlen kann, während ein zweiter Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeugs einen auswechselbaren Stempeleinsatz aufweist, der die Differenzkavität zum Spritzen des zweiten Teilkörpers bildet. Wird der zweite Teilkörper gespritzt, so ist dieser bereits klein genug, sodass die plastifizierte Kunststoffmasse ohne Bildung eines Anströmkörpers in die Kavität eingespritzt werden kann. Hierzu weist der zweite Teilkörper eine anteilige Dicke der Gesamtdicke der optischen Linse von beispielsweise etwa einem Drittel auf, wobei bei einer anschließenden Abkühlung die Zykluszeit ebenfalls wieder reduzierbar ist, da die vergleichsweise geringe Dicke des zweiten Teilkörpers auch schneller entwärmbar ist. Im Ergebnis ergibt sich eine Gesamtzykluszeit zur Ausführung des Verfahrens zur Herstellung einer optischen Linse mit einer minimalen Dauer, und auch dickere optische Linsen, beispielsweise mit einer Dicke von etwa 25 mm, können in nur zwei Spritzgussschritten hergestellt werden.
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Mit besonderem Vorteil wird der erste Teilkörper mit einem Dickenanteil der Gesamtdicke der optischen Linse von 64% bis 68% gespritzt, insbesondere mit einem Dickenanteil von zwei Drittel der Gesamtdicke. Demgemäß wird der zweite Teilkörper mit einem verbleibenden Dickenanteil von einem Drittel gespritzt.
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Die Änderung der Kavität des Spritzgusswerkzeuges von der ersten Kavität auf die zweite Kavität kann mit weiterem Vorteil mittels eines wechselbaren Stempeleinsatzes erzeugt werden. Der erste Stempeleinsatz unterscheidet sich dabei vom zweiten Stempeleinsatz dadurch, dass der erste Stempeleinsatz eine kleinere erste Kavität erzeugt, die insbesondere etwa eine Meniskusform bildet, in dem der Stempeleinsatz in Richtung zur gegenüberliegenden Wandung der Kavität in die Kavität hineingewölbt ist. Wird der erste Stempeleinsatz ausgetauscht gegen den zweiten Stempeleinsatz, kann der zweite Stempeleinsatz die Kavität mit einer Planfläche begrenzen, sodass der zweite Teilkörper keinen etwa meniskusförmigen Querschnitt aufweist, sondern einen plan-konvex-förmigen Querschnitt.
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Mit weiterem Vorteil wird ein Teilabschnitt der Kavität mit einer Abformfläche aufweisend eine Mikrostruktur gebildet wird, die beim Spritzgießen auf der Oberfläche des ersten Teilkörpers abgebildet wird. Um die Verwendung eines hydraulischen Prägestempels zu vermeiden, insbesondere unter Nutzung des Stempeleinsatzes im Spritzgusswerkzeug, kann mit weiterem Vorteil vorgesehen sein, dass nach erfolgtem ersten Spritzgussschritt über eine Zeit ein Nachdruck der plastifizierten Kunststoffmasse in die erste Kavität hinein gehalten wird. Durch das Halten eines Nachdruckes, insbesondere unter Beibehaltung des plastifizierten Zustandes der Kunststoffmasse und einem vorzugsweise überdimensioniert ausgebildeten Anguss, beispielsweise in einer Größenordnung von 35 bis 45 mm2, kann durch den aufrecht erhaltenen Nachdruck eine Mikrostruktur in der Werkzeugoberfläche des Spritzgusswerkzeugs auf die äußere Oberfläche des ersten Teilkörpers so weit abgebildet werden, dass ein hydraulisches Zufahren beispielsweise eines Prägestempels nicht mehr notwendig ist. Insbesondere dadurch vereinfacht sich weiterhin die konstruktive Ausführung des Spritzgusswerkzeugs.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Aspekt der Erfindung kann die Temperatur des Spritzgusswerkzeuges für die Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens im Bereich der die Kavitäten bildenden Abschnitte zumindest während der Spritzgussschritte mit einem Wert von 95°C bis 105°C, insbesondere mit einem Wert von 100°C, eingestellt werden. Durch die geringere notwendige Werkzeugtemperatur wird insbesondere der Vorteil erreicht, dass keine sogenannten Keramikheizelemente mehr notwendig sind, die ein Werkzeug üblicherweise auf etwa 160°C aufheizen. Mit der vorgeschlagenen Werkzeuggeometrie ergibt sich insbesondere kein Erstarren der einspritzenden, plastifizierten Kunststoffmasse an den Oberflächen des Spritzgusswerkzeugs, insbesondere an den Oberflächen des Stempeleinsatzes.
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Gemäß eines weiteren vorteilhaften Aspektes der Erfindung wird ein Anguss für die Ausführung des ersten Spritzgussschrittes relativ zum ersten Stempeleinsatz so angeordnet, dass die einspritzende plastifizierte Kunststoffmasse zur Bildung des ersten Teilkörpers gegen den ersten nach innen gewölbten Stempeleinsatz strömt, sodass mit dem ersten Teilkörper ein Anströmkörper gebildet wird. Ein zusätzlicher Anströmkörper, der gegebenenfalls in die Kavität vorübergehend einfahrbar ist, wird damit überflüssig.
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Die Erfindung richtet sich weiterhin auf eine optische Linse, die mit dem voranstehend vorgestellten Verfahren hergestellt ist. Die optische Linse zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass der Körper der optischen Linse aus einem ersten Teilkörper mit einem Dickenanteil der Gesamtdicke der optischen Linse von 60% bis 70% und insbesondere von 64% bis 68% und aus einem zweiten Teilkörper mit dem verbleibenden Dickenanteil gebildet ist.
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Der Körper der optischen Linse weist beispielsweise eine Dicke von 20mm bis 35mm auf, insbesondere eine Dicke von 23mm bis 26mm, besonders bevorzugt eine Dicke von 25mm, wobei insbesondere der Körper der optischen Linse einen Durchmesser mit einem Wert oder eine zu einer Dickenachse senkrecht verlaufende Hauptachse mit einer Länge von 50mm bis 70mm und bevorzugt mit einer Länge von 56mm aufweist. Insbesondere ist die optische Linse durch eine Oberfläche mit einer Mikrostruktur gebildet. Die Oberfläche ist dabei die Oberfläche, die im ersten Spritzgussschritt am ersten Teilkörper gebildet wird, die mit einem ersten Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeugs in Kontakt gelangt. Hierfür weist der erste Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeugs eine Abformfläche auf, die dem Negativ der Oberfläche auf der optischen Linse entspricht.
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Figurenliste
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt:
- 1 ein Spritzgusswerkzeug zur Herstellung einer optischen Linse in einem ersten Spritzgussschritt,
- 2 das Spritzgusswerkzeug gemäß 1 in einem zweiten Spritzgussschritt und
- 3 eine optische Linse, hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Spritzgussverfahren.
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1 zeigt eine schematisierte Ansicht eines Spritzgusswerkzeugs zur Ausführung eines ersten Spritzgussschrittes I mittels einer ersten Kavität 10a, die durch gegenseitiges Schließen eines ersten Werkzeugteils 17 des Spritzgusswerkzeugs und eines zweiten Werkzeugteils 18 des Spritzgusswerkzeugs erzeugt wird. Der zweite Werkzeugteil 18 des Spritzgusswerkzeugs umfasst dabei einen ersten Stempeleinsatz 14a, der austauschbar im zweiten Werkzeugteil 18 des Spritzgusswerkzeugs aufgenommen ist. Die beiden Werkzeugteile 17 und 18 mit dem Stempeleinsatz 14a sind dabei in einer Achse zueinander beweglich, die der Dickenachse 13 der zu erzeugenden Linse entspricht.
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Durch einen Anguss 16 hindurch kann plastifizierte Kunststoffmasse in die erste Kavität 10a eingespritzt werden, sodass sich ein erster Teilkörper 11 der optischen Linse 1 bilden kann, siehe hierzu 3.
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Der erste Werkzeugteil 17 des Spritzgusswerkzeugs weist eine Abformfläche 15 auf, und die Abformfläche 15 begrenzt die erste Kavität 10a auf einer dem Stempeleinsatz 14a gegenüberliegenden Seite. Nach hinreichender Abkühlzeit können die Werkzeugteile 17 und 18 wieder auseinander gefahren werden, wobei der erzeugte erste Teilkörper 11 der optischen Linse 1 in Anordnung an dem ersten Werkzeugteil 17 verbleibt.
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Der Stempeleinsatz 14a weist eine in die Kavität 10a hineinragende Wölbung auf, sodass die erste Kavität 10a etwa meniskusförmig ausgestaltet ist, wobei beim Einströmen der plastifizierten Kunststoffmasse durch den Anguss 16 die Kunststoffmasse seitliche gegen den Stempeleinsatz 14a anströmt, sodass der Stempeleinsatz 14a zugleich als Anströmkörper für die Kunststoffmasse dient, um ein kontrolliertes Einströmen der Kunststoffmasse in die erste Kavität 10a zu ermöglichen.
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2 zeigt das Spritzgusswerkzeug mit den Werkzeugteilen 17 und 18 zur Ausführung des zweiten Spritzgussschrittes II. Im zweiten Werkzeugteil 18 des Spritzgusswerkzeuges ist der Stempeleinsatz 14b mit einer die Kavität 10b begrenzenden Planfläche eingesetzt, um die zweite Kavität 10b vor der ersten Kavität 10a zu bilden, die bereits mit dem ersten Teilkörper 11 gefühlt ist. Wird die plastifizierte Kunststoffmasse wiederum durch einen weiteren Anguss 16 eingespritzt, so füllt sich die zweite Kavität 10b und die plastifizierte Kunststoffmasse geht eine Oberflächenverbindung zur Oberfläche des ersten Teilkörpers 11 ein.
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Nach einer Abkühlzeit und einem Erstarren der plastifizierten Kunststoffmasse in der zweiten Kavität 10b können die Werkzeugteile 17 und 18 mit dem Stempeleinsatz 14b entlang der Dickenachse 13 wieder auseinander gefahren werden.
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Die erste Kavität 10a weist eine Dicke in der Dickenachse 13 auf, die etwa zwei Drittel der Gesamtdicke der Linse entspricht, sodass die Dicke der zweiten Kavität 10b etwa ein Drittel der Gesamtdicke der Linse entlang der Dickenachse 13 aufweist.
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3 zeigt die hergestellte optische Linse 1 in einer vereinfachten Seitenansicht, und die optische Linse 1 besitzt einen ersten Teilkörper 11, hergestellt im Spritzguss in der ersten Kavität 10a, und die optische Linse 1 besitzt einen zweiten Teilkörper 12, der hergestellt ist im Spritzguss in der zweiten Kavität 10b. Der Dickenanteil a des ersten Teilkörpers 11 entspricht etwa zwei Drittel der Gesamtdicke der Linse 1 und der Dickenanteil b des zweiten Teilkörpers 12 weist einen Wert auf, die etwa einem Drittel der Gesamtdicke der Linse 1 entspricht. Auf der nach außen gewölbten Außenoberfläche der optischen Linse 1 im Bereich des ersten Teilkörpers 11 weist diese Oberfläche 15' eine Mikrostruktur auf, die aus einer Abformfläche 15 im ersten Werkzeugteil 17 des Spritzgusswerkzeugs abgeformt wurde.
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Die Erfindung beschränkt sich in ihrer Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene bevorzugte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei grundsätzlich anders gearteten Ausführungen Gebrauch macht. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiven Einzelheiten, räumliche Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- optische Linse
- 10a
- erste Kavität
- 10b
- zweite Kavität
- 11
- erster Teilkörper
- 12
- zweiter Teilkörper
- 13
- Dickenachse
- 14a
- Stempeleinsatz
- 14b
- Stempeleinsatz
- 15
- Abformfläche
- 15'
- Oberfläche
- 16
- Anguss
- 17
- Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeuges
- 18
- Werkzeugteil des Spritzgusswerkzeuges
- I
- erster Spritzgussschritt
- II
- zweiter Spritzgussschritt
- a
- Dickenanteil des ersten Teilkörpers
- b
- Dickenanteil des zweiten Teilkörpers
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014004766 A1 [0003]
- DE 102012205196 A1 [0004]
- DE 10048861 A1 [0006]
