DE19510195A1 - Verfahren zum Herstellen blankgepreßter Glaskörper für optische Ausrüstungen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen blankgepreßter Glaskörper für optische Ausrüstungen nach der Vorformtechnologie, bei der ein flüssiger Glasposten einer Vorform zugeführt wird, in der der Glasposten, ohne die Vorformfläche zu berühren, zu einem Vorformling vorgeformt wird, der nach Ablauf einer definierten Zeit aus der Vorform entnommen und an eine Preßform übergeben wird. Sie bezieht sich ferner auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Drehschalttisch, der kreisförmig angeordnete Vorformen zur Ausbildung eines Vorformlings aus einem, einem Glasspender entnommenen Glasposten aufweist, welche im unteren Bereich kleinste Öffnungen zum Einbringen eines Luftpolsters aufweisen, und mit einem Werkzeug zur Übergabe des Vorformlings an eine getrennt vom Drehschalttisch in einer Übergabestation angeordnete Preßform zur Durchführung des Preßvorganges.

Es ist bekannt, Glaskörper für die Herstellung optischer Ausrüstungen, wie beispielsweise Linsen, Prismen, durch Nachpressen von wiedererwärmten, blanken (feuerpolierten) Glasstäben in hochpolierten Formen herzustellen. Das Nachpressen ist notwendig, damit sich für den Glaskörper die endgültige genaue Oberfläche in Optikqualität ergibt. Bei der Herstellung einiger Glaskörper, z. B. asphärischer Kondensorlinsen für Autoscheinwerfer, ist es jedoch mit dem Nachpreßvorgang allein noch nicht getan. Es sind zusätzlich Fräs-, Schleif- und Poliervorgänge notwendig. So wird z. B. bei der Fertigung von blankgepreßten Kondensorlinsen nur die asphärische Fläche blank gepreßt und die der blanken Fläche gegenüberliegende Planfläche durch mechanische Arbeitsgänge gefräst, geschliffen und poliert.

Das manuelle Nachpressen sowie die gegebenenfalls notwendigen Zusatz-Verfahrensschritte bedingen eine zeitaufwendige und kostenträchtige Herstellungsweise. Da der Bedarf an blankgepreßten Glaskörpern, insbesondere Linsen für die Autoscheinwerfer, sehr groß ist, erhebt sich die Forderung nach einer automatischen Fertigung direkt aus der flüssigen Phase des Glases.

Eine derartige automatische Fertigung ist beispielsweise durch die eingangs bezeichnete Vorformtechnologie möglich, welche z. B. aus der DE-A-24 10 923 bekanntgeworden ist.

Bei diesem bekannten Verfahren sind die Entnahme und Übergabe des Vorformlings an die Preßform und der Preßvorgang zwei zeitlich getrennte Vorgänge, die mit verschiedenen Werkzeugen ausgeführt werden. Für die Entnahme und Übergabe ist ein Saugkopf vorgesehen, während ein Preßkolben das Werkzeug für den Preßvorgang ist. Durch diese zeitliche Unterbrechung der Arbeitsvorgänge beim Einformen, bei der die zu pressende Oberfläche des Vorformlings quasi freigegeben wird, entsteht eine Faltenbildung. Ferner nimmt der Vorformling in der Preßform in der Zeit der Unterbrechung bereits eine bestimmte, mit dem Preßvorgang nicht mehr zu korrigierende Form an. Es sind dadurch am Glaskörper später Glasstandsringe und eine Markierung sichtbar, die genau der Auflagefläche des übergebenen Vorformlings in der Preßform vor dem Pressen entspricht. Diese Fehler sind jedoch bei blankgepreßten, optisch wirksamen Glaskörpern nicht zulässig, weil sie das optische Verhalten nachteilig beeinflussen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das eingangs bezeichnete Verfahren so durchzuführen bzw. die zugehörige Vorrichtung so auszubilden, daß eine Faltenbildung, d. h. das Entstehen von Glasstandsringen sowie eine Abbildung der Vorformling-Auflagefläche, unterbunden wird.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß für das Verfahren dadurch, daß die Entnahme und Übergabe des Vorformlings an die Preßform und der Preßvorgang ohne Unterbrechung mit demselben Werkzeug (Kombinierwerkzeug) erfolgt.

Hinsichtlich der Vorrichtung gelingt die Lösung ausgehend von der eingangs bezeichneten Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß das Werkzeug, ausgebildet als Kombiwerkzeug, ein Preßwerkzeug bestehend aus Preßstempel und Deckringhülse enthält, und in dem Preßstempel frontseitig ein als Übernahmewerkzeug fungierender Saugkopf integriert ist, der an eine Unterdruckquelle angeschlossen ist, und daß das Kombiwerkzeug sowohl vertikal als auch horizontal zwischen Vorform und Preßform verfahrbar ist.

Durch diese erfindungsgemäße Kombination von Entnahme einschließlich Übergabe des Vorformlings an die Preßform und dem Preßvorgang selbst wird die gesamte blanke Fläche gleichzeitig, also ohne Unterbrechung geformt.

Auf diese Weise wird die Entstehung von Glasstandsringen sowie eine Abbildung der Vorformling-Auflagefläche unterbunden.

Bei der Blankpressung von Kondensorlinsen mit einem flanschartigen Rand, einem bevorzugten Gebiet der Erfindung, treten besondere Probleme wegen des Temperaturgefälles im Formling vom Kern zur Randzone auf. Durch die höhere Kerntemperatur tritt durch den Abkühlungsprozeß nach dem Preßvorgang eine Kontraktion auf, die eine Deformation der Asphärenfläche, insbesondere in der Übergangszone zum Flanschrand, hervorruft.

Daher werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung asphärische Kondensorlinsen mit einem flanschartigen Rand in einem zweistufigen Verfahren gepreßt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst in einer ersten Stufe mit dem Kombiwerkzeug die gekrümmte Linsenfläche angepreßt und das für den späteren Flansch erforderliche Glasvolumen randförmig anformend vorgepreßt wird, daß danach bei abgehobenem Werkzeug die gesamte obere Planfläche einschließlich des angeformten Vorpreßrandes verwärmt wird, und daß in der zweiten Stufe mit einem weiteren an die endgültige Linsenform angepaßten Preßwerkzeug der flanschartige Rand angepreßt und gleichzeitig durch ein Nachpressen die durch die Abkühlung des Glaspostenkernes hervorgerufene Deformation der Asphärenfläche korrigiert wird.

Mit diesem zweistufigen Preßverfahren sind asphärische Kondensorlinsen mit Flanschrand in einwandfreier optischer Qualität blankpreßbar.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Vorrichtung zur Durchführung dieses zweistufigen Verfahrens dadurch gekennzeichnet, daß Preßstempel und Deckringhülse des Kombiwerkzeuges so ausgebildet sind, daß beim Überführen des Vorformlings in die Preßform in der Übergabestation und das gleichzeitige Pressen die gekrümmte Linsenfläche anpreßbar und das für den späteren Flansch erforderliche Glasvolumen randförmig anformend vorpreßbar ist, daß in einer folgenden Station O₂/Gasbrenner vorgesehen sind, in der die gesamte obere Planfläche einschließlich des Vorpreßrandes verwärmbar ist, und daß in einer weiteren Station ein ortsfestes Preßwerkzeug bestehend aus Preßstempel und separat verfahrbarer Deckringhülse vorgesehen ist, die so ausgebildet sind, daß der flanschartige Rand anpreßbar und Deformationen der Asphärenfläche durch Nachpressen korrigierbar sind.

Weitere ausgestaltende Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles der Erfindung. Dieses Ausführungsbeispiel bezieht sich auf das Blank-/Feinpressen einer asphärischen Kondensorlinse mit flanschartigem Rand, wie sie beispielsweise bei Autoscheinwerfern Anwendung findet.

Die Zeichnung zeigt in schematischer z. T. gebrochener Schnittdarstellung eine Anlage, mit der vorzugsweise das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Die Anlage weist zwei Drehtische 1 und 2 auf, die mit einer Reihe von kreisförmig angeordneten und sich entsprechend auf einem Kreisbogen bewegenden Formen ausgestattet sind, die taktweise zu verschiedenen Stationen geschaltet werden.

Derartige Drehtische sind Stand der Technik, so daß zur Erläuterung der Erfindung eine schematische, prinzipielle Darstellung genügt.

Der Drehtisch 1 ist der Vorformtisch, von dem zwei Vorformen 3, 4 dargestellt sind. Der Drehtisch 2 ist der Pressentisch, von dem drei Preßformen 5, 6 und 7 dargestellt sind, die Stationen zugeordnet sind, die zur Erläuterung der Erfindung wesentlich sind. Der besseren Darstellung wegen ist dabei die in der Figur linke Seite des Pressentisches weggebrochen gezeichnet.

Dem Vorformtisch 1 ist zunächst ein Glasspender 8 zugeordnet, aus dem ein flüssiger Glasposten 9 abziehbar ist. Mittels der Schneideinrichtung 10 wird ein bestimmter, die linsenförmige Vorform 3 ausfüllender Strang abgeschnitten und der Vorform zugeführt, wobei das Glas erforderlichenfalls mittels üblicher Befeuerungen 11 flüssig gehalten wird.

Die Vorform besitzt im unteren Bereich (nicht dargestellte) kleinste Öffnungen zum Einbringen eines Luftpolsters. Dabei nimmt das Glas, unter Berücksichtigung seiner Oberflächenspannung und Schwerkraft sowie des Druckes des Luftpolsters, einen Schwebezustand ein, in dem es vorgeformt wird, ohne dabei die Vorformfläche zu berühren. Es entsteht dabei ein Vorformling 12, auch Külbel genannt.

Bei dem dargestellten Drehtisch 1 befindet sich die im vorhergehenden Takt befüllte Vorform 4 in der Übergabestation. Von dieser Station aus wird der Vorformling 12 aus der Vorform entnommen und in einer noch zu beschreibenden Weise an die Preßform 5 in der zugehörigen Übergabestation des Preßdrehtisches 2 übergeben. Der Übergabestation ist ein allgemein mit 13 bezeichnetes Werkzeug zugeordnet, das, wie durch die zugehörigen Pfeile angedeutet, sowohl angehoben und gesenkt als auch in horizontaler Richtung hin und her bewegbar ist. Dieses Werkzeug 13 weist ein Preßwerkzeug bestehend aus Preßstempel 14 und Deckringhülse 15 auf. Der Preßstempel 14 besitzt frontseitig einen Saugkopf 16, der eine Vielzahl von kleinen Saugkanälen aufweist, die in eine zentrale Bohrung 17 im Preßstempel 14 einmünden, die ihrerseits mit einem Saugrohr 18 verbunden ist, welches an eine Vakuumquelle angeschlossen ist. Das Werkzeug 13 ist so aufgebaut, daß mittels einer nicht dargestellten Antriebsanordnung, vorzugsweise eines hydraulischen Antriebes, der Preßstempel 14 mit Saugkopf 16 einerseits und mit der Deckringhülse 15 in der dargestellten oberen Stellung andererseits verfahrbar ist, und daß mittels einer vorzugsweise hydraulischen Antriebsanordnung 19 die Deckringhülse 15, über den Preßstempel gleitend, in eine untere Stellung verfahrbar ist. Das Werkzeug 13 ist ferner in einer nicht näher dargestellten Weise mit einer horizontalen Führung für die horizontale Hin- und Herbewegung verbunden. Derartige Führungen gehören zum Stand der Technik und brauchen daher im einzelnen hier nicht dargestellt zu werden.

Nach Ablauf einer definierten Zeit, die bestimmt wird durch die Taktzeit und die Anzahl der Vorformstationen des Tisches 1, erfolgt die Übergabe des Vorformlings an die Preßform 5 des Tisches 2.

Zum Zwecke der Übergabe des Vorformlinges 12 aus der Vorform 4 in die Preßform 5 wird der Saugkopf 16 in die untere Stellung gefahren, bis er an der freien Oberfläche des Vorformlings anliegt. Durch die von der Vakuumquelle bewirkte Saugkraft haftet der Vorformling 12 an dem Saugkopf 16 während des nachfolgenden Vorganges des Anhebens des Saugkopfes samt Preßstempel 14. Diese angehobene Position ist in der Zeichnung dargestellt, wobei die Deckringhülse 15 bislang stets in ihrer oberen Stellung verharrt. Nachdem der Saugkopf 16 mit dem angesaugten Vorformling 12 die obere Stellung erreicht hat, wird das gesamte Werkzeug 13 horizontal nach links bewegt, bis es oberhalb der Preßform 5 in der Übergabestation des Drehtisches 2 steht. Danach wird das Werkzeug 13 abgesenkt, bis, wie in der Zeichnung dargestellt, die Deckringhülse 15 in der Preßform 5 einzentriert. Nachfolgend wird der am Saugkopf 16 befindliche Glasposten, der Vorformling 12, in die Preßform 5 hineingepreßt.

Der für die Entnahme des Vorformlings 12 aus der Vorform 4 und die Übergabe an die Preßform 5 vorgesehene Saugkopf 16 wirkt somit im Moment der Übergabe des Vorformlings 12 an die Preßform 5 gleichzeitig als Preßstempel. Dadurch entsteht keine zeitliche Unterbrechung beim Einformen.

Bei allen bisher bekannten Verfahren sind die Glaspostenübergabe und der Preßvorgang zwei zeitlich getrennte Arbeitsgänge. Bei dieser Verfahrensweise ist am Erzeugnis ein Glasstandsring und eine Markierung sichtbar, die genau der Auflagefläche des Vorformlings vor dem Pressen entspricht. Diese Fehler sind bei blankgepreßten Linsen jedoch nicht zulässig.

Erfindungsgemäß erfolgt demgegenüber die Übergabe des Vorformlings 12 an die Preßform 5 und der Preßvorgang gleichzeitig in der Art, daß das Preßwerkzeug, bestehend aus Stempel 14, 16 und Deckringhülse 15 gleichzeitig zum Zweck der Entnahme und Übergabe des Vorformlings zunächst als Saugeinrichtung fungiert und im Moment der Übergabe des Vorformlings an die Preßform 5 diesen in die Preßform hineinpreßt.

Durch diese Kombination von Glasposteneingabe und Preßvorgang wird die gesamte blanke Fläche gleichzeitig, also ohne Unterbrechung geformt. Auf diese Weise wird die Entstehung von Falten, Glasstandsringen sowie eine Abbildung der Vorformlings-Auflagefläche unterbunden.

In der Preßform 5 in der Übergabestation wird daher die komplette Linse, gewissermaßen als Rohling, eingeformt, wobei allerdings zunächst nur die asphärische Linse ohne Zylinderrand angeformt wird. Dabei wird jedoch durch die Preßwirkung der getrennt verfahrenen Deckringhülse 15 und der angeschrägten kreisringförmigen Kopffläche des Preßstempels 14 ein Fasenrand angepreßt.

Die blank- bzw. feinzupressende Linse - hier eine Kondensorlinse für einen Autoscheinwerfer - erhält daher in der Übergabestation noch nicht ihre endgültige Form. Um diese zu erreichen, sind weitere Schritte notwendig. Der Grund für diese Aufteilung des Preßvorganges liegt in folgendem:
Bei der manuellen Fertigung von blankgepreßten Kondensorlinsen aus wiedererwärmten Glasstangen liegt ein Temperaturgefälle im Glasposten von der Randzone zum Kern vor, dagegen bei der automatischen Fertigung über die beschriebene Vorformtechnologie vom Kern zur Randzone.

Daraus resultiert die Tatsache, daß durch den äußeren Abkühlprozeß nach dem Preßvorgang und die höhere Kerntemperatur eine Kontraktion auftritt, die eine Deformation der Asphärenfläche, insbesondere in der Übergangszone zum Flanschrand, hervorruft. Diese Deformation ist mit mechanischen Methoden zwar kaum meßbar, jedoch ist die Auswirkung im Lichtkanal durch Überschreitung des zulässigen Blendwertes feststellbar.

Deshalb werden die Kondensorlinsen erfindungsgemäß in zwei Stufen gepreßt.

In der ersten Stufe wird auf der Übergabe- und Preßstation in der Preßform 5 zunächst nur die blanke, gekrümmte Fläche angepreßt, wobei das für den Flansch erforderliche Glasvolumen zunächst gemäß Zeichnung angeformt wird.

Auf der nachfolgenden Station des Pressentisches 2 wird die gesamte obere Planfläche einschließlich des Vorpreßrandes mittels O₂/Gasbrenner 21 intensiv verwärmt. In dieser Station befindet sich die eine Schaltstellung vorlaufende Preßform 6.

In der zweiten Stufe wird in der folgenden Station des Pressentisches 2, in der sich die vorlaufende Preßform 7 gerade befindet, der flanschartige Rand angepreßt, wobei gleichzeitig die durch die Abkühlung des Glaspostenkernes hervorgerufene Deformation der Asphärenfläche nun durch den Nachpreßvorgang korrigiert wird, d. h. die gesamte obere Plankontur der Linse wird nachgeformt, und die bis zu diesem Zeitpunkt aufgetretenen thermisch bedingten Deformationen werden völlig ausgeglichen.

Zu diesem Zweck befindet sich in der Nachpreßstation ein allgemein mit 22 bezeichnetes ortsfestes Preßwerkzeug, das ähnlich dem Werkzeug 13 aufgebaut und vertikal verfahrbar ist. Es weist insbesondere eine der Flanschform angepaßte Deckringhülse 23 und einen Preßstempel 24 mit planer Preßfläche auf.

Bei diesem Nachpressen ist das vorlaufende Zwischenbefeuern eine wesentliche Voraussetzung. Mit dieser Zwischenbefeuerung wird erreicht, daß zwischen der dünnwandigen Randzone und dem kompakten asphärischen Linsenkörper eine ideale Temperaturhomogenisierung entsteht, wodurch eine thermische Deformation nicht mehr möglich ist, da ja der gesamte Linsenkörper erst jetzt durch das nochmalige Nachpressen eines relativ "kalten" Glaspostens seine endgültige präzise Form annimmt.

Der nachgepreßte Linsenkörper wird in weiteren Stationen in bekannter Weise behandelt (nicht dargestellt), z. B. in geeigneter Weise abgekühlt und schließlich am Ende der Verfahrensschritte dem Drehtisch 2 entnommen.

Im Ausführungsbeispiel ist das Blankpressen von Linsen dargestellt. Das Verfahren kann jedoch auch bei Prismen und anderen kompakten geometrischen Formkörpern vorteilhaft Anwendung finden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen blankgepreßter Glaskörper für optische Ausrüstungen nach der Vorformtechnologie, bei der ein flüssiger Glasposten einer Vorform zugeführt wird, in der der Glasposten, ohne die Vorformfläche zu berühren, zu einem Vorformling vorgeformt wird, der nach Ablauf einer definierten Zeit aus der Vorform entnommen und an eine Preßform übergeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Entnahme und Übergabe des Vorformlings an die Preßform und der Preßvorgang ohne Unterbrechung mit demselben Werkzeug (Kombinierwerkzeug) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zum Blankpressen von Kondensorlinsen mit einem flanschartigen Rand oder dergl., dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in einer ersten Stufe mit dem Kombiwerkzeug die gekrümmte Linsenfläche angepreßt und das für den späteren Flansch erforderliche Glasvolumen randförmig anformend vorgepreßt wird, daß danach bei abgehobenem Werkzeug die gesamte obere Planfläche einschließlich des angeformten Vorpreßrandes verwärmt wird, und daß in der zweiten Stufe mit einem weiteren an die endgültige Linsenform angepaßten Preßwerkzeug der flanschartige Rand angepreßt und gleichzeitig durch ein Nachpressen die durch die Abkühlung des Glaspostenkernes hervorgerufene Deformation der Asphärenfläche korrigiert wird.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Drehschalttisch (1), der kreisförmig angeordnete Vorformen (3, 4) zur Ausbildung eines Vorformlings (121) aus einem, einem Glasspender (8) entnommenen Glasposten 9 aufweist, welche im unteren Bereich kleinste Öffnungen zum Einbringen eines Luftpolsters aufweisen, und mit einem Werkzeug (13) zur Übergabe des Vorformlings (12) an eine getrennt vom Drehschalttisch in einer Übergabestation angeordnete Preßform (5) zur Durchführung des Preßvorganges, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (13), ausgebildet als Kombiwerkzeug, ein Preßwerkzeug bestehend aus Preßstempel (14) und Deckringhülse (15) enthält, und in dem Preßstempel (14) frontseitig ein als Übernahmewerkzeug fungierender Saugkopf (16) integriert ist, der an eine Unterdruckquelle angeschlossen ist, und daß das Kombiwerkzeug sowohl vertikal als auch horizontal zwischen Vorform und Preßform verfahrbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die vertikale Bewegung des Kombiwerkzeuges ein doppelt wirkendes Antriebssystem vorgesehen ist, derart, daß die Deckringhülse (15) getrennt vom Preßstempel (14) mit Saugkopf (16) verfahrbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßform (5) einem weiteren Drehschalttisch (2) zugeordnet ist, an dem mehrere Preßformen (5, 6, 7) kreisförmig angeordnet sind, die unterschiedlichen Stationen zuschaltbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5 zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Preßstempel (14) und Deckringhülse (15) des Kombiwerkzeuges (13) so ausgebildet sind, daß beim Überführen des Vorformlings (12) in die Preßform (5) in der Übergabestation und das gleichzeitige Pressen die gekrümmte Linsenfläche anpreßbar und das für den späteren Flansch erforderliche Glasvolumen randförmig anformend vorpreßbar ist, daß in einer folgenden Station O₂/Gasbrenner (21) vorgesehen sind, in der die gesamte obere Planfläche einschließlich des Vorpreßrandes verwärmbar ist, und daß in einer weiteren Station ein ortsfestes Preßwerkzeug (22) bestehend aus Preßstempel (24) und separat verfahrbarer Deckringhülse (23) vorgesehen ist, die so ausgebildet sind, daß der flanschartige Rand anpreßbar und Deformationen der Asphärenfläche durch Nachpressen korrigierbar sind.