DE19742159A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen glasartiger optischer Elemente durch Druckguß - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen glasartiger optischer Ele­ mente durch Druckguß, d. h. durch Einleiten von erhitztem geschmolzenen Glas in einen Gießhohlraum, der Übertra­ gungsflächen besitzt, die auf Glasformteile kopiert werden sollen.

Bei der Herstellung von optischen Präzisionsinstrumenten wie etwa optischen Glaslinsen ist es seit langem üblich, auf einen Schleif- und Polierprozeß zurückzugreifen. Herkömmliche Schleif- und Polierprozesse besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen wie etwa eine niedrige Produk­ tivität, Schwierigkeiten bei der Herstellung asphärischer Linsen usw. Als Ersatz für den herkömmlichen Schleif- und Polierprozeß ist ein Prozeß bekannt, in dem optische Elemente durch Formpressung unter Verwendung von vorge­ formtem Glas mit vorgegebener Form, d. h. durch Erhitzen und Erweichen eines Glas-Vorformlings und durch Pressen desselben in einer Preßform hergestellt werden. Weiterhin sind Druckgußprozesse entwickelt worden, mit denen opti­ sche Elemente der obenerwähnten Klasse hergestellt wer­ den.

Von diesen Prozessen erfordert die Formpressung die vor­ herige Vorbereitung einer großen Anzahl von Vorformlingen während der Druckgußprozeß, bei dem diese Probleme nicht bestehen, eine höhere Produktivität besitzt.

In einem Druckgußprozeß wird ein Glaswerkstoff erhitzt, um seine Viskosität auf seinen Arbeitspunkt abzusenken, wobei das sich ergebende geschmolzene Glas mit niedriger Viskosität in eine Gießform mit einem vorgegebenen Druck eingespritzt wird, um ein glasartiges optisches Element mit durch einen Gießhohlraum definierten Umrissen zu gießen. Zusätzlich zu dem die Übertragungsflächen aufwei­ senden Gießhohlraum ist eine Gießformbaueinheit für den Druckguß normalerweise mit einem Einguß versehen, der mit dem Hohlraum in Verbindung steht, um in diesen geschmol­ zenes Glas einzuleiten. Der Einguß mündet an einem Ende in den Gießhohlraum und am anderen Ende in die äußere Umfangsfläche eines Mantelblocks der Gießformbaueinheit. Das erhitzte geschmolzene Glas, das durch Reduzierung der Viskosität in einem fluidisierten Zustand gehalten wird, wird in den Einguß mit einem vorgegebenen Druck eingelei­ tet, um den Gießhohlraum vollständig zu füllen.

Nach dem Gießen des geschmolzenen Glases in den Gießhohl­ raum wird die gesamte Gießformbaueinheit abgekühlt, damit sich das Glas verfestigt und die Form des Gießhohlraums annimmt, wodurch die durch die Gießhohlraumwände defi­ nierten Umrisse kopiert werden. Daher wird ein gegossenes optisches Element mit vorgegebener Form oder vorgegebenen Konturen erhalten, wenn das Gießprodukt aus der Gießform ausgeworfen wird und das überschüssige Glas vom Einguß abgetrennt wird.

Die Temperatur des Glasarbeitspunkts, bei dem das Glas eine für den Druckguß geeignete Viskosität besitzt, liegt normalerweise in Abhängigkeit von den Eigenschaften des betreffenden Glaswerkstoffs höher als 600°C und wenig­ stens höher als 550°C, selbst wenn ein Glaswerkstoff mit besonderen Eigenschaften gewählt wird. Vor dem Einleiten in eine Gießform muß nämlich der Glaswerkstoff in einem geschmolzenen Zustand erhitzt werden, indem die Tempera­ tur in der Umgebung des Glasarbeitspunkts oder darüber liegt, woraufhin das geschmolzene Glas abgekühlt werden muß, um das Glas zu verfestigen, was bei einer Umwand­ lungstemperatur im Bereich von 450°C bis 400°C beginnt. Glas bleibt bis zur Umwandlungstemperatur in einem flui­ disierten Zustand und unterliegt bei einem weiteren Temperaturabfall thermischen Kontraktionen. Die thermi­ schen Kontraktionen dieser Art stellen Probleme hinsicht­ lich Einfallstellen oder Einsackstellen, die auf den Oberflächen des verfestigten Glases in der Gießform als Ergebnis einer thermischen Kontraktion auftreten, so daß es schwierig ist, Produkte mit Oberflächenumrissen hoher Präzision zu erhalten.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren für den Präzisionsdruckguß von glasartigen optischen Elementen zu schaffen, mit denen glasartige optische Elemente mit hoher Oberflächen­ genauigkeit hergestellt werden können, die keine Einfall- oder Einsackstellen aufweisen, welche normalerweise in der Abkühlstufe auf den Oberflächen von Glasformteilen auftreten.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren für den Druckguß der oben­ erwähnten Klasse zu schaffen, mit denen hochpräzise optische Instrumente kontinuierlich und effizient herge­ stellt werden können.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen glasartiger optischer Elemente, die die in den entsprechenden unab­ hängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale besitzen. Die abhängigen Ansprüche sind auf zweckmäßige Ausführungsfor­ men der Erfindung gerichtet.

Gemäß der Erfindung enthält eine Vorrichtung für den Druckguß von glasartigen optischen Elementen eine Gieß­ formbaueinheit mit einem oberen und einem unteren Gieß­ formelement, die aneinander angenähert und voneinander entfernt werden können und Übertragungsflächen aufweisen, die einander über einen Gießhohlraum zugewandt sind, und einem Einguß, der innerhalb der Gießformbaueinheit vorge­ sehen ist und zwischen dem Gießhohlraum und einem Ein­ spritzanschluß an der Außenseite der Gießformbaueinheit eine Verbindung herstellt; eine Glaseinspritzeinrichtung zum Einspritzen eines Glaswerkstoffs in den Gießhohlraum unter Druck in einem geschmolzenen Zustand mit einer Viskosität in der Umgebung des Arbeitspunkts des Glas­ werkstoffs; und eine Gießpreßeinrichtung zum Ausüben eines Drucks auf den Glaswerkstoff im Gießhohlraum in einer dem Einspritzen des Glaswerkstoffs in den Gießhohl­ raum nachfolgenden Stufe.

Die Glaseinspritzeinrichtung ist in einer Einspritzstufe vorgesehen, während die Gießform-Preßeinrichtung in einer nachfolgenden Preßstufe vorgesehen ist, in der die Tempe­ ratur in der Weise geregelt wird, daß für den einge­ spritzten Glaswerkstoff eine Viskosität in der Umgebung seiner Fließgrenze aufrechterhalten wird. Die Gießform­ baueinheit wird von der Einspritzstufe zur Preßstufe befördert, wo auf die Gießformbaueinheit ein Druck ausge­ übt wird, um die Form des eingespritzten Glaswerkstoffs zu korrigieren, der sich in einem Zustand in der Nähe seiner Fließgrenze befindet, d. h. der eine Viskosität aufweist, die noch immer eine Verformung zuläßt. Die Gießformbaueinheit kann beispielsweise aus einem bewegli­ chen Gießformelement und aus einem festen Gießformelement gebildet sein, die einander gegenüber angeordnet sind. Der Gießhohlraum ist zwischen dem beweglichen Gießform­ element und dem festen Gießformelement definiert, wobei der Einguß zweckmäßig an wenigstens einer Seite des beweglichen oder des festen Gießformelements in den Gießhohlraum mündet. In der Preßstufe kann auf das beweg­ liche Gießformelement ein Druck ausgeübt werden, indem entweder ein Preßmechanismus verwendet wird oder indem auf das bewegliche Gießformelement ein schweres Element gestellt wird; alternativ kann das Eigengewicht des beweglichen Gießformelements ausgenutzt werden, um auf den Glaswerkstoff im Gießhohlraum einen Druck auszuüben.

Um Einfallstellen durch die Preßoperation auszuschließen, ist es ausreichend, das bewegliche Gießformelement um eine äußerst kleine Strecke in der Größenordnung von einigen um bis zu einigen zehn um einwärts zu schieben. Daher ist es möglich, das bewegliche Gießformelement und das feste Gießformelement während des Einspritzens des Glaswerkstoffs so anzuordnen, daß zwischen ihnen ein kleiner Spalt in der Größenordnung von einigen zehn um vorhanden ist. Das Vorhandensein dieses geringen Spalts zwischen dem beweglichen und dem festen Gießformelement führt nicht zu einem Leck von geschmolzenem Glas, es trägt jedoch dazu bei, die Luft aus dem Gießhohlraum entweichen zu lassen. In der Preßstufe bestimmt der feine Spalt zwischen dem beweglichen und dem festen Gießform­ element den Preßhub gegen den Glaswerkstoff im Gießhohl­ raum.

Wenn mittels einer Preßeinrichtung ein Druck ausgeübt wird, befindet sich der Glaswerkstoff im Gießhohlraum noch immer in einem geschmolzenen Zustand. Um daher zu verhindern, daß im Gießhohlraum und im Einguß befindli­ ches fluidisiertes Glas aufgrund der Druckbeaufschlagung durch den Einguß austritt, ist zweckmäßig entweder in der Einspritzstufe oder in der Preßstufe eine Angußdichtung oder eine Angußunterbrechungseinrichtung vorgesehen, die den Anguß für den Gießhohlraum verschließen kann.

Die obenerwähnte Glaseinspritzeinrichtung kann aus einem Schmelztiegel, der einen Glaswerkstoff in einem vorgege­ benen geschmolzenen Zustand halten kann, und aus einer Zwangsvorschubeinrichtung, die das geschmolzene Glas unter Druck an eine Einspritzdüse fördern kann, gebildet sein. Alternativ kann die Glaseinspritzeinrichtung aus einer Einspritzpatrone, die versehen ist mit einer Zylin­ derkammer für die Aufnahme eines Glasstabes, mit einer Einspritzdüse, die am vorderen Endabschnitt der Zylinder­ kammer ausgebildet ist, und mit einer Preßeinrichtung, die am hinteren Endabschnitt der Zylinderkammer vorgese­ hen ist, um den Glasstab zur Einspritzdüse zu schieben, wobei ferner eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, die wenigstens die Einspritzdüse der Patrone bis zur Arbeits­ temperatur des Glaswerkstoffs erhitzt, um die vorderen Endabschnitte des Glasstabs einzuschmelzen. Das geschmol­ zene Glas an den vorderen Endabschnitten des Glasstabs wird unter Druck zur Einspritzdüse gefördert, wenn ein fester Bodenendabschnitt des Glasstabs durch die Preßein­ richtung vorwärts geschoben wird. Um den Durchsatz eines Gießprozesses zu verbessern, können in der Einspritzstufe mehrere Einspritzpatronen vorgesehen sein, um geschmolze­ nes Glas gleichzeitig in mehrere Gießformbaueinheiten einzuspritzen. In einem solchen Fall können Glasstäbe mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften in die Ein­ spritzpatronen geladen werden, um gleichzeitig optische Elemente unterschiedlichen Typs herzustellen.

Das Verfahren der Erfindung für die Herstellung glasarti­ ger optischer Elemente durch Druckguß enthält die folgen­ den Schritte: einen Schmelzschritt, in dem ein Glaswerk­ stoff in einen geschmolzenen Zustand mit einer Viskosität in der Umgebung oder unterhalb eines Arbeitspunkts des Glaswerkstoffs geschmolzen wird; einen Einspritzschritt zum Einspritzen geschmolzenen Glases unter Druck in einen Gießhohlraum, der zwischen Übertragungsflächen von rela­ tiv zueinander beweglichen Gießformelementen einer Gieß­ formbaueinheit definiert ist und mit einem Einguß in Verbindung steht, der ihn mit einem Einspritzanschluß an der Außenseite der Gießformbaueinheit verbindet; und einen Preßschritt zum Ausüben eines vorgegebenen Drucks auf den Glaswerkstoff im Gießhohlraum unter Abkühlung der Gießformbaueinheit auf eine Temperatur in der Nähe der Fließgrenze des Glaswerkstoffs.

Im Einspritzschritt besitzt der geschmolzene Glaswerk­ stoff zweckmäßig eine Viskosität im Bereich von 10² bis 10³ Poise, während er im Preßschritt eine Viskosität im Bereich von 10¹⁰ bis 10¹² Poise besitzt. Die im Preß­ schritt ausgeübte Last liegt zweckmäßig im Bereich von 0,98 N/cm² bis 1472 N/cm². Nach dem Preßschritt wird die Gießformbaueinheit zweckmäßig in einem Abkühlungsschritt langsam abgekühlt, wobei der Glaswerkstoff bis zu einer Viskosität im Bereich 10¹⁴ bis 10¹⁸ abgekühlt wird, wobei die dann erreichte Temperatur höher als die untere Ent­ spannungstemperatur des Glaswerkstoffs ist, um Preßspan­ nungen auszuschließen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deut­ lich beim Lesen der folgenden Beschreibung zweckmäßiger Ausführungsformen, die auf die beigefügten Zeichnungen Bezug nimmt; es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Gießformbaueinheit, die für den Druckguß von glasartigen optischen Elementen gemäß der vorlie­ genden Erfindung geeignet ist;

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht längs der Linie X-X in Fig. 1;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht längs der Linie Y-Y in Fig. 1;

Fig. 4 ein Blockschaltbild der verschiedenen Stufen eines Druckgußprozesses gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer Einspritz­ patrone;

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Gießform-Preß­ einrichtung;

Fig. 7 ein Diagramm zur Erläuterung von Änderungen der Glasviskosität in verschiedenen Stufen des Druck­ gußprozesses;

Fig. 8 eine schematische Schnittansicht einer abgewan­ delten Gießformbaueinheit;

Fig. 9 eine schematische Darstellung eines weiteren Beispiels der einen Schmelztiegel verwendenden Glaseinspritzeinrichtung;

Fig. 10 eine schematische Schnittansicht einer weiteren Abwandlung der Gießformbaueinheit, die für den Glas-Druckguß gemäß der Erfindung geeignet ist; und

Fig. 11 eine schematische vertikale Schnittansicht einer nochmals weiteren Abwandlung der Gießformbauein­ heit, die für den Druckguß gemäß der Erfindung verwendet wird.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine beispielhafte Konstruktion einer Gießformbaueinheit gezeigt, die für den Glas-Druck­ guß gemäß der Erfindung geeignet ist. Die Gießformbauein­ heit gemäß diesem besonderen Beispiel ist so beschaffen, daß gleichzeitig ein Paar von optischen Glaslinsen herge­ stellt werden kann. Wie aus der folgenden Beschreibung hervorgeht, kann die Gießformbaueinheit selbstverständ­ lich auch so beschaffen sein, daß gleichzeitig eine größere Anzahl von optischen Linsen oder von optischen Elementen anderen Typs hergestellt werden können.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Gießformbaueinheit 1 aus einem geteilten Mantelblock 2 und aus einem Paar von Gießformsätzen, wovon jeder aus einem oberen Gießformele­ ment 3 und aus einem unteren Gießformelement 4 besteht, gebildet ist. Der geteilte Mantelblock 2 enthält einen oberen Mantel 2a und einen unteren Mantel 2b. Durch den oberen Mantel 2a bzw. durch den unteren Mantel 2b sind an zwei radial beabstandeten Positionen in vertikaler Rich­ tung Schächte 5a bzw. 5b gebohrt, die zwei Sätze von Gießformen aufnehmen, wovon jeder aus einem unteren Gießformelement 3 und aus einem oberen Gießformelement 4 besteht, wie oben erwähnt worden ist. Die oberen und unteren Gießformelemente 3, 4 jedes Gießformsatzes sind in den vertikalen Schächten 5a bzw. 5b so angeordnet, daß sie zwischen sich einen Hohlraum 6 mit vorgegebener Form definieren, der Übertragungsflächen 3a bzw. 4a mit vorge­ gebener Krümmung oder vorgegebenem Umriß an den unteren und oberen Stirnflächen des oberen Gießformelements 3 bzw. des unteren Gießformelements 4 enthält.

An den Verbindungsflächen des oberen Mantelblocks 2a und des unteren Mantelblocks 2b sind ein Kanal 7a, der zwi­ schen den beiden Gießformsätzen ausgebildet ist, um die jeweiligen Hohlräume 6 miteinander zu verbinden, sowie ein Einguß 7, der sich von einem Zwischenabschnitt des Kanals 7a zu einer Öffnung am Umfang des Mantelblocks 2 erstreckt, ausgebildet. Der Kanal 7a mündet in die jewei­ ligen Hohlräume 6 durch einen Anguß 8 mit verengter Durchlaßfläche. Ferner steht der Hohlraum 6 jedes Gieß­ formsatzes an einer dem Anguß 8 gegenüber befindlichen Position mit einem äußerst schmalen Gaskanal 9 in Verbin­ dung.

Die unteren Gießformen 4 der jeweiligen Gießformsätze sind an einer Position in den Schächten 5b des unteren Mantels 2b mittels eines unteren Gießformverriegelungs­ stifts 10 befestigt. Dieser Verriegelungsstift 10 ist in ein radiales Verriegelungsloch 11 eingeschoben, das durch den unteren Mantel 2b und durch die unteren Gießformele­ mente 4 in einer zu den Mittelachsen dieser unteren Gießformkomponenten senkrechten Richtung gebohrt ist. Wenn daher der Verriegelungsstift 10 aus dem radialen Verriegelungsloch 11 herausgezogen wird, können sich die unteren Gießformelemente 4 in den Schächten 5b vertikal bewegen. Zum Zeitpunkt des Druckgusses sind die unteren Verriegelungselemente 4 an ihrer Position in den Schäch­ ten 5b verriegelt, um als feste Gießformhälften zu die­ nen. Andererseits dienen die oberen Gießformelemente 3, die in den oberen Mantel 2a eingesetzt sind, als bewegli­ che Gießformhälften, die sich in den Schächten 5a auf­ wärts und abwärts bewegen können.

Zum Zeitpunkt des Druckgusses wird das obere Gießformele­ ment 3 auf einer vorgegebenen Höhe im oberen Mantel 2a gehalten, um zusammen mit der unteren Gießform 4 einen Hohlraum 6 mit geeigneter Form zu definieren. Außerdem wird das obere Gießformelement 3 nach dem Einspritzen des Glaswerkstoffs durch eine Gießform-Preßeinrichtung, die über einen begrenzten Preßhub wirkt, im oberen Mantel 2a verschoben. Um das obere Gießformelement 3 nur über einen begrenzten Hubbereich zu bewegen, ist der Schacht 5a des oberen Mantelblocks 2a radial erweitert, um über eine vorgegebene Länge an seinem oberen Ende einen Abschnitt mit größerem Durchmesser zu bilden, der einen Flanschab­ schnitt 3b aufnimmt, der am oberen Ende des oberen Gieß­ formelements 3 vorgesehen ist. Das obere Gießformelement 3 wird normalerweise durch eine Vorbelastungsfeder 13, die in eine Federkammer 12 zwischen einer gestuften Wand am inneren Ende des erweiterten oberen Endabschnitts des Schachts 5a und dem Flansch 3b eingesetzt ist, in einen Anschlag mit einem Anschlagring 14 gezwungen, der am oberen Endabschnitt des Schachts 5a befestigt ist und der einen Innendurchmesser aufweist, der kleiner als der Außendurchmesser des Flansches 3b des oberen Gießformele­ ments 3 ist. Daher wird das obere Gießformelement ständig nach oben oder nach außen vorbelastet, solange es nicht durch Ausübung einer äußeren Kraft entgegen der Wirkung der Vorbelastungsfeder 13 einwärts geschoben wird.

Ferner sind durch den Mantelblock 2 an gegenüberliegenden Seiten des Eingusses und in der Nähe seines äußeren Endes Kühlkanäle 15 in vertikaler Richtung gebohrt. Der Einguß 7 mündet in die äußere Umfangsfläche des Mantelblocks 2. In einer der Glaseinspritzstufe folgenden Abkühlungsstufe wird durch diese Kühlkanäle 15 ein Kühlungsmedium wie etwa ein Tieftemperatur-Stickstoffgas oder dergleichen eingeleitet, um das geschmolzene Glas in der Umgebung der äußeren Mündung des Eingusses 7 schnell zu verfestigen.

In einem Prozeß für den Druckguß optischer Elemente wird die Gießformbaueinheit 1 mit der obenbeschriebenen Konfi­ guration nacheinander von jeder der in Fig. 4 gezeigten Stufen zur nächsten befördert. Der Druckgußprozeß nach Fig. 4 enthält eine Gießformvorheizstufe 20, eine Glas­ einspritzstufe 21, eine Gießformpreßstufe 22, eine Lang­ samabkühlstufe 23 und eine Abkühlstufe 24.

Durch Erhitzen der Gießformbaueinheit 1 in der Gießform­ vorheizstufe 20 vor dem Einspritzen des geschmolzenen Glases wird verhindert, daß der Glaswerkstoff, der in dem geschmolzenen Zustand erhitzt worden ist, aufgrund einer Abkühlung vor seiner Einleitung in die Gießhohlräume 6 durch den Anguß 7 und die jeweiligen Angüsse 8 eine zu hohe Viskosität annimmt. Hierzu ist in der Gießformvor­ heizstufe 20 eine Heizeinrichtung vorgesehen, die die Gießformbaueinheit zweckmäßig auf eine dem Arbeitspunkt für den Druckguß des Glaswerkstoffs entsprechende Tempe­ ratur oder auf eine Temperatur in der Umgebung seines Erweichungspunkts erhitzt.

Anschließend wird das geschmolzene Glas in der Einspritz­ stufe 21 in die Gießhohlräume 6 eingeleitet. In dieser Einspritzstufe 21 ist eine Einspritzpatrone 30, die in Fig. 5 gezeigt ist, vorgesehen, mit der das geschmolzene Glas in die Gießhohlräume 6 eingespritzt wird.

Genauer enthält die Einspritzpatrone 30 nach Fig. 5 eine Zylinderkammer 31, eine Einspritzdüse 32, die am vorderen Ende der Zylinderkammer 31 vorgesehen ist, und eine Fluiddruckkammer 33, die an der Grundfläche oder am hinteren Ende der Zylinderkammer 31 vorgesehen ist. Die Zylinderkammer 31 besitzt die Form eines langgestreckten Rohrs, das einen Glasstab 35 aufnimmt, auf den ein Kolben 34, der in axialer Richtung in der Zylinderkammer gleiten kann, einen Druck ausübt. Um die Einspritzdüse 32 und an den vorderen Endabschnitten der Zylinderkammer 31 ist eine Heizeinrichtung 36 vorgesehen, die vordere Endab­ schnitte des Glasstabs 36 in einen vorgegebenen Schmelz­ zustand versetzt. Hierbei bedeutet der Ausdruck "Schmelzzustand" einen fluidisierten Zustand, in dem Glas durch Ausüben eines vorgegebenen Drucks von der Ein­ spritzdüse 32 gleichmäßig in eine Gießform eingespritzt werden kann, oder aber eine Viskosität des Glasar­ beitspunkts, genauer eine Viskosität, die im Bereich von 10² bis 10⁵ Poise und zweckmäßig im Bereich von 10³ bis 10⁴ Poise liegt.

Sobald die Gießformbaueinheit 1 zur Einspritzstufe 21 geschickt und dort angeordnet wird, wird die Einspritzdü­ se 32 der Patrone 30 über einen Einspritzanschluß, der in die Umfangsfläche des Mantelblocks 2 mündet, mit dem Einguß 7 verbunden. Dann wird die Druckkammer 33 mit einem Fluiddruck beaufschlagt, wodurch das Fußende des Glasstabs 35 zusammen mit dem Kolben 34 vorwärts gescho­ ben wird, um den Glasstab 35 aus der Patrone 30 strangzu­ pressen. Da der Glasstab 35 durch die Heizeinrichtung 36, die um die Einspritzdüse und um die vorderen Endabschnit­ te der Zylinderkammer 31 gewickelt ist, an seinen vorde­ ren Endabschnitten erhitzt ist und im geschmolzenen Zustand gehalten wird, kann das geschmolzene Glas in die Hohlräume 6 der Gießformbaueinheit 1 durch den Einguß 7 unter dem durch den Kolben 34 ausgeübten Druck eingelei­ tet werden. Während der Glaseinspritzstufe oder vor dieser Stufe wird die Gießformbaueinheit 1 durch eine nicht gezeigte Gießformfestklemmeinrichtung festgeklemmt.

In der Preßstufe 22 wird das geschmolzene Glas, das in der vorangehenden Einspritzstufe 21 in die Gießhohlräume 6 eingespritzt worden ist, auf eine Viskosität in der Umgebung der Fließgrenze des Glaswerkstoffs abgekühlt, wobei gleichzeitig auf die oberen Gießformelemente 3 von oben ein Druck ausgeübt wird, um sicherzustellen, daß die Übertragungsflächen 3a und 4a an den oberen und unteren Gießformelementen 3 und 4 auf die geschmolzenen Produkte korrekt kopiert werden und daß das Auftreten von Einfall- oder Einsackstellen ausgeschlossen wird, die andernfalls als Ergebnis der thermischen Kontraktion oder des Tempe­ raturabfalls auf den Oberflächen des geschmolzenen Glas­ werkstoffs auftreten würden. Insbesondere ist hierfür in der Preßstufe 22 eine Gießform-Preßeinrichtung 40 vorge­ sehen. Die Gießform-Preßeinrichtung 40 ist durch einen Hubzylinder 41 und durch ein Gewicht 43 gebildet, das am unteren Ende der Hubzylinderstange an Armen 42 lose gehalten wird, um sich der Gießformbaueinheit 1 anzunä­ hern und sich von dieser zu entfernen. In der besonderen gezeigten Ausführungsform ist das Gewicht 43 mit einem Paar von Preßstegen 43a versehen, die den oberen Gieß­ formelementen 3 im Mantelblock 2 der Gießformbaueinheit 1 zugewandt sind.

In der Preßstufe wird das Gewicht 43 auf das obere Gieß­ formelement 3a ausgeübt, um den Glaswerkstoff, der noch immer eine Viskosität in der Nähe seiner Fließgrenze aufweist, zu pressen. Da das Gewicht 43 durch die Gieß­ form-Preßeinrichtung 40 auf das obere Gießformelement 3 wirkt, wird das Gewicht 43 entgegen der Wirkung der Feder 13 nach unten geschoben. Hierbei zeigt Fig. 6 in ihrer linken Hälfte das vom oberen Gießformelement 3 beabstan­ dete Gewicht 43, während sie in ihrer rechten Hälfte das Gewicht 43 in einem Zustand zeigt, in dem es gegen das obere Gießformelement 3 gepreßt wird. Falls jedoch der eingespritzte Glaswerkstoff eine verhältnismäßig hohe Viskosität besitzt oder falls eine große optische Linse gegossen wird, könnte die Ausübung des Gewichts 43 allein nicht ausreichen, um das Auftreten von Einsackstellen auf den Oberflächen der Gießprodukte zu verhindern. In einem solchen Fall kann ein Hydraulikzylinder oder eine andere Preßeinrichtung vorgesehen sein, um das Gewicht 43 stär­ ker gegen die oberen Gießformelemente 3 zu pressen; alternativ könnte auf das Gewicht 43 ein zusätzliches Gewicht gelegt werden.

Die der Fließgrenze entsprechende Viskosität, bei der das Glas in der Preßstufe 22 gehalten wird, ist etwas niedri­ ger als die der Umwandlungstemperatur entsprechende Viskosität. Im allgemeinen besitzt Glas bei der Umwand­ lungstemperatur, bei der eine Verfestigung des Glases beginnt, eine Viskosität von ungefähr 10¹² Poise. Bei der Umwandlungstemperatur können daher Einsackstellen auf der Oberflächen der Glasgießprodukte nur schwer verhindert werden. Daher sollte die Temperatur genau kontrolliert werden, um die Viskosität etwas unterhalb der der Umwand­ lungstemperatur entsprechenden Viskosität zu halten, d. h., die Viskosität sollte in einem Bereich von 10¹⁰ bis 10¹² Poise gehalten werden.

In der der obenbeschriebenen Preßstufe 22 folgenden Langsamabkühlstufe 23 wird der Glaswerkstoff in den Gießformhohlräumen allmählich von der der Fließgrenze entsprechenden Temperatur auf eine Temperatur in der Umgebung der unteren Entspannungstemperatur abgekühlt. Die Viskosität bei der unteren Entspannungstemperatur beträgt normalerweise 10¹⁴ bis 10¹⁸ Poise, so daß Span­ nungen im Glas auftreten, falls die Temperatur schnell auf die dieser Viskosität entsprechende Temperatur ab­ fällt. Um den Glaswerkstoff langsam auf eine einer Visko­ sität von 10¹⁴ bis 10¹⁸ Poise entsprechende Temperatur abzukühlen, wird die Gießform in der Langsamabkühlstufe 23 in einem der unteren Entspannungstemperatur entspre­ chenden Zustand gehalten. Wenn Glas in der Langsam­ abkühlstufe 23 auf die untere Entspannungstemperatur abgekühlt wird, können an den Glasgießprodukten in gewis­ sem Maß Oberflächeneinsackstellen auftreten. Um das Auftreten solcher Oberflächeneinsackstellen auf dieser Stufe auszuschließen, kann das Gewicht 43 in der Langsam­ abkühlstufe ununterbrochen auf die oberen Gießformelemen­ te 3 ausgeübt werden, alternativ kann in der Langsamab­ kühlstufe auf die Gießform ein anderes Gewicht ausgeübt werden.

Nach der langsamen Abkühlung auf die untere Entspan­ nungstemperatur in der Langsamabkühlstufe 23 werden die Glas-Gußprodukte in der Endabkühlstufe 24 weiter abge­ kühlt, bis sie einen Zustand einer vollständigen Verfe­ stigung erreicht haben, woraufhin sie bereit für den Auswurf aus der Gießform sind.

Die obenbeschriebene Druckgußvorrichtung gemäß der Erfin­ dung ist besonders zum Gießen von glasartigen optischen Elementen mittels eines im folgenden beschriebenen Ver­ fahrens geeignet.

Zunächst wird die Gießformbaueinheit 1 in einem festge­ klemmten Zustand an die Vorheizstufe 1 befördert, wo die Gießformbaueinheit 1 auf eine Temperatur in der Umgebung des Erweichungspunkts erhitzt wird. Die erhitzte Gieß­ formbaueinheit 1 wird anschließend an die Glaseinspritz­ stufe 21 befördert, woraufhin der Einspritzanschluß in der Umfangsfläche des Mantelblocks 2 mit der Einspritzdü­ se 32 der Glaseinspritzpatrone 30 verbunden wird und die vorderen Endabschnitte des Glasstabs 35 durch die Heiz­ einrichtung 36 in einen geschmolzenen Zustand erhitzt wird. In diesem Zustand wird geschmolzenes Glas durch einen in der Druckkammer 33 herrschenden Fluiddruck nach vorn geschoben und durch den Einguß 7 unter Druck in die Gießhohlräume 6 eingespritzt. Zu diesem Zeitpunkt wird die in den Gießformhohlräumen 6 befindliche Luft durch den Gaskanal 9 nach außen ausgestoßen, so daß das ge­ schmolzene Glas, das auf eine Temperatur in der Nähe des Glasarbeitspunkts erhitzt worden war, eingeleitet werden kann und die Gießhohlräume 6 gleichmäßig und vollständig ohne Blasenbildung gefüllt werden können.

Sobald die Gießhohlräume 6 vollständig mit geschmolzenem Glas gefüllt sind, wird die Gießformbaueinheit 1 von der Einspritzpatrone 30 abgetrennt und zur Preßstufe 22 befördert. Vor oder nach der Abtrennung der Gießformbau­ einheit 1 von der Einspritzpatrone 30 wird durch den Kühlmittelkanal 15 Stickstoffgas mit verhältnismäßig niedriger Temperatur geschickt, woraufhin der Einguß 7 mit verfestigtem Glas abgedichtet wird, um die Möglich­ keit einer Rückströmung von geschmolzenem Glas von den Gießformhohlräumen 6 in den Einguß 7 auszuschließen.

Die Gießformbaueinheit 1, die das eingespritzte Glas in einem Zustand niedriger Viskosität innerhalb der Hohlräu­ me 6 hält, wird anschließend zur Preßstufe befördert. Sobald die Gießformbaueinheit 1 in der Preßstufe angeord­ net worden ist, wird der Zylinder 41 von einer oberen Bereitschaftsposition abgesenkt, wodurch die oberen Gießformelemente 3 mit den Preßstegen 43a des Gewichts 43 gepreßt werden und auf den Glaswerkstoff in den Gießhohl­ räume 6 ein Druck ausgeübt wird. In dieser Preßstufe 22 wird die Temperatur auf einen Wert eingestellt und gehal­ ten, der einer Viskosität entspricht, die in der Umgebung der Fließgrenze liegt, indem zugelassen wird, daß der Glaswerkstoff auf diese Temperatur abkühlt. Trotz der thermischen Kontraktion, die bei der Abkühlung in dem fluidisierten Glaswerkstoff auftritt, können durch die Entfernung von Einsackstellen mittels des durch das Gewicht 43 ausgeübten Drucks hochpräzise Oberflächen erzeugt werden. Hierbei ist das Gewicht 43 zweckmäßig so beschaffen, daß es eine Last im Bereich von 0,981 N/cm² bis 1472 N/cm² ausübt, mit der die Gießform gepreßt wird.

Ferner hat die Ausübung des Drucks keine Rückströmung des Glases aus den Gießformhohlräumen 6 in den Einguß 7 zur Folge, weil das verfestigte Glas am Einguß 7 wie oben beschrieben als Stopfen oder Anschlag wirkt.

In dieser Weise wird in der Preßstufe gleichzeitig zur Entfernung von Einfall- oder Einsackstellen der einge­ spritzte Glaswerkstoff auf eine Temperatur abgekühlt, die einer Viskosität in der Umgebung seiner Fließgrenze entspricht, d. h. er wird auf eine Temperatur abgekühlt, bei der die Verfestigung des Glases im wesentlichen beginnt oder bei der die Verfestigung des Glases statt­ findet. Dann wird die Gießformbaueinheit 1 zur Langsam­ abkühlstufe 23 befördert, um den Glaswerkstoff allmählich auf eine Temperatur unterhalb der unteren Entspan­ nungstemperatur abzukühlen. Im Verlauf der langsamen Abkühlung wird die Gießformbaueinheit 1 zweckmäßig unter Verwendung des Gewichts 43 der vorhergehenden Preßstufe 22 oder durch Auflegen eines Gewichts, das ausschließlich für die Verwendung in der Langsamabkühlstufe 23 vorgese­ hen ist, ununterbrochen im gepreßten Zustand gehalten. Dadurch wird der Glaswerkstoff in einem der Last des Gewichts 43 unterworfenen Zustand ohne Verformungen, die andernfalls im Verlauf der langsamen Abkühlung an den Glasgießprodukten auftreten würden, allmählich abgekühlt. Daher ist es möglich, die Entstehung von Resteinsack­ stellen im Glas auszuschließen und Glasgießprodukte mit Oberflächen äußerst hoher Genauigkeit herzustellen.

Sobald die Viskosität über die untere Entspannungstempe­ ratur ansteigt, können die Glasgießprodukte schnell abgekühlt werden, ohne daß nachteilige Wirkungen erzeugt werden. Daher wird die Gießformbaueinheit 1 von der Langsamabkühlstufe 23 zur Abkühlstufe 24 befördert, um die Gießformbaueinheit 1 so schnell wie möglich auf eine Auswurftemperatur abzukühlen. Wenn die Gießformbaueinheit 1 von der Abkühlstufe 24 ausgegeben wird, wird sie geöff­ net, um die gegossenen optischen Elemente auszuwerfen. In dieser Stufe werden überschüssige Glasabschnitte von den Angüssen 8 und dem Einguß 7, die mit den ausgeworfenen optischen Elementen verbunden sind, an den Angußabschnit­ ten 8 durch ein sogenanntes Angußschneiden abgeschnitten.

Optische Glaselemente können äußerst effizient durch Verarbeiten des Glaswerkstoffs in mehreren ähnlichen Gießformbaueinheiten 1 nacheinander oder gleichzeitig durch die Vorheizstufe 20, die Einspritzstufe 21, die Preßstufe 22, die Langsamabkühlstufe 23 und die Ab­ kühlstufe 24, die für die obenbeschriebenen spezifischen Behandlungen unabhängig voneinander auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden, gegossen werden.

Wie insbesondere aus Fig. 7 hervorgeht, die die Glasvis­ kosität in den verschiedenen Stufen des Gießprozesses angibt, wird der Glaswerkstoff, der in die Gießformbau­ einheit 1 eingeleitet worden ist, in der Preßstufe 22 gepreßt, wobei er eine Viskosität in der Umgebung seiner Fließgrenze aufweist, um bei der Übertragung der Oberflä­ chenumrisse auf die Glasgießprodukte eine hohe Genauig­ keit sicherzustellen und gleichzeitig Einsackstellen zu entfernen, um eine erheblich verbesserte Oberflächenge­ nauigkeit zu erhalten. In der nachfolgenden Langsam­ abkühlstufe 23 wird das Glas allmählich auf eine der unteren Entspannungsgrenze entsprechende Viskosität abgekühlt, wodurch die Entstehung interner Spannungen sicher verhindert werden kann. Folglich können qualitativ hochwertige optische Elemente erhalten werden, die einen äußerst genauen Oberflächenumriß aufweisen und frei von Restspannungen sind.

Sowohl in der Glaseinspritzstufe 21 als auch in der Gießformpreßstufe 22 und in der Langsamabkühlstufe 23 ist eine genaue Temperaturregelung erforderlich, um die spezifischen Bedingungen der Viskosität beizubehalten. Beispielsweise wird die Temperatur im Fall von PSK50 (Handelsname für ein Produkt der SUMITA Optical Glass, Inc.) auf 540°C an der Einspritzdüse geregelt und auf 420°C für die Gießformbaueinheit 1 in der Einspritzstufe 21 geregelt. In der Preßstufe 22 bzw. in der Langsamab­ kühlstufe 23 wird die Temperatur auf 390°C bzw. auf 340°C eingestellt. Im Fall von CD45 (Handelsname für ein Produkt der SUMITA Optical Glass, Inc.) werden die Tempe­ raturen für die Einspritzdüse bzw. für die Gießformbau­ einheit 1 auf 680°C bzw. auf 560°C in der Einspritzstu­ fe 21 gehalten, während die Temperatur in der Preßstufe 22 auf 510°C geregelt wird und die Temperatur in der Langsamabkühlstufe 23 auf 430°C geregelt wird.

In der Preßstufe 22 muß der Einguß 7 abgedichtet werden, um zu verhindern, daß geschmolzenes Glas bei Ausübung einer Last auf die oberen Gießformelemente aus den Gieß­ hohlräumen ausfließt. Anstatt das geschmolzene Glas im Einguß 7 für Abdichtungszwecke wie oben beschrieben schnell abzukühlen, kann in die Gießformbaueinheit 1, wie insbesondere in Fig. 8 gezeigt ist, ein U-förmiges Anguß­ schneidelement 50 gleitend eingeschoben werden. Das Angußschneidelement 50, das zunächst in einer äußeren zurückgezogenen Position gehalten wird, kann in eine innere Angußverschlußposition gleiten, um die Angüsse 8 der Gießhohlräume zu versperren. Insbesondere wird das Angußschneidelement 50 zum Zeitpunkt des Einspritzens von Glas in der äußeren zurückgezogenen Position in einem Abstand von den Angüssen 8 gehalten und nach Abschluß des Einspritzens von Glas in die Angußsperrposition vorwärts bewegt, um die Angüsse 8 zu verschließen. In diesem Fall arbeitet das Angußschneidelement 50 sowohl als Ver­ schlußeinrichtung zum Verschließen der Angüsse der Gieß­ hohlräume 6 als auch als Angußschneideinrichtung zum Abtrennen von überschüssigem Glas im Einguß 7 von den gegossenen optischen Elementen beim Auswurf aus den Gießformen 1. Daher muß in diesem Fall das überschüssige Glas nicht durch eine Angußschneidoperation in einer späteren Stufe abgetrennt werden.

Als Einrichtung zum Einspritzen von geschmolzenem Glas in die Gießformen kann anstelle der obenbeschriebenen Ein­ spritzpatrone 30 eine Glaseinspritzvorrichtung, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, verwendet werden. Wie aus dieser Figur hervorgeht, wird der in die Gießformen zu fördernde Glaswerkstoff in einem Schmelztiegel 51, der eine Heiz­ einrichtung 52 aufweist, auf einer dem Glasarbeitspunkt entsprechenden Temperatur gehalten. In dem Schmelztiegel 21 ist eine Rühreinrichtung 53 vorgesehen, damit die Glastemperaturen im Schmelztiegel 51 gleichmäßig sind. Der Schmelztiegel 51 ist durch einen Abflußkanal 54 mit einem Zylinder 55 verbunden, der an seinem vorderen Ende eine Einspritzdüse 57 aufweist. In den Zylinder 55 ist ein Kolben 56 eingesetzt, der geschmolzenes Glas im Zylinder 55 unter einem vorgegebenen Druck zur Einspritz­ düse 57 schiebt.

Die Einspritzpatrone 30 besitzt gegenüber dem Schmelztie­ gel 51 die Vorteile, daß sie eine kompakte Konstruktion besitzt und in der Weise verwendet werden kann, daß geschmolzenes Glas gleichzeitig in mehrere Gießformen 1 eingespritzt werden kann. Genauer können Anordnungen geschaffen werden, um mehrere Gießformeinheiten 1 unter Verwendung einer geeigneten Gießformbeförderungseinrich­ tung zur Einspritzstufe 22 und von dieser weg zu beför­ dern, wobei eine entsprechende Anzahl von Einspritzpatro­ nen 30 vorgesehen ist, um geschmolzenes Glas gleichzeitig in die mehreren Gießformeinheiten 1 einzuspritzen. Der Durchsatz des Gießprozesses kann durch die Schaffung einer Mehrfacheinspritzstufe erheblich gesteigert werden.

In diesem Zusammenhang können auch Anordnungen geschaffen werden, mit denen Glaswerkstoffe mit unterschiedlichen Zusammensetzungen in mehrere Gießformeinheiten 1 einge­ spritzt werden kann. Die Glasarbeitstemperatur, die in Abhängigkeit von der Glaszusammensetzung unterschiedlich sein kann, kann für jeden der Glasstäbe in den entspre­ chenden Einspritzpatronen 30 getrennt und unabhängig voneinander gesetzt werden. Neben unterschiedlichen Arbeitstemperaturen ist es jedoch wünschenswert, Glaszu­ sammensetzungen mit ähnlichen Fließgrenze-Temperaturen und ähnlichen unteren Entspannungstemperaturen zu wählen, da die Gießformtemperaturen in der Einspritzstufe 21 und die inneren Temperaturen in der Preßstufe 22 und in der Langsamabkühlstufe 23 gleichermaßen auf alle Glaszusam­ mensetzungen angewendet werden. Insbesondere sollte die Temperatur in der Preßstufe 22, die die Aufgabe hat, Einsackstellen zu korrigieren und zu entfernen und die Genauigkeit der Oberflächenumrisse zu erhöhen, genau geregelt werden. Die Glasviskosität wird in der Preßstufe im Bereich von 10¹⁰ bis 10¹² gehalten, so daß hier ein Temperaturabstand von ungefähr 40°C zum Viskositätsbe­ reich vorhanden ist. Daher sollte in dem Fall, in dem zwei Arten von Glaswerkstoffen gleichzeitig gefördert werden, ein Glas bei der Fließgrenze zweckmäßig eine Temperaturdifferenz von weniger als ± 20°C und stärker bevorzugt eine Temperaturdifferenz von weniger als ± 10°C gegenüber dem anderen Glas aufweisen.

Beispielsweise können gleichzeitig mit dem obenerwähnten Glaswerkstoff CD45 der Glaswerkstoff VCD20 (Handelsname für ein Produkt der Hoya, Corp.) oder der Glaswerkstoff M-FD6 (Handelsname für ein Produkt desselben Herstellers) verwendet werden. Wenn VCD20 und CD45 miteinander kombi­ niert werden, ist es günstig, die Temperatur für die Gießformbaueinheit 1 in der Einspritzstufe 21 auf 560°C, in der Preßstufe 22 auf 520°C und in der Langsamab­ kühlstufe 23 auf 430°C zu regeln. Wenn andererseits die Werkstoffe M-FD6 und CD45 miteinander kombiniert werden, ist es günstig, die Temperatur für die Gießformbaueinheit 1 in der Einspritzstufe 21 auf 560°C, in der Preßstufe 22 auf 510°C und in der Langsamabkühlstufe 23 auf 420°C zu regeln. Die Druckgußtemperatur liegt für VCD20 zweck­ mäßig bei 710°C und für M-FD6 zweckmäßig bei 700°C.

Somit können durch Verwenden der Gießformbaueinheit 1 in der obenbeschriebenen Weise für den Druckguß eines Glas­ werkstoffs hochpräzise optische Elemente effizient herge­ stellt werden. Je nach Bedarf können für den Druckguß anstatt des in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Gießformsatzes eine Gießformbaueinheit 60 wie in Fig. 10 gezeigt oder eine Gießformbaueinheit 70 wie in Fig. 11 gezeigt verwen­ det werden.

Genauer ist in Fig. 10 eine Gießformbaueinheit 60 ge­ zeigt, die im wesentlichen der obenbeschriebenen Gieß­ formbaueinheit 1 gleicht, mit der Ausnahme, daß keine Feder 12 vorhanden ist. In diesem Fall enthält die Gieß­ formbaueinheit 60 einen Mantelblock 61 und ein Paar von Gießformen, wovon jede ein oberes Gießformelement 62 und ein unteres Gießformelement 63 besitzt. Der Mantelblock 61 ist aus einem oberen Mantelelement 61a und aus einem unteren Mantelelement 61b gebildet, die mit vertikalen Schächten 64a bzw. 64b versehen sind, in die die oberen und unteren Gießformelemente 62 und 63 eingesetzt sind. Die oberen und unteren Gießformelemente 62 und 63 defi­ nieren zwischen sich Hohlräume 65, die mit einem Einguß 66 und mit Angüssen 67 in Verbindung stehen, die auf Seiten des Mantelblocks 61 gebildet sind. Jedes untere Gießformelement 63 ist im Schacht 64b des unteren Block­ elements 61b befestigt, während jedes obere Gießformele­ ment 62 innerhalb eines begrenzten Bereichs im Schacht 64a des oberen Blockelements 61a vertikal beweglich ist. Um den vertikalen Bewegungsraum des oberen Gießformele­ ments 62 zu begrenzen, ist jeder Schacht 64a im oberen Blockelement 61a erweitert, so daß er über eine vorgege­ bene Strecke ab seinem oberen Ende einen Abschnitt mit großem Durchmesser aufweist, der einen Flanschabschnitt 62a am oberen oder äußeren Ende des oberen Gießformele­ ments 62 gleitend aufnimmt, damit er sich zwischen einem gestuften Wandabschnitt des erweiterten Abschnitts mit großem Durchmesser und einem Anschlagring 68, der in das obere oder äußere Ende des Schachts 64a geschraubt ist, bewegen kann. In der Gießform ist ein Hohlraum definiert, dessen Form einem herzustellenden optischen Element entspricht, wenn der Flanschabschnitt 62a des oberen Gießformelements 62 am Anschlagring 68 anschlägt, wie in Fig. 10 durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist. Normalerweise kann das obere Gießformelement 62 aufgrund der Schwerkraft in eine untere oder innere Position absinken, bis es an der gestuften Anschlagwand 69 an­ schlägt, wie in Fig. 10 durch eine Strichpunktlinie gezeigt ist. Wenn sich das obere Gießformelement 62 in der eben erwähnten unteren oder inneren Position befin­ det, sollte ihr inneres Ende nicht den Anguß 67 versper­ ren, der auf Seiten des Mantelblocks 61 vorgesehen ist. Wenn die Gießformbaueinheit 60 für den Druckguß optischer Elemente verwendet wird, wird sie zunächst zur Einspritz­ stufe befördert, wobei sich die oberen Gießformelemente 62 in den entsprechenden unteren Positionen befinden. Bei Einleiten von geschmolzenem Glas in die Einspritzstufe wird jedes obere Gießformelement 62 durch den Druck des eingeleiteten geschmolzenen Glases nach oben geschoben, bis es am Anschlagring 68 anschlägt, wobei dann zwischen dem oberen Gießformelement 62 und dem unteren Gießform­ element 63 ein vorgegebener Hohlraum 65 definiert ist. In diesem Fall wird das Eigengewicht der oberen Gießform 62 als Preßlast auf das geschmolzene Glas im Gießhohlraum 65 ausgeübt, so daß es nicht notwendig ist, in der Preßstufe ein weiteres Gewicht auszuüben oder eine andere Preßein­ richtung vorzusehen.

In Fig. 11 ist eine Gießformbaueinheit 70 gezeigt, die im wesentlichen durch ein oberes Gießformelement 71 und ein unteres Gießformelement 72 gebildet ist, die zwischen sich einen Hohlraum 73 definieren. Der Hohlraum 73 ist mit einem Einguß 74 und mit einem Anguß 75 verbunden. Normalerweise sind das obere Gießformelement 71 und das untere Gießformelement 72 nicht in gegenseitigem Kontakt angeordnet, d. h., daß zwischen den zusammengefügten oberen und unteren Gießformelementen 71 und 72 mittels einer dazwischen eingesetzten Vorbelastungseinrichtung 76 wie etwa einer Vorbelastungsfeder ein Spalt ausgebildet ist. Die Breite des Spalts zwischen dem oberen Gießform­ element 71 und dem unteren Gießformelement 72 wird bei­ spielsweise durch Verwendung einer Gießformklemmeinrich­ tung oder dergleichen gesteuert, um in der Einspritzstufe 21 einen als Gaskanal dienenden Spalt mit vorgegebener Breite zu schaffen. Um Gase im Gießhohlraum 73 auszusto­ ßen und dabei ein Austreten von geschmolzenem Glas zu verhindern, wird die Breite des Gaskanals in einem Be­ reich von einigen um bis zu einigen 10 um je nach Visko­ sität des geschmolzenen Glases gehalten. An der Glasein­ spritzstufe wird geschmolzenes Glas gleichmäßig und sicher in jeden Abschnitt des Hohlraums 73 der Gießform­ baueinheit 70 eingeleitet, die Gase durch den zwischen dem oberen Gießformelement 71 und dem unteren Gießforme­ lement 72 vorhandenen Spalt ausstoßen kann. In der Preß­ stufe wird das obere Gießformelement 71 entgegen der Wirkung der Vorbelastungseinrichtung 76 zum unteren Gießformelement 72 gepreßt. In diesem Fall ist es wün­ schenswert, eine Gießformklemmeinrichtung zu verwenden, die in zwei unterschiedlichen Positionen eingesetzt werden kann, d. h. in einer ersten Position zum Halten eines Gasspalts zwischen den oberen und unteren Gießfor­ melementen 71 und 72, wenn sich die Gießformbaueinheit 70 in der Einspritzstufe befindet, und einer zweiten Positi­ on zum Pressen des oberen Gießformelements 71 gegen das untere Gießformelement 72, wenn sich die Gießformbauein­ heit 70 in der Preßstufe befindet. Selbstverständlich kann die Gießform-Preßeinrichtung weggelassen sein, wenn eine Gießformklemmeinrichtung vorhanden ist, um das obere Gießformelement zu pressen.

Claims (19)

1. Vorrichtung zum Herstellen von glasartigen opti­ schen Elementen durch Druckguß, mit einer Gießformbaueinheit (1), die ein oberes Gießformelement (3) und ein unteres Gießformelement (4), die aufeinander zu und voneinander weg bewegt werden können und Übertragungsflächen (3a, 4a) besitzen, die einander über einen Gießhohlraum (6) zugewandt sind, sowie einen Einguß (7) enthält, der in der Gießformbau­ einheit (1) vorgesehen ist, um den Gießhohlraum (6) mit einem Einspritzanschluß (7b) an der Außenseite der Gieß­ formbaueinheit (1) zu verbinden, gekennzeichnet durch
eine Glaseinspritzeinrichtung (30) zum Einsprit­ zen eines Glaswerkstoffs unter Druck in den Gießhohlraum (6), wobei sich der Glaswerkstoff in einem geschmolzenen Zustand befindet, dessen Viskosität in der Umgebung des Arbeitspunkts des Glaswerkstoffs liegt, und
eine Gießform-Preßeinrichtung (40) zum Ausüben eines Drucks auf den im Gießhohlraum (6) befindlichen Glaswerkstoffs in einer dem Einspritzen des Glaswerk­ stoffs in den Gießhohlraum (6) nachfolgenden Stufe.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Gießform-Beförderungseinrichtung zum Beför­ dern der Gießformbaueinheit (1) von einer Einspritzstufe (21) zusammen mit der Glaseinspritzeinrichtung (30) zu einer Preßstufe (22), an der sich die Gießform-Preß­ einrichtung (40) befindet, unter geregelten Tempera­ turbedingungen, um den im Gießhohlraum (6) befindlichen Glaswerkstoff, dessen Viskosität in der Umgebung seiner Fließgrenze liegt, zu pressen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen Dichtungsmechanismus (15; 50) in der Glas­ einspritzstufe (21) oder in der Gießform-Preßstufe (22), um ein Ausfließen von geschmolzenem Glas durch den Einguß (7) zu verhindern, indem dieser vor der Ausübung eines Drucks auf die Gießformbaueinheit (1) in der Gießform-Preß­ stufe (22) versperrt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtungsmechanismus durch eine Kühlungsein­ richtung (15) gebildet ist, die so beschaffen ist, daß sie den Glaswerkstoff in dem Einguß (7) schnell abkühlt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtungsmechanismus durch eine Angußschneid­ einrichtung (50) gebildet ist, die in einen Angußab­ schnitt zwischen dem Gießhohlraum (6) und dem Einguß (7) eingeschoben und herausgezogen werden kann, um überschüs­ sigen Glaswerkstoff im Angußabschnitt abzuschneiden und um gleichzeitig den Angußabschnitt in der Weise zu ver­ sperren, daß der Gießhohlraum (6) abgedichtet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
eine Vorheizstufe (20), die vor der Glasein­ spritzstufe (21) vorgesehen ist, um die Gießformbauein­ heit (1) auf eine Temperatur in der Umgebung der Glas­ gießtemperatur zu erhitzen und
eine Abkühlstufe (24), die hinter der Preßstufe (22) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß
die Gießformelemente (3, 4; 62, 63; 71, 72) durch ein festes Gießformelement (4; 63; 72) und durch ein bewegliches Gießformelement (3; 62; 71) gebildet sind, und
der Einguß (7; 66; 74) in den Hohlraum (6; 65; 73) zwischen den Gießformelementen (3, 4; 62, 63; 71, 72) durch eine Seite des festen oder des beweglichen Gieß­ formelements (3, 4; 62, 63) oder durch einen Spalt zwi­ schen den festen und beweglichen Gießformelementen (71, 72) mündet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das bewegliche Gießformelement (3; 71) normaler­ weise durch ein elastisches Element (13; 76) in einer vorgegebenen Entlastungsstellung gehalten wird und dann, wenn die Gießform-Preßeinrichtung (40) angewendet wird, in Richtung einer Kompression des Volumens des Gießhohl­ raums (6) bewegt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das bewegliche Gießformelement (3; 62) in der dem Einspritzen des Glaswerkstoffs in den Gießhohlraum nach­ folgenden Stufe aufgrund der Schwerkraft zum festen Gießformelement (4; 63) bewegt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Vorbelastungseinrichtung (76), die zwischen das feste Gießformelement (71) und das bewegliche Gieß­ formelement (72) eingesetzt ist, um dazwischen einen äußerst kleinen Spalt zu bilden, der den Durchgang von Luft oder von Gasen, jedoch nicht von geschmolzenem Glas ermöglicht.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Gießform-Preßeinrichtung (40) durch ein Gewicht (43) gebildet ist, das auf das obere Gießformele­ ment (3) gelegt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das bewegliche Gießformelement (3) aufgrund der Schwerkraft zum festen Gießformelement (4) abgesenkt werden kann, wobei sein Eigengewicht als Preßlast auf den Glaswerkstoff im Gießhohlraum (6) wirkt und daher sein Eigengewicht als Preßeinrichtung (40) dient.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Glaseinspritzeinrichtung durch eine Ein­ spritzpatrone (30) gebildet ist, die eine Zylinderkammer (31) für die Aufnahme eines Glasstabs (35), eine am vorderen Endabschnitt der Zylinderkammer (31) gebildete Einspritzdüse (32) und eine am hinteren Endabschnitt der Zylinderkammer (31) vorgesehene Druckerzeugungseinrich­ tung (34) zum Schieben des Glasstabs (35) zur Einspritz­ düse (32) sowie eine Heizeinrichtung (36) enthält, die so beschaffen ist, daß sie wenigstens die Einspritzdüse (32) der Patrone (30) auf eine Arbeitstemperatur des Glaswerk­ stoffs erhitzt, um vordere Endabschnitte des Glasstabs (35) einzuschmelzen, wobei die Druckerzeugungseinrichtung (34) feste Bodenendabschnitte des Glasstabs (35) unter einem vorgegebenen Druck vorwärts schiebt, um an die Einspritzdüse (32) geschmolzenes Glas zu liefern.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mehrere Einspritzpatronen (30) in der Glasein­ spritzstufe (21) vorgesehen sind, um Glaswerkstoff gleichzeitig in mehrere Gießformbaueinheiten (1) einzu­ spritzen.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die mehreren Einspritzpatronen (30) mit Glasstä­ ben (35) unterschiedlicher Zusammensetzungen geladen werden, um gleichzeitig optische Elemente unterschiedli­ chen Typs zu gießen.

16. Verfahren zum Herstellen glasartiger optischer Elemente durch Druckguß, gegekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
Einschmelzen eines Glaswerkstoffs in einen ge­ schmolzenen Zustand mit einer Viskosität, deren Wert gleich oder kleiner als der dem Arbeitspunkt des Glas­ werkstoffs entsprechende Wert ist,
Einspritzen von geschmolzenem Glas unter Druck in einen zwischen Übertragungsflächen (3a, 4a) von relativ zueinander beweglichen Gießformelementen (3, 4) einer Gießformbaueinheit (1) definierten Gießhohlraum (6), der mit einem Einguß (7) in Verbindung steht, der ihn mit einem Einspritzanschluß (7b) an der Außenseite der Gieß­ formbaueinheit (1) verbindet, und
Ausüben eines vorgegebenen Drucks auf den Glas­ werkstoff im Gießhohlraum (6), während die Gießformbau­ einheit (1) auf eine Temperatur in der Umgebung der Fließgrenze des Glaswerkstoffs abgekühlt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Glaswerkstoff im Einspritzschritt (21) in einem geschmolzenen Zustand mit einer Viskosität im Bereich von 10² bis 10³ Poise eingespritzt wird und auf den Glaswerkstoff im Preßschritt (22) ein Druck ausgeübt wird, während seine Viskosität im Bereich von 10¹⁰ bis 10¹² Poise liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß auf den Glaswerkstoff im Preßschritt (22) eine Last im Bereich von 0,98 N/cm² bis 1472 N/cm² ausgeübt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß der Glaswerkstoff nach dem Preßschritt (22) einer langsamen Abkühlung (23) bis zu einer Viskosität im Bereich von 10¹⁴ bis 10¹⁸ Poise, die einer Temperatur entspricht, die niedriger als eine untere Entspan­ nungstemperatur des Glaswerkstoffs ist, unterworfen wird.