DE2157803A1 - Verfahren zum Herstellen optischer Linsen aus Glas sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE 7 STUTTGART 1

WOLFF H BARTELS lange strassesi

. WULfT, Π. BAKlCLi, TELEFON , (0711) 296310 und 297295

DR. BRANDES, DR.-ING. HELD telex,0722312

Dipl.-Phys. Wolff

Verfahren zum Herstellen optischer Linsen aus Glas sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen optischer Linsen aus Glas, das im erweichten Zustand im Hohlraum einer geteilten Preßform unter einer nicht-oxydierend gehaltenen Schutzgasatmosphäre mittels Wärme und Druck in die vorgegebene Form gebracht und nach dem Abkühlen aus der Preßform entnommen wird, Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ,mit einer geteilten Preßform, deren Formteile zwischen einer Offen- und einer Arbeitsstellung bewegbar sind, in der sie einen die Linsenform bestimmenden Hohlraum einschließen, mit einer steuerbaren Heiz- und Kühleinrichtung für die Preßform und mit einer die Formteile umschließenden Schutzkamroer, welcher ein Schutzgas zuführbar ist.

Die Herstellung optischer Glaslinsen wurde seit langem auf sehr sorgfältige Verfahren gestützt, die arbeitsintensiv und teuer sind. Trotz großer Bemühungen der Industriezweige, welche sich mit der Herstellung von Linsen befassen, die bestehenden Verfahrensformen zur Herstellung von Glaslinsen zu verbessern, erfordern die herkömmlichen Verfahrensformen immer noch zahlreiche getrennte Arbeitsgänge. Es ist beispielsweise ein Verfahren bekannt, bei welchem zunächst ein Glasrohling grob vorgeformt wird, indem ein abgewogener Glasklumpen durch Erhitzen in plastischen Zustand versetzt und durch einen Preßvorgang in einer Preßform aus Metall in die erwünschte Form gebracht wird. Der Glasrohling ist zwangsläufig größer als die beabsichtigte fertige Glaslinse, so daß am Glasrohling Material abgetragen werden kann, zumal die äußeren Schichten des Glasrohlings häufig von geringer Qualität sind. Zunächst wird die Glaslinse mittels einer Schleifscheibe vorgeformt,

209823/0766

deren Schleiffläche mit Diamantsplittern versetzt ist. Sphärische Linsenoberflächen werden dadurch hergestellt, daß man den Glasrohling in einer Vakuumspannvorrichtung rotieren läßt und die Oberfläche des Glasrohlings mit einer angetriebenen ringförmigen Scheibe schleift, deren Drehachse zur Drehachse der Vakuumspannvorrichtung geneigt ist. Durch die Geometrie dieser Anordnung wird ein Kugelabschnitt erzeugt, wobei der Radius durch den zwischen der Drehachse der Vakuumspannvorrichtung und der Drehachse des Schleifwerkzeugs eingeschlossenen Winkel sowie durch den wirksamen Durchmesser des Schleifwerkzeugs bestimmt wird. Die Dicke wird durch die Vorschubbewegung des Glasrohlings in das Schleifwerkzeug bestimmt. Die Herstellung asphärischer Linsenoberflächen erfordert ein abweichendes, noch komplizierteres Herstellungsverfahren, weiches nachfolgend beschrieben wird.

Bei der Linsenherstellung ist es üblich, daß man gleichzeitig mehrere optische Linsen bearbeitet, indem man eine bestimmte Zahl von Glasrohlingen auf einem gemeinsamen Träger befestigt. Dies geschieht aus Gründen der Kosteneinsparung und weil eine bessere Oberflächengüte erzielbar ist, wenn der Formgebungsvorgang sich über einen größeren, durch mehrere Glasrohlinge bestimmten Bereich verteilt. Die einzelnen Glasrohlinge werden auf dem gemeinsamen Trägerwerkzeug mittels Pech befestigt, welches an den Glasrohlingen haften bleibt. Gewöhnlich werden Pechzapfen an der Rückseite der erwärmten Glasrohlinge angeformt und hierauf auf dem ebenfalls erwärmten gemeinsamen Trägerwerkzeug angeklebt. Die Oberfläche eines jeden Glasrohlings wird durch eine Reihe von Schleifoperationen verfeinert, welche mittels eines ungebundenen Schleifmittels in einem Wasserschlamm und mittels gußeiserner Schleif-

209823/0766

werkzeuge durchgeführt werden. Wurden die Rohlinge noch nicht vorbearbeitet, dann werden sie zunächst mit einem groben, stark abtragenden Schmirgel geschliffen. Andernfalls wird die Schleifbearbeitung mit einer mittleren Körnung begonnen und bis zu einer sehr feinen Körnung fortgeführt, welche der Glaslinse eine glatte, samtartige Oberflächenstruktur verleiht. Die jeweils feinere Körnung des Schmirgels wird solange benutzt, bis die durch das Schleifen in der vorhergehenden Körnung verursachten Riefen vollständig ausgeschliffen und egalisiert sind.

Nach Abschluß der Schleifbearbeitung wird die Linse in einem der Schleifbearbeitung vergleichbaren Formgebungsverfahren poliert. Das Polierwerkzeug ist mit einer Pechschicht ausgekleidet, während sich die Poliermischung aus einem Schlamm aus Wasser und grobem Eisenoxyd oder Ceroxyd zusammensetzt. Die Polierbearbeitung wird solange fortgesetzt, bis sämtliche Schleifriefen und Kratzer von der Oberfläche der Linse verschwunden sind. Im Anschluß daran wird die Form der Linse überprüft und es werden Korrekturbearbeitungen durchgeführt, welche die einwandfreie Linsenform sicherstellen.

Im Anschluß an die Polierbearbeitung wird die Linse durch Schleifbearbeitung ihres Randes zentriert, damit ihre mechanische Achse, welche durch den Linsenrand bestimmt wird, mit der opitschen Achse zusammenfällt, welche durch die Verbindungslinie zwischen dem jeweiligen Krümmungsmittelpunkt der beiden Linsenoberflächen festgelegt ist. Die Linsenzentrierung kann entweder durch Anwendung eines sehr genauen, bekannten visuellen Verfahrens oder durch Anwendung eines wirtschaftlicheren, mechanischen Ver-

209823/0766

fahrens durchgeführt werden.

Die Herstellung asphärischer Linsenoberflachen ist, wie bereits erwähnt, weitaus komplizierter als die Herstellung sphärischer Linsenoberflächen. Die Herstellung genauer asphärischer Linsenoberflächen erfordert nämlich eine Kombination sowie eine gegenseitige Ergänzung zwischen einer besonders gewissenhaften Messung und einer

fe Korrektur von geübter Hand. Ein derartiges Verfahren zur Herstellung asphärischer Linsenoberflächen erfordert beispielsweise die schwierige Bearbeitung eines Glasrohlings zwischen den Spitzen einer Drehmaschine. Asphärische Linsen, bei denen es nicht auf eine hohe Präzision ankommt, lassen sich in kleinen Stückzahlen mittels einer die Linsenoberfläche bestimmenden kurvengesteuerten Schleifausrüstung herstellen. Im Anschluß an diesen Formgebungsvorgang muß die besonders schwierige Schleif- und Polierbearbeitung der asphärischen Linsenoberflächen durchgeführt werden, wobei die Schwierigkeit darin besteht, daß bei diesen Bearbeitungsvorgängen die ursprüngliche Linsenform leicht zerstört werden kann. Wenn präzise asphärische

™ Oberflächen hergestellt werden müssen, dann erfordert dies, daß die Einstellungen bei der Schleifbearbeitung von Hand mit den damit verbundenen Anforderungen an besonderes Fingerspitzengefühl und besondere Geschicklichkeit durchgeführt werden müssen. Die Nachteile einer derartigen Bearbeitung liegen auf der Hand.

Der große Aufwand für die bestehenden Verfahren zur Herstellung von Glaslinsen hat im beschränkten Umfang zur Herstellung und zur Anwendung von Kunststofflinsen geführt. Kunststoff hat als Linsenwerkstoff verschied^ne^igen-⁶

209823/0766

schäften, da er leicht,bruchsicher und verformbar ist. Die gegenwärtig erhältlichen Kunststoffe, welche sich als Linsenwerkstoff eignen, wie beispielsweise Polystyrol, Polycyclohexylmethacrylat und Polymethylmethacrylat sind jedoch verhältnismäßig weich und können leicht verkratzt werden. Das zuletzt genannte Kunststoffmaterial ist darüber hinaus häufig getrübt und besitzt zuweilen eine gelbliche Färbung. Die Kunststoffe haben darüber hinaus die weitere Eigenschaft, daß sie gewöhnlich innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen 60 C und 80 C erweichen und daß sich ihr Brechungsindex im Lauf der Zeit verändern kann. Die meisten Kunststoffe absorbieren Wasser und unterliegen Dimensionsveränderungen, wobei die zuletzt genannte Eigenschaft durch ihre Neigung zum Kaltfließen und durch ihren hohen Wärmeausdehnungskoeffxzienten begründet ist, welcher nahezu zehnmal größer ist als derjenige von Glas. Der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient verursacht darüber hinaus Veränderungen im Brechungsindex der Kunststoffe, welche zehnmal so groß wie die bei Glas sind und deshalb die optischen Eigenschaften einer Kunststoff linse schwerwiegend beeinflussen.

Aus dem zuvor gesagten folgt, daß Glas im Vergleich zum Kunststoff ..der wesentlich geeignetere Werkstoff für eine Linse ist. Auf der anderen Seite sind die Kunststofflinsen bisher jedoch wesentlich einfacher und billiger als Glaslinsen herzustellen, da sie durch spanlose Formgebung in besonders großen Stückzahlen gefertigt werden können. Die bisher bekannten spanlosen Formgebungsverfahren sind jedoch zur spanlosen Ausformung fertiger Glaslinsen infolge der physikalischen Eigenschaften des Glases und seiner Neigung,an manchen Werkstoffen haften zu bleiben, nicht

209823/0766

geeignet, In der US-Patentschrift 2 410 616 sind beispielsweise ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur spanlosen Ausformung von Glaslinsen beschrieben, deren Oberflächen eine "Brillen-Oberflächenstruktur¹* besitzen, wovon Brillengläsern bei diese Struktur durch eine Oberflächenbeschaffenheit/ definiert wird, welche der Oberflächenbeschaffenheit sehr stark angenähert ist und welche demnach stets ein Nachschleifen und Nachpolieren erfordert. Bei optischem Glas wurde herausgefunden, daß es die formenden Oberflächen derjenigen Preßformwerkstoffe, an welchen es nicht haften bleibt, formgetreu kopiert. Diese Eigenschaft von optischem Glas hat bisher den Einsatz sämtlicher für die Formteile einer Preßform in Frage kommender Werkstoffe zur spanlosen Ausformung von Glaslinsen unmöglich gemacht. Bei der Ausformung von Glas in metallenen Preßformen hat es sich beispielsweise herausgestellt, daß das Gefüge des für die Formteile benutzten Werkstoffes in der Glasoberfläche genau wiedergegeben wird. Aus diesem Grunde können derartige Linsen in abbildenden optischen Geräten, wie beispielsweise photographischen Geräten, ohne zusätzliche Bearbeitung nicht eingesetzt werden. Aus diesen Gründen wird die Herstellung fertiger Glaslinsen, welche für abbildende optische Geräte verwendbar sind, nach wie vor mit den zuvor beschriebenen, besonders zeitraubenden , aufwendigen und unwirtschaftlichen Herstellungsverfahren durchgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen optischer Linsen aus Glas zu schaffen,welches eine besonders einfache und wirtschaftliche Massenfertigung fertiger optischer Glaslinsen ermöglicht.

209823/0766

Diese Aufgabe ist, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß man die Linse mit einer für abbildende optische Geräte verwendbaren Oberflächengüte in einem einzigen spanlos -formgebenden Arbeitsgang aus άβ,Λ erweichten Glas ausformt, indem man die Wände des zum Ausformen vorgesehenen Hohlraums aus Glaskohle mitmeiner Oberflächengüte und Oberflächengenauigkeit herstellt, welche der Oberflächengüte bzw. Oberflächengenauigkeit der fertigen optischen Glaslinse entspricht.das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem das erweichte Glas in einem Hohlraum ausgeformt wird, welcher durch feinstbearbeitete wände aus Glaskohle begrenzt ist, wird vor allem eine besonders einfach durchführbare,wirtschaftliche, zeitsparende Massenfertigung fertiger optischer Glaslinsen erreicht, deren Oberflächengüte und Oberflächengenauigkeit derart einwandfrei ist, daß die erfindungsgemäß hergestellte Glaslinse ohne irgendeine Nachbearbeitung ihrer Oberfläche unmittelbar in abbildenden optischen Geräten verwendbar ist. Der für die Wände des Hohlraums benutzte Werkstoff, welcher hier als Glaskohle bezeichnet ist, wird in der englischen Sprache unter der Bezeichnung "glasslike carbon¹¹ geführt. Die Eigenschaften von Glaskohle, insbesondere die glasartige Oberflächenbeschaffenheit das muschelige Bruchverhalten und die Eigenreibungseigenschaften sowie die Gasundurchlässigkeit,welche beide denjenigen von Glas gleichen, führen dazu, daß dieser Werkstoff eher mit Glas als mit normalem Graphit vergleichbar ist. Glaskohle hat insbesondere auch die Eigenschaft, daß es außerordentlich chemisch inert und isotrop ist.und daß es sich,da es keine wahrnehmbaren Korngrenzen oder ein wahrnehmbares Kristallgitter besitzt, mit einer aus-

209823/0766

gezeichneten Oberflächengüte durch Schleif- und Polierbearbeitung herstellen läßt. Werden mit einer derartigen Feinstbearbeitung die Formteile der Preßform hergestellt, dann erhalten die formenden Oberflächen der Formteile der Preßform eine glasartige Oberflächonbeschaffenheit und eine Oberflächengüte, welche infolge der nicht wahrnehmbaren Korngrenzen der Glaskohle das Ausformen von Glaslinsen zuläßt, deren Oberflächengüte unmittelbar den Anforderungen für abbildende optische Geräte entspricht und deren Oberflächen somit nicht nachbearbeitet werden müssen.

Bei einer besonders vorteilhaften Verfahrensform gemäß der Erfindung sind die Verfahrensschritte vorgesehen, daß nan die Formteile der Preßform in ihrer Offenstellung vorheizt, um die Formteile herum die Schutzgasatmosphäre aufbaut, optisches Glas zum Erweichen bringt, das Glas Im erweichten Zustand in einer der beiden den Hohlraum bildenden Formteile anordnet, die Formteile aus ihrer Offen- in ihre Arbeitsstellung bewegt und sie in dieser Stellung unter Druckbelastung stellt, die Formteile nach " dem Abkühlen in ihre Offenstellung bringt und die fertige ™ Glaslinse aus der Preßform entnimmt. Wird das Glas beispielsweise außerhalb der eigentlichen Preßform zum Erweichen gebracht, dann kann die Heiztemperatur der Formteile der Preßform unter der Erweichungstemperatur oder dem Erweichungsbereich für das Glas gehalten werden.

Bei einer ebenfalls besonders vorteilhaften abgewandelten Verfahrensform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die Verfahrensschritte vorgesehen, daß man einen Glasklumpen in einem aufnehmenden Formteil der Preßform anordnet, die Formteile bis zum Erweichen des Glasklumpens aufheizt, die Formteile in ihre Arbeitsstellung bewegt, sie

209823/0766

unter Druckbelastung stellt, danach ihre Temperatur reduziert, sie entlastet und abkühlt und in ihre Offenstellung bewegt, in welcher man die Glaslinse entnimmt. Diese Verfahrensform eignet sich insbesondere zur gleichzeitigen Herstellung mehrerer Glaslinsen, da hierbei als Ausgangsmaterial für jede Glaslinse ein_/beispielsweise in seinem Volumen an das Volumen der fertigen Glaslinse angepaßter, einzelner Glasklumpen benutzt wird, welcher beim Aufheizen der Formteile der Preßform automatisch zum Erweichen gebracht wird. Dabei kann vorgesehen sein, daß bei Verwendung einer zweiteiligen Preßform ein schliessender Formteil relativ zum aufnehmenden Formteil bewegt und in unmittelbare Nähe des Glasklumpens gebracht wird und daß hierauf beide Formteile beheizt werden. Der Glasklumpen wird demnach durch Wärmeübertragung vom aufnehmenden Formteil und durch Wärmestrahlung vom schließenden Formteil aufgeheizt.

Wird die Temperatur der Formteile vor der Druckentlastung soweit reduziert, bis die Temperatur der Glaslinse unter den Temperbereich des Glases absinkt, dann sind hierdurch im wesentlichen spannungsfreie Glaslinsen erzielbar.

Bei einer weiteren vorteilhaften Verfahrensform ist vorgesehen, daß man vor dem Aufbau der Schutzgasatmosphäre in der für die Formteile der Preßform vorgesehenen Schutzkammer diese im wesentlichen vollständig evakuiert und entgast. Hierdurch wird sichergestellt,daß sich während der Bearbeitung kein Sauerstoff in der Schutzkammer befindet, welcher sonst zu einer Oxydation der Formteile der Preßform führen würde. Vorzugsweise werden die Formteile vor dem Aufbau der Schutzgasatmosphäre zu ihrer Entgasung auf

209823/0766 /

200° C bis 300° C erhitzt.

Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, eine besonders zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen. Diese Aufgabe ist für eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß zumindest die formende Oberfläche der den Hohlraum bildenden Wände der Formteile der Preßform aus Glaskohle besteht. Mit der Glaskohle wird für die Formteile der Preßform ein Werkstoff benutzt, welcher sich durch Schleifen und Polieren genauestens bearbeiten läßt, hervorragende Ausformungseigenschaften für Glas besitzt und hierdurch eine bisher für unmöglich gehaltene wirtschaftliche Massenfertigung von Glaslinsen ermöglicht.

Für eine wirtschaftliche Beheizung der Preßform ist vorgesehen, daß die Formteile als Formeinsätze in als Wärmespeicher dienenden Graphitkörpern gelagert sind.

Eine besonders zeitsparende und wirtschaftliche Massenfertigung der Glaslinse nach dem erfindungsgemäßen Verfahren läßt sich in einer besonders vorteilhaften abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung erzielen, wenn in jedem Graphitkörper mehrere Formeinsätze vorgesehen sind, welche die gleichzeitige Ausformung fertiger Glaslinsen in einer Weise ermöglichen, wie dies bisher nur bei Kunststofflinsen erzielt werden konnte.

- 11 -

209823/0766

Die Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert.

Es zeigen: -.'·

Fig. 1 eine schematische, teilweise geschnitten dargestellte Seitenansicht einer Vorrichtung zur Herstellung fertiger optischer Glaslinsen gemäß der Erfindung,

Fig. 2 eine perspektivisch dargestellte Teilansicht der geteilten Preßform der Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Eig. 3 eine perspektivische, teilweise abgebrochen

dargestellte schematische Ansicht einer abgewandelten Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung fertiger optischer Glaslinsen gemäß der Erfindung,

Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Teilansicht der geteilten Preßform der Vorrichtung gemäß Fig. 3, und

Fig. 5a und 5b

Teilschnitte durch die Preßform längs der Linien V - V in Fig. 4, wobei verschiedene Verfahrensstadien während des Betriebs der Vorrichtung gemäß Fig. 3 dargestellt sind.

Damit eine optische Glaslinse in ein photographisches Gerät oder ein sonstiges optisches System eingesetzt werden kann, welche jeweils gute Abbildungseigenschaften erfordern, muß diese Glaslinse bestimmten Anforderungen genügen. Diese An-

209823/0766

forderungen sind sehr streng, was der Grund dafür ist, daß bei der Herstellung derartiger Linsen die derzeit bestehenden, sorgfältig überwachten Herstellungsverfahren angewandt werden. Einige dieser Anforderungen beziehen sich auf die Eigenschaften und die Natur des Glases und sind hier nicht von Bedeutung. Die Linsenoberfläche wird durch den Linsenkonstrukteur für einen bestimmten Zweck ausgesucht, wobei nicht nur die die Linsenform bestimmenden Parameter sorg- W fältig daran angepaßt werden müssen, sondern wobei die Linsenoberfläche selbst sorgfältig überwacht werden muß. Die hauptsächlichen Eigenschaften einer optischen Oberfläche sind auf dem Fachgebiet unter der Bezeichnung Oberflächengüte oder--struktur und Oberflächengenauigkeit oder -gestalt bekannt. Die Oberflächengüte bezieht sich auf die Oberflächenbeschaffenheit der Linse und schließt Fehler, wie beispielsweise Kratzer, Vertiefungen, Riefen,den sogenannten Apfelsinenschaleneffekt ("orange peel") und dergleichen ein. Die Oberflächengenauigkeit, welche gewöhnlich durch Angaben über die Wellenlänge des Lichts einer bestimmten Farbe aufgeführt wird, bezieht sich auf die Dimensionseigenschaften der Oberfläche,d.h. den Wert und die Gleichförmigkeit des Krümmungsradius der Oberfläche. Die Oberflächengenauigkeit wird im allgemeinen durch einen Interferenzvergleich der Linsenoberfläche mit einer Prüflehre bestimmt, indem die Zahl der Newtonschen Ringe gezählt und die Regelmäßigkeit dieser Ringe ermittelt wird. Im Zusammenhang mit der Oberflächengenauigkeit einer Linse wird häufig auch von ihrem "Sitz" (fit) gesprochen. Dieser "Sitz" einer Linse wird durch Angaben über ihre "Stärke" (power), nämlich die Zahl der ermittelten Newtonschen Ringe, und ihre Unregelmäßigkeit, nämlich den Unterschied in den Ringzahlen, wenn diese in zueinander senkrechten Richtungen

209823/0766

des Interferenzmusters ausgezählt werden, ausgedrückt. Je geringer die "Stärke" und Unregelmäßigkeit einer Linse ist, desto hochwertiger ist diese Linse. Die Oberflächengüte einer· Linse, welche in einem optischen System Anwendung finden soll, das seinerseits in einem photographischen Gerät oder dergleichen zum Einsatz kommt, muß ausgezeichnet sein. Wird nachfolgend von einer Linse mit "ausgezeichneter Oberflächengüte" gesprochen, dann soll hierunter eine fertige optische Linse für derartige Zwecke verstanden werden. Eine Linse mit "ausgezeichneter Oberflächengüte" würde demnach in aller Regel keine nachfolgenden Schleif- oder sonstige Oberflächenbehandlung erfordern. In vergleichbarer Weise soll unter einer Linse, welche eine "ausgezeichnete Oberflächengenauigkeit" oder einen "präzisen Sitz" besitzt,eine Linse verstanden werden, deren Dimensionseigenschaften ganz besonders nahe an die bei der Konstrukr tion bestimmten Vierte herankommen und die sehr gleichförmig ist. Die Oberflächengenauigkeit einer Linse, welche in photographischen Geräten in verschiedenster Weise Anwendung findet, wird als ausgezeichnet betrachtet, wenn ihre "Stärke" weniger als sechs Ringe und ihre Unregelmäßigkeit weniger als drei Ringe beträgt.

Ein Faktor, welcher im besonders starken Maße die Entwicklung eines Formgebungsverfahrens für fertige Glaslinsen beeinträchtigt, ist die Neigung von geschmolzenem oder in erweichtem Zustand befindlichem optischen Glas, daß es entweder an bestimmten Werkstoffen hängen bleibt oder aber die Oberflächenstruktur der für eine Preßform benutzten Werkstoffe formgetreu abbildet. Die Entwicklung kohlenstoffhaltiger Werkstoffe innerhalb der vergangenen Jahre hat die Entwicklung des nachfolgend beschriebenen Formgebungs-

209823/0766

■ - 14 -

Verfahrens für Glaslinsen ermöglicht. Bei Versuchen mit diesen neuartigen Werkstoffen wurde herausgefunden, daß sie durch Polieren eine glasartige Oberflächenstruktur erhalten und daß an einer derartigen Oberfläche im erweichten Zustand befindliches oder geschmolzenes Glas nicht fortwährend haften bleibt. Diese neue Kohlenstoffgruppe wurde bisher insbesondere in Japan, in den Vereinigten Staaten von Amerika, in Großbritannien sowie in Frankreich entwickelt und erhielt in der englischen Sprache die Gattungsbezeichnung "glasslike carbon" also "glasartiger Kohlenstoff". Die Bezeichnung "glasartig" beruht auf dem glasartigen Oberflächenaussehen dieses Werkstoffes auf seinem muscheligen Bruchverhalten, auf seiner Eigenreibung, die den entsprechenden Eigenschaften von Glas eher gleicht als denen von normalem Graphitj sowie auf seiner Gasundurchlässigkeit, welche derjenigen von Glas vergleichbar ist. "Glasartige Kohlenstoffe" v/erden von zahlreichen Herstellern unter verschiedenartigen Bezeichnungen angeboten. Die nachfolgende Aufstellung über gebräuchliche Bezeichnungen für "glasartige Kohlenstoffe" und deren Hersteller ist in der Druckschrift DCIC Report 68-2 "A Review of glasslike carbons" von Dr. Shigehiko Yamada, herausgegeben vom Battelle Memorial Institute, Columbus, Ohio, Vereinigte Staaten von Amerika enthalten.

"Glassy Carbon" Tokai Electrode Manufacturing

Co., Ltd, Tokio, Japan

"Vitreous Carbon" Vitreous Carbons, Ltd.

"LMSC Glassy Carbon" Lockhead Palo Alto Research

Laboratory, Palo Alto, Kalifornien, Vereinigte Staaten von Amerika

209823/0766

"Carbone Vitreux" Le Carbone Lorraine, Paris, Frankreich

"Vitro Carbon" Resources Research Institute Agency

of. Industrial Sience and Technology, Ministry of International Trade and Industry, Saitma, Japan

"Cellulose Carbon" General Electric Co. Ltd., London,

Großbritannien

In der oben erwähnten Druckschrift ist darüber hinaus die chemisch-verfahrenstechnische Darstellung der "glasartigen Kohlenstoffe" nach obiger Aufstellung angegeben. Im deutschen Sprachraum wurde für den mit "glassy carbon" bezeichneten Werkstoff der obigen Aufstellung die deutsche Fachbezeichnung "Glaskohle" gewählt. Vergleiche hierzu H. Peter in "Silikat Technik", 16. Jahrgang,1965,Seite 23 ff. sowie K. Schwabe und H.-J. Gens in "Chemische Technik" 19. Jahrgang, 1967, Seite 309 ff. Für die nachfolgende Beschreibung wird deshalb anstelle der Bezeichnung "glasartiger Kohlenstoff" die Bezeichnung Glaskohle gewählt.

Glaskohle wird durch die thermische Zerlegung organischer Polymere dargestellt und besitzt ein Kristallgefüge mit einer maximalen Kristallgröße, welche häufig um 20 A* beträgt. Glaskohle ist übermäßig chemisch inert und isotrop. Da keine wahrnehmbaren Kristallgitter oder Korngrenzen vorhanden sind, besteht bei diesem Werkstoff die Möglichkeit, daß er mit der oben erwähnten, feinst polierten, spiegelnden Oberfläche versehen wird. Bei den Versuchen hat es sich herausgestellt, daß bei der formgetreuen Abbildung einer derartigen Oberfläche durch das Glas, dieses Glas eine ausgezeichnete Oberflächengüte und Oberflächenstruktur erhält.

209823/0766

Nachfolgend werden nunmehr zwei teilweise voneinander abweichende Verfahrensformen sowie zwei abgewandelte Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Herstellung fertiger Glaslinsen im spanlosen Formgebungsverfahren näher beschrieben. Das spanlose Formgebungsverfahren erfordert eine zumindest teilweise aus Glaskohle bestehende Preßform mit einem Hohlraum, welcher derart ausgebildet ist, daß darin eine fertige Linse in einer vorgegebenen Form herstellbar ist _i und welcher durch Wände begrenzt ist, deren formende Oberfläche eine Oberflächengüte und Oberf lächeiigenauigkeit besitzen, die mit der Oberflächengüte bzw. Oberflächengenauigkeit der fertigen Linse verglichen werden können. Die Preßform kann beispielsweise zweiteilig ausgebildet sein und demnach zwei Formteile besitzen, deren einander zugekehrte Wände zusammen den Hohlraum der Preßform bilden, wenn sich die Formteile in ihrer geschlossenen Arbeitsstellung befinden. Die den Hohlraum begrenzenden Wände sind in ihrer Form sehr stark an die vorgeschriebene Gestalt der Linse angepaßt, welche mit der Preßform hergestellt werden soll; es müssen gegebenenfalls jedoch Vorkehrungen für Dimensionsänderungen getroffen v/erden, welche in der ausgeformten Glaslinse infolge von Temperaturänderungen und dergleichen während und nach des Formgebungsverfahrens auftreten können.

Da im erweichten Zustand befindliches oder geschmolzenes Glas diejenigen Oberflächen, mit denen es in enge Berührung kommt, formgetreu abbildet, müssen die formenden Oberflächen der den Hohlraum begrenzenden Wände der Preßform außerordentlich glatt und dimensionsgenau hergestellt werden. Dies kann durch Schleifen und Polieren dieser Wände geschehen, wobei die Wände solange bearbeitet werden, bis für sie die für die herzustellende Linse vorgesehenen Toleranzgrenzen erreicht

"2 09823/0766 bad

werden. Die Oberflächengenauigkext oder Oberflächengestalt von Linsen der in photographischen Geräten benutzten Qualität sollte,wie zuvor bereits erwähnt worden ist, bezüglich ihrer "Stärke" innerhalb des Bereichs von sechs Newtonschen Ringen liegen. Eine innerhalb dier.es Bereichs liegende Oberflächengenauigkext ist bei Wänden erzielt worden, welche die Hohlräume von unter Verwendung von Glaskohle hergestellter Preßformen begrenzten. Die formenden Oberflächen dieser Wände müssen demnach auch eine ausgezeichnete Ober- f flächengüte oder Oberflächenstruktur in dem zuvor erwähnten Ausmaß besitzen, so daß sie im wesentlichen keine Kratzer, Vertiefungen, Riefen oder dergleichen aufweisen. Die Formteile aus Glaskohle sind vorzugsweise als Einsätze in kräftig ausgebildeten Stützkörpern eingesetzt, um die Festigkeit und Standzeit der Formteile zu vergrößern.

Das Verfahren zur Herstellung von Glaslinsen umfaßt für die nachfolgend beschriebenen, teilweise voneinander abweichenden Verfahrensformen folgende übereinstimmenden Verfahrensschritte: Das im erweichten Zustand befindliche Glas füllt den Hohlraum der Preßform aus, welche unter geeigneter Hitze-und Druckeinwirkung steht und in deren Umgebung eine nicht oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Nach dem Abkühlen und öffnen der geteilten Preßform kann die fertige Glaslinse daraus entnommen werden. Die voneinander abweichenden Verfahrensschritte der beiden Verfahrensformen, welche vor dem endgültigen Schließen der geteilten Preßform liegen, werden aus der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich.

Zunächst wird auf die Vorrichtung zur Herstellung fertiger Glaslinsen gemäß Fig. 1 Bezug genommen. Diese Vorrichtung besitzt einen stationären Formteil 1 , welcher an einer

209823/0766

Stützplatte 3 befestigt ist sowie einen bewegbar angeordneten Formteil 5, welcher jenem gegenüberliegt. Der Formteil 5 ist mittels eines Kolbens 7 hin- und herbewegbar, welcher von einer handelsüblichen Druckluftpresse 9 oder dergleichen angetrieben wird. Der Kolben 7 ist in einer Öffnung einer Stützplatte 11 bewegbar. Die beiden Formteile der Preßform sind in einer Schutzkammer 13 aus Glas angeordnet,' in welcher die Zusammensetzung der darin enthaltenen Atmosphäre steuerbar ist.

Der stationäre Formteil 1 und der bewegbare Formteil 5 weisen von innen, d.h. vom jeweils formgebenden Bereich, nach außen je einen Formeinsatz 15 bzw. 17 aus Glaskohle,einen Graphitkern 19 bzw. 21 zur Aufnahme der Forrceinsätze unter gegenseitiger Ausrichtung, Stützkörper 23 bzw. 25, welche aus Graphit bestehen können, je einen Satz keramisch ummantelter Heizelemente 27 bzw. 29, welche: zur Zufuhr der für den Betrieb der Preßform erforderlichen Wärme durch Konduktion dienen_;sowie Thermoelemente· 31 bzw. 33 auf, welche mit den Formeinsätzen aus Glaskohle zur Steuerung der Temperatur der Preßform thermisch verbunden sind.

Die einander gegenüberliegenden formenden Oberflächen 35 und 37 der Formeinsätze 15 bzw. 17 aus Glaskohle sind gemäß Fig. 2 an die Gestalt der Linse, welche hergestellt werden soll, in ihrer Form angepaßt. Diese formenden Ober-

flächen wirken derart zusammen, daß sie die einander abgekehrten Oberflächen der Linse bestimmen. Die Oberflächenbehandlung dieser formenden Oberflächen, welche beispielsweise durch Schleifen und Polieren erfolgt, wird in einer Weise durchgeführt, daß sie eine ausgezeichnete Oberflächengenauigkeit und -gute erhalten, welche mit der Oberflächengenauigkeit bzw. Oberflächengüte der herzustellenden Linse

203823/0766 /

vergleichbar sind. Ein ringförmiges Element 39 umschließt zumindest eine der beiden formenden Oberflächen, damit die Linse, welche hergestellt werden solljihre notwendige Dicke erhält. Die Preßform umfaßt demzufolge drei Teile, wobei die formenden Oberflächen aus Glaskcnle hergestellt sind.

Für eine einwandfreie Durchführung des Herstellungsverfahrens ist es notwendig, daß innerhalb der Schutzkammer 13 eine sauerstofffreie Atmosphäre aufrechterhalten wird. Aus I

diesem Grunde sind vier Einlaßstutzen 41 für ein Schutzgas vorgesehen, welches der Schutzkammer 13 zugeführt werden soll. In der Schutzkammer 13 ist darüber hinaus eine Öffnung 43 vorgesehen, durch welche ein Glasstab in der nachfolgend beschriebenen Weise in den Formgebungsbereich eingeführt werden kann und welche von einem Gasbrenner 45 umgeben wird. Auf diese Weise kann sauerstoffarmes Gas durch die Öffnung 43 entweichen und, da es angezündet wird, einen Flammenvorhang bilden, welcher den Zutritt von Sauerstoff in die Schutzkammer 13 verhindert. Um mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung Glaslinsen ausformen zu können, wird das Ende eines Glasstabs 47 durch entsprechendes Erwärmen zum Er- i

weichen gebracht und im Anschluß daran durch die Öffnung

in diese ^

der Schutzkammer 13/eingeführt und zwischen den einander zugekehrten formenden Oberflächen der Formeinsätze aus Glaskohle ausgerichtet.

Das mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung vorzugsweise durchführbare Verfahren zur Herstellung von Glaslinsen umfaßt die Verfahrensschritte, daß die Formeinsätze aus Glaskohle der Preßform vorgeheizt werden, daß ein Glasstück, wie beispielsweise das Ende des zuvor erwähnten Glasstabes 47 durch Erwärmung zum Erweichen gebracht wird, daß das

209823/0766 bad original

derart erweichte Glasstück in der Preßform angeordnet wird, daß die Preßform solange unter Druckbelastung gestellt wird, bis das Glasstück die Gestalt des Hohlraums der Preßform annimmt und daß die Preßform geöffnet und die fertige Glaslinse aus ihr entnommen wird. Das Verfahren zur Herstellung fertiger Glaslinsen in der Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt insbesondere folgende Verfahrensschritte:

Die Versorgung der Heizelemente 27 und 29 wird derart eingestellt, daß die einander gegenüberliegenden Formeinsätze 15 und 17 aus Glaskohle vorgeheizt werden, damit die Temperatur der Preßform bis in den Temperaturbereich zwischen 530° C und 590° C ansteigt; durch das Vorheizen der Preßform werden ein Wärmeschock sowie die Ausbildung von Glasverformungen verhindert, die andernfalls auftreten würden, wenn ein beachtlicher Temperaturunterschied zwischen der Preßform und dem darin befindlichen Glas vorhanden wäre;

man wählt einen Durchsatz von ungefähr 0,15 m /h für das aus 95% Stickstoff und 5% Wasserstoff bestehende Schutzgas durch die Einlaßstutzen 41 in die Schutzkammer der Preßform, damit innerhalb dieser Schutzkammer keinerlei Oxydation auftreten kann_rfund man entzündet das durch den Gasbrenner 45 ausströmende Gas;

man erhitzt einen etwa 6 mm starken Glasstab aus optischem Kronglas bis auf eine Temperatur von ca. 600° C bis 700° C, beispielsweise mittels zweier einander zugekehrter Bunsenbrenner;

man führt das erweichte Ende des Glasstabs durch die Öffnung 43 in die Schutzkamirier ein und richtet es zwischen den Form-

209823/0766 ^BAD ORIGfNAL

einsätzen 15 und 17 aus Glaskohle aus;

man läßt auf den bewegbaren Formteil 5 eine Last von ungefähr 90 kp bis 14O kp einwirken;

man hält die Belastung für zwei bis zwanzig Sekunden aufrecht, entlastet danach die Preßform, entnimmt den Glasstab mit der daran befestigten Glaslinse aus der Preßform und bricht die fertige Glaslinse vom Glasstab ab.

Das zuvor beschriebene Verfahren wurde zur Herstellung von Linsen mit einem Durchmesser von ungefähr 16 mm,einer Dicke von 2 mm und einem Krümmungsradius von IO cm benutzt.

Im Zusammenhang mit den Fig. 3 bis 5b ist eine abgewandelte Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung fertiger Glaslinsen nach einer abgewandelten Verfahrensform beschrie-, ben. Diese Vorrichtung weist gemäß Fig. 3 einen stationären oberen Formteil 101 sowie einen unteren Formteil 103 auf. Der obere Formteil 101 ist in einem oberen Stützkörper 105 befestigt, während der untere Formteil 103 in vertikaler Richtung durch eine kreisrunde öffnung 107 bewegbar ist, die in einer Grundplatte 109 vorgesehen ist. Der obere Stützkörper 105 und die Grundplatte 109 sind über mehrere Schrauben Hin. miteinander verbunden, welche durch eine entsprechende Anzahl von Röhren 113 verlaufen. Eine Schutzkammer 115 wird aus einer Umhüllung aus einem Borsilikatglas,wie beispielsweise "Pyrex"j gebildet, wobei die Schutzkammer eine zylindrische Form besitzt und den zwischen den oberen und den unteren Teilen der Preßform befindlichen Raum umschließt. Ein erster Stutzen 117, welcher mittels eines nicht dargestellten Ven^ tils verschließbar ist, ist mit der Schutzkammer 115 verbunden, damit das darin befindliche Gas aus dieser Schutz-

209823/0766

kammer entweichen kann. Ein zweiter Stutzen 119 ist ebenfalls mit der Schutzkammer verbunden und dient zur Zufuhr eines Schutzgases zur Schutzkammer. Schließlich ist ein dritter Stutzen 121 mit der Schutzkammer verbunden und dient als Auslaß für das Schutzgas, Dabei ist ein nicht dargestelltes Drosselventil vorgesehen, welches zum Regulieren des Schutzgasabflusses und damit zur Steuerung des Schutzgasdruckes in der Schutzkammerüdient. Unterhalb des unteren Formteils 103 ist ein Balg 123 angeordnet, dessen Innenraum mit der durch die Umhüllung aus Glas gebildeten Schutzkammer 115 verbunden ist. Aufgabe des Balgs 123 ist es, eine Relativbewegung des unteren Formteils 103 der Preßform nach oben zu ermöglichen, während die Atmosphärensteuerung in der Schutzkammer aufrechterhalten wird.

Es wird nun auf Fig. 4 Bezug genommen, die ungefähr der Fig. 2 für die Vorrichtung gemäß Fig. 1 entspricht. Demnach besitzt der stationäre obere Formteil 101 an seiner unteren Stirnseite einen Formeinsatz 125 aus Glaskohle, welcher derart ausgebildet ist, daß er die geeignete Gestalt des hierdurch ausgeformten Teils der Linse liefert. Gegenüber dem Formeinsatz 125 ist ein ähnlicher Formeinsatz 127 aus Glaskohle angeordnet und in der oberen Stirnfläche des unteren Formteils 103 der Preßform gelagert. Die einander zugekehrten formenden Oberflächen der beiden aus Glaskohle bestehenden Formeinsätze wirken derart zusammen, daß sie die einander abgekehrten Oberflächen der Linse, welche in der Preßform hergestellt werden soll, in ihrer Form bestimmen. Um den Formeinsatz 127 ist ein ringförmiges Element 129 angeordnet, welches dafür sorgt, daß die Linse beim Ausformen auch ihre notwendige Dicke erhält. Die formenden Oberflächen der Preßform bestehen demnach aus Glaskohle, wobei sie mit einer

209823/0 786

großen Oberflächengenauigkeit versehen, in ihrer Gestalt an die Form der fertigen Linse angepaßt und mit einer durch Polieren erreichbaren Oberflächengüte bearbeitet sind, welche der Oberflächengüte der fertigen Linse .vergleichbar ist. Der untere Formteil 103 ist,wie bereits erwähnt, relativ zum oberen Formteil 101 bewegbar, wobei seine Bewegungsbahn genauestens mittels zweier Führungszapfen 131 aufrechterhalten wird, welche in entsprechenden Führungslöchern 133 ä geführt sind, die ihrerseits im unteren Formteil 1O3 der Preßform verlaufen. Die Führungszapfen sowie die Führungslöcher sind vorzugsweise aus Aluminiumoxyd hergestellt.

Eine Heizspule 134 ist um die Schutzkammer 115 herumgeführt und umschließt den zur Formgebung vorgesehenen Bereich. Wird die Heizspule eingeschaltet, dann werden die Formeinsätze 125 und 127 sowie zwei Stützkörper 14 3 und 145 aus Graphit, in welchen die Formeinsätze 125 bzw. 127 angeordnet sind, mittels Induktionswärme geheizt. Durch Wärmeleitung wird die erzeugte Wärme von den Stützkörpern 143 und 145, welche als Wärmespeicher dienen zu den Formeinsätzen 125 bzw. 127 ^ übertragen.

Die Temperatur der Preßform wird mittels zweier Thermoelemente 135 und 137 gesteuert, welche mit den Formeinsätzen aus Glaskohle über geeignete Zuleitungen 139 bzw. 141 verbunden sind, die in der in den Fig. 5a und 5b dargestellten Weise durch den oberen bzw. unteren Formteil der Preßform verlaufen. Um die erzeugte Wärme in der unmittelbaren Nähe der Preßform zu halten, sind auf der dem Formeinsatz aus Glaskohle abgekehrten Seite der Stützkörper 143 und 145 aus Graphit je ein Wärmeisolator 147 bzw. 149 vorgesehen. Der pyrolytische Graphit vermag die Wärme^in den Zeichnungen gesehen,in horizontaler Richtung zu leiten, während er in hierzu senkrechter Richtung

209823/0766

nichtleitend ist. Der untere Formteil 1O3 der Preßform läßt sich durch nicht dargestellte,pneumatische_f hydraulische, mechanische oder sonstige geeignete Einrichtungen Verschieben.

,C

Wie bei äerTziivor!^Zusammenhang^: mit. der Vorrichtung nach Fig. 1 beschriebenen Verfahrensfonn müssen auch bei der mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3 durchführbaren abgewandelten Verfahrensform die formenden Oberflächen der Formeinsätze aus Glaskohle derart gestaltet und feinstbearbeitet sein, damit Linsen der vorgesehenen Gestalt von ausgezeichneter Oberflächengüte herstellbar sind. Die Formeinsätze 125 und 127 müssen demnach derart dimensioniert und poliert werden, daß sie die Oberflächengenauigkeit und Oberflächengüte der Linsen erreichen, welche hergestellt werden sollen.

Bei der mit der Vorrichtung gemäß Fig. 3 durchführbaren bevorzugten Verfahrensform wird ein vorgeformter Preßling aus Glas oder ein Glasklumpen 151 im unteren Formeinsatz 127 in der in Fig. 5a dargestellten Weise angeordnet. Die durch die Glasumhüllung gebildete Schutzkammer 115 wird bis auf einen geringen Druck evakuiert. Die Stützkörper 143 und 145 sowie die Formeinsätze 125 und 127 werden durch die Induktionswärme der Preßform während der Evakuierung der Schutzkammer entgast, damit die von der Glaskohle absorbierten Gase entfernt werden. Im Anschluß an diesen Verfahrensschritt wird das Schutzgas in die Schutzkammer eingeführt. Die Formteile der Preßform werden nunmehr weiter beheizt, damit die Plastizität des Glases vergrößert wird. Während des nächsten Verfahrensschrittes wird der untere Formteil der Preßform einer Druckbelastung ausgesetzt. Im Anschluß daran wird die Temperatur der Preßform derart reduziert, daß die Glastempe-

209823/0766

ratur unter den Transformationspunkt für das Glas absinkt. Infolge der Tatsache, daß die Glastemperatur und die Temperatur der Preßform während deren Druckbelastung im wesentlichen gleichgehalten wird, wird eine Formänderung des Glases verhindert, während die Tempfratur bis unter den Transformationspunkt von Glas abgesenkt wird. Nachi dem Entlasten der Preßform werden die Formteile weiter abgekühlt, um eine Oxydation der Preßform und des Graphits zu verhindern. Nach dem Öffnen der Vorrichtung wird die fertige \ Glaslinse in der Offenstellung der Formteile aus der Preßform entnommen. Würde eine kastenähnliche Einrichtung die Vorrichtung gemäß Fig. 3 umschließen, dann könnte die fertige Glaslinse aus der Preßform entnommen werden, sobald diese nicht mehr unter Belastung steht.

Die eben beschriebene, mit der Vorrichtung nach Fig. 3 durchführbare Verfahrensform wurde zur Herstellung besonders genauer fertiger Glaslinsen herangezogen, die eine Stärke von weniger als zwei Newtonschen Ringen und eine Unregelmäßigkeit von weniger als einem Newtonschen Ring besitzen. Die besonderen Bedingungenj unter welchen die abgewandelte i Verfahrensform ablauftj sind nachfolgend näher beschrieben:

Nachdem man einen Klumpen aus einem guten optischen Bariumkronglas im unteren Formteil 127 der Preßform angeordnet hat, evakuiert man die durch die Glasumhüllung und den Balg 123 gebildete Schutzkammer bis auf ungefähr 1O~ Druckeinheiten;

der Entgasungsvorgang v/ird durch Induktionserwärmung der Preßform bis auf 200° C bis 300° C während der Evakuierung der Schutzkammer erzielt;

3/0766

der erste Stutzen 117 wird geschlossen, während ein aus 95% Stickstoff und 5% Wasserstoff zusammengesetztes Schutzgas in die Schutzkammer durch den zweiten Stutzen 119 geleitet und darin unter einem geringfügigen Überdruck gehalten wird; .*■

die an der Heizspule 134 anliegende Heizspannung wird derart gewählt, daß die Temperatur innerhalb der Preßform auf 700° C bis 800° C ansteigt, eine Temperatur, die im Bereich des Erweichungspunktes von Glas liegt;

das erweichte Glas, welches im unteren Formteil der Preßform angeordnet ist, wird zusammen mit diesem in unmittelbare Nähe des stationären oberen Formteils gebracht, während die zuvor erreichte Temperatur für eine bis fünf Minuten aufrechterhalten wird und wobei das Glas durch Konduktion vom Formeinsatz 127 und durch Strahlung vom Formeinsatz 125 aus Glaskohle geheizt wird;

im Anschluß daran läßt man auf den unteren Formteil 1O3 eine Last von 4,5 kp bis 91 kp für eine Minute einwirken, damit das Glas in formgetreue Berührung mit den formenden Oberflächen des Hohlraums der Preßform in der in Fig. 5b dargestellten Weise gebracht wird;

die Induktionserwärmung der Formteile der Preßform wird nunmehr beendet und die Abkühlung der Formteile zugelassen, bis eine Temperatur von 550° C bis 600° C erreicht ist; diese Temperatur ist unterhalb des bei 622° C liegenden Transformationspunktes des benutzten Glases;

209823/0766

der untere Formteil 103 der Preßform wird entlastet, während sich die Preßform und das Glas bis auf 300° C abkühlen können, um eine Oxydation der Formeinsätze aus Glaskohle und der Sttitzkörper aus Graphit zu verhindern;

schließlich wird die Preßform geöffuet und die fertige Glaslinse in der Offenstellung der Formteile der Preßform aus dieser entnommen.

Die eben beschriebene Verfahrensform hat zur Herstellung qualitativ hochwertiger Linsen der zuvor beschriebenen Art geführt, wobei die Linsen im einen Falle eine Krümmungsradius von 11 mm auf der einen Seite und einen Krümmungsradius von 86 mm auf der anderen Seite besaßen. Es hat sich herausgestellt, daß nach dieser Verfahrensform gefertigte Linsen vollständig spannungsfrei sind, so daß ein weiteres Tempern unnötig war.

Die Herstellung von Glaslinsen nach den zuvor beschriebenen beiden Verfahrensformen ist nicht zwangsläufig auf die Vorrichtungen gemäß Fig. 1 bzw. 3 angewiesen; bei abweichenden Bedingungen mögen vielmehr andere nicht dargestellte Vorrichtungen, mit denen die vorliegenden Verfahrensformen durchführbar sind,geeigneter sein. Die zuvor angegebenen Temperatur en »Drücke und Zeitspannen ändern sich selbstverständlich je nach der Art der Linse und der Art des verwendeten Glases. Bei der Durchführung der zuvor beschriebenen Verfahrensform hat es sich herausgestellt, daß sich hierdurch zur Abbildung verwendbare optische Linsen herstellen lassen, deren Oberflächen eine ausgezeichnete Güte und eine ausgezeichnete Genauigkeit besitzen. Das mit- der Vorrichtung gemäß Fig. 3

in besonderer Weise durchführbare Verfahren eignet sich/sowohl zur Herstellung von Linsen mit sphärischen Oberflächen als auch zur Herstellung von Linsen mit asphärischen Oberflächen. Aus dem zuvor gesagten

209823/0766

folgt, daß die zuvor beschriebenen Verfahrensformen und die hierbei benutzten Vorrichtungen einen besonders bedeutsamen Durchbruch auf dem Gebiet der Linsenherstellung darstellen.

Es hat sich herausgestellt, daß nach' den vorliegenden Formgebungsverfahren hergestellte Linsen in einem bedeutsamen Punkt den konventionell hergestellten Linsen überlegen sind, welche durch Schleifen und Polieren in ihre endgültige Form gebracht werden. Beim Schleifen und Polieren von Linsen ist an der Oberfläche dieser Linsen ein Fließen des Glases festzustellen, welches durch den Betrieb der Schleifwerkzeuge und die hierdurch erzeugte Hitze hervorgerufen wird. Dabei neigt das Glas dazu, in die winzigen Riefen zu fließen, welche in der Nähe der Glasoberfläche bestehen,und dabei in diesen Riefen Luft in der Form von Lufttaschen oder Luftblasen einzuschließen. Diese Einschlüsse verringern die Qualität der Linse bezüglich ihrer optischen Fähigkeiten, da sie deren Streuung vergrößern. Bei der in der Preßform durchgeführten spanlosen Formgebung wird keine Luft in der Linse eingeschlossen, so daß derart durch Pressen hergestellte Linsen nicht die erwähnten Nachteile bezüglich der Lichtstreuung aufweisen.

209823/0766

Claims (15)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Verfahren zum Herstellen optischer Linsen aus Glas/ das im erweichten Zustand im Hohlraum einer geteilten Preßform unter einer nicht-oxydierenden^-_ Schutzgasatmosphäre mittels Wärme und Druck in die vorgegebene Form gebracht und nach dem Abkühlen aus der Preßform entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Linse mit einer für abbildende optische Geräte verwendbaren Oberflächengüte in einem einzigen spanlosformgebenden Arbeitsgang aus dem erweichten Glas ausformt, indem man die Wände des zum Ausformen vorgesehenen Hohlraums aus Glaskohle mit einer Oberflächengüte und Oberflächengenauigkeit herstellt, welche der Oberflächengüte bzw. Oberflächengenauigkeit der fertigen optischen Glaslinse entspricht.
2. 2) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, daß man

   a) die Formteile der Preßform in ihrer Offenstellung ' vorheizt

   b) um die Formteile herum die Schutzgasatmosphäre" aufbaut

   c) optisches Glas zum Erweichen bringt

   d) das Glas im erweichten Zustand in einer der beiden \ den Hohlraum bildenden Formteile anordnet

   e) die Formteile aus ihrer Offen- in ihre Arbeitsstellung bewegt und sie in dieser Stellung unter Druckbelastung stellt

   f) die Formteile nach dem Abkühlen in ihre Offenstellung bringt und

   g) die fertige Glaslinse aus der Preßform entnimmt.

   209823/0766

   - 3Ö -
3. 3) Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formteile auf eine Temperatur von 530° C bis 590° C vorheizt, als Glas ein optisches Kronglas verwendet, das man bei einer Temperatur, von 600 C bis 700 C zum Erweichen bringt, und daß man auf die Formteile für eine Zeitspanne zwischen 2 see und 20 see eine Belastung zwischen 90 kp und 140 kp einwirken läßt.
4. 4) Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte, daß man

   a) einen Glasklumpen in einem aufnehmenden Formteil der Preßform anordnet

   b) die Formteile bis zum Erweichen des Glasklumpens aufheizt

   c) die Formteile in ihre Arbeitsstellung bewegt

   d) die Formteile unter Druckbelastung stellt

   e) die Temperatur der Formteile reduziert

   f) die Formteile entlastet und abkühlt und

   g) die Formteile in ihre Offenstellung bewegt und die Glaslinse entnimmt.
5. 5) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schutzgasatmosphäre, welche zumindest während des Ausformungsvorganges aufrechterhalten wird, aus 95% Stickstoff und 5% Wasserstoff zusammensetzt.
6. 6) Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Formteile vor der Druckentlastung 8oweit reduziert wird, bis die Temperatur der Glaslinse unter den Temperbereich des Glases absinkt.

   209823/0766
7. 7) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung einer zweiteiligen Preßform ein schließender Formteil relativ zum aufnehmenden Formteil bewegt und in unmittelbare Nähe des Glasklumpens gebracht wird i\hd daß hierauf beide Formteile beheizt werden.
8. 8) Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Glas, vorzugsweise ein opti- | sches Barium-Kronglas, verwendet,welches einen Erweichungsbereich zwischen 700° C und 800° C und einen Temperbereich zwischen 600° C und 700° C besitzt.
9. 9) Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Aufbau der Schutzgasatmosphäre in der für die Formteile der Preßform vorgesehenen Schutzkammer diese im wesentlichen vollständig evakuiert und entgast.
10. 10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man die Formtei
    300° C erhitzt.

    man die Formteile zu ihrer Entgasung auf 200° C bis
11. 11) Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß man nach dem Aufheizen der Formteile auf 700° C bis 800° C den schließenden Formteil für etwa 1 Minute bis 5 Minuten in der Nähe des Glasklumpens hält, daß man die Preßform mit etwa 4 kp bis 92 kp belastet und diese Belastung für 1 Minute aufrechterhält, daß man die Formteile auf etwa 600° C bis 500° C abkühlt und daß man nach der Druckentlastung die Temperatur der Formteile auf etwa 300° C reduziert.

    209823/0766
12. 12) Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, mit einer geteilten Preßform, deren Formteile zwischen einer Offen- und einer Arbeitsstellung bewegbar sind, in der sie einen die Linsenform bestimmenden Hohlraum einschließen, mit einer steuerbaren Heiz- und Kühleinrichtung für die Preßform und mit einer die Formteile umschließenden Schutzkammer, welcher ein Schutzgas zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die formende Oberfläche (35, 37) der den Hohlraum bildenden Wände der Formteile (15 bzw. 17; 125, 127) der Preßform (1, 5; 101, 103) aus Glaskohle besteht.
13. 13) Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Formteile als Formeinsätze (15, 17; 125, 127) in als Wärmespeicher dienenden Graphitkörpern (19 bzw. 21; 143 bzw. 145) gelagert sind.
14. 14) Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Graphitkörper (19, 21; 143, 145) mehrere Formeinsätze (15 bzw. 17; 125 bzw. 127) vorgesehen sind.
15. 15) Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen zum Evakuieren der Schutzkammer (13; 115), zu deren Versorgung (41; 117, 119, 121) mit Schutzgas sowie zur Steuerung des Druckes der Schutzgasatmosphäre in der Schutzkammer vorgesehen sind.

    209823/0766