DE2354987B1 - Giessform zur Fertigung von Kunststofflinsen mit optischer Oberflaechenqualitaet sowie Vorrichtung zu ihrer Herstellung - Google Patents

Giessform zur Fertigung von Kunststofflinsen mit optischer Oberflaechenqualitaet sowie Vorrichtung zu ihrer Herstellung

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Description

Die Erfindung betrifft eine Gießform mit Formhälften, die Formgebungsflächen optischer Oberflächenqualität aufweisen, für die Fertigung von Kunststofflinsen mit optischer Oberflächenqualität im Gießverfahren sowie eine Vorrichtung zum Herstellen der Formhälften derartiger Gießformen.
Es ist bereits seit längerem bekannt, als Material für die Herstellung von Linsen, insbesondere Brillenscheiben, an Stelle von Silikatglas Kunststoff zu verwenden. Kunststofflinsen haben gegenüber Glaslinsen den Vorteil, daß sie bruchsicher sind und außerdem auf verschiedenen Anwendungsgebieten, beispielsweise bei der Herstellung von Schutzbrillen, den Vorzug größerer Unempfindlichkeit gegenüber mechanischen und chemischen Einwirkungen durch umherfliegende Partikel haben. Außerdem sind Kunststofflinsen wegen ihres geringeren spezifischen Gewichtes insbesondere bei hoher Dioptrienzahl gegenüber Glaslinsen von Vorteil,
Grundsätzlich kommen zur Herstellung von Kunststofflinsen zwei Verfahren in Betracht, nämlich einmal das reine Gießverfahren, bei dem verschiedene wärmehärtende Kunststoffe Verwendung finden, insbesondere Diäthylenglykoldiallylcarbonat, sowie andererseits das Spritzgießverfahren, bei dem thermoplastische und duroplastische Massen verwendet werden.
Das reine Gießverfahren, bei dem ein wärmehärtendes Harz, insbesondere auf Diäthylenglykoldiallylcarbonatbasis, z. B. das unter dem Handelsnamen CR 39 bekannte Harz, in eine Gießform gegossen wird, bei der die Formhälften mit Formgebungsflächen optischer Oberflächenqualität aus an der Oberfläche geschliffener und polierter Glasmasse bestehen (beispielsweise dargestellt in der DT-OS 15 04 512, Fi g. 1), woraufhin zur Erzeugung der fertigen Kunststofflinse eine mehrstündige Polymerisation in der Wärme erforderlich ist, führt zwar zu Linsen mit guter Oberflächenqualität, hat jedoch den Nachteil, daß die Herstellung der erforderlichen Glasformen sehr kostspielig ist. Außerdem ist dieses Fertigüngsverfahren sehr lohnintensiv. Größtenteils beruhen die Schwierigkeiten beim reinen Gießverfahren jedoch darauf, daß eine Vielzahl von Gießformen mit Formhälften hergestellt werden muß, die Formgeburigsflächen optischer Oberflächenqualität aufweisen, da wegen des langen Härtungsprozesses der herzustellenden Kunststofflinsen eine Vielzähl von Formen gleichzeitig verwendet werden muß.
Beim Spritzgießverfahren erfordert zwar die Herstellung der einzelnen Kunststofflinse wesentlich weniger Arbeitsaufwand, so daß dieses Verfahren prinzipiell die Herstellung von Kunststoff linsen mit geringeren Kosten als das reine Gießverfahren gestattet, jedoch ließen sich bisher routinemäßig keine spritzgegossenen Scheiben mit ausreichender Oberflächenqualität erzielen. Dies beruht darauf, daß hochwertige Edelstahle, wie sie bisher als bevorzugtes Material für Spritzgießformen verwendet worden sind, nur eine unzureichende Polierbarkeit aufweisen, so daß die gewünschte optische Oberflächenqualität nicht erzielt werden kann. Verwendet man hingegen Edelstahle, die die erforderliche Oberflächenqualität gewährleisten, so müssen an diese hohe Reinheitsforderungen gestellt Werden. Demzufolge lassen sich in aller Regel nur Edelstahle verwenden, die im Vakuumschmelzverfahren hergestellt oder elekfronenstrahlerschmölzen sind. Insgesamt erfüllen Edelstahle nicht die an das Spritzgießformmaterial generell zu stellenden Anforderungen, nämlich hohe Reinheit und Homogenität, gute Bearbeitbarkeit, Verzugsarmut bei der Wärmebehandlung (geringer thermischer Ausdehnungsgrad), hohe Härte, hoher Verschleißwiderstand, gute Polierbarkeit, hohe Warmfestigkeit, hohe Temperaturwechselbeständigkeit, ausreichende Kernfestigkeit, hoher Korrosionswiderstand sowie niedrige Herstellungskosten. Die Verwendung von Silikatglas für die Formhälften von Spritzgießformen der in Rede stehenden Art hat sich ebenfalls nicht bewährt, und zwar wegen der mangelnden Temperaturwechselbeständigkeit des verwendeten Glases sowie wegen der schlechten Entformbarkeit der hergestellten Kunststofflinsen, die in derartigen Spritzgießformen mit Formhälften aus Glas hergestellt sind.
In Anbetracht der vorstehend geschilderten Schwierigkeiten, welche die Auswahl eines geeigneten Materials für die Formhälften von Spritzgießformen zur Herstellung von Kunststofflinsen im Spritzgießyerfahren bildet, ist ein älterer Vorschlag (DT-OS 22 04 830) darauf gerichtet, die mit der Spritzgießmasse in: Berührung stehenden, den Füllraum begrenzenden Formteile aus Glaskeramik herzustellen. Diese Glaskeramik einer handelsüblichen Art zeichnet sich durch eine außergewöhnlich geringe Wärmeausdehnung aus, die noch um den Faktor 10 kleiner sein kann als die Wärmeausdehnung des in dieser Hinsicht als ausgesprochen günstig bekannten Quarzglases.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Glaskeramik kann im Bereich von 20 bis 500QC bei. 0 ± 1
(So (10-7/°C) liegen. Hieraus ergibt sich eine so gute Temperaturwechselbeständigkeit, daß Schrotte Temperaturwechsel bei der Kunststoffverarbeitung ohne Bruchgefahr durch die Formhälften ertragen werden können. Der Wärmeausdehnungskoeffizient ist im Verarbeitungsbereich thermoplastischer und duroplastischer Kunststoffe praktisch Null. Weiterhin ist das Gefüge der Glaskeramik völlig porenfrei. Die Formhälften sind ausgezeichnet polierbar, wobei die Polierbarkeit der
Bearbeitbarkeit herkömmlicher optischer Gläser nicht nachsteht. Glaskeramik zeichnet sich darüber hinaus durch eine hohe Vickershärte (HV, 50 g Belastung) von 950 ± 80 kp/mm2 aus. Außerdem verfügt Glaskeramik über eine hohe chemische Beständigkeit. Infolge dieser Eigenschaften der Glaskeramik ist die Spritzgießform gemäß dem älteren Vorschlag vorzüglich zur Herstellung von Kunststofflinsen im Spritzgießverfahren geeignet.
Ein gewisser Nachteil dieses älteren Vorschlages besteht aber darin, daß es nach wie vor erforderlich ist, eine Vielzahl von Spritzgießformen mit Formhälften aus Glaskeramik herzustellen, die also jeweils zur Erzielung der erforderlichen optischen Oberflächenqualität der Formgebungsflächen sorgfältig bearbeitet und poliert sein müssen. Wollte man sich die hervorragende Oberflächenqualität der Glaskeramik-Formgebungsflächen der Spritzgießform nach dem älteren Vorschlag für die Herstellung von Kunststofflinsen im Gießverfahren zunutze machen, welches insbesondere bei Linsen größeren Querschnittes gegenüber dem Spritzgießverfahren spezifische Vorteile aufweist, so wurden wegen der Vielzahl der erforderlichen Formen die Kosten in nicht tolerierbarer Weise gesteigert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gießform der eingangs genannten Gattung sowie eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung zu schaffen, welche unter Vermeidung der hohen Formkosten der bekannten Gießverfahren die wirtschaftliche Herstellung von Kunststofflinsen mit optischer Oberflächenqualität im Gießverfahren ermöglichen.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Gießform der eingangs genannten Gattung gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Formhälften der Gießform in Kontakt mit Glaskeramikflächen optischer Oberflächenqualität aus Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt sind.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Kunststoff ein thermoplastisches Polyamid oder Polyäthylenterephtalat ist.
Eine Vorrichtung zum Herstellen der Formhälften von Gießformen dieser Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Spritzgieß-Stammform ausgebildet ist und daß wenigstens ein eine Formgebungsfläche optischer Oberflächenqualität aufweisender Formteil der Spritzgieß-Stammform aus Glaskeramik besteht.
Dabei kann vorgesehen sein, daß der Formhohlraum der Spritzgieß-Stammform durch ein erstes, als Formeinsatz ausgebildetes Formteil aus Glaskeramik und einen zweiten, dem Formteil gegenüberliegenden Formeinsatz aus unpoliertem Stahl begrenzt ist.
Die erfindungsgemäße Gießform, deren Formhälften also aus Kunststoff bestehen, hat gegenüber der bekannten Gießform mit Silikatglas-Formhälften, wie sie beispielsweise durch die DT-OS 15 04 512, bekanntgeworden ist, den Vorteil, daß sie bei zumindest gleicher optischer Oberflächenqualität der Formgebungsflächen kostenmäßig wesentlich günstiger herzustellen ist. Der Erfindungsgedanke besteht darin, im Spritzgießverfahren unter Verwendung von Formgebungsflächen aus polierter Glaskeramik eine Vielzahl von Kunststoff-Formhälften für Gießformen herzustellen, weiche die Oberflächenqualität der polierten Glaskeramik-Spritzgieß-Stammform übernehmen und bei ihrer Verwendung als Linsengießform diese Oberflächenqualität an die Fertigprodukte, nämlich die Kunststofflinsen, weitergeben. Die Kunststoff-Formhälften sind wesentlich haltbarer als Glasformen und lassen sich mehrfach verwenden, so daß insgesamt eine vieltausendfache Vervielfachung der Oberfläche einer Glaskeramik-Spritzgieß-Stammform eintritt, während eine mit gleichem Aufwand polierte Glasform meist nur einige dutzendmal zu verwenden ist. Neben der mehrfachen Verwendbarkeit hat die Kunststoff-Formhälfte für die Linsengießform den weiteren Vorzug, daß sie bei Abnutzung nicht verworfen werden muß, sondern granuliert und anschließend neu gespritzt werden kann.
Die besonderen Vorteile der Lehre der Erfindung zeigen sich darin, daß es genügt, für jede Linsengießform bestimmtem Krümmungsradius (Dioptrienzahl) nur eine Stammform aus Glaskeramik herzustellen, weiche die Fertigung vieler DupIikat-(Gieß-)formen aus Kunststoff erlaubt. Dies ist von besonderem Vorteil, wenn man bedenkt, daß die Massenfertigung von CR-39-Brillenscheiben mit dioptrischer Wirkung in Glasformen hohe Investitionen beim Aufbau des Glaslagers erfordert, da der Optiker einige Hundert verschiedene dioptrische Wirkungen verlangt Allein im sphärischen Programm handelt es sich dabei um 81 verschiedene dioptrische Wirkungen von — 10,00 bis + 10,00 dpt.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Vorgehens, bei dem die einmalig hergestellte Spritzgieß-Mutterform oder Stammform aus Glaskeramik mit einer Formfläche hoher optischer Qualität beliebig vervielfacht wer-
den kann, ergibt sich beispielsweise auch aus der Überlegung, daß die Herstellung von tausend CR-39-Brillenscheiben im Monat mit einer dioptrischen Wirkung von + 1,0 dpt bei der Anwendung des bekannten Gießverfahrens mit Glas-Linsengießformen 750 Formhälften aus Glas mit einem Preis von derzeit etwa DM 5,00 pro Stück, entsprechend insgesamt DM 3.750,00 erfordert. Bei Fertigung der Brillenscheiben in Kunststoff-Linsengießformen der erfindungsgemäßen Art hingegen sind lediglich zwei Spritzgießeinsätze aus Glaskeramik notwendig, die jeweils etwa DM 20,00 kosten, woraus sich Gesamtkosten von DM 40,00 für die Formen ergeben.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäß verwendeten Kunststoff-Linsengießformen liegen in der Steigerung der Produktivität durch Verringerung des Ausfalls während der CR-39-Polymerisation, wie Ablösungen und Risse. Außerdem lassen sich die fertig polymerisierten CR-39-Brillenscheiben leichter entformen. Ein Nacharbeiten der Form, wie es bei den für das Gießverfahren bekannten Glasformen üblich war, sobald Beschädigungen, wie Kratzer, auftreten, entfällt, weil die Kunststoff-Linsengießform beim Auftreten von Fehlstellen in der Schneidmühle granuliert und erneut mit der Spritzgießmaschine verarbeitet werden kann.
Erfindungswesentlich ist ferner noch der weitere Vorteil, daß sich die Kunststoff-Formhälften für die Linsengießform in einer Spritzgießform anfertigen lassen, welche nur einen Formeneinsatz aus Glaskeramik mit optischer Oberflächenqualität aufweist, während die andere Fläche der Formhälfte, die nicht mit dem CR-39 der herzustellenden Kunststofflinse in Kontakt kommt, ohne besondere Oberflächenqualität in der Spritzgießform gegen einen unpolierten Stahleinsatz gefertigt werden kann, wie dies Gegenstand der bereits beschriebenen bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist.
Die FR-PS 6 39 331 konnte keine Anregung zu der überraschenden Lehre der Erfindung geben, die Silikatglas-Formhälften der Gießform nach der DT-OS
15 04 512, bei der lediglich der keine optische Formgebungsflächen aufweisende Distanzring im Spritzgießverfahren hergestellt ist, in der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Weise durch Kunststoff-Formhälften zu ersetzen, deren Formgebungsflächen mit optischer Oberflächenqualität im Kontakt mit Glaskeramikflächen optischer Oberflächenqualität aus Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt sind. Vielmehr handelt es sich bei der FR-PS 6 39 331 um eine Gießform der bekannten Art, bei der lediglich statt Glas auch ein Ke- ro ramikmaterial als Material für die Formhälfte verwendet werden kann. Abgesehen davon, daß herkömmliche Keramik nicht für die Erzielung der optischen Oberflächenqualität von Kunststofflinsen erforderlichen Eigenschaften aufweist, wie sie bei Glaskeramik insbesondere infolge der spezifischen mikrokristallinen Struktur vorliegen, konnte die FR-PS 6 39 331 keine Anregung zu dem »Übertragungsprinzip« der Erfindung geben, bei dem also die optischen Oberflächeneigenschaften hochwertiger Glaskeramik-Spritzgieß-Stammformen auf eine Vielzahl preiswert herstellbarer Gießformen mit Kunststoff-Formhälften übertragen werden.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von zwei Ausführungsbeispielen im einzelnen erläutert. Dabei zeigt
F i g. 1 eine Gießform, bestehend aus zwei durch einen Distanzring zusammengehaltenen Formhälften, im Schnitt und
F i g. 2 eine Spritzgieß-Stammform zur Herstellung der beiden Formhälften der in Fig. 1 gezeigten Gießform, ebenfalls im schematischen Schnitt.
F i g. 1 zeigt eine im ganzen mit 8 bezeichnete Gießform, welche zwei aus thermoplastischem Polyamid bestehende Formhälften 10, 12 aufweist, die an ihrem Umfang durch einen elastisch nachgiebigen Distanzring 14 in bekannter Weise zusammengehalten werden. Die Formhälften 10, 12 sind, entsprechend der gewünschten dioptrischen Wirkung der zu polymerisierenden Kunststofflinse gekrümmt und weisen zur Kunststofflinse 16, also zum Formhohlraum, gerichtete Formgebungsflächen auf, die in Kontakt mit Glaskeramikflächen optischer Oberflächenqualität gespritzt sind.
F i g. 2 zeigt eine im ganzen mit 9 bezeichnete Spritzgieß-Stammform zur Herstellung der Formhälften 10, 12 der Gießform 8 aus Polyamid oder Polyäthylenterephthalat. Die Spritzgieß-Stammform 9 weist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Formhohlräume auf, von denen der links gezeigte zur Herstellung der in F i g. 1 obenliegenden Kunststoff-Formhälfte 10 und der rechts gezeigte zur Herstellung der in F i g. 1 untenliegenden Kunststoff-Formhälfte 12 dient. Zwischen den beiden Förmhohlräumen ist ein konischer Anguß 13 mit Verteilerkanal vorgesehen.
Die gezeigte Spritzgieß-Stammform 9 weist zwei aus unpoliertem Stahl bestehende Formeinsätze 18, 20 auf, die an den herzustellenden Kunststoff-Formhälften 10,. 12 an derjenigen Seite anliegen, die später bei der in F i g. 1 gezeigten Gießform 8 nicht mit der herzustellenden Kunststofflinse 16 in Berührung kommen. Auf der gegenüberliegenden Seite weist die Spritzgieß-Stammform 9 jeweils einen Glaskeramik-Formeinsafz 22,23 auf, dessen der herzustellenden Kunststoff-Formhälfte 10, 12 zugewandte Formfiäche poliert ist und eine hohe optische Oberflächenqualität aufweist. Hierdurch wird erreicht, daß auch die dem jeweiligen Glaskeramik-Formeinsatz 22,24 der Spritzgieß-Stammform 9 zugekehrte Fläche der Kunststoff-Formhälften 10,12, welche später, bei der jn F i g. 1 gezeigten Gießform, mit dem Polymerisat der Kunststofflinse 16 in Berührung kommen, dieselbe optische Qualität erhält wie die Glaskeramik-Formgebungsfläche.
Die Herstellung der Kunststoff-Formhälften 10,12 in der Spritzgieß-Stammform 9 erfolgt bei einer Spritzgießtemperatur von 250 bis 3000C und einem Spritzdruck von 1000 kp/mm2, wobei das verwendete Material ein Polyamid oder Polyethylenterephthalat sein kann. Der Spritzgießzyklus beträgt etwa eine Minute, woraus sich ergibt, daß bei der gezeigten Zweifachform 2 χ 60 Kunststoff-Formhälften 10, 12 pro Stunde hergestellt werden können, mit denen sich also 60 CR-39-Kunststofflinsen 16 herstellen lassen; Bei größeren Spritzgieß-Stammformen mit einer entsprechend größeren Anzahl von Formhohlräumen, beispielsweise einer Zehnfachform, können entsprechend mehr Kunststoff-Formhäiften hergestellt werden.
Die Herstellung der Kunststofföse 16 in der in F i g. 1 gezeigten Form erfolgt in der Weise, daß ein Polymerisat, insbesondere das bereits erwähnte CR-39, in den durch den elastisch nachgiebigen Distanzring 14 begrenzten Formhohlraum angebracht und dort in bekannter Weise auspolymerisiert wird, wobei die Kunststofflinse 16 durch die Vermittlung der Kunststoff-Formhälften 10, 12 die optische Oberflächenqualität der Glaskeramik-Formeinsätze 22, 24 der Spritzgieß-Stammform 9 erhält.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Gießform mit Formhälften, die Formgebungsflächen optischer Oberflächenqualität aufweisen, für die Fertigung von Kunststofflinsen mit optischer Oberflächenqualität im Gießverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Formhälften (10,12) der Gießform (8) in Kontakt mit Glaskeramikflächen optischer Oberflächenqualität aus Kunststoff im Spritzgießverfahren hergestellt sind.
2. Gießform nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff ein thermoplastisches Polyamid oder Polyäthylenterephthalat ist.
3. Vorrichtung zum Herstellen der Formhälften von Gießformen nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Spritzgieß-Stammform (9) ausgebildet ist und daß wenigstens ein eine Formgebühgsfläche optischer Oberflächenqualität aufweisender Formteil der Spritzgieß-Stammform (9) aus Glaskeramik besteht.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Formhohlraum der Spritzgieß-Stammform (9) durch ein erstes, als Formeinsatz (22,24) ausgebildetes Formteil aus Glaskeramik und einen zweiten, dem Formteil gegenüberliegenden Formeinsatz (18,20) aus unpoliertem Stahl begrenzt ist.
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