DE2438836A1 - Verfahren zur herstellung von massgenauen formkoerpern aus plastisch formbaren massen, insbesondere glas, und dafuer geeignete vorrichtung - Google Patents

Verfahren zur herstellung von massgenauen formkoerpern aus plastisch formbaren massen, insbesondere glas, und dafuer geeignete vorrichtung

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Description

Patentanwälte Dr; Xador & Dr. Klunker 8 München 22, Knoebelstrasse 36
K 10 952 3/tr . 13. August 1974-
D. Swarovski & "Go. , Glasschleiferei
A - 6112 Wattens/Österreich
Verfahren zur Herstellung von massgenauen Formkörpern aus plastisch formbaren Massen, insbesondere Glas, und dafür geeignete Vorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von massgenauen Formkörpern aus plastisch formbaren Massen, insbesondere Glas, und besonders auf ein Verfahren zur Herstellung von massgenauen Retroreflektoren, sowie auf eine zur Herstellung solcher Formkörper geeigneten Vorrichtung.
Retroreflektoren sind optische Vorrichtungen, die die Eigenschaft haben, auffallendes Licht wieder in die Einfallsrichtung zurückzureflektieren. Diese werden oftmals ungenauer als Rückstrahler oder Reflektoren bezeichnet. Dem Prinzip nach gibt es zwei Systeme, die retroreflektierend sind, nämlich den Tripelspiegel und die Kugelrückstrahlelemente (KRE), die auch unter dem Namen "Katzenaugen" bekannt sind.
Retroreflektoren aus Glas setzen sich auf Grund ihrer besonderen Eigenschaften und insbesondere auf Grund ihrer langen Lebensdauer unter Beibehaltung hoher Reflexionswerte zunehmend durch.
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Retroreflektoren werden beisOielcveise ?.nr Erhöhung der Ficherheit auf nächtlichen Straßen an Fabrhnhnrändern bzw. der Fahrbahn selbst angebracht. Die Wirksamkeit dieser Retroreflektoren ist außer von ihrem optischen Aufhau weitgehend von deren rerelmässipier Wartung und Pflege abhandln;. Infolge ihrer exponierten Lan:« auf der Straße, z.P. al R Bodenmarkierunfsrngel, oder in unmittelbarer Straßennähe, z.B. als Leitpflookstrphler, sind alle Retro^eflektoren extremer Verschmutzung ausgesetzt. Damit sie ihr»3 volle Funktion ^rfüll^n können, ist es erforderlich, diene repjelnässip; zu reinigen. Die Reini^nn^ stellt für di» Retrorpflektoren eine überaus harte Belastung dar, was zu beträchtlichen Reflexionsverlusten führen kann.
So verlieren z.B. Rückstrahler, die aus Kunststoff gefertigt sind, nach ca. 2i? Reini^unpszyklen bis zu °C0/ ihres ursprünglichen Reflexionsvermögens. Bedeutend bessere Ergebnisse werden mit Retroreflektoren aus Glas przielt. Diese verlieren bei gleicher Reinigunersbehandluner nur ca. ΛΟΡ/ο ihres Anfpn^sreflexionsvermöpqens und halten diese T-'erte über Jahre hinaus. Retroreflektoren aus Glas weisen daher gegenüber solchen aus Kunststoff bedeutende Vorteile auf. Für gewisse Anwendungsbereiche kommen ausschließlich Glasretroreflekto^en zur Anwendung.
Die Herstellung von Formkörpern aus Glas, die als Retroreflektoren eingesetzt werden, stellt jedoch an den Produzenten ungleich höhere Anfofderungen als di° Fertigung von Kunststoff-Retroreflektoren.
Übliche Kugelrückstrahlelemente sind in Fig. 1 gezeigt. Das KRE besteht aus einer sphärisch oder ggf. asohäris^h gekrümmten Lichteintrittsfläche 1 und einer sphärisch oder in Form eines "Stufenspiegels" geformten verspiegelten
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Reflektorfläche 2, din eine gemeinsame optische Achse haben. Die Krümmung der Lichteintrittsfläche irt abhängig von: irechungsindex des """erwendeten G-Iaser- und von d°r gewünschten Streuung des reflektierten Lichtes.
Der Strahlengang für einen parallel 5 bzw. schräg 6 einfallenden Lichtstrahl ist gleichfalls der Fig. 1 zu entnehmen. Während die Form der Lichteintrittsflache und der Abstand zwischen dieser und der Reflektoroberfläche durch die optischen Bedingungen festliegen, k«nn die Ausgestaltung der optisch unwirksamen Mantelflächen 4-weitgehend den Weiterverarbeitungsbedingungen bz.w. den Einbauerfordernissen angepaßt werden.
Die Herstellung der KRE kann durch Zangendruck oder maschinell erfolgen. Der Zangendruck scheidet heute aus Rationalitätsgründen aus.
Die maschinelle F^rtigun^- erfolgte bisher auf folgende V/eise, wobei zur Verdeutlichung auf die in Fir:. 2 sch en at i sch dargestellte, dafür geeignete Vorrichtung-Bezug genommen wird. ICine bis zur plastischen Verformbarkeit vorerwärmte Glasmasse 1! wird in eine Matrize 7 (in Fig. 2 nur schematisch gezeigt) eingebracht,' die die Form der Mantelfläche der KRE bestimmt, und dann mit Hilfe von Preßwerkzeup;en 8, die von beiden Seiten in die Matrize eingeführt werden und unmittelbar auf die Glasmasse drücken, zum Kugelrückstrahlelement verformt. Diese bekannte Fertigungsmethode erlaubt zwar eine rationelle Herstellung der KRS, bedingt aber einen schwerwiegenden Nachteil. Die danach gefertigten KRE weisen nämlich eine unzulässig große Schwankung des Abstandes zwischen Lichteintrittsfläche und Reflektorfläche auf. Diese unterschiedlichen Abstände
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werden dadurch bedingt, daß die zur Verformung verwendeten Glasrohlinge nicht von gleicher Masse sind. Vielmehr schwankt die Masse der Glasrohlinge produktionsbedingt in einer Gauss-Verteilung um den Sollwert. Da bei den bekannten Verfahren die Verformung so durchgeführt wird, daß die beiden Preßwerkzeuge mit einer bestimmten Kraft auf die vorerwärmten Glasmassen direkt einwirken, werden Glasformkörper mit unterschiedlichem Abstand zwischen Lichteintrittsf lache und Reflektorfläche erhalten. Um möglichst hohe Reflexionswerte zu erhalten, ist es jedoch aus optischen Gründen gerade erforderlich, einen bestimmten Abstand zwischen Lichteintrittsfläche und Reflektorfläche einzuhalten. Durch einen anderen als den optisch vorgegebenen Abstand zwischen Lichteintrittsfläche und Reflektorfläche wird eine höhere Streuung des reflektierten Lichtes verursacht. Das aber hat zur Folge, daß mit hohen Lichtwertverlusten gerechnet werden muß. Massenschwankungen von beispielsweise nur Λ% führen bereits zu Lichtwertverlusten zwischen 30 und 50%. Diese Änderungen des Abstandes können bis zur völligen Unbrauchbarkeit der KRE führen.
Andererseits ist die Ausbildung von Glasrohlingen konstanter Masse aus technischen und ökonomischen Gründen nicht durchführbar. Alle Verfahren zur Massenseparation von weniger als +_ 1% im Bereich von 0,1 bis 6g sind in der Praxis zu aufwendig, um für eine Massenproduktion geeignet zu sein.
Ein bloßes Verformen auf Anschlag würde gleichfalls nicht zum Ziel führen, da Glasrohlinge mit kleinerer Masse nicht voll die Form der Preßwerkaeuge annehmen würden und somit
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optisch völlig unbrauchbar wären, da z.B. die als Linse ausgebildete Lichteintrittsfläche nicht vollständig ausgeformt ist.
Auf 5 α υ ö (iti1 £±- Γ i na uii ^ itst die her ü Ce llung von massgenauen Formkörpern, insbesondere von Glasformkörpern, die als Retroreflektoren verwendet werden, welche sich durch hohe Reflexionswerte und geringe Streuung auszeichnen, wobei insbesondere der Abstand zwischen Lichteintrittsfläche und Reflektorfläche gleichbleibend ist.
Ferner ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens, bei dem Formkörper auf wirtschaftlich vorteilhafte Weise in Serie hergestellt werden können.
Schliesslich ist Aufgabe der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass, massgenaue oder zum Teil massgenaue Formkörper aus plastisch formbaren Hassen, insbesondere Glas, besonders Retroreflektoren, mit den gewünschten Eigenschaften dadurch hergestellt werden können,dass die Presswerkzeuge in eine bestimmte Abstandposition gebracht werden und ■ die endgültige Auspressung der Formkörper durch weitere Verformung im wesentlichen der nicht massgenau zu haltenden Fläche oder Flächen, z.B. der Mantelfläche, der Formkörper erfolgt.
Bei dem Verfahren gemäss der Erfindung wird eine plastisch verformbare Masse, z.B. eine bis zur plastischen Verformbarkeit vorerwärmte Glasmasse, in eine Matrize eingebracht und die Mass mit Hilfe von Presswerkzeugen, die z.B. von beiden Seiten in die Matrize eingeführt werden und unmittelbar auf die Masse drücken, geformt. Die Press-
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werkzeuge werden im Gegensatz zu den bekannten Verfahren auf eine bestimmte Abstandsposition gebracht. Die endgültige Auspressung der Formkörper erfolgt nun dadurch, dass eine weitere Verformung im wesentlichen der nicht massgenau zu haltenden Fläche oder Flächen des Formkörpers erfolgt. Dies wird durch weitere Volumensverminderung des Pressraumes bewirkt.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausfiihrungsbeipielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei zur Illustration die Erfindung anhand von Kugelrückstrahlelementen dargestellt wird.
Es zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht von Kugelrückstrahlelementen sowie den Strahlengang für parallel bzw. schräg zur optischen Achse einfallendes Licht;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht einer bekannten
Vorrichtung zur Herstellung von Kugelrückstrahlelementen}
Fig. 3 eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Herstellung von Kugelrückstrahlelementen;
Fig. 4 Schnittansichten von Kugelrückstrahlelementen, wie sie mit dem Verfahren gemäß der Erfindung erhalten werden;
Fig. 5 eine schematische Schnittansicht einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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Fig. 6 eine schematische, perspektivische Ansicht eines gemäß der Erfindung hergestellten Kugelrückstrahlelements.
Die Erfindung wird nun unter besonderer Bezugnahme auf Fig. J näher erläutert.
Wie vorstehend erwähnt, werden nach Einbringen der vorerwärmten Glasrohlinge 11 in die Matrize 7 die Preßwerkzeuge 8, z.B. Preßstempel, in eine bestimmte Abstandsposition gebracht. In dieser Phase wird im allgemeinen die Glasmasse den Preßraum nicht vollständig ausfüllen. In der Regel werden also bei den Verfahren gemäß der Erfindung Glasrohlinge mit geringerer Masse als bisher verwendet.
Die endgültige Auspressung der Glasteile erfolgt nun
dadurch, daß bei feststehenden Preßwerkzeugen ein oder mehrere Zusatzpreßwerkzeuge in den Preßraum eingeführt werden. Dadurch wird das Volumen des Preßraumes weiter vermindert, bis die Oasmasse den Preßraum vollständig ausfüllt. Aufgrund der Einführung des Zusatzpreßwerkzeugs bzw. mehrerer Zusatzpreßwerkzeuge erfolgt eine
weitere Verformung der Mantelfläche des Glasformkörpers, von der aus optischen Gründen eine Maßhaltigkeit nicht verlangt wird. Die Einführung der Zusatzpreßwerkzeuge erfolgt zu einem Zeitpunkt, bei dem die Glasmasse noch plastisch verformbar ist.
Gemäß der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform der Erfin-' dung wird dies dadurch erreicht, daß eine, um ein Preßwerkzeug angeordnete Hülse 9 in den Preßraum eingeschoben wird, und zwar so lange bzw. so weit, bis die Glasmasse den Preßraum vollständig ausfüllt.
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— ο —
An Stelle der Hülse 91 die allgemein als Zusatzpreßwerkzeug bezeichnet werden kann, können auch ein oder mehrere anders geformte Preßwerkzeuge in den Preßraum eingeschoben werden·
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist aus Fig. 5 ersichtlich.
Bei dieser Ausführungsform wird gleichfalls die bis zur plastischen Verformbarkeit vorerwärmte Glasmasse 11 in die Matrize 7 eingebracht, und mit Hilfe von Preßwerkzeugen 8, die von beiden Seiten in die Matrize eingeführt werden und unmittelbar auf die Glasmassen drücken, geformt. Zusätzlich wird jedoch bei feststehenden Preßwerkzeugen die Matrize längs der Preßwerkzeugachse relativ zu den Preßwerkzeugen bewegt. Die Matrize weist einen Ansatz 10 auf, der so ausgebildet ist, daß die weitere Bewegung der Matrize längs der Preßwerkzeugachse zu einer Volumensverminderung des Preßraums führt. Dies wiederum führt dazu, daß del? gesamte Preßraum von der Glasmasse ausgefüllt wird. Der Massenausgleich der KRE wird auch hier an der optisch unwirksamen Mantelfläche durchgeführt. Der Ansatz 10 kann z.B. radial-symmetrisch sein. Für gewisse Anwendungsbereiche sind aber andere Ausführungsformen ebenfalls geeignet.
In Fig. 4 sind KElE gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Krümmung und Abstand der Linsenflachen sind gleich, und somit sind die Anforderungen an die optischen Bedingungen erfüllt. Ebenso sind die Durchmesser der Elemente dieselben, was für die Weiterverarbeitung von Bedeutung ist. Die Massedifferenzen der Glasrohlinge drücken sich nur als optisch unwirksame Halslängenschwankungen aus. Durch geeignete Wahl der Wandstärke der Hülse 9 bzw. Ausbildung des Ansatzes 10
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können die Halslängenschwankungen leicht in gewünschten Grenzen gehalten werden.
In Fig. 6 sind KRE gezeigt, deren Mantelflächen nicht radial-symmetrisch verformt sind. Solche KRE können z.B. für Bodenmarkierungsnägel verwendet werden, weil hier die Einfallswinkel im vertikalen Bereich nur ganz geringfügig schwanken, während für den horizontalen Einfallswinkelbereich der volle Durchmesser des KRE ausnutzbar ist.
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung werden die Schwierigkeiten, die bei den bisher bekannten Fertigungsmethoden auftraten, vermieden. Dies bedeutet eine Herabsetzung der Ausschußraten sowie der Herstellungskosten.
Eine Vorsortierung der Glasrohlinge ist nicht mehr erforderlich. Es können Glasformkörper, insbesondere Retroreflektoren, hergestellt werden, die bessere Lichtwerte zeigen, weil die Glasformkörper konstante Länge, insbesondere einen konstanten Abstand zwischen Lichteintritt sflache und Reflektorfläche aufweisen, was zu optimalen Reflexionseigenschaften führt. Dies bedeutet weiter, daß für die Herstellung von Rückstrahlerprodukten, für die M&ndestreflexLonswerte spezifiziert sind, mit weniger Elementen das Auslangen gefunden werden kann. Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung wird trotz unterschiedlicher Massen der zur Verformung gelangenden Glasrohlinge ein konstanter Abstand zwischen Lichteintrittsfläche und Reflektorfläche erreicht. Durch das Verfahren gemäß der Erfindung gelingt es somit, optisch ideale Elemente herzustellen. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß die optisch bearbeiteten Preßwerkzeuge einer weit geringeren Belastung als bei den üblichen Verformungsverfahren ausgesetzt sind. Dies führt zu größeren Standzeiten der Werkzeuge.
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Alle üblicherweise verwendeten Gläser können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zu maßgenauen Glasformkörpern verarbeitet werden. Insbesondere eignen sich Natron-Kalk-Gläser. Bevorzugt verwendete Gläser enthalten etwa 2 bis 30% Natriumoxyd, 2 bis 12% CalciumoKyd und 5o bis 80% Siliciumdioxyd.
Die Glasrohlinge, die z.B. ein Gewicht in der Größenordnung von etwa 0,1 bis 8 g aufweisen können, werden vor dem Pressen auf eine Temperatur erhitzt, bei der sie plastisch verformbar sind. Diese Temperatur hängt von der Zusammensetzung des Glases ab und liegt im allgemeinen bei etwa 600 - 90O0C, insbesondere 700 - 800°0.
Das Auspressen der Glasformkörper erfolgt unter Druck, der bis 50 aim betragen kann, bevorzugt wird bei Drucken zwischen etwa 2 und 20 atm gearbeitet. Die nachträgliche Weiterverformung durch die Zusatzpreßwerkzeuge oder die Relativbewegung der Matrize bei feststehenden Preßwerkzeugen erfolgt jedoch bei geringerem Druck als der Hauptpreßvorgang, um die Preßwerkzeuge nicht aus ihrer Position zu bewegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird vorzugsweise beheizt, um eine zu schnelle Abkühlung der Glasmasse zu vermeiden.
Anzahl, Größe und Ausbildung der Zusatzpreßwern.zeuge bzw. die Ausbildung des Ansatzes 10 der Matrize werden so gewählt, daß der Massenausgleich der Glasrohlinge unterschiedlicherMasse gewährleistet ist. Schwankt die Masse der Glasrohlinge beispielsweise um +_ 2,5%* so muß dafür gesorgt werden, daß eine Volumensverminderung
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durch die Zusatzpreßwerkzeuge bzw. die Bewegung der Matrize von 5% erfolgt, damit jeweils auch die leichtesten Glasrohlinge den Preßraum vollständig erfüllen und maßgenaue Glasformkörper erhalten werden.
Die Zusatzpreßwerkzeuge oder das Zusatzpreßwerkzeug können, wie erwähnt, verschieden gestaltet sein. Auch der Führung der Zusatzpreßwerkzeuge sind prinzipiell keine Grenzen gesetzt. Sie können von verschiedenen Seiten oder einer Seite in die Matrize eingeführt werden und können parallel zur Achse des Glasformkörpers, senkrecht dazu oder in anderer Richtung dazu auf den Formkörper einwirken.
Auch können ein oder mehrere Preßwerkzeuge, die unterschiedlich geformt und geführt werden können oder z.T. feststehend sein können, bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines speziellen Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Beispiel
Zur Herstellung von KRE wurden Glasrohlinge mit einer Masse von 0,2g verwendet. Diese wiesen eine Massenschwankung von +_ 2,5% auf. Das Glas bestand aus etwa 14,7% Natriumoxyd, 7,8% Calciumoxid und 69,5% Siliciumdioxid, wobei der Rest geringere Mengen anderer Bestandteile war.
Die Glasrohlinge wurden auf etwa 75O0C erhitzt. Bei dieser Temperatur waren sie plastisch verformbar.
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Sie wurden in die, in Fig. 3 schematisch dargestellte Matrize der Preßvorrichtung eingebracht und mit einem Druck von 5 atm gepreßt. Das Nachpressen erfolgte mit einem als Hülse ausgebildeten Zusatzpreßwerkzeug, das in der Lage war, eine Verminderung des Preßraumvolumens von 5% zu bewirken. Der Druck beim Nachpressen betrug etwa 2 atm.
Es wurden ausgezeichnet ausgebildete ITRE erhalten, die sich durch einen konstanten Abstand zwischen Lichteintrittsfläche und Reflektorfläche auszeichneten. Vergleichsmessungen mit KRE, die in üblicher, aber sonst analoger Weise hergestellt waren, ergaben eine Steigerung des Lichtwertes von 120% für die erfindungsgemäß hergestellten KRE.
Die vorliegende Erfindung wurde insbesondere in Bezug auf Kugelrückstrahlelemente beschrieben. Es ist jedoch offensichtlich, daß mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung Glasformkörper jeglicher Art hergestellt werden können, bei denen die Maßgenauigkeit von Bedeutung ist.
Anstelle von Glas können auch jegliche anderen plastisch verformbaren Massen zur Herstellung der Formkörper verwendet werden.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Η.-Verfahren zur Herstellung von massgenauen Formkörpern aus plastisch formbaren Massen, insbesondere Glas, bei dem eine plastisch formbare Masse, insbesondere eine bis zur plastischen Verformbarkeit vorerwärmte Glasmasse in eine Matrize eingebracht wird und die Masse mit Hilfe von Presswerkzeugen, die in die Matrize eingeführt werden und unmittelbar auf die Masse drücken geformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Presswerkzeuge in eine bestimmte Abstanäposition gebracht werden und die endgültige Auspressung der Formkörper durch weitere Verformung im wesentlichen der nicht massgenau zu haltenden Fläche oder Flächen erfolgt.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch FcekennzeicVin^t, daß bei feststehenden Preßv;erkzeugen ein oder mehrere Zus°t7,p"reßwerkzeup;e in den Preßraum eingeschoben
    3- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei feststehenden Preßvjerkzeuren eine, um ein Preßvierkzene; abgeordnete Hülse in den Preßraum eingeschoben
    . ♦.
    vird.
    1Y. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei feststehenden Preßwerkzeugen die Matrize unter Volumensveminderunp: des Preßraunep länps der Preßwerkzeugachse relativ zu diesen bex^ept wird.
    BAD ORfGINAL
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    5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren ρ nach eirei der Ansprüche i bis 4, bestehend aus ein^r Matrize und in diese einführbare Preßwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Zusatzpreßwerkzeuge vorgesehen sind, die zu einer v/eiteren Verformung im wesentlichen der nicht maßgenau zu haltenden Fläche oder Flächen diene-.
    6« Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Zusatzpreßwerkzeug eine, um ein Preßwerkze\ip; verschiebbar engeordnete Hülse vorgesehen irt.
    7» Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens η geh ein τη de1:· AnpOrucbe 1 bis 4, bestehend aus einer Matrize und in diese einführ bar«=· Preßwerkzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize gegenüber den feststehenden Preßwerkzeusren verschiebbar angeordnet ist und die Matrize einen zur Volumensverminderung de? raunes au^gehildf^en Ansatz aufweist.
    BAD ORIGINAL 609810/0742
    Leerseife
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