DE2639259A1

DE2639259A1 - Vorrichtung zum ausformen optischer elemente aus glas

Info

Publication number: DE2639259A1
Application number: DE19762639259
Authority: DE
Inventors: Gerald E Blair; John J Meyers; John H Shafer; Frank T J Smith
Original assignee: Eastman Kodak Co
Current assignee: Eastman Kodak Co
Priority date: 1975-09-02
Filing date: 1976-09-01
Publication date: 1977-03-10
Also published as: JPS5245613A; FR2322835A1; GB1543954A; FR2322835B1; HK61679A; MY8000117A; AU1738576A

Description

?ΛΤ ε N TAN WALTE Üi.<Ti*g. Wolff t

OiCfisrn. Dr. Brandes . Hefd
Woifi

D- 7 Stuttgart 1, Langs Straße 51

Tel. (07"U) 2363,10 u_r 297295 "

Telex 07 22312 (patwo d)

Telegrammadresse:

t(x OY 223 12 wolfi Stuttgart

PA Or. Beand#s: Sitz Mönchen

PostschecftKto. Stuttgart 7211-700 BLZ 60010070

Deutsche Bank AG, 14/28630 BLZ 6.00 700 70

Bürozeit:

9-11.G0 Uhr, 13.30-16 Uhr

außer samstags

30, August 1976 Reg.-Nr. 125 095/487333 kdk

Eastman Kodak Company, Rochester, Staat New York,
Vereinigte Staaten von Amerika

Vorrichtung zum Ausformen optischer Elemente aus Glas

Telefonische Auskünfte und Aufträge sind nur nach schriftlicher Bestätigung verbindlich

7098.10/04389 ,- ■

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausformen optischer Elemente aus Glas, mit mindestens einer Formflache, die eine spiegelnde Oberfläche hoher Güte und Genauigkeit besitzt, welche Formfläche durch eine Werkstoffschicht gebildet ist/ deren Dicke so groß ist, daß die Ausformeigenschaften dex· Formfläche ausschließlich durch die Eigenart der Werkstoffschicht bestimmt werden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung,mit der optische Linsen im Fertigzustand durch Ausformen hergestellt werden können, also Linsen, die in Benutzung genommen werden können, ohne daß noch eine weitere Behandlung, wie Schleifen oder Polieren, zuvor durchgeführt werden müßte.

Bei der Fertigung optischer Elemente aus Glas ist im allgemeinen zu fordern, daß die hergestellten Elemente bestimmte Kriterien erfüllen, um sie für die vorgesehene Verwendung geeignet zu machen. Die hierbei zu stellenden Anforderungen sind besonders streng, wenn es sich beispielsweise um Linsen handelt, die für photographische Zwecke eingesetzt wardsl sollen, wo es darauf ankommt, daß gute bilderzeugende Eigenschaften gegeben sind. Die Eigenschaften, die hauptsächlich in Betracht zu ziehen sind, sind auf dem vorliegen-, den 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 Kratzer, Vertiefungen, Riefen, den sogenannten Apfelsinenschaleneffekt (englisch orange peel) und dergleichen ein. Von "hoher Oberflächengüte" spricht man bei einem optischen Element dann, wenn die Anzahl der erwähnten Fehler so gering ist, daß das betreffende optische Element für den gewünschten Verwendungszweck geeignet ist. Wenn es sich beispielsweise um eine Linse für die Verwendung bei photographischen Geräten handelt, dann muß die Anzahl der genannten Fehler so ge-

709810/0889

ring sein, daß die bilderzeugenden Eigenschaften der Linse nicht beeinträchtigt werden.

Die"Oberf lächengenauigkeit", welche gewöhnlich durch Angaben über die Wellenlänge des Lichts einer bestimmten Farbe be-* zeichnet wird, bezieht sich auf die Dimansionseigenschaften der Oberfläche, d.h, den Wert und die Gleichförmigkeit des Krümmungsradius der Oberfläche. Die Oberflächengenauigkeit wird im allgemeinen durch einen interferometrischen Vergleich der Linsenoberfläche mit einer Prüflehre bestimmte 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 Sahl der ermittelten Newtonschen Ringe/ und ihre Unregelmäßigkeit, nämlich den Unterschied in den Ringzahlen, wenn diese in zueinander senkrechten Richtungen des Interferenzmusters ausgezählt werden, ausgedrückt. Je geringer die "Stärke" und Unregelmäßigkeit einer Linse ist, desto hochwertiger ist diese Linse. Unter einer Linse, welche eine "hohe Oberflächengenauigkeit" oder einen "präzisen Sitz" besitzt, soll daher eine Linse Werstanden werden, deren Dimensionseigenschaften ganz besonders "nahe an die bei der Konstruktion bestimmten Werte herankommen und die sehr gleichförmig ist. Die Oberflächangenauigkeit einer Linse, die in photographischen Geräten Anwendung findet, wird als hoch angesehen, wenn ihre'Stärke" weniger als sechs Ringe und ihre Unregelmäßigkeit weniger als drei Ringe beträgt.

Die Herstellung gebrauchsfertiger, optischer Glaselemente macht üblicherweise eine Reihetomplizierter und teurer Herstellungsschritte erforderlich, u.a. vorhergehendes Formen, Schleifen, Polieren und Zentrieren. Jeder dieser Schritte muß gesondert durchgeführt werden, wobei komplizierte und

709810/0 889

263925

teure Einrichtungen und geschultes Personal erforderlich sind. Besonders schwierig" gestaltet sich die Herstellung, wenn das optische Element eine nichtsphärische Oberfläche erhalten soll. Häufig ist es hierbei erforderlich, die letzten Schleifund Poliervorgänge bei jeden einzelnen optischen Element gesondert durchzuführen.

Die hohen Kosten, die bei üblichen Methoden der Herstellung gebrauchsfertiger Glaslinsen anfallen, haben zu begrenztem Einsatz von Kunststofflinsen geführt. Kunststoff bietet als Linsenwerkstoff verschiedene Vorteile, nämlich geringes Gewicht, Splittersicherheit und Ausformbarkeit. In nachteiliger Weise sind jedoch die derzeit zur Verfügung stehenden Kunststoffe, die als Linsenwerkstoffe in Frage kommen, beispielsweise Polystyrol, Polycyklohexylmethacrylat und Polymethylmethacrylat, verhältnismäßig weich und können leicht zerkratzt werden. Außerdem besteht bei den genannten Kunststoffen häufig die Neigung zum Trübwerden, manchmal zum Gelbwerden. Außerdem tritt gewöhnlich ein Weichwerden im Temperaturbereich zwischen 60 und 3O C auf,und es besteht die Möglichkeit/ daß sich der Brechungsindex mit der Zeit verändert. Die meisten Kunststoffe absorbieren Wasser und erleiden Dimensionsänderungen, wobei letzteres von ihrer Neigung zu unter Druckeinwirkung erfolgendem Kaltfließen herrührt und von ihrem hohen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der fast zehnmal so groß ist wie derjenige von Glas. Außerdem hat die star-ke thermische Ausdehnung des Kunststoffs Änderungen des Brechungsindex des Kunststoffs zur Folge, die zehnmal höher sind als bei Glas, wodurch die optische Leistung der · Linse aus Kunststoff stark beeinträchtigt wird.

In jüngerer Ze'it ist man daher dazu übergegangen, Glaslinsen, die ohne weitere Bearbeitung in Gebrauch genommen werden können, durch Ausformen herzustellen. Vorichtungen der eingangs

7098 1 0/08B9

genannten Art, mit denen Glaslinsen aus einer durch Hitze erweichten Glasmasse ausformbar sind und bei denen Formflächen aus sogenannter "Glaskohle" Verwendung finden, sind aus den US-Patentschriften 3 900 328, 3 833 347 und 3 844 755 bekannt. Bei der Vorrichtung gemäß der US-PS 3 900 328 wird durch Wärme erweichtes, optisches Glas in einen Formhohlraum, der von Formflächen aus Glaskohle begrenzt ist und der in einer sauerstofffreien Atmosphäre angeordnet ist, eingelegt und durch Formpressen gegen die Formflächen in die entsprechende Form gebracht. Sodann wird der Preßvorgang beendet und die Glaslinse wird abgekühlt, bevor sie aus der Form herausgenommen wird. Die in der US-PS 3 833 347 aufgezeigte Vorrichtung bringt demgegenüber eine gewisse Verbesserung dadurch, daß die zu formende Glasmasse innerhalb des Formhohlraums erhitzt wird, während sich die Glasmasse in enger Nachbarschaft oder in Anlage an den Formflächen aus Glaskohle befindet. Eine weitere Verbesserung ist in der US-PS 3 844 755 aufgezeigt. Bei dieser bekannten Vorrichtung wird das optische Glas in eine Füllkammer eingegeben, die aus Glaskohle gebildet ist, dort einer Wärme- und Druckbehandlung unterworfen und über Angußkanäle in einen Formhohlraum verbracht, dessen Formflächen aus Glaskohie bestehen.

Die Verwendung von Glaskohle zur Bildung der Formflächen stellt einen entscheidenden Schritt nach vorn in der Technik des Ausformens gebrauchsfertiger Glaselemente dar. Sogenannte Glaskohle besitzt jedoch einige ungünstige Eigenschaften, die der idealen Eignung von Glaskohle als Werkstoff für Formflächen entgegenstehen. Glaskohle unterliegt der Oxidation, v/eist eine tgeringe Festigkeit und eine geringe Widerstandsfähigkeit gegen Zerkratzen auf, besitzt einen niedrigen Elastizitätsmodul sowie eine geringe Bruch- und Stoßfestigkeit und hat eine niedrige Wärmeleitfähigkeit. Sämtliche dieser Eigenschaften sind in Bezug auf das Ausformen von Glasteilen unerwünscht, weil sich dadurch geringe Stand-

? 0 9 8 1 Q / 0 B 8 9

2839259

zeiten der Forraflächen der Vorrichtung ergeben und/oder Güteiuinderungen der gefertigten Glaselemente hingenorair.en werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Rede stehenden Art zu schaffen, bei der eine äußerst hohe Güte der gefertigten Glaselemente bei langer Standzeit der Forinflache erreicht wird.

Bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die die Formfläche bildende Werkstoffschicht aus Siliziumkarbid (SiC), aus einer Mischung von Siliziumkarbid (SiC) und Kohlenstoff (C) oder aus Siliziumnitrid (Si N) besteht. In gleicher Weise wie die Glaskohle bei den bekannten Vorrichtungen zeigen auch die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Werkstoffe nur eine äußerst geringe chemische Aktivität in Bezug auf Glas, das auf hohe Temperatur erhitzt ist. Die hier aufgezeigten Werkstoffe sind für Gase, Wasserdampf und Flüssigkeiten undurchlässig und neigen nicht zum bleibenden Anhaften an durch Wärme erweichtem ;Glas. Im Gegensatz zu der bei den bekannten Vorrichtungen verwendeten Glaskohle haben die hier aufgezeigten Werkstoffe zusätzliche günstige Eigenschaften, beispielsweise höhere Widerstandsfähigkeit gegen Oxidation, höhere Bruch- und Stoßfestigkeit bei hohen Temperaturen, eine höhere Härte, so daß sie nicifc so leicht zerkratzt v/erden, sowie eine höhere Wärmeleitfähigkeit, so daß die thermischen Kreisläufe beim Betrieb der erfindungsgenäßen Vorrichtung schneller ablaufen können.

7098 10/0889

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische, teilweise abgebrochen dargestellte Ansicht einer Ausführungsform einer Vorrichtung zum Herstellen von Glaslinsen gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine perspektivische Teilansicht der Preßform der Vorrichtung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3a und 3b Teilschnitte durch die Preßform

längs der Linie III-III von Fig. 2, wobei verschiedene Verfahrensstadien während des Betriebs der Vorrichtung gemäß Fig. 1 dargestellt sind.

Es wird hier eine praktisch durchführbare Methode zum Ausformen von Glaslinsen hoher Oberflächengüte und hoher Oberflächengenauigkeit aufgezeigt, beispielsweise von Glaslinsen, die gute bilderzeugende Eigenschaften aufweisen, so daß sie für eine Verwendung bei photographischen Geräten in Frage kommen. Zu diesem Zweck wird eine Formfläche verwendet, die aus Siliziumkarbid, aus einer Mischung aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff , oder aus Siliziumnitrid;,besteht. Die Schichtdicke der Formflache sollte so groß sein, daß auch nach dem Schleifen und Polieren der die Formfläche bildenden Schicht, um dieser die gewünschte Oberflächengüte und Oberflächengenauigkeit zu verleihen, der verbleibende Teil der Schicht noch eine Dicke besitzt, die so groß ist, daß die Oberflächeneigenschaften der Formfläche ausschließlich durch die Eigenschaften dieser Schicht bestimmt werden und keine Wechsel-

709810/0889 .

2639253

wirkung zwischen dem Formling aus Glas und der die Schicht mit der Fornflache tragenden Unterlage der Vorrichtung auftreten kann. Vorzugsweise sollte die die Formf. lache "bildende Schicht zumindest 10 Mikron stark sein.

Sum Herstellen einer für den vorliegenden Zweck geeigneten Formflache können verschiedene Techniken verwendet werden. Wenn beispielsweise aus Siliziumkarbid, aus.Siliziumkarbid und Kohlenstoff oder aus Siliziunnitrid ein feinkörniger, fester Körper ohne innere Fehlstellen (Lunker,Poren) hergestellt wird, was durch bekannte Verfahren wie Warmformpressen, Kathodenzerstäubung oder chemisches Aufdampfen bewerkstelligt v/erden kann, dann kann das betreffende Stück so geschliffen und poliert werden, daß eine Formflache gebildet wird, die in Form und Oberflächengüte mit den zu formenden Linsen vergleichbar ist. Alternativ kann das als Festkörper hergestellte Stück auch bei seiner Herstellung roh vorgeformt werden, um dadurch den Umfang der erforderlichen Schleifarbeiten zu verringern. Als wichtig ist zu bemerken, daß das als Festkörper hergestellte Stück bei seiner ursprünglichen Herstellung dick genug sein muß, um eine ausreichende Grundlage für Lagerung und Anbringung zu bieten und die Möglichkeit ^zu schaffen, Werkstoff abtragen zu können, um den gewünschten Kurvenverlauf herzusteilen. Während dieser Schleif- und Polierarbeiten kann dem Werkstoff eine solche Formgebung erteilt werden,daß durch die gebildete Formfläche eine Glaslinse vorbestimmter Form mit einer angegossenen Schulter zum Anbringen der Linse und mit der Linsenhalterung zugeordneten Rippen und Nuten erzeugt wird. Das ausgeformte Linsenelement ist daher für seine Endmontage bereit,ohne daß noch eine anschließende Fertigbearbeitung erforderlich wäre. Bei einer anderen Technik des Herstellens der Formfläche wird eine verhältnismäßig dünne Ablagerung aus Siliziumkarbid, aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff oder aus Siliziuianitrio. auf einer geeigneten vorgeformten Unterlage, beispielsweise aus

709810/0889

Graphit, Molybdän oder einem anderen geeigneten Werkstoff, hergestellt. Auch hierbei muß die Ablagerung aus Siliziumkarbid, Siliziumkarbid und Kohlenstoff oder Siliziumnitrid dick genug sein, so daß auch nach dem Schleifen und Polieren, wie es zum Erzielen der erwünschten Eigenschaften erforderlich ist, die Eigenschaften der Oberfläche dieser Forinflache ausschließlich durch die Eigenschaften der abgelagerten Schicht bestimmt werden. Eine dritte Technik der Herstellung einer geeigneten Formfläche sieht die Verwendung einer eine Negativform der Formfläche darstellenden Oberfläche als Ausgangsbasis für eine Anlagerung von Siliziumkarbid, von Siliziumkarbid und Kohlenstoff oder von Siliziumnitriä vor. Bei dieser Technik wird auf die Negativform zunächst ein Trennmittel oder Ablösemittel aufgebracht und sodann eine verhältnismäßig dicke Schicht aus dem betreffenden Werkstoff angelagert. Die gebildete Formfläche löst sich an der Trennmittelschicht von der Negativform ab und kann .nach Durchführen geringfügiger Korrekturen der Oberfläche oder ohne jegliche Korrekturarbeit in Benutzung genommen v/erden. Auch hierbei muß die Schicht wiederum ausreichend dick sein, so daß die Formeigenschaften ausschließlich von der angelagerten Werkstoffschicht bestimmt werden. Die aus Siliziumkarbid, aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff oder aus Siliziumnitrid auf diese Weise hergestellten Preßformen werden vorzugsweise als Formeinsätze in stabile Formträger eingebaut, um dadurch die Festigkeit und Dauerhaftigkeit der Form zu erhöhen. Das Formen bestimmter Glaselemente, beispielsweise das Formen bestimmter optischer Linsen,kann auch in einer Formeinrichtung durchgeführt v/erden, bei der keine Formträger vorgesehen sind.

Bei der hier aufgezeigten Methode zum Formen von Elementen aus Glas ist es im wesentlichen erforderlich, daß durch Wärmeeinwirkung erweichtes Glas gegen eine Formfläche aus Siliziumkarbid, aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff oder aus

709810/0889

Siliziuranitrid, welche Fläche auf die oban erwähnte if eise so behandelt wurde, gepreßt wird, bis das Glas die Form der Formflache angenommen hat. Das Glas wird dann auf eine Temperatur gekühlt, die unterhalb der Uiawandlungstemperatur liegt, während das Glas weiterhin gegan die Pormflache .gepreßt wird. Sodann wird das Glaselement von der Formfläche abgenommen.

Ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung, die zum Durchführen dieser Methode besonders geeignet ist, ist in Fig. 1 gezeigt. Die Vorrichtung weist einen oberen Formteil 1 und einen unteren Formteil 3 auf. Der obere Formteil 1 ist in einem oberen Tragkörper 5 befestigt, während der untere Formteil 3 in vertikaler Richtung durch eine kreisrunde Öffnung 7 bewegbar ist, die in einer Grundplatte 9 vorgesehen ist. Der obere Tragkörper 5 und die Grundplatte 9 sind über mehrere Schrauben 11 miteinander verbunden, die durch eine entsprechende Anzahl von Röhren 13 verlaufen. Eine Schutzkamiuer 15 wird aus einer Umhüllung aus einera Boxsilikatglas, beispielsweise aus"Pyrex", gebildet, wobei die Schutzkammer eine zylindrische Form besitzt und den zwischen den oberen und zwischen den unteren Teilen der Preßform befindlichen Raum,den Gießraum, umschließt. Ein Stutzen 17, der mittels eines nicht dargestellten Ventils verschließbar ist,ist mit der Schutzkammer 15 verbunden, damit das darin befindliche Gas aus dieser Schutzkammer entweichen kann. Ein zweiter Stutzen 19 ist ebenfalls mit der Schutzkamraer verbunden und ermöglicht es, in dieser eine bestimmte (Schutzgas-) Atmosphäre zu erzeugen. Ein dritter Stutzen 21 ist ebenfalls mit der Schutzkammer verbunden und dient als Auslaß für das Schutzgas. Dabei ist ein nicht dargestelltes Drosselventil vorgesehen, das zum Regulieren des Schutzgasabflusses und damit zur Steuerung des Schutzgasdrucks in der Schutzkammer dient. Unterhalb des unteren Formteils' 3 ist ein Balg 23 angeordnet, dessen Innenraum mit der durch die

709810/0889 ■

2839259

■-•11 ~

Umhüllung gebildeten Schutzkammer 15 verbunden ist. Aufgabe des Balgs 23 ist es, eine Relativbewegung des unteren Formteils 3 der Preßform nach oben zu ermöglichen, t-;ährend die Atmosphärensteuerung in der Schutzkammer aufrechterhalten bleibt.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Der obere Formteil 1 besitzt an seiner unteren Stirnseite einen Formeinsatz 25 aus Siliziumkarbid, aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff odar aus Siliziumnitrid, welcher Formeinsatz derart geformt ist, daß er die geeignete Gestalt des durch ihn hergestellten Teils der Linse liefert. Zu diesem Zweck ist die zur Wirkung kommende Formfläche des Formeinsatzes 25 mit einer Oberflächengenauigkeit und Oberflächengüte gefertigt, die der Güte und Genauigkeit vergleichbar ist, die die fertiggestellte Linse besitzen soll. Gegenüber dem Formeinsatz 25 ist einähnlicher Formeinsatz 27 in der oberen Stirnfläche des unteren Formteils 3 der Preßform gelagert. Die einander zugekehrten Formflachen der beiden Formeinsätze 25 und 27 wirken derart zusammen, daß sie die einander abgekehrten Oberflächen der Linse, welche in der Preßform hergestellt werden soll, in ihrer Form bestimmen. Wie bereits erwähnt, setzt es die "hohe Oberflächengenauigkeit", wie sie bei Linsen hoher Güte für photographische Geräte zu fordern ist, voraus, daß die "Stärke" innerhalb eines Bereiches von sechs Newtonringen liegt und die Unregelmäßigkeit weniger als drei Ringe beträgt. Weit innerhalb dieses Sollbereichs liegende Oberflächengenauigkeiten wurden bei Formeinsätzen erreicht, die aus den oben erwähnten Werkstoffen gefertigt wurden. In ähnlicher Weise müssen die Formeinsätze eine "hohe Oberflächengüte" besitzen, wie dies bei endbearbeiteten Linsen*zu fordern ist, d.h., sie müssen eine Oberfläche besitzen, die im wesentlichen frei ist von Kratzern, Vertiefungen, Riefen und dergleichen. Auch die zu fordernde Oberflächengüte wurde, zumindest teilweise, beim Durchführen

709810/088 9 '

der hier gazeigten Methods erreicht. Ein Ring 29, der nicht notwendigerweise aus dem gleichen Werkstoff wie die Forr.einsätze 25 und 27 gefertigt ist, ist rings uia dan Formeinsatz

27 angeordnet, un dafür zu sorgen, daß die geformte Linse auch ihre notwendige Dicke erhält. Beim Ausformen mit offener Preßform kann der Ring 29 entfallen. Die Formeinsätze 25 und 27 und der Ring 29 bilden in der geschlossenen Stellung einen Formhohlrauni, der in seiner Formgebung sehr stark der vorbestimmten Formgebung der Linse, die hergestellt werden, soll, .und deren Lagerungsschulter entspricht. Jedoch kann es sich als erforderlich erweisen, bei der Formgebung des Hohlraums zu berücksichtigen, daß gewisse Dimensionsänderungen und dergleichen während und nach dem Vorgang des Preßformens auftreten können. Der untere Formteil 3 ist durch eine nicht gezeigte Einrichtung gegen den oberen Formteil 1 hin bewegbar, wobei seine Bewegungsbahn genauestens mittels zweier Führungszapfen 31 aufrechterhalten wird, die in entsprechenden Führungslöchern 33 geführt sind, die im unteren Formteil 3 verlaufen.

Eine Heizspule 34 ist um die Schutzkammer 15 herumgeführt und umschließt den zur Formgebung vorgesehenen Bereich. Wird die Heizspule- eingeschaltet, dann werden die Formeinsätze 25 und 27 und der Ring 29 sowie zwei Träger 43 und 45, an denen die Formeinsätze 25 bzw. 27 angebracht sind, mittels Induktionswärme beheizt. Durch Wärmeleitung wird die erzeugte Wärme von den Trägern 43 und 45, welche als Wärmespeicher dienen, zu den Formeinsätzen 25 und 27 übertragen.

Die Temperatur der Preßform wird mittels zweiter Thermoelemente 35 und 37 gesteuert, die rait den Formeinsätzen 25 bzw. 27 über geeignete Leitungen 33 bzw. 41 verbunden sind, die in der in Fig. 3a und 3b dargestellten Waise durch den

709810/088

oberen bzw. unteren Formteil der Preßform verlaufen. Un die erzeugte Wärme in der unmittelbaren Nähe der Preßform zu halten, sind an den von den Formteilen 25 und 27 abgekehrten Enden der Träger 43 und 45 Wärmeisolatoren 47 bzw. 49 aus pyrolytischem Graphit vorgesehen. Der pyrolytische. Graphit vermag die Wärme, in den Zeichnungen gesehen, in horizontaler Richtung zu leiten, während er in hierzu senkrechter Richtung eine geringe Leitfähigkeit besitzt.

Bei der hier aufzuzeigenden Methode wird ein Glasklumpen 51 in die Formkammer eingebracht.Der Klumpen kann,wie es in Fig. 3a gezeigt ist, auf den Formeinsatz 27 aufgelegt werden,oder die Anordnung kann so getroffen sein, daß der Glasklumpan außer Berührung mit den Formeinsätzen 25 und 27 gehalten wird, bis das Erhitzen stattgefunden hat. Der Glasklurapen muß eine solche Form haben, daß er in die Formkammar hineinpaßt, braucht jedoch für das Herstellen verschiedenartiger Linsenelemente nicht in Bezug auf sein Volumen oder seine Ausgangsform in irgendeiner Weise vorgeformt zu sein, obzwar ein Vorformen als vorteilhaft anzusehen ist. Vorzugsweise ist die Oberfläche der Glasmasse durch Feuerpolitur oder maschinelle Politur auf eine hohe Güte gebracht, obgleich äxeä nicht in allen Fällen notwendig sein dürfte. Sodann wird die mechanische Einrichtung in Tätigkeit gesetzt, um den unteren Formteil 3 nach aufwärts zu bewegen und den Glasklumpen, den Ring 29 und den Formeinsatz 27 in die Formkammer und in die Nähe des Formeinsatzes 25 zu bringen. Der Balg 29 wird zusammengedrückt, während eine Unterdruck-Abdichtung aufrechterhalten wird. Die Atmosphäre innerhalb der Formkammer wird sodann über den Stutzen 17 abgeführt. GIeXCh-" zeitig wird Wärme mittels der Heizspule 34 zur Forrakammer zugeführt, um.diese, sowie die Oberflächen des Rings 29, der Forraeinsätze 25 und 27 sowie des Glases zu entgasen. Die gewünschte Schutzgasatmosphäre, vorzugsweise Stickstoff, wird in die Forrakammer über den Stutzen 19 zugeführt, wobei mittels des Stutzens 21 der Druck gesteuert wird.

709810/0889

Die Heizspule 34 wird erneut eingeschaltet, um die Tragar 43 und 45, den Ring 29, die Foritieinsätze 25 und 2? und das in der Formkanmer befindliche Glas weiter zu erhitzen, bis die gewünschte Formtemperatur erreicht ist. Die Temperatur der Formeinsätze 25 und 27 wird in der gezeigten Weise durch Thermoelemente oder durch eine optische Pyrometervorrichtung oder durch eine andere geeignete Einrichtung überwacht. Wenn die gewünschte Temperatur erreicht und stabilisiert ist, weisen das Glas, der Ring 29 und die Formeinsätze 25 und 27 im wesentlichen, jedoch nicht unbedingt genau, die gleiche Temperatur auf. Der untere Formteil 3 wird nun mit einer Kraft belastet, um den Ring 29 in Berührung mit dem Formeinsatz 25 zu bringen und einen Formhohlraum durch das Zusammenwirken der Formeinsätze 25 und 27 sowie des Rings 29 zu bilden, Nach einer geeigneten Ausformzeit wird die Temperatur der Form fortschreitend abgesenkt, um die Temperatür auf einen Wert unterhalb des Transformationspunkts des Glases zu bringen, während weiterhin die Druckbelastung des Glases aufrechterhalten wird, um eine Verformung des Glases beim Absenken der Temperatur auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Nachdem der Transformationspunkt des Glases erreicht wurde, wird der untere Formteil 3 entlastet, die Form wird weiter abgekühlt, um ein Oxidieren zu verhindern, die Vorrichtung v/ird geöffnet, und die fertiggestellte Linse wird sodann aus der Form herausgenommen.

Bei einer abgewandelten Methode, bei der zum Preßformen eine bekannte Vorrichtung benutzt wird, wie sie in der US-PS 3 9OO 323 beschrieben ist, wird eine Glasmenge, die außerhalb des P-ormhohlraums durch Erhitzen erweicht worden ist, in einen aus Siliziumkarbid, aus Siliziumnitrid oder aus einer Mischung aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff gebildeten Formhohlraum eingebracht. Dann erfolgt eine Druckeinwirkung, bis das Glas die Form des Hohlraums eingenommen

709810/088 9

hat. Das Glas und die Form werden gekühlt, und die gebildete Glaslinse wird herausgenommen und kann ohne weitere Nachbearbeitung in Gebrauch genommen werden.

Bei einer anderen abgewandelten Methode wird eine bekannte Vorrichtung,wie sie in der US-PS 3 344 755 aufgezeigt ist, zur Anwendung gebracht, wobei eine nicht erhitzte Glasmenga in einen Füllraum der Vorrichtung verbracht wird, der durch Flächen begrenzt ist, die aus Siliziumkarbid, aus Siliziumnitrid oder einer Mischung aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff hergestellt sind. Die Formteile,der Füllraum und das Glas werden erhitzt, um letzteres zu erweichen. Das erhitzte PGlas wird vom Füllraum über Angußkanäle in Formhohlräume gedrückt, die von Formflächen begrenzt sind, die aus Siliziumkarbid, aus Siliziumnitrid oder aus einer Mischung aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff gefertigt sind, wobei das Pressen des erweichten Glases durchgeführt wird, bis dieses die Form der Formhohlräume angenommen hat. Das Glas und die Formteile werden gekühlt, und die fertige Linse wird aus der Form herausgenommen.

Die nachfolgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Vorteile und der Durchführbarkeit der Erfindung und dazu, bestimmte Richtlinien für die Anwendung der Erfindung zu vermitteln. Es versteht sich jedoch, daß die Erfindung in keiner Weise auf die in den Beispielen aufgezeigten Form-Parameter beschränkt ist, die lediglich illustrativen Zwecken dienen sollen.

Beispiel I

Bei Verwendung, der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung, deren unterer Formteil 3 sich in der abgesenkten Stellung befindet, wird eine Menge optischen Flintglases besonders hoher

709810/0889

Dichte auf den Forneinsats 27 gelegt, der unter Anwendung einar chenischen Aufdanpftechnik aus Siliziumkarbid hergestellt wurde. Die mechanische Einrichtung wird sodann betätigt, um den unteren Formteil 3 nach aufwärts in die Foriukanuaer hinein und in die Nähe des oberen Fonnteils 25 zu bewegen, der ebenfalls aus Siliziumkarbid hergestellt wurde.. Die Formkaramer wird dann mittels des Stutzens 17 auf etwa 200 Mikron evakuiert. Gleichzeitig v/erden die Oberflächen des Rings 29 aus Glas und der Formeinsätze 25 und 27 bei einer Temperatur zwischen 204 C und 300 C mittels 'der Heizspule 34 entgast. Der Stutzen 17 wird dann geschlossen und eine vorbestimmte' Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff wird durch den Stutzen 19 in die Formkammer eingeleitet, wobei mit Hilfe des Stutzens 21 ein leichter Überdruck aufrechterhalten wird. Die der Heisspule 34 zugeführte Energie wird so eingestellt, daß die Temperatur innerhalb der Formkammer so weit ansteigt, bis das Glas ausreichend erweicht ist, um es formen zu können. Diese Temperatur wird für 1,5 Minuten aufrechterhalten (bei optischem Flintglas besonders hoher Dichte ist eine Temperatur von etwa 566° C ausreichend, die erforderliche Temperatur schwankt jedoch in Abhängigkeit von der Eigenart des zu formenden Glases). Es wird nun eine Kraft auf den unteren 'Formteil 3 ausgeübt, um das durch Erwärmen erweichte Glas in der Formkammer zwischen dem Ring 29 und den Formeinsätzen 25 und 27 in der Weise zu pressen, wie es in Fig. 3b gezeigt ist, wobei der

ausgeübte Druck etwa 9,1 kg/cm beträgt und etwa 10 see. aufrechterhalten wird, wobei eine höhere Belastung eine kürzere Belastungsdauer bedingt. Das Beheizen der Formteile wird sodann beendigt^ während eine Belastung des unteren Formteils noch so lange ^aufrechterhalten wird_P bis eine unterhalb der Transfornationstemperatur des geformten Glases liegende Temperatur erreicht ist. Sodann wird der untere Formteil 3 entlastet und als Temperatur in der Fornkammer vrird auf einen

ο
Wert von etwa 2G4 C "weiter sbaesenkt- ura die Möglichkeit

709810/0883

einer Oxidation des Rings 29, der Formeinsätze 25 und 27 und der Träger 43 und 45 auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Die Form wird nunmehr durch Absenken des unteren Formteils 3 geöffnet und das gewonnene, geformte Glasteil wird vom Formeinsatz 27 abgenommen.

Beispiel II

Formeinsätze 25 und 27 werden durch Beschichten einer Unterlage in Form einer hohlen Kugel aus Graphit gebildet, die einen Durchmesser von 21,59 mm und eine Wandstärke von 2 mm beträgt.Die Beschichtung hat eine Stärke von 0,5 mm und besteht aus einer Mischung aus Siliziumkarbid und Kohlenstoff. Der 2nteil des Siliziumkarbids beträgt ungefähr 11 Gewichtsprozent. Die beschichtete Unterlage wird in zwei Hälften zerschnitten, um die Formeinsätze 25 und 27 zu bilden. Etwa notwendige Polierarbeiten werden durchgeführt, um sicherzustellen, daß eine spiegelnde Oberfläche mit hoher Oberflächengüte und hoher Oberflächengenäuigkeit zur Verfügung steht. Die Formeinsätze 25 und 27 werden sodann in der in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung angebracht. Bei in der abgesenkten Stellung befindlichem unteren Formteil 3 wird eine Menge optischen Flintglases besonders hoher Dichte auf den Formeinsatz 27 gelegt, sodann, wird die mechanische Einrichtung betätigt, um den unteren Formteil 3 nach oben in die Formkammer und in die Nähe des oberen Formteils 1 zu bewegen. Die Formkammer wird sodann mittels des Stutzens 17 auf etwa 200 Mikron evakuiert. Gleichzeitig werden die Oberflächen des Rings 29 aus Glas und der Formeinsätze 25 und 27 bei einer Temperatur zwischen 204° C und 300° C mittels der Heizspule 34 entgast. Der Stutzen 17 wird sodann geschlossen, und eine vorbestimmte Schutzgasatmosphäre aus Stickstoff wird durch den Stutzen 19 in den Formraum eingeleitet, wobei ein leichter Überdruck mit Hilfe des Stutzens 21 aufrechterhalten wird. Die der Heizspule 34 zugeführte Energie wird so eingestellt, daß die Temperatur innerhalb der Formkammer auf einen Wert ansteigt, bei dem das Glas ausreichend

709810/0889

- 13 -

weich wird, uiri formbar zu sein. Diese Temperatur v/ird ungefähr 1,5 Min. aufrechterhalten (eine Temperatur von etwa 566° C ist bei optischem Flintglas besonders hoher Dichte ausreichend) Eine Kraft wird nunmehr auf den unteren Farmteil 3 ausgeübt, um dadurch das durch Wärme erweichte Glas in der Famkammer zwischen dem Ring 29 und den Formeinsätzen 25 und 27 in dar in Fig. 3b gezeigten Weise zu pressen, wobei der Druck unge-

2
fähr 9,1 kg/cm beträgt und ungefähr 10 see. aufrechterhalten wird. Das Beheizen der Formteile wird dann beendigt, während am unteren Formteil 3 noch eins Kraft angelegt bleibt, bis eine unterhalb der Transformationstamperatur des geformten Glases liegende Temperatur erreicht ist. Der untere Formteil 3 wird sodann entlastet und die Temperatur der Formkaiamer wird weiter auf einen Wert von etwa 204° C abgesenkt, um dadurch die Möglichkeit einer Oxidation des Rings 29,der Formeinsätze 25 und 27 und der Träger 43 und 45 auf ein Mindestiaafr herabzusetzen. Die Form v/ird nun durch Absenken des unteren Formteile 3 geöffnet,und das erzeugte, geformte Glaselement wird vom Formeinsatz 27 abgenommen.

709810/0889

Claims

Patentansprüc

il.' Vorrichtung zum Ausformen optischer Elemente aus Glas, mit mindestens einer Formfläche, die eine spiegelnde Oberfläche hoher Güte und Genauigkeit besitzt, welche Forrofläche durch eine Werkstoffschicht gebildet ist, deren Dicke so groß ist, daß die Ausforiaeigenschaften der Formfläche, ausschließlich durch die Eigenart der Werkstoffschicht bestimmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die die Formfläche bildende Werkstoffschicht aus Siliziumkarbid - (SiC), aus einer Mischung von Siliziumkarbid (SiC] und Kohlenstoff (C) oder aus Siliziumnitrid (Si-M₄) besteht.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _B daß die die Formfläche bildende Werkstoffschicht zumindest 10 Mikron dick ist. . -

709810/0889

XO

Leerseite