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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzten Art zwecks Erzielung eines glänzenden, fleckenfreien Zustands der Glasgegenstandsoberfläche, eine Verwendung der Zuführeinrichtung einer dabei verwendeten Läpp- oder Poliermaschine und die zugehörige Läpp- oder Poliermaschine.
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Die Formgebung und Endbearbeitung von Glasgegenständen auf enge Toleranzen werden herkömmlich durch Schleifen (mit Diamantwerkzeugen) und anschließendes Polieren vorgenommen. Der Begriff "Schleifen" bezieht sich dabei auf die Formgebung der Glasoberfläche zu einer gewünschten Kontur und "Polieren" auf das Glätten der Oberfläche. Das Polieren erfolgt gewöhnlich mechanisch unter Verwendung eines Formwerkzeugs, das als Polierwerkzeug bekannt ist, normalerweise rotiert und auf die Glasoberfläche unter der Zwischenfügung von inerten feinen Festteilchen einwirkt, die in einer dem Werkzeug oder der Glasoberfläche zugeführten Flüssigkeit suspendiert sind, um einen direkten Kontakt zwischen dem Werkzeug und der Glasoberfläche zu verhindern. Das Schleifen und das mechanische Polieren sind die Arbeitsgänge, die herkömmlich bei der Bearbeitung von Linsen für optische und ophthalmische Zwecke mit einer besonders genauen Kontur und Polierglätte angewandt werden.
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Die Verwendung eines chemischen Angriffsmittels beim Polieren und Reinigen der Oberflächen von Glasgegenständen ist gut bekannt und wird beispielsweise bei der Endbehandlung von Bleikristallglas eingesetzt, das zur Schaffung einer dekorativen Oberfläche auf dem Glas geschnitten bzw. geschliffen wurde. Die Möglichkeit der Anwendung eines chemischen Angriffs als Mittel zur Oberflächenbehandlung eines durchlaufenden Glasbandes oder zur Oberflächenbehandlung einer Fläche einer Glasbahn wurde in den GB-PS 7 47 738, 7 47 759 und 8 92 607 beschrieben. Diese Patentschriften offenbaren zum Angriff der Glasoberfläche ein chemisches Behandlungsmittel, das aus einem Lösungsmittel, einer zur Lieferung von Wasserstoffionen bei Auflösung in diesem Lösungsmittel geeigneten Säure, einem in dieser Lösung löslichen Fluorid, das ein Kation aus der Gruppe der organischen und anorganischen Radikale aufweist, die sich zur Bildung eines Silicofluorids oder Fluorids eignen, das in dem Lösungsmittel hochgradig unlöslich ist, und aus einem Unterdrückungsmittel zur weiteren Steigerung der Unlöslichkeit des Silicofluorids oder Fluorids in diesem Lösungsmittel zur Steuerung der Abmessung der an der Oberfläche gebildeten Teilchen besteht. Das Behandlungsmittel reagiert mit der Glasoberfläche, und es bildet sich ein Maskierfilm, der eine weitere Reaktion mit der Glasoberfläche verhindert, bis der Film entfernt ist. Die Reaktionsprodukte werden kontinuierlich mechanisch durch Abschleifen entfernt, um so die hohen Teile der anzugreifenden Glasoberfläche wieder freizulegen, bis eine gewünschte Form erhalten ist. Die Oberfläche wird dann mit Wasser gespült. Die in den genannten GB-PS als Oberflächenbehandlung oder Glätten beschriebenen Verfahren beziehen sich jedoch auf die Durchführung einer gleichmäßigen Polierwirkung auf einer flachen Oberfläche, bei der die entfernte Glasmenge so gering wie möglich gehalten wird.
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Das in den GB-PS 7 47 738 und 7 47 759 beschriebene Verfahren erwies sich jedoch nicht als befriedigend zur Nachbehandlung von Glasoberflächen zu einem fleckenfreien Zustand. Es wurde gefunden, daß die nach dem beschriebenen Verfahren behandelten Oberflächen an Fehlern leiden, die einen weiteren Poliervorgang zu deren Beseitigung erfordern. Untersuchungen haben gezeigt, daß diese Fehler an der Glasoberfläche zum Abschluß des Formungs- und Nachbehandlungsvorganges auftreten, wenn das Behandlungsmittel durch eine Wasserzufuhr zur Entfernung des Behandlungsmittels von der Glasoberfläche ersetzt wird. Es wird angenommen, daß diese Fehler auf die Erzeugung von Flußsäure zurückzuführen sind, wenn das Behandlungsmittel auf dem Gegenstand mit Wasser verdünnt wird.
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Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs vorausgesetzten Art zu entwickeln, das das Erhalten eines fleckenfreien Zustandes der Oberfläche des Glasgegenstandes ohne einen weiteren Poliervorgang gewährleistet, und eine vorteilhafte Verwendung der Zuführeinrichtung der bei der Endbearbeitung eingesetzten Läpp- oder Poliermaschine sowie eine solche Maschine mit bezüglich der Zuführeinrichtung vorteilhaften Ausgestaltungen anzugeben.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bzw. 6 bzw. 7 und 8 gelöst, wobei es bezüglich des Gegenstands des Anspruchs 1 aus der GB-PS 12 78 268 an sich jedoch bereits bekannt ist, eine saure Bearbeitungsflüssigkeit vor dem Waschen der Werkstücke zu neutralisieren.
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Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.
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Die Erfindung ermöglicht die Vornahme einer raschen Nachbehandlung von Glasgegenständen, wie z. B. Augenlinsen, optischen Glaselementen, wie etwa Flachstücken, Prismen u. dgl., nach der mechanischen Bearbeitung und führt zu einem glänzenden und fleckenfreien Endzustand.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf Gegenstände anwendbar, die aus solchen Gläsern bestehen, deren Zusammensetzung derart ist, daß sich in der Gegenwart eines Bifluorides ein unlösliches Silicofluorid oder Fluorid durch Wechselwirkung mit dem Glas an der Oberfläche bildet.
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Wesentlich ist, daß die während der Nachbehandlung zugeführte alkalische Lösung, die zur Neutralisierung der Behandlungsflüssigkeit am Ende des Poliervorgangs verwendet wird, inerte Teilchen, z. B. aus Bariumsulfat, enthält, um einen direkten Kontakt zwischen dem Polierläppwerkzeug und der Glasoberfläche zu verhindern. Andere inerte Materialien, d. h. Materialien, die gegenüber den beim Verfahren verwendeten besonderen Materialien inert sind und hier eingesetzt werden können, umfassen Ceroxid, Zirkoniumoxid, Chromoxid und Zinnoxid. Alternativ kann eine Suspension von ausgefälltem Kalziumkarbonat, das nur gering in Wasser löslich ist, als Neutralisierungslösung verwendet werden, in welchem Fall zugesetzte inerte Teilchen nicht benötigt werden, da die ungelösten Kalziumkarbonatteilchen als die inerten Teilchen dienen können. Die gewählte Teilchengröße sollte die normalerweise bei herkömmlichen Glasoberflächen-Polierverfahren verwendete Größe, d. h. ein Durchmesser in der Größenordnung von 10 µm oder weniger sein. Wenn ein zu großer Durchmesser gewählt wird, ergibt sich eine Verschlechterung der Glasoberfläche aufgrund von Glättspuren (d. h. sehr feinen Eindrücken oder Kratzern).
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Die Menge des in der alkalischen Neutralisierungsflüssigkeit verwendeten inerten Materials muß mindestens etwa 2 Gew.-% betragen, um einen Kontakt zwischen der Glasoberfläche und dem Läppwerkzeug zu vermeiden.
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Eine Auswahl alkalischer Lösungen könnte verwendet werden, um die Behandlungsflüssigkeit am Ende des Polierverfahrens zu neutralisieren, doch ist Sorgfalt bei der Auswahl des Alkalis erforderlich, so daß die Art des Alkalis und seine Konzentration derart sind, daß das Glas und das Läppwerkzeug nicht geschädigt werden. Beispielsweise würden starke kaustische Sodalösungen ein Pechläppwerkzeug und viele Arten von Glas angreifen, Es ist wichtig, daß ein unverzüglicher Wechsel erfolgt, so daß die Zuführung der Behandlungsflüssigkeit, die zum Polieren des Glasgegenstandes verwendet wird, unterbrochen und sofort durch alkalische Lösung ersetzt wird, so daß eine kontinuierliche Zuführung von Flüssigkeit erfolgt. Es ist nicht möglich, einen allmählichen Wechsel vorzunehmen. Es wurden Natriumkarbonatlösungen mit Konzentrationen einer Höhe wie 150 g/l verwendet, doch man kann auch mit einer so niedrigen Konzentration wie 10 g/l arbeiten, Versuche, den Neutralisierungsschritt in irgendeinem der Ausführungsbeispiele auszulassen, führten zu einer unbefriedigenden Glasoberfläche, und bei der Hochgeschwindigkeitsbehandlung, wie sie in den weiter unten beschriebenen Beispielen VI und VII erläutert wird, läßt sich ein grober Angriff beobachten, wenn dieser Schritt ausgelassen wird.
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Ein Indikator, der seine Farbe mit Änderung des pH-Wertes ändert, kann in der Behandlungsflüssigkeit und/oder der alkalischen Neutralisierungslösung enthalten sein, so daß die Vollendung des Neutralisierungsschritts durch einen Wechsel in der Farbe angezeigt wird. Ein geeigneter Indikator ist Methylrot.
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Besondere Verfahrensbeispiele gemäß der Erfindung, die die Endbehandlung von Oberflächen von Gegenständen aus verschiedenen Glasarten erläutern, werden nun im einzelnen beschrieben.
Beispiel I
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Eine Konkav-Konvexlinse aus dichtem Flintglas mit 86 mm Durchmesser wurde vor dem Polieren zu einem glatten geschliffenen Zustand gebildet. Das Polieren einer solchen Linse zu einem Endglättungszustand aus diesem Stadium unter Verwendung einer Ceroxid/ Wasser-Aufschwemmung würde wenigstens 60 min je Oberfläche in Anspruch nehmen. Die Linse wurde nach dem Verfahren gemäß der Erfindung unter Verwendung eines aus Pech mit 1,6 mm "Twyman"-Eindruckhärte und einer Füllung mit 10 Gew.-%/Gew. Holzmehl und 30 Gew.-%/Gew. Bariumsulfat hergestellten Läppwerkzeugs poliert. Die dem Läppwerkzeug zugeführte Flüssigkeit wurde folgendermaßen zusammengesetzt:
- H2O 400 ml
HCl (37% konz.) 120 ml
KFHF 270 g
Zucker 450 g
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100 g Bariumsulfat mit einer Teilchengröße von unter 10 µm wurden jedem Liter der Behandlungsflüssigkeit zugesetzt, um 10 Gew.-%/Vol. der Flüssigkeit zu bilden. In 9 min wurde eine Oberfläche der Linse unter Verwendung dieses Läppwerkzeugs und dieser Flüssigkeit zu einer annehmbaren optischen Qualität behandelt. Unter der Annahme, daß der Endzustand für das Auge befriedigend ist, basiert die Endmessung des Endzustandes auf der Zahl der Interferenzstreifen, die zwischen der endbehandelten Linse und genauen Teststücken gebildet werden, wenn sie in monochromatischem (Natrium D-Linie) Licht betrachtet werden, und sobald das Endprodukt innerhalb von 12 Streifen ist, d. h. daß 12 oder weniger Streifen gebildet sind, ist es in der Praxis annehmbar. Die Linse lag in diesem Fall innerhalb von 7 Streifen. Das Polieren wurde unterbrochen, indem man die Zufuhr der Behandlungsflüssigkeit zum Läppwerkzeug unterbrach und unverzüglich eine Minute Wasser zuführte, das wasserfreies Natriumkarbonat in einer Konzentration von 100 g/l und Ceroxid mit einer Teilchengröße von weniger als 10 µm in einer Konzentration von 100 g/l enthielt. Dies neutralisierte die restliche während des Polierens zugeführte Behandlungsflüssigkeit und sicherte eine fleckenfreie Oberfläche an der Linse.
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Dieses Beispiel wurde wiederholt, um die Wirkung einer Verringerung der Natriumkarbonat- und Ceroxid-Menge, die in der zugeführten alkalischen Neutralisierungsflüssigkeit zur Unterbrechung der Polierwirkung vorlag, zu untersuchen. Das Beispiel wurde genauso wie vorher mit der Ausnahme durchgeführt, daß die Behandlungsflüssigkeit durch Wasser ersetzt wurde, das wasserfreies Natriumkarbonat in einer Konzentration von 10 g/l und Ceroxid in einer Konzentration von 20 g/l enthielt. Es wurde kein nachteiliger Effekt beobachtet.
Beispiel II
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Eine plankonkave Linse aus extra-dichtem Flintglas mit 70 mm Durchmesser wurde zu einem glattgeschliffenen, zum Polieren geeigneten Zustand behandelt. Sie wurde dann unter Verwendung der gleichen Flüssigkeiten wie im Beispiel I mit der Ausnahme poliert, daß die zugesetzte Bariumsulfatmenge 20% war. Das Polierläppwerkzeug war ein feingerilltes Polyurethan. Das Polieren bis zu einer annehmbaren Qualität erforderte 5 min je Oberfläche im Vergleich zu wenigstens 40 min je Oberfläche, wenn das Polieren in einer herkömmlichen Weise unter Verwendung des gleichen Polierläppwerkzeugs und einer Ceroxidaufschwemmung als Poliermittel durchgeführt wird. Der abschließende Neutralisierungsschritt wurde in der gleichen Weise wie im Beipiel I, jedoch unter Verwendung einer Natriumkarbonatkonzentration von 20 g/l bei Anwesenheit von 100 g/l Ceroxid durchgeführt.
Beispiel III
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Eine plankonkave Linse aus doppelten extra-dichtem Flintglas mit 70 mm Durchmesser wurde zu einem glatt geschliffenen, für ein Endpolieren geeigneten Zustand behandelt. Dieses abschließende Endbehandeln oder Polieren wurde unter Verwendung eines Hartpech-Läppwerkzeugs (1,4 mm "Twyman"-Eindruckhärte) bei Verwendung einer Flüssigkeit der folgenden Zusammensetzung durchgeführt:
- H2O 200 ml
KFHF 200 g
Zucker 100 g
Eisessig 160 ml
H3PO4 (85% konz.) 100 ml
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Die Flüssigkeit enthielt zusätzlich 20 Gew.-%/Vol. Bariumsulfat. Die Zeit zum Erreichen eines annehmbaren optischen Endzustandes war 10 min je Oberfläche, worauf ein einminütiges Waschen mit einer alkalischen Neutralisierungslösung erfolgte, die 100 g/l Natriumkarbonat und 100 g/l Ceroxid wie im Beispiel I enthielt. Eine herkömmliche Poliertechnik würde wenigstens 3 h je Oberfläche erfordern.
Beispiel IV
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Eine flache Scheibe von 75 mm Durchmesser aus einem Mittelbarium-Kronglas die in einen glatten geschliffenen Zustand gebracht war, wurde unter Verwendung eines Läppwerkzeugs poliert, das aus dem gleichen Polyurethanmaterial wie im Beispiel II bestand. Die verwendete Behandlungsflüssigkeit war die gleiche wie die im Beispiel III verwendete mit der Ausnahme, daß aufgrund des Auftretens einer sog. Grauheit der Zusatz von konzentrierter Salpetersäure zur Flüssigkeit für nötig gefunden wurde. Die Salpetersäuremenge war derart, daß 91,5 Vol.-% der verwendeten Flüssigkeit wie im Beispiel III war und den Rest Salpetersäure bildete. Bariumsulfat wurde in einer Menge von 20 Gew.-%/Vol. der Mischung zugesetzt. Die Neutralisierungsbehandlung wurde 1 min unter Verwendung der gleichen Natriumkarbonat-Ceroxid-Mischung wie im vorigen Beispiel durchgeführt. Die erforderliche Zeit zum Erzielen eines befriedigenden Endzustands optischer Qualität war 15 min je Fläche im Vergleich mit wenigstens 40 min beim herkömmlichen Endbehandeln.
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In allen vorstehenden Beispielen folgte auf den Neutralisierungsschritt ein Endwaschen des Gegenstandes zur Entfernung der neutralisierten Flüssigkeit und irgendwelcher verbleibenden alkalischen Lösung, wonach festgestellt wurde, daß der Gegenstand eine fleckenfreie Oberfläche aufwies.