DE3887980T2

DE3887980T2 - Giessen optischer thermoplastischen komponenten.

Info

Publication number: DE3887980T2
Application number: DE3887980T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Kingsbury; David Spector
Original assignee: Pilkington Visioncare Inc
Current assignee: Sola International Inc
Priority date: 1987-10-05
Filing date: 1988-10-03
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2008-10-04
Also published as: CA1291603C; WO1989002818A1; AU2543988A; EP0336946A4; EP0336946B1; DE3887980D1; IT1224752B; IT8848423A0; EP0336946A1; US4836960A

Description

Hintergrund der Erfindung

Bei der Herstellung von Brillenlinsen ist die Verwendung von Glas mit optischer Qualität in den letzten Jahren durch Kunststoffmaterialien verdrängt worden. Kunststoffmaterialien bieten zwar die Möglichkeit zu leichterer Herstellung und zur Ausschaltung zumindest einiger der Schleif- und Polierschritte, die zur Bildung einer Glaslinse erforderlich sind, aber diese Möglichkeit ist bei Techniken nach dem Stand der Technik nicht voll ausgenutzt worden.
Tatsächlich wird die Mehrzahl der Kunststofflinsen zur Fehlsichtigkeitskorrektur heute durch Schleifen und Polieren auf die gewünschte Sehstärke hergestellt. Ein weiteres großes Segment des Linsenmarktes machen die sogenannten "auf Lager gehaltenen" Linsen aus, d. h. Linsen, die bis zu endgültigen Korrektur gefertigt, deren Ränder aber nicht bearbeitet wurden. Beim Schleifverfahren ist beträchtlicher Zeit- und Arbeitsaufwand erforderlich, um die fertige optische Oberfläche oder Oberflächen zu bilden. Die auf Lager gehaltenen Linsen werden im allgemeinen entweder durch Schleifen und Polieren oder durch Gießen mit wärmehärtenden Materialien gebildet, und bei beidem handelt es sich um einen langwierigen und arbeitsintensiven Vorgang. Außerdem erfordert das Gießverfahren eine relativ lange Aushärtungszeit, während der die Formen, welche die Linsenoberflächen bilden, nicht anderweitig verwendet werden können. Daher ist für eine Linsengießherstellungsanlage eine große Anzahl von Formen erforderlich, und die Formen stellen eine große Kapitalinvestition dar.
Kunststoffherstellungstechniken wie Spritzguß oder Formpressen bieten den Vorteil einer bei weitem rascheren Komponentenproduktion pro Form, aber diesen Verfahren wohnen Nachteile inne, die zu Schwierigkeiten bei der Bildung optischer Linsen mit hoher Qualität führen. Allgemein ausgedrückt wird beim Spritzguß ein erwärmtes, flüssiges thermoplastisches Material unter hohem Druck in einen Formhohlraum gespritzt, der bei einer Temperatur im wesentlichen unter der Verfestigungstemperatur des Kunststoffs gehalten wird. Die Verfestigung tritt ungleichmäßig auf, wenn das Material abkühlt, und Abmessungsschwankungen und Schrumpfung von den Formoberflächen führen zu minderwertigen Linsen. Spritzgußmaschinen sind im allgemeinen dazu ausgebildet, Chargen identischer Artikel mit ziemlich hoher Geschwindigkeit herzustellen, und das Wechseln der Formen zur Herstellung unterschiedlicher Artikel ist zeitaufwendig und kostspielig.
Formpressen ist zur Herstellung von Kunststofflinsen eingesetzt worden, wobei im allgemeinen ein vorgeformter Rohling verwendet wird, der in einem erwärmten, erweichten Zustand zwischen zwei Formen zusammengepreßt wird, um eine fertige Linse zu bilden. Ein offensichtlicher Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, daß der vorgeformte Rohling mehr als einem Erwärmungs- und Abkühlungsschritt unterzogen werden muß, was eine große Energieaufnahme erforderlich macht. Weiters variieren die fertigen Linsen aufgrund der Unterschiede in der Fehlsichtigkeitskorrektur, was das darin enthaltene Materialvolumen betrifft, und es ist äußerst schwierig, vorgeformte Rohlinge zu schaffen, die die erforderliche Menge Kunststoffmaterial bieten. Daher ist die Regulierung der Dicke der fertigen Linse beim Formpressen von Linsen problematisch.
Nach dem Stand der Technik sind Versuche bekannt, Spritzguß- und Formpreßtechniken zu kombinieren, um die besten Merkmale beider Ansätze zu vereinen. Allgemein gesagt ist bei diesen Versuchen keine ausreichende Produktivität erzielt worden, um die teuren und komplizierten Maschinen zu rechtfertigen, die erforderlich sind, um die kombinierten Verfahren durchzuführen. Es ist auch schwierig gewesen, die Schwimmhaut und die Eingüsse zu eliminieren, die bei Kunststofformung vorhanden sind, was manuelles Eingreifen und Reinigungsarbeiten notwendig macht. Dieser Nachteil steht im Gegensatz zum Ziel der automatisierten Produktion von Brillenlinsen.
Zum bekannten Stand der Technik gehört die US-PS-4540534, die eine Vorrichtung offenbart, worin der Formungshohlraum gleichzeitig in direkter Verbindung mit einer Entlastungskammer und mit der Einspritzöffnung steht, so daß ein Teil des thermoplastischen Materials in die Entlastungskammer gedrängt wird. Aufgrund der offenen Entlüftung ist es unmöglich, im Material einen wesentlichen Druck aufzubauen, und die Werkzeuge werden unter die Glasübergangstemperatur von Polykarbonat erwärmt. So wird das Material in einen relativ kühlen Formhohlraum eingespritzt und rasch darin verfestigt.
In einem zweiten Dokument, der FR-PS-2525525 werden die Werkzeuge auf 1000 über der Glasübergangstemperatur erwärmt, und die Formhohlräume werden zu Beginn so gefüllt, daß überschüssiges Material während eines anfänglichen Zusammenpressens nicht entfernt wird.
Die vorliegende Erfindung umfaßt allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von fertigen Brillenlinsen, wobei jede fertige Linse die gewünschten optischen Eigenschaften aufweist, um eine gewünschte Fehlsichtigkeitskorrektur zu erreichen, und kein weiteres Schleifen und Polieren erfordert. Ein hervorstechendes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß damit Linsen rasch in Serie hergestellt werden können, wobei die Linsen entweder die gleiche oder unterschiedliche sphärische Stärke, zylindrische Stärke und ähnliches aufweisen. Ein weiteres wichtiges Merkmal besteht darin, daß dabei austauschbare Formungswerkzeuge verwendet werden, um die Linsenoberflächen zu bilden, so daß relativ einfach eine Brillenlinse für so gut wie jede gewünschte Fehlsichtigkeitskorrektur hergestellt werden kann. Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, daß sie die Attribute von Spritzguß, wie Produktionsgeschwindigkeit und Durchsatzleistung, mit den Attributen des Formpressens, wie wiederholbare Präzision und geringe Restspannungen in der fertigen Linse, kombiniert.
Gemäß der Erfindung umfaßt eine Vorrichtung zum Formen von Brillenlinsen durch Einspritzen/Formpressen von thermoplastischem Material:
- eine Vielzahl von Formungsanordnungen, wobei jede Formungsanordnung ein Büchsenelement mit einer sich darin erstreckenden Bohrung, ein Paar Formwerkzeuge mit konturierten Formungsflächen, die so ausgebildet sind, daß sie komplementäre Vorder- und Hinterflächen einer Linse bilden, umfaßt, wobei die genannten Werkzeuge weiters Außenperipherieflächen umfassen, die so dimensioniert sind, daß sie in der genannten Bohrung mit minimalem Spielraum für Gleittranslation darin aufgenommen sind, wobei die genannten Formwerkzeuge in der genannten Bohrung in beabstandeter Beziehung aufgenommen sind, um dazwischen einen Formhohlraum zu begrenzen;
- eine Formfüllvorrichtung, die eine Einrichtung zum lösbaren In-Eingriff-Bringen einer der genannten Vielzahl von Formungsanordnungen, eine Einrichtung zum Einspritzen eines thermoplastischen Formungsmaterials in geschmolzenem Zustand in den genannten Formhohlraum und eine Einrichtung zum Zusammenbewegen der genannten Formwerkzeuge zueinander umfaßt, um das genannte Formungsmaterial zusammenzupressen und um überschüssiges Formungsmaterial aus dem genannten Formhohlraum zu drücken;
- eine außerhalb der genannten Formfüllvorrichtung angeordnete Einrichtung zum Erwärmen einer jeden der genannten Formungsanordnungen auf eine Temperatur über der Glasübergangstemperatur des genannten Formungsmaterials;
- eine außerhalb der genannten Formfüllvorrichtung angeordnete Einrichtung zum Abkühlen einer jeden der genannten Formungsanordnungen unter die Glasübergangstemperatur; und
- eine außerhalb der genannten Formfüllvorrichtung angeordnete Einrichtung zum Aufrechterhalten der Preßkraft, um die genannten Formwerkzeuge so zu drängen, daß sie das genannte thermoplastische Material zusammendrücken, während das genannte thermoplastische Material unter die Glasübergangstemperatur abkühlt.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Formen einer Linse in einem Formungshohlraum, der durch ein Paar axial beabstandeter Formen begrenzt ist, die gleitbar innerhalb einer Büchse montiert sind, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt das Anordnen der Formen in einer Formfüllvorrichtung im Abstand voneinander, um einen Hohlraum mit einem Volumen über jenem zu begrenzen, das zum Bilden der fertigen Linse erforderlich ist, das Erwärmen zumindest der Formen auf eine Temperatur über, aber relativ nahe der Glasübergangstemperatur eines Polymerformungsmaterials, das Füllen des Hohlraums mit dem Formungsmaterial bei einer Temperatur, die ausreichend über seiner Glasübergangstemperatur liegt, damit es sich in einem viskosen fließfähigen Zustand befindet, durch Extrudieren durch einen Einlaßdurchgang in die genannte Büchse, das Bewegen einer oder beider Formen, um das Volumen des Hohlraums auf die erwünschte Größe der Linse plus einer Zugabe für Wärmeschrumpfung zu verringern, wodurch das Formungsmaterial innerhalb des Hohlraums zusammengedrückt und das Extrudieren jeglichen überschüssigen Formungsmaterials aus dem Formhohlraum heraus bewirkt wird, das Transportieren der Büchse und der Formen zu einer Kühlvorrichtung und das Anordnen einer weiteren Büchsen- und Formanordnung an der Formfüllvorrichtung, um die vorhergehenden Schritte zu wiederholen, das Ausüben von Druck auf das geschmolzene Material durch eine oder beide der Formen, um die Linse unter Bedingungen zu formen, bei denen Schrumpfung während des allmählichen Kühlens der Formen, der Büchse und der Linse durch die Glasübergangstemperatur berücksichtigt wird, und das Abnehmen der Formen und der Linse von der Büchse.
Es sollte angemerkt werden, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung gut an einen geschlossenen Herstellungszyklus angepaßt ist, bei dem eine große Vielzahl der Form-Büchsen-Anordnungen an einer Einspritzstation gefüllt und volumetrisch zugerichtet wird und die Anordnungen den Kühlungs-Zusammenpreß-Schritten unterzogen werden, während sie von der Einspritzstation getrennt sind. So kann in der aktiven Produktion gleichzeitig eine große Anzahl an Form-Büchsen-Anordnungen verwendet werden, wodurch der produktive Einsatz der relativ teuren Formwerkzeuge und der Einspritzstation selbst maximiert wird. Weiters ermöglicht die Austauschbarkeit der Formwerkzeuge die Produktion von so gut wie allen Brillenlinsen zur Fehlsichtigkeitskorrektur in ihrer Endform, wobei kaum oder keine manuelle Fertigbearbeitung erforderlich ist. Auch unterliegt die Mehrzahl der Formwerkzeuge einem Temperaturzyklus in einem relativ engen Temperaturbereich, der um die Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Materials liegt, so daß der Energieverbrauch minimiert wird.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Fig. 1-5 sind eine Abfolge schematischer Darstellungen der Form-Büchsen-Anordnungen gemäß vorliegender Erfindung, die die Schritte beim erfindungsgemäßen Linsenherstellungsverfahren zeigen.
Fig. 6 ist ein teilweise aufgeschnittener Aufriß eines Abschnitts der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung der in den Fig. 1-5 dargestellten Verfahrensschritte.
Fig. 7 ist eine Unteransicht eines erfindungsgemäßen Formwerkzeugs zur Bildung einer optischen Oberfläche.
Fig. 8 ist ein seitlicher Aufriß des in Fig. 7 dargestellten Formwerkzeugs.
Fig. 9 ist eine Draufsicht der Büchsenkomponente der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Fig. 10 ist ein seitlicher Aufriß der in Fig. 9 gezeigten Büchsenkomponente.
Fig. 11 ist ein Blockdiagrammablaufplan einer automatisierten Form des Linsenherstellungsverfahrens gemäß vorliegender Erfindung.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Die vorliegende Erfindung umfaßt allgemein ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Brillenlinsen und ähnlichem, und im speziellen zur Herstellung fertiger Linsen, die den Anforderungen so gut wie der gesamten Bandbreite von Brillenlinsen entsprechen. Die Erfindung beschäftigt sich mit der Verwendung thermoplastischer Materialien, wie beispielsweise Polykarbonaten, Methacrylaten, wie Polymethylmethacrylat, Styrol, thermoplastisches Acryl, Polysulfon und ähnlichem.
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines kombinierten Spritzguß/Formpreß-Verfahrens zur Herstellung von Brillenlinsen in fertiger Form. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-5, in denen dieses Verfahren schematisch dargestellt wird, ist eine Büchse 21 mit einer sich durch sie hindurch erstreckenden zylindrischen Bohrung 22 vorgesehen. Eine Einspritzöffnung 24 erstreckt sich durch die Büchsenwand zu deren Bohrung, wobei das äußere Ende der Öffnung 24 so dimensioniert und ausgebildet ist, daß es lösbar in einen Injektornippel 26 eines typischen Schneckeninjektors, wie nach dem Stand der Technik bekannt, eingreift. Die Bohrung 22 ist für nachstehend erklärte Zwecke auch mit einer ringförmigen Rille 23 versehen, die axial von der Einspritzöffnung 24 beabstandet ist.
Es ist auch ein Paar Formungswerkzeuge 27 und 28 vorgesehen, wobei die Werkzeuge zylindrische Außenflächen aufweisen, die zur Aufnahme in der Bohrung 22 mit minimalem Spielraum für Gleittranslation in der Bohrung dimensioniert sind. Werkzeug 27 ist mit einer konkaven optischen Präzisionsoberfläche 29 versehen, und Werkzeug 28 ist mit einer konvexen optischen Präzisionsoberfläche 30 versehen. Die einander zugewandten Werkzeugoberflächen begrenzen gemeinsam mit der Bohrungswand der Büchse einen geschlossenen Formungshohlraum 31. Es ist von Bedeutung, anzumerken, daß aufgrund der Verschiebbarkeit der Formwerkzeuge in der Bohrung der Hohlraum 31 selbst axial in der Bohrung verschoben werden kann.
Die Formwerkzeuge 27 und 28 werden zu Beginn auf eine Temperatur leicht über der Glasübergangstemperatur des thermoplastischen Materials erwärmt, das verarbeitet wird. Beim Beispiel Polykarbonat beträgt die Glasübergangstemperatur Tg etwa 300ºF, und die Werkzeuge werden auf etwa 400ºF erwärmt. Die Büchse 21 wird ebenfalls auf eine Temperatur erwärmt, die etwa 50ºF unter jener der Werkzeuge liegt, so daß, während das nachstehend beschriebene Verfahren durchgeführt wird, Kunststoffmaterial an der äußeren ringförmigen Begrenzung des Hohlraums 31 abkühlt und sich verfestigt und nicht in den engen ringförmigen Zwischenraum zwischen den Werkzeugen und der Bohrung 22 extrudiert. In den Anfangsstadien des Verfahrens werden die erwärmten Werkzeug in die Bohrung der erwärmten Büchse 21 eingebaut, und der Injektornippel 26 wird mit der Einspritzöffnung 24 in Eingriff gebracht. Thermoplastisches Material 32, das bis zur Erreichung eines viskosen, fließfähigen Zustandes erwärmt wird, wird dann unter hohem Druck in den Formhohlraum 31 eingespritzt, um den gesamten Hohlraum zu füllen.
Nach dem Kunststoffschmelzeinspritzen werden die Werkzeuge relativ zueinander zusammengeschoben. Dieser Schritt bewirkt, daß die Dicke des Hohlraums auf eine gewünschte Abmessung der fertigen Linse verringert wird, und auch, daß das thermoplastische Material im Formhohlraum zusammengedrückt wird, so daß überschüssiges Material durch die Einspritzöffnung aus dem Hohlraum hinausgedrängt wird, wie in Fig. 2 gezeigt. Es kann festgestellt werden, daß das Verfahren somit selbstregulierend ist, was das Volumen des verbrauchten Kunststoffschmelzmaterials betrifft, so daß beim Verfahren kein Kunststoff verschwendet wird. Daraufhin werden die Formwerkzeuge 27 und 28 gemeinsam relativ zur Büchse axial in der Bohrung verschoben (oder umgekehrt), so daß der Formhohlraum wirksam in der Bohrung verschoben wird. Dieser Vorgang hat die Wirkung, daß der Formhohlraum 31 von der Einspritzöffnung 24 getrennt wird, wie in Fig. 3 gezeigt, wodurch der Formhohlraum abgeschlossen und weiterer Ausstoß von Kunststoffmaterial aus dem Formhohlraum verhindert wird. Der Hohlraum 31 ist axial verschoben, so daß er so angeordnet ist, daß er mit der ringförmigen Rille 23 ausgerichtet ist und diese darin einschließt und die unter Druck stehende Kunststoffschmelze in die Rille 23 fließt. An diesem Punkt kann der Injektornippel 26 mit der Einspritzöffnung 24 außer Eingriff gebracht werden.
Daraufhin wird auf die Werkzeuge Preßdruck ausgeübt. Dieser Preßdruck liegt in einem Bereich von etwa 500-10.000 psi, und ein Druck von 1000 psi ist typisch. Die zusammengebauten Formwerkzeuge und Büchse werden dann entweder passiv durch Wärmeübertragung und Abstrahlung oder durch aktive Abkühleinrichtungen wie Kaltluftströme, Kühlkörper oder ähnliches abgekühlt.
Während die Anordnung abkühlt, verliert das thermoplastische Material Wärme und kühlt unter die Glasübergangstemperatur ab, wodurch eine feste Linse gebildet wird. Das Material unterliegt Schrumpfung aufgrund thermischer Kontraktion und möglicherweise Phasenkontraktion und neigt dazu, sich von den Werkzeugoberflächen wegzuziehen und Bereiche mit hoher Spannung im Material zu erzeugen. Jedoch kann sich das Kunststoffmaterial aufgrund des Vorhandenseins der relativ hohen Preßkraft, die durch die beaufschlagenden Werkzeuge auf das Material ausgeübt wird, nicht von den Hohlraumoberflächen wegziehen, und die aus dem Kunststoffmaterial gebildete resultierende Linse weist eine Oberflächengestaltung auf, die die präzise komplementäre Wiedergabe der Formoberflächen 29 und 30 ist. Weiters ermöglicht der hohe Preßdruck kombiniert mit einer relativ langsamen Abkühlungsrate das Fließen des Kunststoffmaterials, während es sich verfestigt. Die Restspannungen aufgrund der Abmessungsänderungen, während das Material abkühlt, werden durch die Preßkraft wesentlich gemildert, und die Restspannungen und die Doppelbrechung im fertigen Teil sind ziemlich gering. So ist das erfindungsgemäße Linsenprodukt eine qualitativ hochwertige Linse mit hoher Festigkeit und optischer Klarheit.
Nachdem die Formanordnung das thermoplastische Material unter Tg abgekühlt und der Kunststoff sich in eine Linse 33 verfestigt hat, wird die Preßkraft von den Formwerkzeugen 27 und 28 entfernt. Eine Zugkraft wird dann ausgeübt, um die Werkzeuge axial zu trennen und die Werkzeuge aus der Bohrung 22 zu ziehen. Aufgrund der Tatsache, daß die Linse sich in die ringförmige Rille 23 erstreckt, wird die Linse 33 in der Position ihrer Bildung gehalten, während die Werkzeuge von der Linse getrennt und divergierend von der Bohrung nach außen verschoben werden. Während die Büchse 21 und die Linse 33 weiter abkühlen, verursachen die thermische Volumenausdehnung der Bohrung und die Kontraktion der Linse die Loslösung der Linse von der ringförmigen Rille 23, und die Linse kann leicht aus der Bohrung genommen werden.
Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß eine große Anzahl an Formwerkzeugen 27 und 28 und Büchsenkomponenten 21 in einem hochautomatisierten Verfahren eingesetzt werden kann, um fertige optische Linsen oder ähnliches herzustellen. Unter Bezugnahme auf Fig. 11 wird in diesem Aspekt der Erfindung ein Formeninventar 41 mit einer ausreichenden Anzahl an Formen mit unterschiedliche optische Oberflächen bildenden Konturen aufrechterhalten, um im wesentlichen alle Brillengläser zur Fehlsichtigkeitskorrektur zu erzeugen, die für die breite Masse erforderlich sind. Was das betrifft, können die Formen 27 mit Oberflächen 29 mit Korrekturen mit unterschiedlicher sphärischer Stärke versehen sein, die sich über den gesamten Bereich normaler Fehlsichtigkeitskorrekturanforderungen erstrecken, und die Formen 28 können mit Oberflächen 30 mit Korrekturen mit zylindrischer Stärke versehen sein, die sich über den gesamten Bereich normaler Astigmatismuskorrekturanforderungen erstrecken. So kann durch die Wahl der geeigneten Formwerkzeuge 27 und 28 eine Linse erzeugt werden, die den Anforderungen hinsichtlich Fehlsichtigkeitskorrektur so gut wie jeder Einstärken-Brillenlinse entspricht. Die Formwerkzeuge können auch mit multifokale Segmente bildenden Abschnitten versehen sein, um Mehrstärkenlinsen zu erzeugen.
Das Herstellungsverfahren schafft auch ein Inventar 42 von Büchsenelementen 21, wobei alle Büchsenelemente im wesentlichen identisch sind. Die Büchsenelemente können nur insofern variieren, als Büchsensätze mit unterschiedlichen Durchmessern erforderlich sein können, um Linsen mit bevorzugten unterschiedlichen Durchmessern zu erzeugen. Um eine Linse herzustellen, die einem bestimmten Bedürfnis der Fehlsichtigkeitskorrektur entspricht, werden die geeigneten Formwerkzeuge 27 und 28 aus dem Inventar 41 ausgewählt und an einer Formmontagestation 43 aus dem Inventar 42 in der Bohrung eines geeigneten Büchsenelements 21 montiert. Die Station 43 ist auch mit einer Formanordnungserwärmungsvorrichtung, wie einem Ofen mit regulierter Temperatur, ausgestattet, um zumindest die Formwerkzeuge und vorzugsweise die ganzen Anordnungen auf eine Temperatur über der Glasbildungstemperatur des thermoplastischen Materials zu erwärmen. Die erwärmten Formanordnungen werden dann direkt zur Formfüllstation 44 transportiert.
An der Formfüllstation 44 wird das unter Bezugnahme auf die Fig. 1-3 beschriebene Verfahren durchgeführt, d. h. die Formanordnungen werden gefüllt, zusammengedrückt, um Überschüssiges Kunststoffmaterial auszustoßen und relativ verschoben, um den Formhohlraum einer jeden Anordnung von ihrer jeweiligen Einspritzöffnung zu trennen. Diese Verfahren können, obwohl sie langwierig zu beschreiben sind, innerhalb einiger Sekunden durchgeführt werden, und die erwärmten Formanordnungen bleiben ausreichend warm, um eine Temperatur über der Verfestigungstemperatur des thermoplastischen Materials aufrechtzuerhalten.
Die gefüllten Formanordnungen werden dann aus der Formfüllstation 44 zu einer Vorrichtung 46 übertragen, die die Schritte zur Ausübung von Druck auf die Formwerkzeuge durchführt, während die Anordnungen unter Tg gekühlt werden. In Fig. 11 ist die Vorrichtung 46 als ein kreisförmiges, sich drehendes Element dargestellt, und tatsächlich wird bei einer bevorzugten Ausführungsform ein Drehtisch verwendet. In Abschnitt 47 des Drehtisches wird Formdruck durch eine aus einer Vielzahl von hydraulischen oder pneumatischen Vorrichtungen oder durch mechanische Einrichtungen wie Schraubenwinden oder -klemmen, Federn oder irgendein nach dem Stand der Technik bekanntes mechanisches Äquivalent aufrechterhalten. Im Abschnitt 47 der Vorrichtung 46 werden die Linsen 33 nach einem Abkühlungszeitraum von etwa 10 Minuten realisiert. Die Formanordnungen gelangen dann zu Abschnitt 48 der Vorrichtung 46, wo weitere Abkühlung bis zur Handhabungstemperatur stattfindet, und zu Abschnitt 49, wo die Formwerkzeuge eingezogen werden, wie in Fig. 4 gezeigt. Die Formanordnungen werden an Station 51 getrennt, und die fertigen Linsen werden an Station 52 gesammelt und markiert. Die Formwerkzeuge werden entweder zum Inventar 41 zurückgebracht oder sofort an der Montagestation 43 wiederverwendet, und die Büchsen können ebenfalls zum Inventar 42 zurückgebracht oder vorzugsweise sofort wiederverwendet werden, um die darin vorhandene Restwärme auszunutzen.
Eine in den Fig. 9 und 10 gezeigte bevorzugte Ausführungsform der Büchsenkomponente 21 umfaßt eine allgemein zylindrische Wand 56, bei der sich die Bohrung 22 axial durch sie hindurch erstreckt und die Linsenhalterungsrille 23 in die Bohrung 22 eingeschrieben ist. Ein Flansch 57 erstreckt sich von einem Mittelabschnitt der zylindrischen Wand 56 nach außen. Der Flansch 57 ist mit einer Kerbe 58 versehen, die mit der Einspritzöffnung 24 in Verbindung steht, um den Nippel einer Kunststoffschmelzeeinspritzvorrichtung aufzunehmen und in Eingriff zu sein. Der Flansch 57 umfaßt weiters einen Schlitz 59, der sich in einen Rand davon erstreckt und so dimensioniert ist, daß die Greifer in ihn eingreifen, die üblicherweise bei Roboterfertigungswerkzeugen vorgesehen sind. Ein ähnlicher Schlitz 61 ist in einer lateralen Oberfläche des Flansches 57 vorgesehen, ebenfalls um die Roboterhandhabung der Büchsenkomponente zu erleichtern.
Eine in Fig. 7 und 8 gezeigte bevorzugte Ausführungsform der Formwerkzeuge 27 und 28 ist mit einer konvexen eine optische Oberfläche bildenden Kontur 30 dargestellt, wie bei Werkzeug 28, obwohl anerkannt werden kann, daß das Formwerkzeug 27 sich nur dadurch unterscheidet, daß eine konkave Oberfläche 27 vorge-sehen ist. Die eine optische Oberfläche bildenden Konturen können unter Einsatz von Linsenbildungstechniken aus einem Glasrohling gebildet werden, oder können Repliken von solchen Oberflächen umfassen, die durch nach dem Stand der Technik bekannte Elektrodenablagerungstechniken gebildet sind. In jedem Fall ist der Rohling 63 mit einer zylindrischen Außenfläche mit einem Durchmesser versehen, der etwas geringer als der Durchmesser der Bohrung 22 ist, so daß die Werkzeuge gleitend in der Bohrung aufgenommen werden können, ohne daß ausreichend Raum dazwischen vorhanden ist, um Kunststofffluß aus dem Formhohlraum 31 zuzulassen. Der Rohling 63 ist an eine Stammplatte 64 mit einem etwas kleineren Durchmesser als der Rohling selbst angefügt. Die Stammplatte ist auch mit einem Schlitz 66 versehen, der so ausgebildet ist, daß Robotergreifer in ihn eingreifen können.
Es ist anzuerkennen, daß die Formwerkzeuge und die Büchsenkomponenten gut dafür ausgebildet sind, um durch Robotereinrichtungen manipuliert und montiert zu werden, so daß das oben beschriebene Verfahren in einem großen Ausmaß automatisiert werden kann. Weiters sind die Schlitze 66, 59 und 61 mit Strichcodemarkierungen oder anderen maschinenlesbaren Kennzeichnungen versehen, die die Identität und den Durchmesser des Büchsenbestandteils, die Stärke der Linsenbildungsoberfläche usw. angeben, so daß ein computerisiertes Steuersystem eingesetzt werden kann, um die Robotermaschinen zu lenken, die die Formwerkzeuge und die Büchsenbestandteile manipulieren.
Ein weiter hervorstechender Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Konstruktion der bevorzugten Ausführungsform der Formfüllstation 44, wie in Fig. 6 dargestellt. Die Formfüllstation wird allgemein als eine Verbundhydraulikpresse mit einer Deckplatte 68 und einer Bodenplatte 69 beschrieben, die in fixer, beabstandeter Beziehung durch eine Vielzahl von Stützsäulen 71 verbunden sind. Eine Stützsäule 72, die sich von einem Mittelabschnitt des Elements 68 erstreckt, stützt eine Anschlagplatte 73 in fixer beabstandeter Beziehung von der Platte 68. Ein Stützelement 74 ist in der Mitte zwischen den Elementen 68 und 69 angeordnet und zur begrenzten Translationsbewegung dazwischen ausgebildet. Ein Paar Hydraulikzylinder 76 ist in lateral beabstandeter Art an der Bodenplatte 69 befestigt, wobei die Kolbenstangen 77 der Hydraulikzylinder sich zum Stützelement 74 erstrecken und mit diesem verbunden sind, um das Element 74 selektiv zu verschieben, wie in der nachstehenden Beschreibung erklärt werden wird.
Mit dem Stützelement 74 ist eine Büchsenstützklammer 78 verbunden. Die Klammer 78 umfaßt sich nach oben erstreckende Seitenwände 79, die ausreichend beabstandet sind, um dazwischen eine zuvor beschriebene und in Fig. 9 gezeigte Büchsenkomponente 21 aufzunehmen. Die Seitenwände 79 sind mit einander zugewandten ausgerichteten Schlitzen 81 versehen, die so dimensioniert sind, daß sie den Flansch 57 der Büchsenkomponente aufnehmen und mit ihm in Eingriff sind, so daß die Büchsenkomponente entweder manuell oder durch eine Robotereinrichtung gleitbar in die Klammer 78 eingeführt und aus dieser entfernt werden kann. Eine Thermoplastik-Schneckeninjektormaschine 82 ist durch flexible Kopplungseinrichtungen durch die Klammerseitenwand 79 angeschlossen, um mit der Kerbe 58 und der Einspritzöffnung 24 der Büchsenkomponente zu kommunizieren.
Ebenfalls mit der Bodenplatte 69 verbunden ist ein Hydraulikzylinder 83, der in der Mitte der Bodenplatte angeordnet ist, wobei sich seine Kolbenstange 84 nach oben erstreckt. Die Kolbenstange 84 erstreckt sich durch eine Öffnung im Element 74 und umfaßt eine Einspannvorrichtung oder eine ähnliche Greifeinrichtung 86 an ihrem oberen Ende, die so dimensioniert und ausgerichtet ist, daß sie sich mit der Stammplatte 64 des Werkzeugs 28 in gleitendem Eingriff befindet. Ebenso ist das obere Ende der Säule 72 mit einer Einspannvorrichtung oder einer ähnlichen Greifeinrichtung 87 versehen, um in die Stammplatte 64 des Werkzeugs 27 einzugreifen. Somit kann anerkannt werden, daß die Hydraulikkolben 77 und 84 so angeordnet sein können, daß, wenn die Büchsenkomponente 21 in die Klammer 78 eingefügt wird, die Stammplatten 64 der an der Büchsenkomponente montierten Werkzeuge mit den Einspannvorrichtungen (oder Greifern) 86 und 87 in Eingriff bringbar sind.
Wenn die Büchsenkomponente und die montierten Werkzeuge sich so in der Vorrichtung von Fig. 6 in Eingriff befinden, wird die Einspritzmaschine 82 betätigt, um den Formhohlraum 31 mit viskosem, fluidem thermoplastischem Material zu füllen, wie zuvor beschrieben, und der Hydraulikkolben 84 kann dann betätigt werden, um das Werkzeug 28 zum Werkzeug 27 hin zu drängen. Der vom Kolben 84 ausgeübte Druck ist ausreichend, so daß überschüssiges Kunststoffmaterial vom Hohlraum ausgestoßen und zurück in die Injektormaschine ausgestoßen wird, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben. Die Hydraulikkolben 77 werden dann betätigt, um sich zurückzuziehen, so daß die Elemente 74 und 79 und die Büchsenkomponente 21 relativ zu den Werkzeugen 27 und 28 abgezogen werden, wie zuvor unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben. Dieser Schritt trennt den Formhohlraum von der Injektormaschine 82 und schließt den Formhohlraum wirksam ab. Die Büchsenkomponente und ihre montierten Werkzeuge können dann gleitend von der Klammer 78 und den Kanalelementen 86 und 87 abgenommen und zur Vorrichtung 47 transportiert werden, um kontinuierliche Preßkraft auszuüben und die Anordnung zu kühlen, um eine Linse 33 herzustellen.
Es ist anzuerkennen, daß die vorliegende Erfindung insbesondere in Hinblick auf die Herstellung von Brillengläsern unter Verwendung von thermoplastischem Material beschrieben worden ist. Das hierin beschriebene Verfahren sowie die Vorrichtung können jedoch auch für die Herstellung anderer Hochpräzisions-Kunststoffteile unter Verwendung anderer Materialien nach Wahl eingesetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung zum Formen von Brillenlinsen, umfassend:

- eine Vielzahl von Formungsanordnungen, wobei jede Formungsanordnung ein Büchsenelement (21) mit einer sich darin erstreckenden Bohrung (22), ein Paar Formwerkzeuge (27, 28) mit konturierten Formungsflächen (29, 30), die so ausgebildet sind, daß sie komplementäre Vorder- und Hinterflächen einer Linse (33) bilden, umfaßt, wobei die genannten Werkzeuge weiters Außenperipherieflächen umfassen, die so dimensioniert sind, daß sie in der genannten Bohrung mit minimalem Spielraum für Gleittranslation darin aufgenommen sind, wobei die genannten Formwerkzeuge in der genannten Bohrung in beabstandeter Beziehung aufgenommen sind, um dazwischen einen Formhohlraum (31) zu begrenzen;

- eine Formfüllvorrichtung (44), die eine Einrichtung (78) zum lösbaren In-Eingriff-Bringen einer der genannten Vielzahl von Formungsanordnungen, eine Einrichtung (82) zum Einspritzen eines thermoplastischen Formungsmaterials in einem geschmolzenen Zustand in den genannten Formhohlraum und eine Einrichtung (83, 84) zum Zusammenbewegen der genannten Formwerkzeuge (27, 28) zueinander umfaßt, um das genannte Formungsmaterial zusammenzupressen und um überschüssiges Formungsmaterial aus dem genannten Formhohlraum zu drücken;

- eine außerhalb der genannten Formfüllvorrichtung angeordnete Einrichtung (43) zum Erwärmen einer jeden der genannten Formungsanordnungen auf eine Temperatur über der Glasübergangstemperatur des genannten Formungsmaterials;

- eine außerhalb der genannten Formfüllvorrichtung angeordnete Einrichtung (47) zum Abkühlen einer jeden der genannten Formungsanordnungen unter die Glasübergangstemperatur; und

- eine außerhalb der genannten Formfüllvorrichtung angeordnete Einrichtung (47) zum Aufrechterhalten der Preßkraft, um die genannten Formwerkzeuge (27, 28) so zu drängen, daß sie das genannte thermoplastische Material zusammendrücken, während das genannte thermoplastische Material unter die Glasübergangstemperatur abkühlt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die genannte Einrichtung (82) zum Einspritzen von thermoplastischem Formungsmaterial eine Einspritzöffnung (24) enthält, die sich durch das genannte Büchsenelement (21) zum genannten Hohlraum (31) erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, worin die genannte Füllvorrichtung (44) eine Einrichtung (76, 77) zum Verschieben der genannten Formwerkzeuge (27, 28) in Obereinstimmung miteinander relativ zum genannten Büchsenelement (21) umfaßt, um den genannten Hohlraum (31) aus der Verbindung mit der genannten Einspritzöffnung (24) zu verschieben.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die genannte Einrichtung zum Verschieben der genannten Werkzeuge in Übereinstimmung miteinander eine erste Antriebseinrichtung (76, 77) umfaßt, die auf das genannte Büchsenelement (21) wirkt.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die genannte Einrichtung zum Zueinanderdrängen der genannten Formwerkzeuge (27, 28), so daß sie das genannte Formungsmaterial zusammendrücken, eine zweite Antriebseinrichtung (83, 84) umfaßt, die mit zumindest einem der genannten Formwerkzeuge verbunden ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, worin die genannte erste und zweite Antriebseinrichtung erste und zweite hydraulisch betätigte Kolben (77, 84) umfaßt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine ringförmige Rille (23) in der genannten Bohrung (22) ausgebildet und in Ausrichtung mit dem genannten Hohlraum (31) angeordnet ist, während das genannte thermoplastische Material abkühlt, wodurch ein peripherer Abschnitt der Linse (33) sich in die genannte ringförmige Rille erstreckt und die Linse dadurch festgehalten wird, wenn die genannten Formwerkzeuge (27, 28) von der genannten Bohrung entfernt werden.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die genannte Formfüllvorrichtung eine Verbundpresse umfaßt, die dazu ausgebildet ist, die genannten Werkzeuge (27, 28) selektiv zueinander zu drängen und die genannten Formwerkzeuge in Übereinstimmung relativ zum genannten Büchsenelement (21) zu verschieben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, worin die genannte Verbundpresse eine Stützklammer (78) umfaßt, die so ausgebildet ist, daß sie in das genannte Element (21) und die erste hydraulische Einrichtung (76, 77) lösbar eingreift, um die genannte Stützklammer und das genannte Büchsenelement relativ zu den genannten Formwerkzeugen (27, 28) selektiv zu verschieben.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die genannte Stützklammer (78) ein Paar beabstandeter Seitenwände (79) mit darin angeordneten gegenüberliegenden, einander zugewandten Rillen (81) umfaßt und das genannte Büchsenelement (21) einen Flansch (57) umfaßt, der sich davon erstreckt und solche Abmessungen hat, daß er gleitbar in den genannten einander zugewandten Rillen aufgenommen wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, worin jedes der genannten Werkzeuge (27, 28) eine Stammplatte (64) umfaßt und worin die genannte Verbundpresse eine Einrichtung zum lösbaren Eingreifen in die genannten Formwerkzeuge in der Form einer Greifereinrichtung (86, 87) zum Eingreifen in die genannten Stammplatten (64) der genannten Werkzeuge auf lösbare Art umfaßt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, worin die genannte Verbundpresse weiters eine zweite hydraulische Einrichtung (83, 84) umfaßt, die so angeordnet ist, daß sie sich in die gleiche Betriebsrichtung wie die genannte erste hydraulische Einrichtung (76, 77) hin- und herverschiebt, wobei die genannte Greifereinrichtung (86, 87) ein Greifelement (86) umfaßt, das an der genannten zweiten hydraulischen Einrichtung (84) befestigt ist und so angeordnet ist, daß es in eine Stammplatte (64) eines der genannten Formwerkzeuge (28) eingreift.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, die weiters einen Schlitz (59) umfaßt, der sich in den genannten Flansch (57) erstreckt und so ausgebildet ist, daß Robotergreifer in ihn eingreifen.

14. Verfahren zum Formen einer Linse in einem Formungshohlraum, der durch ein Paar axial beabstandeter Formen (27, 28) begrenzt ist, die gleitbar innerhalb einer Büchse (21) montiert sind, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: das Anordnen der Formen in einer Formfüllvorrichtung (44) im Abstand voneinander, um einen Hohlraum mit einem Volumen über jenem zu begrenzen, das zum Bilden der fertigen Linse (33) erforderlich ist, das Erwärmen zumindest der Formen auf eine Temperatur über, aber relativ nahe, der Glasübergangstemperatur eines Polymerformungsmaterials, das Füllen des Hohlraums mit dem Formungsmaterial bei einer Temperatur, die ausreichend über seiner Glasübergangstemperatur liegt, damit es sich in einem viskosen fließfähigen Zustand befindet, durch Extrudieren durch einen Einlaßdurchgang (24) in die genannte Büchse, das Bewegen einer oder beider Formen, um das Volumen des Hohlraums (31) auf die erwünschte Größe der Linse (33) plus einer Zugabe für Wärmeschrumpfung zu verringern, wodurch das Formungsmaterial innerhalb des Hohlraums zusammengedrückt und das Extrudieren jeglichen überschüssigen Formungsmaterials aus dem Formhohlraum heraus bewirkt wird, das Transportieren der Büchse und der Formen zu einer Kühlungsvorrichtung (46) und das Anordnen einer weiteren Büchsen- und Formanordnung an der Formfüllvorrichtung, um die vorhergehenden Schritte zu wiederholen, das Ausüben von Druck auf das geschmolzene Material durch eine oder beide der Formen, um die Linse unter Bedingungen zu formen, bei denen Schrumpfung während des allmählichen Kühlens der Formen, der Büchse und der Linse durch die Glasübergangstemperatur berücksichtigt wird, und das Abnehmen der Formen und der Linse von der Büchse.

15. Verfahren nach Anspruch 14, das weiters das Vorsehen einer Vielzahl von Vorderflächen- und Rückflächenformen umfaßt, die jeweils aufeinander bezogene Formungsflächen aufweisen, die konturiert und gefertigt sind, daß sie eine komplementäre Vorderfläche oder Rückfläche der Linse formen, das Vorsehen einer Vielzahl von Büchsen und das Auswählen bestimmter Vorderflächen- und Rückflächenformen entsprechend ihrer Formungsflächenkonturen, um fertige Linsen mit vorherbestimmten Sehschwächenkorrekturen zu definieren.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, das weiters den Schritt des Vorsehens einer ringförmigen Rille (23) umfaßt, die innerhalb jeder der Büchsen und so angeordnet ist, daß sie mit jeder Linse (33) darin ausgerichtet ist, während diese unter die Glasübergangstemperatur abkühlt, wodurch ein peripherer Abschnitt einer jeden Linse sich in die genannte Rille erstreckt und die Linse in der Rille hält, wenn die Formen von der Büchse abgenommen werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, worin genanntes Polymerformungsmaterial ein thermoplastisches Formungsmaterial umfaßt, das durch den Einlaßdurchgang einer jeden Büchse mit relativ hohem Druck eingespritzt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, worin das genannte überschüssige Formungsmaterial durch den Einlaßdurchgang (24), der zum Füllen des Formhohlraums verwendet wird, zurück aus dem Formhohlraum extrudiert wird.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das weiters den Schritt des Bewegens der Formen und des den Hohlraum füllenden geschmolzenen Materials relativ zur jeweiligen Büchse umfaßt, um die geschmolzene Linse und den Hohlraum vom Einlaßdurchgang der Büchse zu trennen.