DE60221280T2

DE60221280T2 - Giessform und verfahren zur herstellung einer linse aus thermoplastischem kunststoff

Info

Publication number: DE60221280T2
Application number: DE60221280T
Authority: DE
Inventors: Hao-Wen Palm Harbor Chiu; Hsinjin Palm Harbor YANG; Matthew Bradenton Lockwood
Original assignee: Essilor International Compagnie Generale dOptique SA
Current assignee: EssilorLuxottica SA
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2022-12-18
Also published as: US20050142240A1; AU2002364997A1; WO2003051616A3; EP1456006B1; WO2003051616A2; ATE367260T1; EP1456006A2; DE60221280D1; JP2005511367A; US6884369B2; JP4409291B2; WO2003051616A9; US20030111747A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von ophthalmischen Linsen aus Kunststoffmaterial, wie ophthalmische Linsen oder Instrumentenlinsen, welche durch, geeignete, plastische Formung/Kunststoffgießen (bezeichnet als Verformung) eines Kunststoffmaterials erhalten werden, insbesondere eines thermoplastischen Harzes wie Methyl-Polymethacrylat, Polycarbonat oder Polycarbonat-Copolymere, Polynorbornen, Polystyren, zyklisches Polyolefin oder einem Copolymer davon, etc.
Bei der Herstellung von optischen Linsen durch ein Verfahren dieser Art ist bekannt, dass man sich die Fähigkeit von Kunststoffmaterial, sich bei Wärme zu verformen zu Nutzen macht um den Linsen die benötigte Form zu verleihen. Ausgehend von einer Masse aus thermoplastischen Material in Standardform (normalerweise Külbel genannt) oder in einer besonderen Vorform mit einer Form nahe der gewünschten Form, wobei diese Verformung/Formgebung unter Druck zwischen zwei Matrizen erfolgt, welche durch eine Presse auf das zuvor erwärmte Material im plastischen Zustand appliziert wird. Die Matrizen, welche im Allgemeinen aus rostfreiem Stahl sind, weisen jeweils eine Formungsseite auf, welche die geeignete(-n) Krümmung(-en) aufweist, welche denjenigen entsprechen, die der fertigen Linse gegeben werden sollen, und weisen eine optische Politur auf, das heißt Analog zu derjenigen eines Spiegels.
Um Linsen zu erhalten, welche die optischen Qualitäten besitzen, die ihrer Bestimmung entsprechen, müssen bestimmte Vorkehrungen während der Herstellung unternommen werden, speziell um irreguläre Deformationen oder das Vorhandensein von internen Spannungen zu vermeiden, da diese Deformationen oder Spannungen eine Anisothropie oder unerwünschte Aberrationen verursachen können.
In diesem Hinblick werden bestimmte Vorkehrungen zur Ausbildung der Formungsmatrizen getroffen. Darüber hinaus wird oft empfohlen bei der Herstellung in zwei aufeinander folgenden Phasen zu verfahren: zuerst die Herstellung durch Spritzgießen, Verformung oder Bearbeitung eines Rohlings zu Dimensionen nahe derjenigen der zu verwirklichenden Linse, danach die Fein-/Endbearbeitung mittels Warmverformung dieses Rohlings.
Da diese Vorkehrung die Werkzeuge und die Arbeitsweise betreffen, ist es angebracht, diejenigen dazu zu fingen, welche die Erwärmung des Kunststoffs und der Form während der Verformung betreffen. Gewöhnlicherweise wird die Erwärmung durch die Matrizen selbst gewährleistet, welche dazu ausgelegt sind, ein erwärmendes Gas oder eine Flüssigkeit oder elektrische Widerstände aufzunehmen. Die durch die Zirkulation der warmen Flüssigkeit oder die elektrischen Widerstände bereitgestellte Wärme breitet sich durch die Masse der Matrizen aus und wird durch die Wände dieser auf das Kunststoffmaterial während seiner Formgebung übertragen.
Diese Art der Erwärmung weist in der Praxis Nachteile auf.
Zunächst gewährleistet sie nicht die Erwärmung des Kunststoffmaterials in regelmäßiger und gleichmäßiger Form, was wünschenswert wäre um interne Spannungen zu vermeiden. Die verschiedenen Abschnitte der Matrizen und damit des zu bearbeitenden Materials erreichen nur progressiv und ungleich die zur Verformung notwendige Temperatur. Dieser Mangel an Gleichförmigkeit der Temperaturübertragung findet sich auch beim Abkühlen nach der Verformung wieder.
Aus dieser Ungleichheit/Ungleichmäßigkeit der Erwärmung und der Abkühlung an verschiedenen Punkten des zu bearbeiteten Materials resultiert, dass die erhaltene optische Linse Deformationen und Spannungen behält, welche diese häufig ungeeignet für die optischen Verwendungen machen, für die sie bestimmt sind.
Andererseits sind gemäß den gewöhnlichen Vorrichtungen die Matrizen, die dazu vorgesehen sind Heiz- und Kühleinrichtungen aufzunehmen, an der Presse fixiert und die Verbindungen mit der Wärmemittelversorgung oder dem elektrischen Strom im Hinblick auf diese Anord nung angeordnet. Bei Anlagen dieser Art sind die Montier- und Demontiervorgänge für die Matrizen lang und kompliziert.
Eine andere Art der Erwärmung, welche darauf abzielt diese Nachteile zu beheben, besteht darin externe Heizmittel zu verwenden, welche von der Form selbst und insbesondere von den Matrizen getrennt sind. Die Form, welche die Vorform oder den Külbel enthält, wird somit getrennt von der Presse erwärmt vor deren Anbringung an dieser für den Verformvorgang. Die Tatsache, dass die Form separat von der Presse mittels externer Mittel erwärmt wird, erlaubt gewiss die Matrizen von jeder hydraulischen oder elektrischen Verbindung frei zu halten, hat jedoch den großen Nachteil, dass sie eine Handhabung/Bedienung der Form bei jedem Zyklus notwendig macht, was die Produktionsfrequenz wesentlich verlangsamt. Darüber hinaus kann die Temperatur der Form während der Verformung nicht kontrolliert werden und die Abkühlung der Form nach der Verformung ist nicht vorgesehen und kann, wie die Erwärmung, nur mit externen Mitteln erzielt werden, welche eine(-n) zusätzliche Bedienung/Fertigungsschritt notwendig machen.
Um den Transport der Form vom Erwärmungsplatz auf den Verformungsplatz (das heißt die Presse) zu ermöglichen, umfasst die Form eine Hülse/ein Futteral, welche die Matrizen umgibt und in welcher diese letzteren gleitend montiert sind. Die Hülse/das Futteral haben also die Funktion die mechanische Einheit der Form zu gewährleisten, indem sie eine mechanische Verbindung zwischen den beiden Matrizen unabhängig von der Presse bereitstellen.
Eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist auch aus der GB-A-572748 bekannt.
Erfindungsgemäß wird eine Form zu Warmverformung einer optischen Linse aus thermoplastischem Material vorgeschlagen, umfassend zwei Matrizen die in einer Hülse/einem Mantel angeordnet sind um sich entlang der Achse dieser Hülse gleitend zu bewegen, und jeweils eine Formungsseite einander gegenüberliegend aufweisen, wobei der Form die beiden Matrizen und die Hülse mit intrinsischen und ambivalenten Wärmeübertragungsmitteln (Erwärmung und Abkühlung) gemäß dem Anspruch 1 vorgesehen sind. Beispielsweise umfassen die Wärmeübertragungsmittel einen internen Kreislauf zur Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels.
Es werden somit zwei Vorteile kombiniert. Zuerst erlaubt das Einhüllen der Matrizen in eine thermisch selbstmodulierte Hülse/Mantel die Qualität und insbesondere die Homogenität der Erwärmung und der Abkühlung der Form und dadurch des thermoplastischen Materials zu verbessern. Die Hülse/der Mantel übt somit eine thermische Einbindungsfunktion aus, welche sich gegebenenfalls zu seiner mechanischen Führungsfunktion der beiden Matrizen bezüglich einander hinzufügt. Darüber hinaus erlaubt die Integration der ambivalenten Wärmeübertragungsmittel die Hauptabschnitte der Form, das heißt in die Matrizen und die Hülse, die Erwärmung ebenso wie die Abkühlung der Form gemäß einem Gesetz der optimierten thermischen Regulierung zu gewährleisten, ohne dass es notwendig wäre die Form zu versetzen/bewegen um sie der Einwirkung von externen Wärm- und/oder Kühlmitteln zu unterziehen.
Gemäß einem vorteilhaften Merkmal der Erfindung besteht jede Matrize aus:

– einer Basis, welche zumindest einen Abschnitt mit dem Wärmeübertragungsmittel der Matrize und Mittel für ihre Verbindung mit einer Wärmeregulierungsquelle umfasst,
– einem herausnehmbaren Einsatz, welcher mit der Basis verbunden ist und die Formseite trägt.

Der Einsatz ist somit austauschbar und kann daher aus einem vorgefertigten Satz gewählt werden oder sogar auf Anfrage in Abhängigkeit der Definition der für die Linse gewünschten Oberfläche hergestellt werden. Die Montage/Demontage des Einsatzes an der Form ist leicht und schnell, dahingehend, dass die Verbindung mit der Wärmeregulierungsquelle über die Basis bewerkstelligt wird und somit nicht demontiert werden muss.
Vorteilhafter Weise nimmt also die Basis jeder Matrize die Gesamtheit der Wärmeübertragungsmittel der Matrize auf, wobei der Einsatz ohne diese Mittel thermisch ausschließlich mittels deren Übertragung mit der Basis reguliert wird. Die Montage des Einsatzes an der Basis erfolgt somit ohne jeglichen hydraulischen oder elektrischen Anschluss mit der Wärmeregulierungsquelle oder mit der Basis.
Gemäß der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Warmverformung einer optischen Linse aus thermoplastischem Material mittels der oben definierten Form vorgeschlagen, umfassend die Schritte:

– Anordnen eines Külbels/Rohlings oder einer Vorform aus dem thermoplastischen Material zwischen den beiden Matrizen und Einschließen des Ensembles in der Hülse/dem Mantel;
– Erwärmen der Matrizen und der Hülse mittels ihrer intrinsischen Wärmeübertragungsmittel bis zu einer Verformungstemperatur;
– Annähern der Matrizen zueinander/aneinander um das Material durch plastische Verformung zu formen, bis zu einer relativen vorbestimmen Position, welche der gewünschten Dicke der Linse entspricht;
– Abkühlen der Matrizen und der Hülse mittels ihrer intrinsischen Wärmeübertragungsmittel bis zu einer Entnahme-/Ausformungstemperatur;
– Entfernen der fertigen Linse aus der Form,

Vorzugsweise ist die Verformungstemperatur größer oder gleich der Glasübergangstemperatur des verwendeten thermoplastischen Materials. Gute Resultate werden im Detail mit einer Verformungstemperatur erhalten, welche die Glasübergangstemperatur in einem Bereich zwischen 16,6 und 66,6°C (das heißt zwischen 30 und 120°F) und vorzugweise in der Größenordnung von 25°C (45°F).
Umgekehrt ist es bevorzugt, dass die Verformungstemperatur wesentlich geringer als die Glasübergangstemperatur ist. Es kann beispielsweise eine Verformungstemperatur vorgesehen sein, welche zu der Glasübergangstemperatur einen Unterschied im Bereich von 11,1 bis 27,7°C, (das heißt zwischen 20 und 50°F) und vorzugsweise in der Größenordnung von 19,4°C (35°F) aufweist. Es ist tatsächlich interessant die Form nicht zu sehr abzukühlen, um die Dauer jedes Zyklus soweit wie möglich zu reduzieren.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung besitzt die Hülse/der Mantel eine ringförmige Tasche, welche nach innen offen ist, und welche mit dem durch die Formungs/Formseiten der beiden Matrizen begrenzten Zwischenraum kommuniziert. Diese ringförmige Tasche ist dazu bestimmt das überschüssige Kunststoffmaterial aufzunehmen, welches nach der Umformung eine Randnaht/einen Randüberstand bildet, indem er lateral von den Matrizen übersteht.
Der durch die Formseiten der beiden Matrizen begrenzte Zwischenraum bildet mit der ringförmigen Tasche ein geschlossenes/hermetisches inneres Volumen, welches nach außen mit zumindest einem, die Hülse durchquerenden, und beispielsweise in der ringförmigen Tasche mündenden Ansaugkanal verbunden ist.
Mit einer Form, welche dieses Merkmal aufweist, kann vorteilhafterweise in der folgenden Weise verfahren werden: vor und/oder gleichzeitig zu dem Annähern der Matrizen zum Formen des Materials mittels plastischer Deformation wird mit Hilfe des Ansaugkanals ein relatives Vakuum in dem geschlossenen inneren Volumen der Form erzeugt.
Beste Resultate werden mit einem relativen Vakuum unter 0,25 bar, und vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,1 bar, erreicht.
Gemäß einem anderen vorteilhaften Merkmal der Erfindung umfasst die Form einen Entgratungskranz/Entgratungskrone, welche gleitend/beweglich in der Hülse/dem Mantel montiert ist und gegebenenfalls mit einer Lippe zusammenwirkt, welche die ringförmige Tasche säumt.
Mit einer Form, welche dieses Merkmal aufweist, kann vorteilhafterweise in folgender Art verfahren werden: nach dem vollständigen Formen des Materials durch Annähren der Matrizen wird der Entgratungskranz betätigt um die periphere seitlich an den Matrizen abstehende Gussnaht, welche durch den Materialüberstand gebildet wird, abzuschneiden.
Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung umfasst die Hülse/der Mantel zwei Abschnitte, die so angeordnet sind, dass sie zueinander entlang derselben Verschiebungs-/Versetzungsachse beweglich sind wie die Matrizen, zwischen einerseits einer offenen Konfiguration/Stellung, welche einen direkten Zugang zu dem, durch die Formseiten der beiden Matrizen begrenzten Zwischenraum aufweist, insbesondere zum Einbringen der Vorform oder des Külbels zwischen die Matrizen oder zum Herausnehmen der fertigen Linse bei der Verformung, und andererseits an einer geschlossenen Konfiguration/Stellung, bei welcher die beiden Abschnitte mittels Verbindungsflächen entlang einer transversalen Verbindungsfläche in Kontakt sind.
Vorteilhafterweise ist bei zumindest einer der zwei Abschnitte der Hülse dabei die ringförmige Tasche der Hülse in Form einer Verstärkungs-Kerbe/-Nut, und vorzugsweise schräg, zu der Verbindungsfläche ausgeführt.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der folgenden Beschreibung einer speziellen Ausführungsform, die lediglich beispielhaft und nicht einschränkend ist.
Es wird Bezug auf die in der Anlage dargestellten Zeichnungen genommen, bei denen die 1 bis 4 schematische Ansichten im Schnitt einer Form gemäß der Erfindung sind, welche die nacheinander erfolgenden Schritte der Verformung gemäß der Erfindung darstellen.
Bezugnehmend auf die Figuren umfasst eine Form zur Warmverformung einer optischen Linse aus thermoplastischem Material gemäß der Erfindung zwei Matrizen 1, 2, welche beweglich in einer Hülse/Mantel 3 montiert sind und welche jede eine Formungs-/Formseite 4, 5 einander gegenüberliegend aufweisen. Die Hülse/Mantel 3 besitzt eine zentrale Achse 6, welche die Richtung der relativen Versetzung der Matrizen 1, 2 definiert.
Im Detail umfasst die Hülse 3 zwei Abschnitte 7, 8, welche an einem (nicht dargestellten) externen Träger montiert sind, welcher beispielsweise mit dem Gestell einer Presse verbunden ist, um zueinander entlang der Achse 6 versetzbar zu sein, zwischen einerseits einer offenen Konfiguration, dargestellt in der 1, welche einen direkten Zugang zu dem durch die zwei Formseiten 4, 5 der beiden Matrizen definierten Zwischenraum bietet und andererseits einer geschlossenen Stellung, dargestellt in den 2 bis 4, in welcher die beiden Abschnitte 7, 8 in Kontakt mittels der Verbindungsflächen 9, 10 entlang einer transversalen Verbindungsebene J sind.
Jede dieser beiden Matrizen 1, 2 setzt sich aus einer Basis 11, 12 und einem herausnehmbaren/entfernbaren Einsatz 13, 14, welcher mit der Basis verbunden ist und welcher die Formseite 4, 5 trägt, zusammen.
Die beiden Matrizen 1, 2 und die Hülse 3 sind mit intrinsischen Wärmeübertragungsmitteln vorgesehen, welche ambivalent sind, d.h. dazu ausgelegt gleichzeitig ihre Erwärmung und ihr Abkühlen zu gewährleisten. Diese Wärmeübertragungsmittel können beispielsweise, wie in dem dargestellten Beispiel, in der Form von internen Kreisläufen zur Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels, wie beispielsweise eines Öles ausgebildet sein. Es wird somit im Speziellen zwischen den in den Abschnitten 7, 8 der Hülse 3 angeordneten schraubenförmigen Kreisläufen 15, 16 und andererseits den in der Basis 11, 12 der Matrizen 1, 2 angeordneten spiralenförmigen Kreisläufen 19, 20 unterschieden.
Die Basis 113, 124 von jeder Matrix nimmt somit die Gesamtheit der Wärmeübertragungsmittel der Matrix auf: den Einsatz 13, 14 ohne diese Mittel wird thermisch ausschließlich über Wärmeübertragung mit der Basis reguliert.
Die beiden Abschnitte 7, 8 der Hülse 3 und der Basen 11, 12 der Matrizen sind mit Verbindungen 17, 18 und 21, 22 vorgesehen, welche die Verbindung der Kreisläufe 15, 16 und 19, 20 mit einer gemeinsamen externen Wärmeregulierungsquelle S oder mit mehreren distinkten und unabhängigen Quellen für eine genaue Regulierung von verschiedenen voneinander unabhängigen Abschnitten der Form erlauben. Es kann insbesondere vorgesehen sein einen Teil der Kreisläufe 15, 16 der Hülse 3 an eine erste Quelle anzuschließen, welche für die Wärmeregulation der beiden Abschnitte 7, 8 der Hülse 3 vorgesehen ist, und andererseits die Kreisläufe 19, 20 der Basen der Matrizen 1, 2 an eine zweite Quelle anzuschließen, welcher die thermische Regulierung der Matrizen unabhängig von der Hülse 3 zugeordnet ist.
Der untere Abschnitt 7 der Hülse 3 weist eine ringförmige Kerbe/Nut 23 auf, ausgebildet als Verstärkung der Verbindungsseite 9 des unteren Abschnitts 7 der Hülse 3. Diese Kerbe/Nut 23 ist angrenzend an die innere Seite des Abschnitts 7 der Hülse 3 und ist innen von einer ringförmigen Kante 24 begrenzt, welche eine Entgratungslippe ausbildet, wie dies weiter unten besser beschrieben. Die Kerbe 23 ist leicht schräg.
Wenn die Hülse 3 mit ihren beiden Verbindungsabschnitten mittels ihrer Verbindungsseiten 9, 10 in der geschlossenen Konfiguration/Stellung ist, ist die Nut/Kerbe 23 zumindest teilweise durch die Verbindungsfläche 10 des oberen Abschnitts der Hülse 3 bedeckt um eine ringförmige Tasche 23 auszubilden. Jedoch ist die Spitze der Lippe 24 leicht aus der Verbindungsebene J zurückgezogen und es existiert ein Spalt, mittels welchem die Tasche 23 offen zu dem inneren der Hülse ist und mit dem durch die Formseiten 4, 5 der beiden Matrizen 1, 2 begrenzten Zwischenraum kommuniziert, wo die Vorform oder der Külbel P platziert ist.
Der durch die Formseiten 4, 5 der beiden Matrizen 1, 2 begrenzte Zwischenraum bildet somit mit der ringförmigen Tasche 23 ein geschlossenes und einheitliches inneres Volumen. Ein Ansaugkanal 25 ist in dem unteren Abschnitt 7 der Hülse 3 angeordnet und erstreckt sich quer von der ringförmigen Tasche 23 zu der äußeren Seite des Abschnitts 7 der Hülse um das innere Volumen mit dem Äußeren zu verbinden. Eine Verbindung 26 ist an der äußeren Seite des Abschnitts 7 der Hülse zur Verbindung des Kanals 25 mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) vorgesehen um ein relatives Vakuum im inneren Volumen zu erzeugen.
Die Form umfasst darüber hinaus eine Entgratungskrone/einen Entgratungskranz 30 der beweglich in dem oberen Abschnitt 8 der Hülse 3 angeordnet ist. In dem dargestellten Beispiel stellt sich der Kranz/die Krone 30 in der Form eines Rohrabschnitts entlang der Achse 6 dar, angeordnet zwischen der oberen Matrix 2 und dem oberen Abschnitt 8 der Hülse, mit einem sehr geringen transversalen Spiel, welches eine präzise Führung entlang der Achse 6 der oberen Matrix 2, des Kranzes 30 und des oberen Abschnitts 8 der Hülse bezüglich einander erlaubt. Die Entgratungsfunktion des Kranzes 30 ist unten genauer erklärt.
Um die Warmverformung einer optischen Linse aus thermoplastischem Material mittels der gerade beschriebenen Form durchzuführen, wird in der folgenden Weise verfahren.
Ein Külbel oder eine Vorform P wird zwischen den beiden Matrizen 1, 2 angeordnet. Dazu wird von der in der 1 dargestellten Ausgangskonfiguration ausgegangen, in welcher einerseits die Matrizen 1, 2 ausreichend voneinander beabstandet sind um das Einführen der Vorform oder des Külbels P zwischen ihre Formseiten 4, 5 zu erlauben und andererseits die zwei Abschnitte 7, 8 der Hülse 3 in offener Konfiguration voneinander beabstandet sind, so dass sie das direkte Einsetzen/Einbringen der Vorform oder des Külbels P zwischen die Matrizen erlauben, ohne dass es notwendig ist, die Matrizen 1, 2 (von) der Hülse 3 zu trennen.
Der Külbel/Rohling oder die Vorform P besteht aus einem thermoplastischen Material, wie Methyl-Polymethacrylat, Polycarbonat oder Copolymeren von Polycarbonat, Polynorbornen, Polysteren, zyklisches Polyoleofin oder Copolymere davon, etc.
Die beiden Abschnitte 7, 8 der Hülse 3 werden daraufhin gegeneinander geschlossen, indem sie an ihren Verbindungsstufen 9, 10 verbunden werden, wie in der 2 dargestellt um die Hülse 3 zu einer Einheit werden zu lassen. Die Hülse 3 umgibt somit in ihrer Gesamtheit die beiden Matrizen.
Die Matrizen 1, 2 und die Hülse 3 werden daraufhin erwärmt oder vorgewärmt mittels ihrer intrinsischen Wärmeübertragungsmittel bis zu einer Verformungstemperatur. Dazu wird in dem dargestellten Beispiel das Wärmeübertragungsmittel mittels der oder den externen Regelquellen S erwärmt und in Zirkulation in den Kreisläufen 15, 16, 19 und 20 versetzt.
Vorzugsweise ist die Verformungstemperatur größer oder gleich der Glasübergangstemperatur des verwendeten thermoplastischen Materials. Gute Resultate werden speziell mit einer Verformungstemperatur erreicht, welche die Glasübergangstemperatur um einen Abstand im Bereich von 16,6 und 66,6°C (also im Bereich von 30–120°F), und vorzugsweise in der Größenordnung von 25°C (45°F) übersteigt.
Es ist angemerkt, dass während dieses Erwärmens aufgrund des Vorhandenseins der intrinsischen Wärmeübertragungsmittel die Veränderung der Temperatur einer Kontrolle unterzogen werden kann und gemäß einem Gesetz der Temperaturveränderung in Abhängigkeit der Zeit reguliert werden kann, welche günstig für die Reduktion von internen Spannungen ist.
Wenn die gewünschte Temperatur erreicht ist, werden die Matrizen 1, 2 aneinander angenähert, wie in der 3 dargestellt, um das thermoplastische Material zu formen, welches aufgrund der Wärme formbar/weich geworden ist, mittels plastischer Deformation bis zu einer vorbestimmten relativen Position, welche der gewünschten Dicke der Linse entspricht.
Zuvor und/oder gleichzeitig zu dem Annähern der Matrizen 1, 2 wird für die Verformung des Materials mittels plastischer Verformung durch den Ansaugkanal 25 und mittels der an dem Anschluss 26 angeschlossenen Vakuumpumpe (nicht dargestellt) ein relatives Vakuum in dem hermetischen/geschlossenen inneren Volumen der Form erzeugt, wie weiter oben definiert.
Die besten Resultate wurden mit einem relativen Vakuum erreicht, welches geringer als 0,25 bar und vorzugsweise im Bereich von 0 bis 0,1 bar war.
Nach der vollständigen Formgebung des Materials durch Annähern der Matrizen bis zu der vorbestimmten Kompressionsrate (Konfiguration der 3) wird der Entgratungskranz 30 betätigt um den peripheren Grat/die Gussnaht abzuschneiden, welche(r) durch den Materialüberstand gebildet wird, der während der Kompression flüssig war und lateral aus den Matrizen 1, 2 austritt. Dazu wirkt der Entgratungskranz 30 mit der Lippe 24 zusammen, welche die ringförmige Tasche in der Art einer Klemme (wie dargestellt) oder alternativ einer Schere begrenzt.
Die Matrizen 1, 2 und die Hülse 3 werden daraufhin abgekühlt mittels der intrinsischen Wärmeübertragungsmittel bis zu einer Ausformungstemperatur. Dazu wird, wie im dargestellten Beispiel, das Wärmemittel/Kältemittel durch die externen Regulationsquellen S abgekühlt und in Zirkulation in den Kreisläufen 15, 16, 19, 20 versetzt.
Es wird bevorzugt, dass die Ausformungstemperatur wesentlich geringer als die Glasübergangstemperatur ist. Es kann beispielsweise eine Ausformungstemperatur geringer als die Hälfte der Glasübergangstemperatur vorgesehen sein. Es ist angemerkt, dass während dieser Abkühlung wie auch während der Erwärmung, die intrinsischen Wärmeübertragungsmittel die Kontrolle der Temperaturveränderung und deren Regulierung gemäß einem Temperaturänderungsgesetz in Abhängigkeit von der Zeit erlauben, welche günstig für die Reduktion interner Spannungen ist.
Es genügt schließlich die fertige Linse L aus der Form zu entnehmen. Dazu werden die beiden Abschnitte 7, 8 der Hülse voneinander entfernt wie auch die Matrizen 1, 2. Ein direkter Zugang zu den zwischen den Matrizen 1, 2 und der fertigen Linse L, welche auf der unteren Matrize 1 liegt, ist somit offen. Es genügt also, die Linse L mittels eines Greifwerkzeugs zu greifen, wie einer manuellen oder einem automatisierten Manipulatorarm zugeordneten Zange.
Auch wird bei dieser Gelegenheit aus der ringförmigen Tasche der von dem Entgratungskranz 30 abgeschnittene periphere Grat entfernt.
Die beschriebene Form kann verwendet werden,

– entweder einzeln für die Produktion von Linsen in geringer Quantität oder selbst als Einzelstück (oder als Paar), d.h. auf Anfrage um einer Bestellung einer Verschreibung gerecht zu werden, oder
– für eine Massenproduktionseinheit, welche mehrere Formen dieses Typs umfasst um eine Anzahl entsprechender Linsen bei jedem Zyklus simultan auszubilden.

Zudem können ausgehend von diesen Merkmalen und prinzipiellen Schritten der Form und des Verfahrens gemäß der Erfindung verschiedene Varianten und Zusätze vorgesehen werden. Diese Varianten und Zusätze, welche unten erwähnt werden, können getrennt oder in Kombination miteinander umgesetzt werden um direkt eine fertige oder halbfertige beschichtete oder zumindest behandelte Linse zu erhalten.
Gemäß einem ersten zusätzlichen Merkmal kann die Vorform oder der Rohling/Külbel P vorteilhafter Weise mit einer einschichtigen oder vielschichtigen Beschichtung vorbeschichtet sein, bevor er zwischen den beiden Matrizen platziert wird.
Gemäß einem zweiten zusätzlichen Merkmal wird vor dem Erwärmen der Matrizen und der Hülse ein thermoplastischer Film zwischen dem Külbel oder der Vorform und zumindest einer der beiden Matrizen angeordnet. Dieser thermoplastische Film wird daraufhin appliziert und an der entsprechenden Seite der Linse autoverschweißt, was gewöhnlicher Weise als Warmschichtung oder Laminierung bezeichnet wird, während dem Schritt des Verformens ähnlich zu dem in dem Dokument WO 99/24243 beschriebenen Verfahren, welches hiermit in Bezug auf die vorliegende Beschreibung einbezogen wird. Vorteilhafter Weise kann der Film mit einer ein- oder vielschichtigen Beschichtung beschichtet sein/werden. Alternativ oder in Kombination mit einer dem Film zugehörigen Beschichtung kann der Film auch photochrom und/oder polarisierend sein, so dass er zu einer Linse mit entsprechenden Eigenschaften führt. Der Film kann auch getönt oder gefärbt sein.
Gemäß einem dritten zusätzlichen Merkmal kann eine ein- oder mehrschichtige Beschichtung an zumindest einer der beiden Formen angeordnet sein, bevor die letzteren erwärmt werden. Diese Beschichtung wird daraufhin auf die entsprechenden Seite der Linse während dem Schritt der Verformung wärmeübertragen, in ähnlicher Weise zu dem in dem Dokument US-5458820 beschriebenen Verfahren, welches hiermit in Bezug auf die vorliegende Erfindung mit einbezogen wird.
In allgemeiner Weise ist die Erfindung nicht auf die grade beschriebene bestimmte Ausführungsform begrenzt, sondern umfasst im Gegensatz dazu jede Variante, welche mit entsprechenden Mitteln die wesentlichen Merkmale aufnimmt. Im Besonderen ist es, auch wenn eine Form beschrieben und dargestellt worden ist, deren intrinsischen Wärmeübertragungsmittel integral in der Form eines internen Kreislaufs zur Zirkulation eines Wärmeübertragungsmittels ausgeführt worden sind, ebenfalls möglich ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, diese Wärmeübertragungsmittel in jeder anderen bekannten Form auszuführen, insbesondere was die Erwärmungsfunktion mittels elektrischer Widerstände, durch Strominduktion hoher Frequenz in Spulen oder auch durch Infrarot- oder Ultravioletterwärmung betrifft.

Claims

Form zur Warmverformung einer optischen Linse aus thermoplastischem Material, umfassend zwei Matrizen (1, 2), die in einer Hülse (3) angeordnet sind, um sich entlang einer Achse (6) dieser Hülse zu bewegen, und wobei jede eine transversale Formseite (4, 5) einander gegenüberliegend aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Matrizen (1, 2) und die Hülse (3) intrinsische und ambivalente Wärmeübertragungsmittel (15, 16, 19, 20) aufweisen.
Form nach Anspruch 1, wobei jede Matrize (1, 2) besteht aus: – einer Basis (11, 12), welche zumindest einen Abschnitt mit den Wärmeübertragungsmittel der Matrizen umfasst, und Mittel (17, 18, 21, 22) für ihre Verbindung mit einer Wärmeübertragungsquelle (S), – einem herausnehmbaren Einsatz (13, 14), welcher mit der Basis (11, 12) verbunden ist und die Formseite trägt.
Form nach Anspruch 2, wobei die Basis (11, 12) jeder Matrize die Gesamtheit der Wärmeübertragungsmittel (19, 20) der Matrize aufnimmt, wobei der Einsatz (13, 14), welcher keine solchen Mittel aufweist, ausschließlich durch Wärmeübertragung mit der Basis (11, 12) thermisch reguliert wird.
Form nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Hülse (3) eine ringförmige Tasche (23) aufweist, welche nach innen offen ist, und welche mit dem durch die Formseiten (4, 5) der zwei Matrizen (1, 2) begrenzten Zwischenraum kommuniziert.
Form nach Anspruch 4, wobei der durch die Formseiten (4, 5) der zwei Matrizen (1, 2) begrenzte Zwischenraum mit der ringförmigen Tasche (23) ein hermetisches inneres Volumen ausbildet, welches mit Außen über zumindest einen die Hülse (3) durchquerenden Ansaugkanal (25) verbunden ist.
Form nach Anspruch 5, wobei der Ansaugkanal (25) in die ringförmige Tasche (23) mündet.
Form nach einem der Ansprüche 4 bis 6, umfassend einen Entgratungskranz (30), welcher versetzbar in der Hülse (3) angeordnet ist.
Form nach Anspruch 7, wobei der Entgratungskranz (30) mit einer Lippe (24) zusammenwirkt, welche die ringförmige Tasche (23) säumt.
Form nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei die Hülse zwei Abschnitte (7, 8) umfasst, so angeordnet, dass zueinander entlang der selben Versetzungs-Achse (6) wie die Matrizen versetzbar sind, zwischen einerseits einer offenen Konfiguration, welche einen direkten Zugang zu dem durch die Formseiten (4, 5) der beiden Matrizen begrenzten Zwischenraum aufweist, und andererseits einer geschlossenen Konfiguration, in welcher die beiden Abschnitte über Verbindungsflächen (9, 10) entlang einer transversalen Verbindungsebene (J) in Kontakt sind.
Form nach Anspruch 9, wobei die ringförmige Tasche (23) der Hülse (3) in der Form einer Kerbe ausgeführt ist, ausgebildet als Verstärkung der Verbindungsseite (9) des zumindest einen (7) der zwei Abschnitte der Hülse (3).
Form nach Anspruch 10, wobei die Kerbe (23) schräg ist.
Form nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Wärmeübertragungsmittel einen internen Kreislauf (15, 16, 19, 20) für die Zirkulation eines Wärmeübertragungsfluids umfassen.
Verfahren zur Warmverformung einer optischen Linse aus thermoplastischem Material mittels einer Form nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: – Anordnen eines Rohlings oder einer Vorform (P) aus dem thermoplastischen Material zwischen den zwei Matrizen (1, 2) und Einschließen des Ensembles in der Hülse (3); – Erwärmen der Matrizen (1, 2) und der Hülse (3) mittels ihrer intrinsischen Wärmeübertragungsmittel (15, 16, 19, 20) bis zu einer Verformungstemperatur; – Annähern der Matrizen (1, 2) zueinander um das Material durch plastische Verformung zu formen, bis zu einer relativen vorbestimmten Position, welche der gewünschten Dicke der Linse entspricht; – Abkühlen der Matrizen (1, 2) und der Hülse (3) mittels ihrer intrinsischen Wärmeübertragungsmittel (15, 16, 19, 20) bis zu einer Ausformungstemperatur; – Entfernen der fertigen Linse (L) aus der Form.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 13, wobei die Verformungstemperatur höher als oder gleich der Glasübergangstemperatur des verwendeten thermoplastischen Materials ist.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 14, wobei die Verformungstemperatur höher als die Glasübergangstemperatur des verwendeten thermoplastischen Materials in einem Bereich von 16,6 und 66,6°C und vorzugsweise in der Größenordnung von 25°C ist.
Verfahren zur Verformung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei die Ausformungstemperatur im Wesentlichen geringer als die Glasübergangstemperatur ist.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 16, wobei die Ausformungstemperatur mit der Glasübergangstemperatur einen Bereich von 11,1 bis 27,7°C und vorzugsweise in der Größenordnung von 19,4°C markiert.
Verfahren zur Verformung nach einem der Ansprüche 13 bis 17 mittels einer Form nach Anspruch 5, wobei vor und/oder gleichzeitig zu dem Annähern der Matrizen (1, 2) beim Formen des Materials durch plastische Deformation mit Hilfe des Ansaugkanals (25) ein relatives Vakuum in dem hermetischen inneren Volumen der Form erzeugt wird.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 18, wobei das relative Vakuum unter 0,25 bar ist.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 19, wobei das relative Vakuum im Bereich von 0 und 0,1 bar ist.
Verfahren zur Verformung nach einem der Ansprüche 13 bis 20 mittels einer Form nach Anspruch 7, wobei nach dem vollständigen Formen des Materials durch Annähern der Matrizen (1, 2) der Entgratungskranz (30) zum Abschneiden der peripheren Gussnaht, welche durch den Materialüberstand gebildet ist, der seitlich an den Matrizen (1, 2) übersteht, betätigt wird.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 13, wobei die Vorform oder der Rohling vorteilhaft mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung vorbeschichtet ist, bevor sie/er zwischen die zwei Matrizen (1, 2) platziert wird.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 13, wobei vor dem Erwärmen der Matrizen (1, 2) und der Hülse (3) ein thermoplastischer Film zwischen dem Rohling oder der Vorform (P) und zumindest einer der beiden Matrizen (1, 2) angeordnet ist/wird, wobei der thermoplastische Film daraufhin während des Verformungsschrittes an der entsprechenden Seite der Linse aufgebracht und autoverschweißt wird.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 23, wobei der Film mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung beschichtet ist.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 23, wobei der Film von fotochromer Art ist.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 23, wobei der Film von polarisierter Art ist.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 23, wobei der Film getönt und/oder farbig ist.
Verfahren zur Verformung nach Anspruch 13, wobei eine ein- oder mehrlagige Beschichtung an zumindest einer der beiden Formen angeordnet ist, bevor die letzteren erwärmt werden, wobei die Beschichtung daraufhin auf die entsprechende Seite der Linse während des Verformungsschrittes wärmetransferiert wird.