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Technisches
Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zum Spritzgießen
einer meniskusförmigen,
d. h. konvexkonkaven, Kunststofflinse, insbesondere zur Temperaturregelung
einer Spritzgießvorrichtung
zur Herstellung einer in einer Kavität gegossenen, sehr genauen
Linse.
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Technologischer
Hintergrund
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Ein Spritzgießverfahren zum Formen einer
meniskusförmigen
Brillenlinse aus Kunststoff ist in der japanischen Patentanmeldung
Hei 5-30608 angegeben. Bei diesem Verfahren ist in einer Spritzgießanordnung zum
Gießen
der Linse eine aus zwei sich vertikal gegenüberliegenden Elementen gebildete
Kavität
zur Formung einer konvexen Oberfläche und einer konkaven Oberfläche ausgebildet.
Die Spritzgießvorrichtung
wird vor dem Einfüllen
eines geschmolzenen Harzes in die Kavität erwärmt und das eine Kavitätsbildungselement gegen
das andere Kavitätsbildungselement
bewegt, um das in die Kavität
gefüllte
geschmolzene Harz unter Druck zu setzen. Danach wird die Spritzgießvorrichtung
abgekühlt,
um das geschmolzene Harz zu kühlen
und zu verfestigen, und dann die Linse herausgenommen (ausgestoßen).
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In der japanischen Patent-Offenlegungsschrift
Hei 6-31785 ist dargestellt, daß eine
Spritzgießvorrichtung
mittels eines Heizfluids, zum Beispiel Dampf, erwärmt und
durch ein Kühlfluid,
zum Beispiel Luft, Wasser, abgekühlt
wird. Außerdem
wird nach dem Einfüllen
der Harzschmelze in die Kavität
der Spritzgießanordnung, deren
Temperatur über
die Flüssighaltetemperatur
der Harzschmelze erhöht
worden ist, die Temperatur der Spritzgießvorrichtung unter die Glastemperatur
gesenkt, um eine Linse durch Abkühlen
und Aushärten
des geschmolzenen Harzes zu formen.
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Eine Linse ist ein genau geformtes
Erzeugnis, das eine sehr genaue Formgebung erfordert. Insbesondere
bei einer meniskusförmigen
Linse, die als Brillenlinse verwendet wird, ist es wichtig, daß die konvexe Form
und die konkave Form zweier Kavitätsformungsteile zum Formen
einer konvexen Oberfläche
und einer konkaven Oberfläche
der Linse genau auf die Linse übertragen
werden. Wenn jedoch eine Linse geformt werden soll, deren Dicke
im mittleren Teil und im Randteil unterschiedlich ist, wobei die
Dicke des mittleren Teils geringer als im Randteil ist, kann sich
die Linse im dünnen
Mittelteil leicht verbiegen. Wenn ein derartiger Nachteil auftritt,
läßt sich
keine sehr genaue Linse herstellen, auf die eine konvexe Form und
eine konkave Form der Kavitätsformungsteile
genau übertragen
werden.
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Zur Herstellung einer sehr genauen
Linse ist es wichtig, eine Wärmeverzerrung
oder Schrumpfungsverformung zu vermeiden, was erfordert, daß die gesamte
Harzschmelze in der Kavität
gleichmäßig abgekühlt wird.
Da jedoch die Menge der Harzschmelze in der Kavität dem Volumen
der Linse entspricht und in Abhängigkeit
von der Art der Linse, insbesondere der Linsenstärke, unterschiedlich ist, ist
eine gleichmäßige Kühlung durch
gleichmäßige Regelung
der Temperatur schwierig. Daher ist es erwünscht, die Temperatur einer
Spritzgießvorrichtung
zur äußerst genauen
Herstellung jeder Linse unabhängig
von diesem Unterschied zu regeln.
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Das Dokument EP-A-0279972 offenbart
eine Gießvorrichtung
und ein Verfahren zur Herstellung einer thermoplastischen Linse.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Spritzgießverfahren
für Kunststofflinsen
anzugeben, das es ermöglicht,
eine Linse mit hoher Genauigkeit durch eine entsprechende Temperaturregelung
einer Spritzgießvorrichtung
zu gießen.
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Die Erfindung besteht in einem Verfahren
zum Spritzgießen
einer meniskusförmigen
Kunststofflinse, das folgende Schritte aufweist: das Ausbilden einer
Kavität
zum Gießen
der Linse mit zwei eine Kavität
bildenden Elementen zur Formung einer konvexen Oberfläche und
einer konkaven Oberfläche
der Linse, die einander in einer Spritzgießvorrichtung gegenüberliegen;
das Erwärmen
der Spritzgießvorrichtung;
das Einfüllen von
geschmolzenem Kunststoff in die Kavität zum Formen der Linse; das
Ausüben
eines Drucks auf den geschmolzenen Kunststoff; das Kühlen der
Spritzgießvorrichtung,
um den geschmolzenen Kunststoff zur Formung der Linse in der Kavität zu kühlen und
auszuhärten;
und das Ausstoßen
der Linse aus der Kavität,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperatur des die konvexe Oberfläche der Linse formenden Kavitätsbildungselements
unter die Temperatur des die konkave Oberfläche der Linse formenden Kavitätsbildungselements
gesenkt wird.
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Wenn die Linse bei diesem Spritzgießverfahren
ausgestoßen
wird, ist die Temperatur der konvexen Linsenoberfläche niedriger
als die der konkaven Linsenoberfläche, d. h. die konvexe Linsenoberfläche ist
früher
abgekühlt
und ausgehärtet
als die konkave Oberfläche.
Dadurch wird verhindert, daß sich
die Linse in einem mittleren Teil verbiegt. Infolgedessen läßt sich
eine Linse mit hoher Genauigkeit herstellen, bei der die Form der
konvexen Oberfläche
und der entsprechenden konkaven Oberfläche zweier Kavitätsbildungselemente
genau übertragen
sind.
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Das erwähnte Spritzgießverfahren
wird zum Spritzen einer Meniskuslinse angewandt, insbesondere ist
es beim Spritzen einer Linse effektiver, deren Randteil dicker als
ihr mittlerer Teil ist (eine Minuslinse).
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Wenn die Minuslinse gegossen wird,
sollte die Temperaturdifferenz zwischen dem Kavitätsbildungselement
zum Formen der konvexen Linsenoberfläche und dem Kavitätsbildungselement
zum Formen der konkaven Linsenoberfläche verhältnismäßig groß sein, um die Stärke der
Linse (d. h. den sphärischen
Scheitelbrechwert und/oder den zylindrischen Brechwert bei vorliegender
Erfindung), die in der Kavität
gegossen wird, zu erhöhen.
Wenn die Linsenstärke
erhöht
wird, wird der Randteil gewöhnlich
dicker als der mittlere Teil, d. h. der Dickenunterschied wird größer, was
zur Folge hat, daß sich
die Linse im mittleren Teil leicht verbiegen läßt. Selbst bei einer Minuslinse
mit großer
Dickendifferenz ist es jedoch möglich
zu verhindern, daß der
mittlere Teil der Linse verbogen wird, indem die Temperaturdifferenz
zwischen dem Kavitätsbildungselement
zur Formung des konvexen Linsenteils und dem Kavitätsbildungselement
zur Formung des konkaven Linsenteils proportional zur Vergrößerung der
Linsenstärke
vergrößert wird.
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Die Zeit zum Abkühlen der Spritzgießvorrichtung,
nachdem das geschmolzene Harz unter Druck gesetzt worden ist, wird
vorzugsweise proportional zur Vergrößerung der Linsenstärke verlängert, um
alle hochgenauen Linsen mit unterschiedlicher Stärke zu spritzen. Mit zunehmender
Linsenstärke
nimmt auch das Volumen der Linse, d. h. die Menge der in die Kavität eingefüllten Harzschmelze
zu. Daher kann die gesamte Harzschmelze in der Kavität allmählich auf
eine vorbestimmte Temperatur durch Verlängerung der Kühldauer proportional
zur Zunahme der Linsenstärke
gleichmäßig abgekühlt werden.
Infolgedessen können
alle Linsen mit unterschiedlicher Stärke sehr genau, mit geringer
Wärmeverzerrung,
geringer Schrumpfungsverformung und dergleichen gegossen werden.
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Um die Temperatur des Kavitätsbildungselements
zur Formung der konvexen Linsenoberfläche unter die Temperatur des
Kavitätsbildungselements
zur Formung der konkaven Linsenoberfläche zu senken, können aber
die Temperaturen der beiden Kavitätsbildungselemente während der
gesamten Kühldauer,
nachdem die Harzschmelze unter Druck gesetzt wurde, gleich oder
nahezu gleich sein. Um jedoch beim Ausstoßen (Entformen) die Temperatur
der konvexen Linsenoberfläche
unter die Temperatur der konkaven Linsenoberfläche sicher zu senken, ist es
vorzuziehen, die Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
zu regeln, wobei die Temperaturen des Kavitätsbildungselements für die Formung
des konkaven Linsenteils und des Kavitätsbildungselements für die Formung
des konvexen Linsenteils unterschiedlich eingestellt werden, und
zwar durch Regelung der Durchflußgeschwindigkeit des Temperatursteuerungsfluids,
das in der Spritzgießform
um läuft,
um die Temperatur der Spritzgießform
anzuheben oder zu senken, so daß die
Temperatur des Kavitätsbildungselements
für die
Formung der konvexen Linsenoberfläche unter die Temperatur des
Kavitätsbildungselements
für die
Formung der konkaven Linsenoberfläche gesenkt wird.
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Hierbei können zwei Kavitätsbildungselemente
zur Formung der konvexen Oberfläche
und der konkaven Oberfläche
der Linse einander vertikal und horizontal gegenüberliegend angeordnet werden.
Mit anderen Worten, eine Spritzgießmaschine, in der die Spritzgießvorrichtung
angeordnet ist, kann vertikal oder horizontal aufgebaut sein.
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Die Anzahl der in der Spritzgießvorrichtung
vorgesehenen Kavitäten
ist optional. Es kann nur eine oder mehr als eine Kavität vorgesehen
sein.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Spritzgießen
einer Kunststofflinse wird das geschmolzene Harz in die Kavität gefüllt, um
die Linse innerhalb der erwärmten
Spritzgießvorrichtung
zu formen, und unter Druck gesetzt. Danach wird die Spritzgießvorrichtung
abgekühlt,
um das geschmolzene Harz abzukühlen
und auszuhärten,
d. h. um die Linse in der Kavität
zu formen, bevor sie aus der Kavität ausgestoßen wird. Das Spritzgießverfahren
ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
proportional zur Zunahme der Stärke
der in der Kavität
geformten Linse verlängert
wird.
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Da bei dem erwähnten Spritzgießverfahren
die Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
proportional zur Änderung
der Linsenstärke
geregelt wird, kann die gesamte Harz schmelze gleichmäßig auf
die vorbestimmte Temperatur abgekühlt werden, so daß eine sehr
genaue Linse mit geringer Wärmeverzerrung,
geringer Schrumpfungsverformung und dergleichen hergestellt wird.
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Das Spritzgießverfahren ist auch zum Formen
einer Linse geeignet, deren Dicke in einem Randteil kleiner als
in einem mittleren Teil ist (eine Pluslinse), aber auch einer Halbfertiglinse
sowie der erwähnten
Minuslinse.
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Bei Brillenlinsen haben einige die
gleiche Linsenstärke
und unterschiedliche astigmatische Stärken. Bei solchen Brillenlinsen
mit gleicher Stärke
und unterschiedlicher astigmatischer Stärke ist es vorzuziehen, daß die Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
proportional zur Zunahme der astigmatischen Stärke verlängert wird, da die Menge und/oder
Form des in die Kavität
gefüllten
geschmolzenen Harzes sich entsprechend der astigmatischen Stärke selbst
dann ändern,
wenn die Flächeninhalte
der Oberflächen
der Kavitäten
in der Spritzgießvorrichtung
sich nicht wesentlich unterscheiden.
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Die Spritzgießvorrichtung kann mittels eines
elektrischen Heizgeräts,
einer Luftkühlung
und dergleichen erwärmt
und abgekühlt
werden. Wenn die Spritzgießvorrichtung
jedoch durch ein Temperaturregelungsfluid, dessen Temperatur geregelt
wird, insbesondere ein Heizfluid und ein Kühlfluid, erwärmt und
abgekühlt wird,
kann die Temperaturregelung sehr genau und leicht durchgeführt werden.
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Wenn es sich bei der Linse um eine
Brillenlinse handelt, ist es vorzuziehen, daß die Temperatur der Spritzgießvorrichtung
entsprechend einer Temperaturkurve geregelt wird, wobei wenigstens
zwei Temperaturkur ven für
eine Minuslinse mit geringer Stärke
und hoher Stärke
und wenigstens eine für
die Pluslinse vorbereitet werden. Beim Spritzgießen einer Halbfertiglinse,
deren eine Oberfläche
später
bearbeitet wird, ist es vorzuziehen, daß eine weitere Temperaturkurve
vorbereitet und die Temperatur der Spritzgießvorrichtung entsprechend der
Temperaturkurve geregelt wird. Mithin können wenigstens drei Temperaturkurven
der Spritzgießvorrichtung,
d. h. für
eine schwache Minuslinse, eine starke Minuslinse und eine Pluslinse,
oder vier Temperaturkurven vorbereitet werden, wenn eine Temperaturkurve
für eine
Halbfertiglinse einbezogen wird, so daß die Temperaturregelung auf
einfache Weise durchgeführt
werden kann.
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Wenn die Minuslinse und die Pluslinse
gespritzt werden, ist es vorzuziehen, daß die Zeit zur Abkühlung der
Spritzgießvorrichtung,
nachdem die Harzschmelze unter Druck gesetzt wurde, für die jeweiligen
Gruppen, dividiert durch die sphärische
Linsenstärke
und die astigmatische Linsenstärke,
eingestellt wird. Insbesondere beim Spritzen der Minuslinse wird
die Kühldauer
vorzugsweise für
die jeweiligen Gruppen, dividiert auf der Basis der Summe der sphärischen
Linsenstärke
und astigmatischen Linsenstärke,
eingestellt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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In den Zeichnungen stellen dar:
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1 einen
Vertikalschnitt einer Spritzgießvorrichtung,
die zur Durchführung
eines Ausführungsbeispiels
eines erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens
angewandt wird,
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2 den
Schnitt II-II in 1,
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3 den
Schnitt III-III in 1,
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4 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Einstellung und Regelung
der Temperatur der Spritzgießvorrichtung,
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5 einen
vergrößerten Ausschnitt
der 1 beim Formen einer
Minuslinse, deren Randteil dicker als ihr mittlerer Teil ist,
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6 eine
perspektivische Ansicht einer Minuslinse,
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7 den
Schnitt VII-VII der 6,
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8 den
Schnitt VIII-VIII der 6,
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9 einen
vergrößerten Ausschnitt
der 1 beim Formen einer
Pluslinse, deren Randteil dünner als
ihr mittlerer Teil ist,
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10 eine
perspektivische Ansicht einer Pluslinse,
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11 den
Schnitt XI-XI in der 10,
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12 den
Schnitt XII-XII der 10 und
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13 graphische
Darstellungen der Abhängigkeit
der Temperatur eines oberen Formwerkzeugeinsatzes und eines unteren
Formwerkzeugeinsatzes für
verschiedene Arten von Linsen von der Zeit von der Ausübung eines
Drucks auf die Harzschmelze bis zum Ausstoßen des geformten Erzeugnisses.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand
der Zeichnungen beschrieben. Das vorliegende Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Spritzgießverfahrens
dient zum Formen oder Spritzen einer meniskusförmigen, d. h. konvexkonkaven
Linse für
Brillen. Die 1 bis 3 stellen eine Spritzgießvorrichtung
zur Durchführung
des Spritzgießverfahrens
dar. Die 2 und 3 stellen die Schnitte II-II
und III-III der 1 dar.
Die Spritzgießvorrichtung
kann aus beliebigem Material hergestellt sein, zum Beispiel aus
Glas und Keramik, neben Metall. Das Material für die Brillenlinsen als Formlinge
ist ein thermoplastisches Harz, zum Beispiel ein PMMA (Polymethylmethacrylat)
und PC (Polycarbonat).
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Nachstehend wird der Aufbau der Spritzgießvorrichtung
anhand der 1 bis 3 beschrieben. Die Spritzgießvorrichtung
besteht aus einem oberen Formwerkzeugteil 1 und aus einem
unteren Formwerkzeugteil 2. Das obere Formwerkzeugteil 1 ist
ein bewegliches Formwerkzeugteil, das sich vertikal in bezug auf
das untere Formwerkzeugteil 2, das ein feststehendes Formwerkzeugteil
ist, öffnet
und schließt,
und eine Trennlinie PL erstreckt sich horizontal. Das obere Formwerkzeugteil 1 hat
einen unteren Formwerkzeugkörper 3 und
ein oberes Spritzbeschlagteil 4. Der Formwerkzeugkörper 3 ist
mit Einsatzführungen 5,
Formwerkzeugplatten 6 und 7 und dergleichen versehen.
Das Spritzgießbeschlagteil 4 ist
mit einem oberen Teil 8 und einem unteren Teil 9 und
dergleichen versehen. Das untere Formwerkzeugteil 2 weist
Einsatzführungen 10,
Formwerkzeugplatten 11 und 12, eine Angußbuchse 13 und
dergleichen auf.
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Wie 2 deutlich
zeigt, ist der Formwerkzeugkörper 3 des
oberen Formwerkzeugteils 1 mit einem Bolzen 14 am
Spritzgießbeschlagteil 4 angebracht.
Bei diesem Aufbau ist der Formwerkzeugkörper 3 so angebracht,
daß er
zum unteren Formwerkzeugteil 2 hin mittels einer Führungsstange 15 geführt wird,
so daß er innerhalb
eines Spielraums S frei beweglich ist. Der Spielraum S ist zwischen
dem Formwerkzeugkörper 3 und dem
Spritzgießbeschlagteil 4 offen.
Der Formwerkzeugkörper 2 ist
immer durch eine Tellerfeder 16, die am äußeren Umfang
des Bolzens 14 angebracht ist, elastisch nach unten vorbelastet.
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Ein nicht dargestellter Einspannzylinder
ist oberhalb des Spritzgießbeschlagteils 4 vorgesehen,
das an dem Einspannzylinder montiert ist. Durch den Einspannzylinder
werden das Spritzgießbeschlagteil 4 und
der Formwerkzeugkörper 3 vertikal
bewegt, so daß das
obere Formwerkzeugteil 1, das aus dem Formwerkzeugkörper 3 und
dem Spritzgießbeschlagteil 4 besteht,
vertikal bewegt wird, um das untere Formwerkzeugteil zu öffnen und
zu schließen.
Diese Vertikalbewegung wird ausgeführt, während ein Endteil 15A der
Führungsstange 15 im
oberen Formwerkzeugteil 1 in ein Führungsrohr 17 in dem
unteren Formwerkzeugteil 2 eingeführt und aus diesem herausgezogen
wird. Das obere Formwerkzeugteil 1 und das untere Formwerkzeugteil 2 werden beim
Schließen
des Formwerkzeugs durch einen Positionierzapfen 18 im oberen
Formwerkzeugteil 1, der in eine Positionierhülse 19 im
unteren Formwerkzeugteil 2 eingeführt wird, relativ zueinander
ausgerichtet.
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Unter dem unteren Formwerkzeugteil 2 ist
ein (nicht dargestellter) Spielraum-Einstellzylinder vorgesehen.
Wenn der Formwerkzeugkörper 3 im
oberen Formwerkzeugteil 1 am unteren Formwerkzeugteil 2 durch den
Einspannzylinder zur Anlage gebracht wird und sich das Spritzgießbeschlagteil 4 in
enger Berührung
mit dem Formwerkzeugkörper 3 befindet,
wird das Spritzgießbeschlagteil 4 gegen
die Einspannkraft des Einspannzylinders zusammen mit dem Spielraum-Einstellzylinder
angehoben, so daß der
Spielraum S zwischen dem Formwerkzeugkörper 3 und dem Spritzgießbeschlagteil 4 geöffnet wird.
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In die am Formwerkzeugkörper 3 im
oberen Formwerkzeugteil 1 montierte Einsatzführung 5 wird
ein oberer Formwerkzeugeinsatz 20 in vertikaler Richtung
bewegbar eingesetzt. In die Einsatzführung 10 im unteren
Formwerkzeugteil 2 wird ein unterer Formwerkzeugeinsatz 21 eingesetzt,
so daß er
in vertikaler Richtung beweglich ist. Durch die erwähnte Anordnung
wird eine Kavität 22 zum
Gießen
einer Brillenlinse ausgebildet. Nach 1 sind
zwei Kavitäten 22 auf
der rechten und linken Seite der vorliegenden Ausführungsform
vorgesehen. Mittels dieser Spritzgießvorrichtung können daher
zwei Brillengläser
gleichzeitig gegossen werden.
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Der obere Formwerkzeugeinsatz 20 und
der untere Formwerkzeugeinsatz 21 bilden die Kavität 22 mit den
Einsatzführungen 5 und 10,
d. h. die Einsätze 20 und 21 sind
Kavitätsbildungselemente.
Bei vorliegender Ausführungsform
ist der obere Formwerkzeugeinsatz 20 ein Kavitätsbildungselement
zur Formung einer konkaven Oberfläche der Linse und der untere
Formwerkzeugeinsatz 21 ein Kavitätsbildungselement zur Formung
einer konvexen Oberfläche
der Linse.
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Jeder der oberen Formwerkzeugeinsätze 20 ist
an einer Kolbenstange 24 eines Hydraulikzylinders 23 angebracht,
die nach unten durch ein T-förmiges
Einspannelement 25 ragt, wobei der Hydraulikzylinder 23 in dem
Spritzgießbeschlagteil 4 im
oberen Formwerkzeugteil 1 so einge baut ist, daß er vertikal
verschiebbar ist. Jeder der unteren Formwerkzeugeinsätze 21 ist
an einer Kolbenstange 27 eines Hydraulikzylinders 26 angebracht,
die nach oben durch ein T-förmiges
Einspannteil 28 ragt, wobei der Hydraulikzylinder am unteren
Formwerkzeugteil 2 befestigt ist. An der Unterseite des
Hydraulikzylinders 23 ist ein Anlageeinsatz 29 befestigt,
in dem die Kolbenstange 24 vertikal verschiebbar eingesetzt
ist.
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Wenn das obere Formwerkzeugteil 1 mittels
des Einspannzylinders angehoben und mithin das obere Formwerkzeugteil 1 und
das untere Formwerkzeugteil 2 von der Trennlinie PL aus
getrennt werden, werden der obere Formwerkzeugeinsatz 20 und
der untere Formwerkzeugeinsatz 21 durch Vorschieben der
Kolbenstangen 24 und 27 zwischen dem oberen Formwerkzeugteil 1 und
dem unteren Formwerkzeugteil 2 freigelegt. T-Förmige Schlitze
der Einsätze 20 und 21,
mit denen die T-förmigen
Einspannteile 25 und 28 in Eingriff stehen, erstrecken
sich bis zu einem äußeren Bereich
der Einsätze 20 und 21 zwecks Öffnung,
so daß die
Einsätze 20 und 21 jeweils
in die Kolbenstangen 24 und 27 eingesetzt und
aus diesen freigegeben werden, auf denen die T-förmigen Einspannteile 25 und 28 angebracht
sind, und zwar durch Ineingriff- und
Außereingriffbringen
der T-förmigen
Einspannteile 25 und 28 mit beziehungsweise aus
den T-förmigen
Schlitzen. Infolgedessen sind verschiedene Einsätze entsprechend den Brillenlinsen,
die gegossen werden sollen, am oberen Formwerkzeugteil 1 und
am unteren Formwerkzeugteil 2 austauschbar angebracht.
Wenn dann die Kolbenstangen 24 und 27 zurückgezogen
werden, schlagen der obere Formwerkzeugeinsatz 20 und der
untere Formwerkzeugeinsatz 21 jeweils am Anlageeinsatz 29 und
an der Formwerkzeugplatte 12 im unteren Formwerk zeugteil 2 an,
um gesetzt zu werden, wodurch die Einsätze 20 und 21 eingespannt
werden.
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In einer Vertiefung 8A des
oberen Elements 8, das das Spritzgießbeschlagteil 4 in
dem oberen Formwerkzeugteil 1 aufweist, ist ein Druckaufnahmeelement 30 angeordnet.
Nach 2 sind in dem oberen
Teil 9 des Spritzgießbeschlagteils 4 zwei
Führungsstangen 31 verschiebbar
eingesetzt und an dem Druckaufnahmeelement 30 nach unten
hängend
angebracht. Die Führungsstangen 31 sind
von Federn 32 umgeben, die das Druckaufnahmeelement 30,
den Hydraulikzylinder 23 und den Anlageeinsatz 29 ständig elastisch
nach oben vom unteren Formwerkzeugteil 2 wegdrücken, und
das Druckaufnahmeelement 30 liegt an der oberen Fläche der
Vertiefung 8A, die sich in bezug auf das obere Element 8 des
Spritzgießbeschlagteils 4 nach
unten erstreckt.
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In dem oberen Element 8 des
Formwerkzeugbefestigungsteils 4 führt ein durchgehendes Loch 33 in die
Vertiefung 8A. In das durchgehende Loch 33 ragt
ein Ausstoßstift 34,
der durch einen (nicht dargestellten) Ausstoßzylinder vertikal bewegbar
ist. Der Ausstoßstift 34 liegt
am Druckaufnahmeelement 30 an, und wenn der Ausstoßstift 34 durch
den Ausstoßzylinder
nach unten bewegt wird, werden das Druckaufnahmeelement 30,
der Hydraulikzylinder 23, der Anlageansatz 29 und
der obere Formwerkzeugeinsatz 20 relativ zum oberen Formwerkzeugteil 1 nach
unten gedrückt.
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Nach 1 ist
ein Ausstoßstab 35 vertikal
verschiebbar in mittleren Teilen des Formwerkzeugkörpers 3 des
oberen Formwerkzeugteils 1 und des unteren Elements 9 des
Spritzgießbeschlagteils 4 vertikal
verschiebbar gelagert. Nach 3 sind
zwei Führungsstangen 37,
die in dem unteren Element 9 vertikal verschiebbar gelagert
sind, an einem Druckaufnahmeelement 36, das auf dem oberen
Ende des Ausstoßstabs 35 angebracht
ist, nach unten hängend
befestigt. Die Führungsstangen 37 sind
von Federn 38 umgeben, die das Druckaufnahmeelement 36 und
den Ausstoßstab 35 ständig elastisch
nach oben vorbelasten. In einem durchgehenden Loch 39 im
oberen Teil 8 des Spritzgießbeschlagteils 4 ist
ein Ausstoßstift 40 eingesetzt
und durch einen (nicht dargestellten) Ausstoßzylinder vertikal verschiebbar.
Mittels des Ausstoßstifts 40 werden das
Druckaufnahmeelement 36 und der Ausstoßstab 35 nach unten
gedrückt.
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Nach 1 ist
eine Einspritzdüse 41 in
einer Spritzgießmaschine
mit der Angußbuchse 13 verbunden. Mit
dem oberen Ende eines Angußkanals 42 in
der Angußbuchse 13 ist
ein Angußverteiler 43 verbunden,
der sich zu den auf der rechten und linken Seite liegenden Kavitäten 22 erstreckt.
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Die gesamte Einrichtung zur Einstellung
und Regelung der Temperatur der Spritzgießvorrichtung ist in 4 dargestellt. Von einer
Temperaturregelungs- und Fluidzuführvorrichtung 51,
die von einem Regler 50 gesteuert wird, führen Hauptleitungen 52 bis 55 weg.
Von den Hauptleitungen 52 bis 55 führen Endabschnitte
zu Zweigleitungen 52A, 52B, 53A, 53B, 54A, 54B, 55A und 55B.
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Von jeder Hauptleitung 52 bis 55 führen jeweils
zwei Zweigleitungen zu den beiden auf beiden Seiten vorgesehenen
Kavitäten 22,
die in 1 dargestellt
sind. Mit anderen Worten, die Zweigleitungen 52A und 52B sind
mit Ringnuten 57 in den Oberseiten der beiden rechts und
links liegenden oberen Formwerkzeugeinsätze 20 über Kanäle 56,
die Zweigleitungen 53A und 53B mit Ringnuten
59 in
den Unterseiten der beiden rechts und links liegenden unteren Formwerkzeugeinsätze 21 über Kanäle 58,
die Zweigleitungen 54A und 54B mit Umfangsnuten 61 in
den Seitenflächen
der beiden rechts und links liegenden oberen Formwerkzeugeinsatzführungen 5 über Kanäle 60 und
die Zweigleitungen 55A und 55B mit Umfangsnuten 53 in
den Seitenflächen
der beiden rechts und links liegenden unteren Formwerkzeugeinsatzführungen 10 über Kanäle 62 verbunden.
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Die in 4 dargestellte
Temperaturregelungs-Fluidzufürvorrichtung
wälzt ein
Heizfluid und ein Kühlfluid über die
erwähnten
Hauptleitungen, Zweigleitungen, Kanäle, Ringnuten und Umfangsnuten
um, um die Temperatur der Spritzgießvorrichtung zu erhöhen und
zu verringern, insbesondere die Temperatur um die Kavitäten 22 in
der Spritzgießvorrichtung
herum. Beispielsweise ist das Heizfluid Dampf und das Kühlfluid
Luft und Wasser. In der Temperaturregelungs-Fluidzufürvorrichtung 51 dient
ein Schaltventil zum Umschalten des Heizfluids und des Kühlfluids
und ein Sperrventil zur Freigabe der Zuführung und zum Sperren des Fluids
und dergleichen. Die Schaltventile, die Steuerventile und dergleichen
werden durch Signale des Reglers 50 gesteuert, der die
Heiz- und Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
durch das Heizfluid und das Kühlfluid
aus der Temperaturregelungs-Fluidzuführvorrichtung 51 steuert.
Außerdem
ist eine Auslaßleitung
zum Auslassen des Heizfluids und des Kühlfluids, die der Spritzgießvorrichtung
zugeführt
wurden, in der Spritzgießvorrichtung
vorgesehen, jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Das Spritzgießen der Kunststofflinsen für Brillen
mittels der Spritzgießvorrichtung
geschieht folgendermaßen.
Das obere Formwerkzeugteil 1 und das untere Form werkzeugteil 2 werden
durch den Einspannzylinder geschlossen. Wenn der Spielraum S zwischen
dem Formwerkzeugkörper 3 des
oberen Formwerkzeugteils 1 und dem Spritzgießbeschlagteil 4 durch
Betätigung
des Spielraumeinstellzylinders geöffnet wird und geschmolzenes
Harz bereit ist, in die Kavität 22 eingefüllt zu werden,
wird die Spritzgießvorrichtung
durch Zuführung
des Heizfluids aus der Temperaturregelungs-Fluidzuführvorrichtung 31 zugeführt, um
die Temperatur der Kavität 22 über die
Fließtemperatur
des geschmolzenen Harzes hinaus zu erhöhen. Anschließend wird
das geschmolzene Harz aus der Einspritzdüse 41 eingespritzt,
um durch den Angußkanal 42 und
den Angußverteiler 43 in
die Kavität 52 gefüllt zu werden,
und danach wird die Düse
geschlossen.
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Nach dem Füllen oder während des Füllens wird das Spritzgießbeschlagteil 4 durch
den Einspannzylinder abgesenkt und das geschmolzene Harz in der
Kavität 22 durch
den oberen Formwerkzeugeinsatz 20 um einen Betrag unter
Druck gesetzt, der dem Spielraum 2 entspricht. Nachdem
die Schmelze unter Druck gesetzt worden ist, wird das Kühlfluid
aus der Temperaturregelungs-Fluidzufürvorrichtung 51 in
die Spritzgießvorrichtung
eingegeben. Dadurch wird die Temperatur in dem geschmolzenen Harz
in der Kavität 22 um
beispielsweise etwa 100°C
unter den Glasübergangspunkt
zum Formen einer Brillenlinse durch Abkühlen und Aushärten des
geschmolzenen Harzes abgesenkt.
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Nachdem die Brillenlinse durch Abkühlen und
Aushärten
des geschmolzenen Harzes in der Kavität 22 geformt worden
ist, wird das obere Formwerkzeugteil 1 durch den Einspannzylinder
vom unteren Formwerkzeugteil 2 abgehoben und das Formwerkzeugteil
geöffnet.
Durch Absenken der Ausstoßstifte 34 und 40 wird ein
Formling durch den oberen Formwerkzeugeinsatz 20 und den
Ausstoßstab 35 ausgestoßen. Danach
wird der mit den beiden Brillenlinsen versehene Formling, der aus
der Spritzgießform,
wie vorstehend beschrieben, ausgestoßen wurde, zugeschnitten, um
die in den Kavitäten 22 geformten
Brillenlinsen zu erhalten.
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Der obere Formwerkzeugeinsatz 20 und
der untere Formwerkzeugeinsatz 21 sind austauschbar, wie schon
erwähnt
wurde. Wenn das Formen mittels des oberen Formwerkzeugeinsatzes 20A und
des unteren Formwerkzeugeinsatzes 21A, die in 5 dargestellt sind, ausgeführt wird,
wird eine Minuslinse 71 geformt, deren Dicke T2 an einem
Randteil größer als
ihre Dicke T1 in einem mittleren Teil ist, wie es in den 6 und 7 dargestellt ist. 8 ist die Ansicht eines senkrecht zu 7 ausgeführten Querschnitts. Nach 8 ist die Dicke T3 eines
Randteils größer als
die Dicke T2, so daß sich
eine Minuslinse 71 als astigmatische Brillenlinse durch
die Differenz zwischen T2 und T3 ergibt. Wenn das Formen dagegen
mittels eines oberen Formwerkzeugeinsatzes 20B und eines
unteren Formwerkzeugeinsatzes 21B ausgeführt wird,
wie es in 9 dargestellt
ist, kann eine Pluslinse 72 geformt werden, deren Dicke
T5 am Randteil größer als
ihre Dicke T4 in einem mittleren Teil ist, wie es in 10 und 11 dargestellt ist. 12 stellt einen Querschnitt im rechten
Winkel senkrecht zur 11 dar.
Nach 12 ist die Dicke
T6 des Randteils größer als
T5, so daß die
Pluslinse 72 durch die Differenz zwischen T5 und T6 zu
einer astigmantischen Brillenlinse wird.
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Die oberen Formwerkzeugeinsätze und
die unteren Formwerkzeugeinsätze
werden jeweils entsprechend allen Lin senstärken (Dioptrien) von Minuslinsen
und Pluslinsen hergestellt. Außerdem
sind ein weiterer oberer Formwerkzeugeinsatz und unterer Formwerkzeugeinsatz
zum Formen einer halbfertigen Linse vorgesehen, deren eine Oberfläche bereits
fertiggestellt und deren andere Oberfläche später fertiggestellt (bearbeitet)
wird.
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Die 13(A) bis 13(D) stellen Temperaturkurven
von oberen Formwerkzeugeinsätzen
und unteren Formwerkzeugeinsätzen
beim Formen verschiedener Arten von Linsen mit einem Durchmesser
von 76 mm vom Unterdrucksetzen der Harzschmelze bis zum Ausstoßen des
Formlings dar. Die 13(A) bis 13(D) entsprechen jeder Linsenform
und/oder -stärke. 13(A) stellt das Formen
einer Minuslinse (schwachen Minuslinse) mit einer Stärke von –2,00, einer
Dicke T1 von 1,4 mm und einer Dicke T2 von 4,8 mm, 13(B) das Formen einer Minuslinse (einer
starken Minuslinse) mit einer Stärke
von –4,00,
einer Dicke T1 von 1,4 mm und einer Dicke T2 von 7,9 mm, 13(C) das Formen einer Pluslinse
mit einer Stärke
von +2,00, einer Dicke T4 von 4,2 mm und einer Dicke T5 von 1,0
mm und 13(D) das Formen
einer halbfertigen Linse mit einer Basiskurve aus einer konvexen
Oberfläche
von 3,00 D, einer Dicke des mittleren Teils von 5,4 mm und einer
Dicke des Randteils von 5,8 mm dar. Diese Figuren dienen zur Erläuterung
von Basislinsen-Formmustern (Basislinsen-Formmustern einer schwachen
Minuslinse, einer starken Minuslinse, einer halbfertigen Linse und
einer Pluslinse), die allen Linsenformen und/oder Stärken entsprechen.
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Wenn eine Minuslinse geformt wird,
wie es in 13(A) und 13(B) dargestellt ist, wird
die Temperatur eines unteren Formwerkzeugeinsatzes (nämlich eines
Kavitätsbildungselements
zum Formen einer konvexen Linsenober fläche) durch Ausstoßen eines
Formlings aus der Spritzgießvorrichtung
unter die Temperatur eines oberen Formwerkzeugeinsatzes (nämlich eines
Kavitätsbildungselements
zum Formen einer konkaven Oberfläche
der Linse) abgesenkt. Wenn eine solche Temperaturdifferenz, wie
vorstehend erwähnt,
zwischen dem unteren Formwerkzeugeinsatz und dem oberen Formwerkzeugeinsatz
entsprechend der Differenz der Linsenform und/oder -stärke vorliegt,
da die Temperatur der konvexen Oberfläche der ausgestoßenen Linse
selbst bei einer Minuslinse, deren mittlerer Teil verbogen werden
kann, und die Temperatur beim Ausstoßen hoch ist, härtet die
konvexe Seite der Linse früher
aus als ihre Konkave Seite, so daß eine Verbiegung des mittleren Teils
wirksam verhindert wird. Mit anderen Worten, eine konkave Form des
unteren Formwerkzeugeinsatzes und eine konvexe Form des oberen Formwerkzeugeinsatzes
werden genau auf ein geschmolzenes Harz übertragen, so daß eine Linse
mit hoher Genauigkeit hergestellt werden kann.
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Beim Formen einer Linse, deren mittlerer
teil dünner
als ihr Randteil ist, ist es auch effektiv, wenn die Temperatur
des unteren Formwerkzeugeinsatzes unter die Temperatur des oberen
Formwerkzeugeinsatzes gesenkt wird, wenn der Formling ausgestoßen wird,
wie es vorstehend beschrieben wurde. Wenn daher eine halbfertige
Linse mit kleiner Dickendifferenz zwischen einem mittleren Teil
und einem Randteil, wie es in 13(D) dargestellt
ist, geformt wird, wird die Temperatur des unteren Formwerkzeugeinsatzes
vorzugsweise ebenfalls unter die des oberen Formwerkzeugeinsatzes
gesenkt, wie es beim Formen der Minuslinse beschrieben wurde.
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Wie die 13(A), (B) und (D) zeigen, je größer die Dickendifferenz zwischen
dem mittleren und dem Randteil ist, um so größer ist die Temperaturdifferenz
zwischen dem unteren Formwerkzeugeinsatz und dem oberen Formwerkzeugeinsatz,
was bei verschiedenen Arten von Linsen mit unterschiedlicher Dickendifferenz zwischen
den mittleren Teilen und den Randteilen sicher verhindert, daß sich die
mittleren Teile verbiegen.
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Wie die 13(A), (B) und (D), insbesondere 13(A) und (B),
zeigen, wenn eine Linse, deren Randteil dicker als ihr mittlerer
Teil ist, geformt wird, wird die Temperatur des unteren Formwerkzeugeinsatzes unter
die des oberen Formwerkzeugeinsatzes von der Ausübung des Drucks auf das geschmolzene
Harz bis zum Ausstoßen
des Formlings gesenkt. Infolgedessen kann die Temperatur einer oberen
konvexen Oberfläche
der Linse sicher unter die einer konkaven Oberfläche gesenkt werden, wenn der
Formling ausgestoßen wird,
wodurch die Übertragungsgenauigkeit
der Formen des unteren und des oberen Formwerkzeugeinsatzes verbessert
wird.
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Die folgende Tabelle 1 stellt die
Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
vom Beginn der Zuführung
der erwähnten
Kühlflüssigkeit
nach der Ausübung
des Drucks auf das geschmolzene Harz bis zum Ausstoßen eines
Formlings dar, wenn eine Minus- und eine Pluslinse geformt werden.
Die Kühldauer
ist in Gruppen entsprechend der Linsenstärke (Dioptrie) (der sphärischen
Stärke)
und der astigmatischen Stärke
unterteilt. Insbesondere bei der Minuslinse basiert die Gruppierung
auf der Summe aus der sphärischen
und der astigmatischen Stärke.
Die sphärische
Linsenstärke
ist auf einer vertikalen und die astigmatische Stärke auf
einer horizontalen Achse aufgetragen. Eine dreistellige Zahl in
der Tabelle 1 gibt die Kühldauer
(in Sekunden) an.
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Wie sich aus 13(A) und (B) ergibt,
bedeutet die Zunahme der Linsenstärke bei einer Minuslinse, daß die Dicke
des Randteils T2 sehr viel größer als
die des mittleren Teils T1 wird. Auch die Zunahme der Linsenstärke bei
einer Pluslinse bedeutet, daß die
Dicke des mittleren Teils T4 sehr viel größer als die des Randteils T5
wird. Wie die Tabelle 1 zeigt: Je größer die Linsenstärke wird,
um so länger
wird die Kühldauer
sowohl bei der Minuslinse als auch bei der Pluslinse gewählt. Wenn
die Linsenstärke
zunimmt, nimmt das Volumen der Linse, d. h. die Menge des in die
Kavität 22 eingeführten geschmolzenen
Harzes, zu, obwohl die Oberfläche
der Kavität
in der Spritzgießvorrichtung
sich nicht wesentlich ändert.
Die Kühldauer
wird daher proportional zur Zunahme der Linsenstärke verlängert, so daß das gesamte
geschmolzene Harz in der Kavität 22 allmählich und
gleichförmig
auf eine vorbestimmte Temperatur (die Ausstoßtemperatur des Formlings)
abgekühlt
wird. Infolgedessen ist eine Brillenlinse aus Kunststoff mit hoher
Genauigkeit und hoher Qualität
ohne Wärmeverzerrung,
mit geringer Schrumpfungsverformung und dergleichen erzielbar.
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Die Kühldauer der Spritzgießvorrichtung
wird auch beim Formen einer halbfertigen Linse proportional zur
Zunahme der Linsenstärke
verlängert.
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Wie aus einem Vergleich der Graphen
in den 13(A) und (B) ersichtlich ist, wird bei einer Minuslinse,
bei der die Zeit von der Ausübung
des Drucks auf das geschmolzene Harz bis zum Ausstoßen des
Formlings bei einer Minuslinse mit größerer Linsenstärke als
bei einer Minuslinse mit geringerer Stärke verlängert wird, die Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
verlängert,
selbst wenn die Minuslinsen weitgehend den gleichen Oberflä cheninhalt
in der Kavität
aufweisen. Wenn eine Linse mit größerer Dicke im mittleren Teil
als am Randteil geformt wird, wird die Temperatur des unteren Formwerkzeugeinsatzes
unter die Temperatur des oberen Formwerkzeugeinsatzes gesenkt und
die Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
verlängert,
wie es in den 13(A) und (B) dargestellt ist, so daß verhindert
wird, daß sich
die Linse im mittleren Teil durchbiegt, so daß eine hohe Einsatzübertragungsgenauigkeit
ermöglicht
und auch eine Wärmeverzerrung
verhindert wird und mithin eine Linse mit hoher Qualität hergestellt
wird.
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Wie vorstehend beschrieben wurde,
sind die Dicken von Randteilen T2 und T3 einer Minuslinse und von
Umfangsteilen T5 und T6 einer Pluslinse jeweils an zwei Punkten
dargestellt, die um 90° in
Umfangsrichtung auseinanderliegen. Die Zunahme der Differenz zwischen
T2 und T3 sowie zwischen T5 und T6 ergibt die Zunahme der astigmatischen
Stärke.
Selbst bei Brillenlinsen mit gleicher Linsenstärke wird das Linsenvolumen größer und
mehr geschmolzenes Harz in die Kavität 22 eingefüllt, wenn
die astigmatische Stärke
größer gewählt wird.
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Beim Formen von Linsen mit gleicher
Linsenstärke
gilt: Je größer die
astigmatische Stärke
wird, um so länger
wird die Kühldauer
gewählt,
wie es in der Tabelle 1 dargestellt ist. Daher kann die in die Kavität 22 gefüllte Harzschmelze
in der gleichen Weise wie beim Formen von Glaslinsen mit verschiedenen
Stärken gleichmäßig bis
auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt werden, so daß eine Brillenlinse
mit hoher Genauigkeit und hoher Qualität hergestellt wird.
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Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
der Spritzgießvorrichtung
wird das zur Formung der konvexen Lin senoberfläche dienende Kavitätsbildungselement
auf dem unteren Formwerkzeugteil angeordnet und das zur Formung.
der konkaven Linsenoberfläche
dienende Kavitätsbildungselement
auf dem oberen Formwerkzeugteil angeordnet, doch ist auch die umgekehrte
Anordnung möglich.
Ferner kann die Erfindung auch bei einem Spritzgießwerkzeug
mit sich horizontal gegenüberliegenden
Kavitätsbildungselementen
realisiert werden.
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Bei vorstehend geschilderter Ausführungsform
werden das Heizfluid und das Kühlfluid
jeweils zum Erwärmen
und Kühlen
der Spritzgießvorrichtung
benutzt. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausbildung beschränkt, sondern
es kann auch ein voreingestelltes Temperaturregelfluid benutzt werden.
Alternativ kann das Erwärmen
auch mittels einer elektrischen Heizvorrichtung und dergleichen
und das Abkühlen
mittels einer Zwangsluftkühlung
und dergleichen ausgeführt
werden. Die zum Abkühlen
auf die vorbestimmte Temperatur erforderliche Kühldauer wird entsprechend den
Kühlverfahren
eingestellt.
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Erfindungsgemäß wird die Temperatur des zur
Formung der konvexen Linsenoberfläche dienenden Kavitätsbildungselements
unter die Temperatur des zur Formung der konkaven Linsenoberfläche dienenden Kavitätsbildungselements
gesenkt, wodurch verhindert wird, daß sich die geformte Linse in
ihrem mittleren Teil verbiegt. Infolgedessen werden die Formen der
Kavitätsbildungselemente
mit hoher Genauigkeit auf die Linse übertragen, so daß eine Linse
mit hoher Genauigkeit und hoher Qualität, wie gewünscht, erzielt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Kühldauer
der Spritzgießvorrichtung
nach der Ausübung
des Drucks auf das geschmolzene Harz bei einer Linse mit großer Stärke, bei
der eine größere Menge
an geschmolzenem Harz in die Kavität gefüllt werden muß, verlängert, so
daß das
gesamte geschmolzene Harz gleichmäßig auf die vorbestimmte Temperatur
abgekühlt
werden kann. Dadurch kann eine Brillenlinse mit hoher Genauigkeit, mit
geringer Wärmeverzerrung
und mit geringer Schrumpfungsverformung und dergleichen hergestellt
werden.
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Gewerbliche
Anwendbarkeit
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Spritzgießen einer
Kunststofflinse ist zum Formen einer Kunststofflinse für Brillen,
einer optischen Kunststofflinse usw. aus thermoplastischem Kunststoff
und zum Formen von konvexkonkaven (meniskusförmigen) Kunststofflinsen für Brillen,
das ein hochgenaues Formen erfordert, geeignet.
