WO2010054974A1 - Optische linse und herstellungsverfahren für eine optische linse - Google Patents

Optische linse und herstellungsverfahren für eine optische linse Download PDF

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WO2010054974A1
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face
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lens
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Peter Frey
Peter Helbig
Philipp Helbig
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    • B29L2011/00—Optical elements, e.g. lenses, prisms
    • B29L2011/0016—Lenses

Definitions

  • the invention relates to an optical lens according to the preamble of claim 1 and a manufacturing method for such an optical lens.
  • the German Utility Model DE 298 13 531 Ul discloses an optical lens for headlights.
  • the optical lens has a central lens part and at least one lens ring adjoining the central lens part via a circumferential flank.
  • the optical lens according to the invention is characterized by its hood-like shape and also by the fact that it has a translucent end face and a side wall adjoining thereto, wherein the side wall has at least one web-like region with increased wall thickness extending in the direction of the end face of the optical lens. Due to the hood-like shape of the optical lens, the light source and any further optical elements of a lighting unit, such as a reflector, can be arranged protected from external influences under the optical lens. Thus, no cover is required to protect the light source.
  • the hood-like shape also makes it possible to dispense with holding means for the optical lens, since the side wall of the hood-like optical lens itself can be used for its mounting.
  • the hood-like shape of the optical lens by sealing the interface between the optical lens and a housing of a lighting unit, which contains the optical lens as a component, a gas-tight arrangement of the light source and any further optical elements under the hood-like optical lens can be achieved .
  • Characterized in that the side wall of the optical lens according to the invention has a web-like region with increased wall thickness, it is ensured that the optical lens according to the invention can be produced by injection molding and form no voids in the region of the end face of the optical lens during this manufacturing process. Over the at least one web-like wall region with increased wall thickness sufficient material can be tracked during the injection molding, to prevent the formation of cavities in the face when cooling the material.
  • the at least one web-like region with increased wall thickness extends up to the edge of the side wall opposite the end face.
  • the injection system for injection molding of the optical lens according to the invention can be applied to the edge of the lens so that the optically effective region of the lens and in particular the refractive surfaces on the front side of the lens are not impaired by residues from the injection molding.
  • the manufacturing method according to the invention for a dome-shaped optical lens having an end face and a side wall adjoining it is characterized in that the optical lens is produced by injection molding, wherein in the side wall of the optical lens, a feed channel is provided whose cross section is larger as the wall thickness of the side wall and is supplied via the material for the end face of the optical lens. Material for the front side of the optical lens is continuously tracked via this feed channel during injection molding. In particular, material for the end face of the optical lens can still be tracked via this feed channel even when the material in the thin-walled regions of the side wall has already cooled and solidified.
  • the material solidifies later in the feed channel than in the other wall regions and tracking material to the front side with the optically effective surfaces is possible until last, that is, until solidification of the material in the end face. This ensures that no voids form on solidification of the material in the end face.
  • the invention thus enables the use of the comparatively inexpensive injection molding process. More elaborate methods such as injection-compression molding are not required.
  • the at least one feed channel preferably extends to the edge opposite the end side.
  • the side wall and gate are preferably arranged at the edge of the side wall in the region of the feed channel. This ensures that in the optically effective region of the lens no residue from the injection molding process can affect the quality of the imaging properties of the lens.
  • the manufacturing method according to the invention is particularly well suited for the production of hood-like opti-see lenses that have at least one convex or concave curved refractive surface on its front side an end face with comparatively large wall thickness, the material during injection molding only after a long compared to the sidewall material period stiffens.
  • the optical lens according to the invention is preferably made of plastic, in particular of polycarbonate or polymethyl methacrylate.
  • Figure 1 is a side view of the outside of the hood-like optical lens according to the preferred embodiment of the invention
  • Figure 2 is a side view of the inside of the optical lens shown in Figure 1
  • FIG. 3 shows a cross section through the injection mold for producing the optical lens shown in FIGS. 1 and 2 in a schematic representation
  • FIGS. 1 and 2 depict different views of the optical lens according to the preferred embodiment of the invention.
  • the optical lens 1 is hood-shaped and formed in one piece. It consists of translucent polycarbonate.
  • the optical lens 1 has an end face 11 and an annular side wall 12.
  • the end face 11 and the adjoining side wall 12 form the hood shape of the optical lens 1.
  • Figure 1 shows the outside or front side of the optical lens 1 according to the invention and thus also the outside 110 of its end face 11 and the outer side 120 of its side wall 12.
  • Figure 2 the inside of the hood-like optical lens 1 is shown.
  • the front side 11 has on its inner side 111 a centrally arranged on the end face 11 first refractive surface 113, which is bounded by an elliptical edge and is planar.
  • the inner side 111 of the end face 11 is provided with mutually parallel ribs 115, the end face 11 in this Give light-scattering properties area.
  • the end face 11 On its outer side 110, the end face 11 has a second refractive surface 114, which is arranged centrally on the end face 11 and is delimited by an elliptical edge and convexly curved.
  • the first 113 and second refractive surfaces 114 correspond to each other and form a non-rotationally symmetric, aspherical lens whose optical axis is perpendicular to the planar first refractive surface 113 and coincides with the annular axis of the annular side wall 12.
  • the outer side 110 of the end face 11 is flat. Due to the ribs 115 arranged on its inside 111, the end face 11 has light-scattering properties outside the second refractive surface 114. In the area of the aspherical lens formed by the two refractive surfaces 113, 114, the end face 11 has an increased wall thickness. On its inside 111, the end face 11 also has an annular flat bearing surface 117, which forms the outer edge of the end face 11 and can serve as a support surface for a reflector of a lighting unit which contains the optical lens as a component.
  • the side wall 12 is slightly conical. That is, the inner diameter and outer diameter of the side wall 12 increase slightly with increasing distance to the end face 11.
  • projections 123 projecting into the interior of the hood-like optical lens 1 are arranged equidistantly along their circumference.
  • reference nose 125 On the inside one in the interior of the hood-like optical lens 1 projecting reference nose 125 arranged.
  • the reference nose 125 has a different shape than the projections 123 and can therefore serve to determine the angular position of a reflector of a lighting unit.
  • These projections 123 form abutment surfaces for the reflector of the illumination unit and, together with the bearing surface 117 and the reference nose 125 for correct mounting, serve for alignment and arrangement of the reflector with respect to the optical lens 1.
  • the hood-like optical lens 1 or its side wall 12 has at its end opposite the end 11 an annular, stepped edge 130.
  • the inner diameter of the side wall 12 is steppedly widened.
  • the edge 130 therefore forms on the inside of the side wall 12 a circular cylindrical lateral surface 132 and an annular bearing surface 133 arranged parallel to the end side 11.
  • the lateral surface 132 can therefore define a reference diameter for the spatial orientation and arrangement of a light-emitting diode arrangement 3 of a lighting unit with respect to the hood-type optical lens 1.
  • the support surface 132 abuts the light emitting diode array and defines a reference plane for the relative positioning of optical lens 1 and LED array.
  • a further reference nose 112 is formed, which can serve to determine the relative angular position between the optical lens 1 and a light emitting diode array.
  • the optical lens 1 has on its side wall 12 two opposing webs 116 which are each extend from the edge 130 to the end face 11. In the region of the webs 116, the side wall 12 has an increased wall thickness. To carry out the injection molding process according to the invention only one of these webs 116 is required.
  • FIG. 3 schematically shows a cross section through the injection mold 2 for producing the optical lens 1.
  • the injection mold 2 consists of two halves together 2 a, 2 b.
  • the two halves 2a, 2b of the injection mold form a cavity which has the shape of the optical lens 1 according to the invention.
  • the Angusssystem 3 for filling the cavity of the injection mold 2 is arranged on the end face 11 opposite edge 130 of the lens mold.
  • the heated, liquid plastic material 4 passes from the sprue 3 via the side wall 112 and in particular via the web-like region 116 with increased wall thickness to the end face 11 of the lens or the lens mold.
  • This web-like region 116 of the side wall 12 or the corresponding area of the injection mold still forms a material feed channel for the end face 11 of the lens or the corresponding cavity of the lens mold, if the material in the other, thinner walled areas of the lens or lens mold and in the areas near the wall of the injection mold 2 is already solidified due to early cooling.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine optische Linse (1), die haubenartig geformt ist und eine lichtdurchlässige Stirnseite (11) sowie eine sich daran anschließende Seitenwand (12) besitzt, wobei die Seitenwand (12) mindestens einen in Richtung der Stirnseite (11) verlaufenden stegartigen Bereich (116) mit erhöhter Wandstärke aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Spritzgussverfahren zur Herstellung einer derartigen optischen Linse.

Description

Optische Linse und Herstellungsverfahren für eine optische Linse
Die Erfindung betrifft eine optische Linse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruch 1 und ein Herstellungsverfahren für eine derartige optische Linse.
I . Stand der Technik
Das deutsche Gebrauchsmuster DE 298 13 531 Ul offenbart eine optische Linse für Scheinwerfer. Die optische Linse besitzt einen zentralen Linsenteil und mindestens einen sich über eine umlaufende Flanke an das zentrale Linsenteil anschließenden Linsenring.
II. Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte optische Linse für Scheinwerfer und ein Herstellungsverfahren für eine derartige Linse bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 bzw. 5 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Patent- ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße optische Linse zeichnet sich durch ihre haubenartigen Form und außerdem dadurch aus, dass sie eine lichtdurchlässige Stirnseite sowie eine sich daran anschließende Seitenwand besitzt, wobei die Seiten- wand mindestens einen in Richtung der Stirnseite der optischen Linse verlaufenden stegartigen Bereich mit erhöhter Wandstärke aufweist. Durch die haubenartige Form der optischen Linse können die Lichtquelle und etwaige weitere optische Elemente einer Beleuchtungseinheit, wie beispielsweise ein Reflektor, geschützt vor äußeren Einflüssen unter der optischen Linse angeordnet werden. Damit ist zum Schutz der Lichtquelle keine Abdeckscheibe erforderlich. Die haubenartige Form ermöglicht außerdem den Verzicht auf Halterungsmittel für die optische Linse, da die Seitenwand der haubenartigen optischen Linse selbst zu ihrer Halterung verwen- det werden kann. Ferner kann mittels der haubenartigen Form der optischen Linse durch Abdichten der Schnittstelle zwischen der optischen Linse und einem Gehäuse einer Beleuchtungseinheit, welche die optische Linse als Bestandteil enthält, eine gasdichte Anordnung der Licht- quelle und etwaiger weiterer optischer Elemente unter der haubenartigen optischen Linse erreicht werden. Dadurch, dass die Seitenwand der erfindungsgemäßen optischen Linse einen stegartigen Bereich mit erhöhter Wandstärke besitzt, ist gewährleistet, dass die erfindungsgemäße optische Linse mittels Spritzgussverfahren hergestellt werden kann und sich während dieses Herstellungsverfahrens keine Hohlräume im Bereich der Stirnseite der optischen Linse bilden. Über den mindestens einen stegartigen Wandbereich mit erhöhter Wandstärke kann während des Spritzgießens ausreichend Material nachgeführt werden, um die Entstehung von Hohlräumen in der Stirnseite beim Erkalten des Materials zu verhindern.
Vorteilhafterweise erstreckt sich der mindestens eine stegartige Bereich mit erhöhter Wandstärke bis zu dem der Stirnseite gegenüberliegenden Rand der Seitenwand. Da- durch kann das Angusssystem zum Spritzgießen der erfindungsgemäßen optischen Linse an den Rand der Linse gelegt werden, so dass die optisch wirksamen Bereich der Linse und insbesondere die lichtbrechenden Flächen an der Stirnseite der Linse nicht durch Rückstände vom Spritzgießen beeinträchtigt werden.
Das erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren für eine haubenartig geformte optische Linse, die eine Stirnseite und eine sich daran anschließende Seitenwand besitzt, zeichnet sich dadurch aus, dass die optische Linse mittels Spritzgießen hergestellt wird, wobei in der Seitenwand der optischen Linse ein Zuführkanal vorgesehen ist, dessen Querschnitt größer als die Wandstärke der Seitenwand ist und über den Material für die Stirnseite der optischen Linse zugeführt wird. Über diesen Zuführkanal wird während des Spritzgießens fortlaufend Material für die Stirnseite der optischen Linse nachgeführt. Insbesondere kann über diesen Zuführkanal selbst dann noch Material für die Stirnseite der optischen Linse nachgeführt werden, wenn das Material in den dünnwandigen Bereiche der Seitenwand bereits erkaltet und erstarrt ist. Aufgrund seines vergleichsweise großen Querschnitts erstarrt das Material in dem Zuführkanal später als in den anderen Wandbereichen und ein Nachführen von Material zur Stirn- seite mit den optisch wirksamen Flächen ist bis zuletzt, das heißt bis zum Erstarren des Materials in der Stirnseite, möglich. Dadurch wird gewährleistet, dass sich beim Erstarren des Materials in der Stirnseite keine Hohlräume ausbilden. Die Erfindung ermöglicht somit die Anwendung des vergleichsweise kostengünstigen Spritzgussverfahrens. Aufwendigere Verfahren wie beispielsweise Spritzprägen sind dadurch nicht erforderlich.
Beim erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren erstreckt sich der mindestens eine Zuführkanal vorzugsweise bis zum der Stirnseite gegenüberliegenden Rand Seitenwand und Anguss ist vorzugsweise am Rand der Seitenwand im Bereich des Zuführkanals angeordnet. Dadurch ist gewährleistet, dass im optisch wirksamen Bereich der Linse keine Rückstände vom Spritzgussverfahren die Qualität der Abbildungseigenschaften der Linse beeinträchtigen können.
Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren ist insbesondere gut geeignet zur Fertigung von haubenartigen opti- sehen Linsen, die aufgrund mindestens einer konvex oder konkav gewölbten lichtbrechenden Fläche an ihrer Stirnseite eine Stirnseite mit vergleichsweise großer Wandstärke besitzen, deren Material beim Spritzgießen erst nach einem im Vergleich zum Seitenwandmaterial langen Zeitraum erstarrt.
Aus Kostengründen und zwecks einfacher Fertigung besteht die erfindungsgemäße optische Linse vorzugsweise aus Kunststoff, insbesondere aus Polycarbonat oder PoIy- methylmethacrylat .
III. Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 Eine Seitenansicht auf die Außenseite der haubenartig ausgebildeten optischen Linse gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung
Figur 2 Eine Seitenansicht auf die Innenseite der in Figur 1 abgebildeten optischen Linse
Figur 3 Einen Querschnitt durch die Spritzgussform zur Herstellung der in den Figuren 1 und 2 abgebildeten optischen Linse in schematischer Darstellung
In den Figuren 1 und 2 sind unterschiedliche Ansichten der optischen Linse gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung abgebildet. Die optische Linse 1 ist haubenartig geformt und einsteilig ausgebildet. Sie besteht aus lichtdurchlässigem Polycarbonat . Die optische Linse 1 besitzt eine Stirnseite 11 sowie eine ringförmige Seitenwand 12. Die Stirnseite 11 und die sich daran anschließende Seitenwand 12 bilden die Haubenform der optischen Linse 1. Figur 1 zeigt die Außenseite bzw. Vorderseite der erfindungsgemäßen optischen Linse 1 und damit auch die Außenseite 110 ihrer Stirnseite 11 und die Außenseite 120 ihrer Seitenwand 12. In Figur 2 ist die Innenseite der haubenartigen optischen Linse 1 abgebildet. Die Stirnseite 11 besitzt an ihrer Innenseite 111 eine zentral an der Stirnseite 11 angeordnete erste lichtbrechende Fläche 113, die von einem elliptischen Rand begrenzt ist und plan ausgebildet ist. Außerhalb der ersten lichtbrechenden Fläche 113 ist die Innenseite 111 der Stirnseite 11 mit parallel zueinander verlaufenden Rippen 115 versehen, die der Stirnseite 11 in diesem Bereich lichtstreuende Eigenschaften verleihen. Auf ihrer Außenseite 110 besitzt die Stirnseite 11 eine zentral an der Stirnseite 11 angeordnete zweite lichtbrechende Fläche 114, die von einem elliptischen Rand begrenzt ist und konvex gewölbt ist. Die erste 113 und zweite lichtbrechende Fläche 114 korrespondieren zueinander und bilden eine nicht rotationssymmetrische, asphärische Linse, deren optische Achse senkrecht zur planen ersten lichtbrechenden Fläche 113 verläuft und mit der Ringachse der ringförmigen Seitenwand 12 zusammenfällt. Außerhalb der zweiten lichtbrechenden Fläche 114 ist die Außenseite 110 der Stirnseite 11 plan ausgebildet. Aufgrund der auf ihrer Innenseite 111 angeordneten Rippen 115 besitzt die Stirnseite 11 außerhalb der zweiten lichtbrechenden Fläche 114 lichtstreuende Eigenschaften. Im Bereich der von den beiden lichtbrechenden Flächen 113, 114 gebildeten asphärischen Linse besitzt die Stirnseite 11 eine erhöhte Wandstärke. An ihrer Innenseite 111 besitzt die Stirnseite 11 außerdem eine kreisringförmige ebene Aufla- gefläche 117, die den Außenrand der Stirnseite 11 bildet und als Auflagefläche für einen Reflektor einer Beleuchtungseinheit dienen kann, welche die optische Linse als Bestandteil enthält. Die Seitenwand 12 ist geringfügig konisch ausgebildet. Das heißt, der Innendurchmesser und Außendurchmesser der Seitenwand 12 nehmen mit wachsendem Abstand zur Stirnseite 11 geringfügig zu. An der Innenseite 121 der Seitenwand 12 sind in unmittelbarer Nähe der Stirnseite 11 fünf, in den Innenraum der haubenartigen optische Linse 1 hineinragende Vorsprünge 123 äqui- distant entlang ihres Umfangs angeordnet. Zusätzlich ist an der Innenseite eine in den Innenraum der haubenartigen optischen Linse 1 hineinragende Referenznase 125 angeordnet. Die Referenznase 125 besitzt eine andere Form als die Vorsprünge 123 und kann daher zur Festlegung der Winkellage eines Reflektors einer Beleuchtungseinheit dienen. Diese Vorsprünge 123 bilden Anschlagsflächen für den Reflektor der Beleuchtungseinheit und dienen zusammen mit der Auflagefläche 117 und der Referenznase 125 zur lagerichtigen Montage Ausrichtung und Anordnung des Reflektors in Bezug auf die optische Linse 1.
Die haubenartige optische Linse 1 bzw. ihre Seitenwand 12 besitzt an ihrem der Stirnseite 11 gegenüberliegenden Ende einen kreisringförmigen, abgestuften Rand 130. Im Bereich des abgestuften Randes 130 ist der Innendurchmesser der Seitenwand 12 stufenartig erweitert. Der Rand 130 bildet daher an der Innenseite der Seitenwand 12 eine kreiszylindrische Mantelfläche 132 und eine parallel zur Stirnseite 11 angeordnete ringförmige Auflagefläche 133 aus. Die Mantelfläche 132 kann daher einen Referenzdurchmesser für die räumliche Ausrichtung und Anordnung einer Leuchtdiodenanordnung 3 einer Beleuchtungseinheit in Bezug auf die haubenartige optische Linse 1 definieren. Die Auflagefläche 132 liegt an der Leuchtdiodenanordnung an und definiert eine Referenzebene für die relative Positionierung von optischer Linse 1 und Leuchtdiodenan- Ordnung. Außerdem ist am Rand 130 eine weitere Referenznase 112 angeformt, die zur Festlegung der relativen Winkellage zwischen der optischen Linse 1 und einer Leuchtdiodenanordnung dienen kann.
Die optische Linse 1 weist an ihrer Seitenwand 12 zwei einander gegenüber liegende Stege 116, die sich jeweils vom Rand 130 bis zur Stirnseite 11 erstrecken. Im Bereich der Stege 116 besitzt die Seitenwand 12 eine erhöhte Wandstärke. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Spritzgussverfahrens ist nur einer dieser Stege 116 erforderlich.
In Figur 3 ist ein Querschnitt durch die Spritzgussform 2 zur Herstellung der optischen Linse 1 schematisch dargestellt. Die Spritzgussform 2 besteht aus zwei zusammen fügbaren Hälften 2a , 2b. Die beiden Hälften 2a, 2b der Spritzgussform bilden einen Hohlraum, der die Form der erfindungsgemäßen optischen Linse 1 besitzt. Das Angusssystem 3 zum Befüllen des Hohlraums der Spritzgussform 2 ist am der Stirnseite 11 gegenüber liegenden Rand 130 der Linsenform angeordnet. Das erhitzte, flüssige Kunststoff- material 4 gelangt vom Anguss 3 über die Seitenwand 112 und insbesondere über den stegartigen Bereich 116 mit erhöhter Wandstärke zur Stirnseite 11 der Linse bzw. der Linsenform. Dieser stegartige Bereich 116 der Seitenwand 12 bzw. der entsprechende Bereich der Spritzgussform bildet selbst dann noch einen Materialzuführkanal für die Stirnseite 11 der Linse bzw. den entsprechenden Hohlraum der Linsenform, wenn das Material in den anderen, dünnwandigeren Bereichen der Linse bzw. Linsenform und in den Bereichen nahe der Wand der Spritzgussform 2 bereits aufgrund frühzeitigen Erkaltens erstarrt ist.

Claims

Ansprüche
1. Optische Linse, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Linse (1) haubenartig geformt ist und eine lichtdurchlässige Stirnseite (11) sowie eine sich daran anschließende Seitenwand (12) besitzt, wobei die Seitenwand (12) mindestens einen in Richtung der Stirnseite (11) verlaufenden stegartigen Bereich (116) mit erhöhter Wandstärke aufweist.
2. Optische Linse nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine stegartige Bereich (116) sich von der Stirnseite (11) bis zu dem der Stirnseite (11) gegenüberliegenden Rand (130) der Seitenwand (12) erstreckt .
3. Optische Linse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stirnseite (11) mindestens eine konvex oder konkav gewölbte lichtbrechende Fläche (114) aufweist.
4. Optische Linse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die optische Linse (1) aus Kunststoff besteht.
5. Verfahren zur Herstellung einer haubenartig geform- tem optischen Linse (1), die eine Stirnseite (11) und eine sich daran anschließende Seitenwand (12) besitzt, mittels Spritzgießen, dadurch gekennzeichnet, dass in der Seitenwand (12) der optischen Linse ein Zuführkanal (116) vorgesehen ist, über den Material für die Stirnseite (11) der optischen Linse (1) zugeführt wird und dessen Querschnitt größer als die Wandstärke der Seitenwand (12) ist. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Zuführkanal (116) sich bis zum der Stirnseite (11) gegenüberliegenden Rand (130) der Seitenwand (12) erstreckt und der Anguss (3) am Rand (130) der Seitenwand (12) im Bereich des Zuführkanals (116) angeordnet ist .
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