WO2010105844A1

WO2010105844A1 - Mutterform oder vorform für optische bauteile

Info

Publication number: WO2010105844A1
Application number: PCT/EP2010/001745
Authority: WO
Inventors: Karl Mennemann; Volker Dietrich; Jörg Hinrichs
Original assignee: Schott Ag
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2010-09-23
Also published as: DE102009014262A1; TWI472490B; TW201041814A

Abstract

Mutterform (3, 5) aus optischem Glas in Stangenform zur Herstellung von Vorformen (6) oder Rohlingen (7) für optische Bauteile. Die Mutterform (3, 5) wird aus der Glasschmelze (1) unter Erhalt einer feuerpolierten Manteloberfläche erzeugt. Die Vorform (6) wird durch einen Ziehvorgang unter Erhalt einer feuerpolierten Manteloberfläche gewonnen. Die Rohlinge (7) werden durch Quertrennen der Mutterform oder der Vorform erhalten.

Description

Mutterform oder Vorform für optische Bauteile

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Mutterform und eine

Vorform aus optischem Glas, auf Verfahren zur Herstellung dieser Mutterform und Vorform sowie auf ein Verfahren zur Herstellung von optischen Rohlingen als Vorstufe zu drehsymmetrischen Linsen.

Hintergrund der Erfindung

Zur Herstellung von optischen Bauteilen, beispielsweise Linsen, sind vielerlei Verfahren bekannt. Bei allen Verfahren wird die Erzeugung eines Glaskörpers von optischer Qualität vorausgesetzt, d. h. möglichst homogen und schlierenfrei. Um zu solchem Ausgangsmaterial zu gelangen, wird üblicherweise aus der Glasschmelze ein Barren gegossen, aus dem ein Glaskörper ausreichender Glasqualität herausgeschnitten wird, um aus diesem durch Weiterverarbeitung zu Vorformen und schließlich zu optischen Bauteilen zu gelangen.

Ein Beispiel dieser Vorgehensweise ist in US 2003/0021036 Al offenbart. Als Vorform ist ein stangenförmiger, optischer Glaskörper mit einer oder zwei sich gegenüberstehenden, gekrümmten Flächen und zwei weiteren ebenen Seitenflächen gebildet worden, wobei mangels Offenbarung der Herstellungsweise anzunehmen ist, dass die Vorform, wie üblich, durch Herausschneiden aus dem gegossenen Glasbarren gewonnen worden ist. Aus diesem Vorform-Glaskörper wird eine Linse gezogen, die Stäbchenform aufweist und deren Querschnittsform eine verkleinerte Version der Querschnittsform der Vorform darstellt. Der Ziehvorgang erfolgt unter Erhitzen eines Ringbereichs der Vorform und Abziehen eines Glasstranges mittels zweier Ziehrollenpaare, die an den ebenen Flächen der Vorform angreifen. Diese Flächen verlieren so ihre feuerpolierte Qualität. Die Vorform wird in stäbchenförmige Stücke zerschnitten, welche bereits die herzustellenden optischen Bauteile darstellen und quer zur Längsachse als Lichtsammeielemente dienlich sind. Das Herstellungsverfahren der US 2003/0021036 Al ermöglicht somit nicht die Herstellung von üblichen drehsymmetrischen Linsen .

Drehsymmetrische Linsen, auch solche für Mikrooptiken mit beispielsweise einem Durchmesser von 1 mm werden üblicherweise ausgehend von Glasblöcken von optischer Qualität hergestellt. Der Glasblock ist aus einem gegossenen Barren gewonnen worden, wobei dicke Randschichten des Barrens als Abfall angefallen sind. Der Glasblock wird in Stangen quadratischen Querschnitts zerschnitten, die Stangen werden erhitzt und gerollt, um die Stangen in runde Glasstäbchen überzuführen. Solche Stäbchen sind aber noch nicht von ausreichender geometrischer Genauigkeit hinsichtlich ihrer Rundheit und Geradheit. Deshalb schließt sich üblicherweise ein weiterer Bearbeitungsschritt des spitzenlosen Rundierens an, bei dem die nochmals erhitzten Glasstäbchen in dem Spalt zwischen zwei gegenläufigen Walzen gehalten werden und dadurch ihre ausreichende Rundheit und Geradheit erlangen. In dieser Herstellungsgüte werden die Rundstäbchen an die Hersteller von Mikrooptiken ausgeliefert, die die Rundstäbchen zu Linsenrohlingen und fertigen Linsen weiterverarbeiten. Dabei kann es notwendig sein, die Rundstäbchen zu noch dünneren Stäbchen von beispielsweise 1,6 bis 1,8 mm Durchmesser zu schleifen, bevor diese in zylinderförmige Abschnitte zerschnitten oder durch Schleiftrennen Rohkugeln hergestellt werden. Es ist äußerst wichtig, dass die

Rohlinge gleiches Volumen aufweisen. Solche Rohlinge werden schließlich zu den Mikrolinsen weiterverarbeitet, wobei man die Rohlinge erhitzt und presst und/oder schleift und poliert .

Nachteilig an dieser Herstellungsweise von Mikrolinsen ist der große Verbrauch an Glas. Man kann ausrechnen, dass zur Herstellung einer Linse einer bestimmten Masse etwa die 70- fache Menge an Rohglas verloren geht. Ein weiterer Nachteil des beschriebenen Verfahrens mit Rollen der Glasstäbchen im heißen Zustand besteht darin, dass gewisse Gläser zur Auskristallisation neigen, wenn sie längere Zeit auf höheren Temperaturen gehalten werden, wie dies beim Heißrollen der Fall ist. Somit können kristallisations- empfindliche Gläser mittels Hot-Rolling nicht verarbeitet werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass es Einschränkungen hinsichtlich des erzielbaren Durchmessers und der maximalen Länge der Rundstäbchen beim Hot-Rolling gibt. Mit dem bekannten Verfahren können nur Stäbchen von höchstens 150 mm Länge und einem minimalen Durchmesser von 3 mm hergestellt werden. Die Enden der Stäbchen sind gewöhnlich zur Herstellung von Linsenrohlingen untauglich. Dünnere Stäbchen als 3 mm müssen durch Herunterschleifen gewonnen werden. All dies bedeutet Glasabfall.

Verfahren zum Ziehen von dünnen Stäbchen sind aus der Herstellung von optischen Fasern prinzipiell bekannt.

Glasfasern für optische Lichtleitung bestehen jedoch aus einem Kernglas und einen den Kern umhüllenden Mantelglas. Das Mantelglas dient zum einen dazu, eine Totalreflexion des Lichts an der Grenzfläche zwischen Kern und Mantel zu erreichen. Zum anderen dient das Mantelglas auch dazu, die Glasfaser mechanisch zu stabilisieren. Als Mantelglas wird dazu ein Glas gewählt, welches einen geringeren thermischen Ausdehnungskoeffizient α und eine höhere Glasübergangstemperatur T₉ als das verwendete Kernglas aufweist. Durch die relativ zum Kernglas höhere

Glasübergangstemperatur erkaltet beim Ziehen der Faser das Mantelglas schneller als das Kernglas. Weiter erzeugt der relativ zum Kernglas geringere Ausdehnungskoeffizient eine Spannung in der Glasfaser, welche die Glasfaser mechanisch stabilisiert. Deshalb musste bisher davon ausgegangen werden, dass beim Ausziehen eines Glasstabs ohne ein solches Mantelglas kein mechanisch stabiles Stäbchen erhalten werden kann, da der mechanisch stabilisierende Effekt des Mantels fehlen würde.

Da Rundstäbchen als Vorform für Mikrooptiken kein Mantelglas aus einer anderen Glaszusammensetzung aufweisen dürfen, wurden sie bisher nicht über Faserziehverfahren aus Glasschmelze hergestellt. Kurzfassung der Erfindung

Es ist eine Zielrichtung der Erfindung, den Verbrauch von Glas bei der Herstellung von optischen Bauteilen und insbesondere drehsymmetrischen Linsen für die Mikrooptik zu verringern .

Eine weitere Zielrichtung der Erfindung besteht darin, den Energieaufwand bei der Herstellung von optischen Bauteilen zu verringern.

Eine weitere Zielrichtung der Erfindung besteht darin, die Kühlzeit bei der Herstellung von optischen Bauteilen zu verringern .

Eine weitere Zielrichtung der Erfindung besteht darin, kristallisationsempfindliche Gläser zur Herstellung von Linsen für die Mikrooptik verwenden zu können.

Schließlich besteht eine Zielrichtung der Erfindung darin, ganz allgemein optische Bauteile in wirtschaftlicher Weise herzustellen .

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird eine Mutterform aus optischem Glas in Stangenform zur Herstellung von Vorformen oder von Rohlingen für optische Bauteile hergestellt. Die Mutterform wird direkt und abfallfrei aus der Glasschmelze erzeugt und dabei eine feuerpolierte Manteloberfläche der stangenförmigen Mutterform gewonnen. Die Mutterform besteht aus einheitlichem optischem Glas, das optisch homogen sowie mechanisch weitgehend spannungsfrei ist, was Schlierenfreiheit bedeutet . Kennzeichen dieser neuen Mutterform ist die feuerpolierte Manteloberfläche, die als freie Oberfläche bei einem erfindungsgemäßen Herstellungsprozess gewonnen wird. Die feuerpolierte Manteloberfläche bedeutet, dass das optische Glas an der Oberfläche ungestört ist.

Die Mutterform stellt eine vergrößerte Ausgabe der herzustellenden Vorformen oder Rohlingen dar, d. h. die Querschnittsformen von Mutterform und Vorform sind sich geometrisch ähnlich. Es können diverse geometrische Querschnittsformen der Mutterform gewählt werden, beispielsweise auch Dreiecke, wenn Prismen als optische Bauteile hergestellt werden sollen. Als größtes Anwendungsgebiet der Erfindung kommt jedoch die Herstellung von drehsymmetrischen Linsen, insbesondere für

Mikrooptiken, in Betracht. Hierfür wird eine exakt runde Querschnittsform der Mutterform benötigt. Für Querschnittsabmessungen der stangenförmigen Mutterform im Bereich von 15 bis 60 mm sollte die Abweichung von der Rundheit höchstens ± 500 μm betragen. Bevorzugt wird eine

Abweichung des Querschnitts von der Kreisform von höchstens ± 200 μm.

Um das optische Glas für die Mutterform homogen und schlierenfrei zu erhalten, wird die Glasschmelze geläutert und gründlich gerührt. Aus der Glasschmelze wird ein Glasstrang durch ein Formgebungswerkzeug gezogen, um der herzustellenden Mutterform die gewünschte Querschnittsform zu erteilen. Der Glasstrang wird zur Bildung einer freien Oberfläche des Mutterstrangs gezogen, und zwar so, dass sich die gewünschte Querschnittsgröße der Mutterform einstellt. Die Manteloberfläche des Mutterstrangs ist dabei feuerpoliert. Nach Erkalten des Mutterstrangs werden von diesem Strang stangenförmige Mutterformen oder auch Vorformen abgetrennt. Diese abgetrennten Mutterformen oder auch Vorformen werden einer Wärmebehandlung unterzogen, um weitgehende Spannungsfreiheit von erkalteten Glasstangenstücken zu erzielen.

Die stangenförmige Mutterform kann auch in anderer Weise hergestellt werden als durch Ziehen. Es kann nämlich auch Glas aus einer homogenisierten Glasschmelze abgezogen und in eine Gießform eingebracht werden, die mit einem Gaspolster ausgestattet ist, um eine freie

Oberflächenbildung und damit eine feuerpolierte Oberfläche der gegossenen Mutterform herbeizuführen. Auch bei dieser Herstellungstechnik der Mutterform entsteht kaum

Glasabfall, da die Mutterform mit ihrer feuerpolierten Oberfläche als homogener Glaskörper gewonnen wird.

Die Erfindung betrifft auch Vorformen aus optischem Glas in Rundstäbchenform zur Herstellung von optischen Rohlingen. Solche Vorformen werden direkt und nahezu abfallfrei im Ziehverfahren aus einer rundstangenförmigen Mutterform unter Erhalt einer feuerpolierten Manteloberfläche der Vorform erzeugt. Die Vorform besteht aus einheitlichem optischem Glas, das hinsichtlich mechanischer Spannungen homogen und schlierenfrei ist. Die Vorform soll möglichst rund und gerade ausgebildet sein, weil daraus Linsenrohlinge von möglichst exakt gleichem Volumen hergestellt werden sollen. Auf 100 mm Stäbchenlänge darf die Abweichung von der Rundheit bzw. der Geradheit höchstens ± 100 μm betragen. Bevorzugt wird jedoch eine noch geringere Abweichung von der Rundheit von höchstens ± 50 μm oder sogar ± 20 μm.

Zur Herstellung von Vorformen für Mikrooptiken werden Vorformen mit Durchmessern benötigt, die im Bereich von 0,5 bis 10 mm liegen. Aus diesen stäbchenförmigen Vorformen_ werden Linsenrohlinge gewonnen, wobei sich die Enden der Vorformstäbchen wegen Beeinträchtigung der Oberfläche nicht zur Herstellung qualitätsvoller Linsenrohlinge eignen. Um den Abfall gering zu halten, wird bevorzugt, die Vorformen in größeren Stücklängen zu gewinnen, wobei eine Mindestlänge von 400 mm als angemessen betrachtet wird.

Um besonders dünne rundstäbchenförmige Vorformen herzustellen, geht man von einer rundstangenförmigen

Mutterform aus, erwärmt einen Abschnitt der Mutterform auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur des Glases und zieht einen Vorformstrang aus dem erwärmten Abschnitt der Mutterform ab. Der Vorformstrang wird so gezogen, dass nur ein kurzes Stück mit geringem Flächenanteil an der Manteloberfläche von einem Ziehwerkzeug ergriffen wird, d. h. der größte Teil der Manteloberfläche des Vorformstrangs bildet sich als freie Oberfläche in feuerpolierter Qualität. Nach Erkalten des Vorformstrangs werden die rundstäbchenförmigen Vorformen von dem ungestörten Vorformstrang abgetrennt.

Von den Vorformen können Linsenrohlinge als Vorstufe zu optischen Bauteilen hergestellt werden. Hierzu werden Abschnitte gleicher Größe von der Vorform abgetrennt, um zu Rohlingen gleichen Volumens zu gelangen. Dieses gleiche Volumen ist beim Pressen von Rohlingen zu fertigen Linsen äußerst wichtig. Deshalb war es auch wichtig, die Vorform mit großer Qualität hinsichtlich ihrer Rundheit und Geradheit, d. h. frei von Welligkeit oder Durchbiegung des Vorformlings, herzustellen. Als Abtrennungsverfahren der ^• Rohlinge gleichen Volumens eignen sich das Absägen von Stücken gleicher Größe von der Vorform oder das Schleiftrennen der Abschnitte von der Vorform.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausfϋhrungsbeispiele der Erfindung werden anhand schematischer Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Schmelzwanne mit Läuterungsvorrichtung und Rührgefäß,

Fig. 2 eine Vorrichtung zur Herstellung eines Mutterstranges oder Vorformstranges,

Fig. 3 eine Mutterform oder Vorform,

Fig. 4 einen Ofen zur Abkühlung von Mutterformen oder Vorformen,

Fig. 5 eine Gussform für einen Glasstab,

Fig. 6 eine Herstellungsvorrichtung für dünne Vorformen,

Fig. 7 die Herstellung von Glaskugeln als Linsenrohlinge und Fig. 8 ein Abbediagramm.

Detailbeschreibung

Die Herstellung einer Mutterform (Fig. 3) wird anhand der Fig. 1 und 2 erläutert. In einer Schmelzwanne 10 wird Glasschmelze 1 kontinuierlich zubereitet und kann kontinuierlich in eine Läuterungsvorrichtung 12 abgezogen werden, um durch Läuterung zu Blasenfreiheit des flüssigen Glases zu gelangen. Die geläuterte Glasschmelze wird einem Rührgefäß 13 zugeführt, um die Gleichmäßigkeit der Glasschmelze zu garantieren. Aus dem Rührgefäß gelangt die Glasschmelze 1 in eine Stranggießanlage 20 (Fig. 2) .

Anstelle einer kontinuierlich betriebenen Schmelzwanne kann auch eine diskontinuierlich betriebene Tageswanne oder ein diskontinuierlich betriebener Tiegel angewendet werden, in welchem geläutert und durch Rühren homogenisiert wird.

Die Stranggießanlage 20 umfasst einen Rohrtrichter 21, ein Formgebungswerkzeug 22 und eine Fördereinrichtung 23 zum Abziehen eines sich bildenden Glasstranges 2. Die Stranggießanlage 20 wird durch ein Gehäuse 24 ummantelt, um die Formungsbedingungen des Glasstranges 2 günstig zu beeinflussen. Es kommt darauf an, dass sich der Glasstrang auf dem größten Abschnitt seiner Oberfläche in feuerpolierter Qualität bildet und dass die optische Homogenität auch bei kristallisationsempfindlichen

Glassorten gewahrt bleibt. Dies ist deshalb möglich, weil die Abkühlung innerhalb des Gehäuses 24 wesentlich rascher als die Herstellung eines gegossenen Glasbarrens von sich geht, aus welchem üblicherweise Mutterformen herausgesägt werden.

Es sei noch angemerkt, dass der Stranggießanlage 20 noch Mess- und Regeleinrichtungen 25 zugeordnet sind, um die Querschnittsabmessungen dl, d2 des Glasstranges 2 zu messen und die Abzugsgeschwindigkeit der Fördereinrichtung 23 auf den gewünschten Querschnitt des Glasstranges 2 einzuregeln. In einem weiteren, nicht dargestellten Abschnitt der Anlage wird der Glasstrang 2 in einzelne Glasstäbe 3 geteilt. Ein einzelner Glasstab 3 ist in Fig. 3 dargestellt und kann je nach Größe der herzustellenden optischen Bauteile als Mutterform oder als Vorform benutzt werden. Im Hinblick auf die Vermeidung von Abfall ist es vorteilhaft, Glasstäbe_ von großer Länge L zu wählen. Als große Längen werden mindestens 400 mm betrachtet, die Glasstablänge kann aber auch über 800 mm hinaus reichen. Das Teilungsraster wird so gelegt, dass es mit den Ziehspuren am Glasstrang 2 übereinstimmt. Somit entsteht wenig Glasverlust, wenn die Endteile der abgetrennten Glasstäbe für die Weiterverarbeitung fortfallen.

Die abgetrennten Glasstäbe 3 werden in einem Kühlofen 40 einer Wärmebehandlung unterzogen. Wegen der Aufteilung des Glases in einzelne Stäbe 3 ist die Wärmebehandlungszeit relativ kurz, verglichen mit der Wärmebehandlung eines gegossenen Barrens oder wie zur Erzielung von Homogenität eines aus diesem herausgeschnittenen Glasblockes.

Anstelle der Herstellung von Glasstäben 3 durch einen Ziehvorgang ist es auch möglich, Glasstäbe 5 in einer Gießform 50 (Fig. 5) herzustellen. Flüssiges Glas 1 wird von der Anlage nach Fig. 1 geliefert und in die Gießform 50 eingebracht, die das erstarrende Glas mit einem Gaspolster umgibt, um eine freie Oberfläche des Glasstabes 5 herbeizuführen. In der Gießform 50 kann eine langsame Abkühlung des Glasstabes 5 herbeigeführt werden, um dessen Homogenität und hervorragende Geradheit zu fördern. Auch die Glasstäbe 5 können einer Wärmebehandlung im Ofen 40 unterzogen werden. Für optische Bauteile mit relativ größeren Querschnittsabmessungen können die Glasstäbe 3 als Vorformen benutzt werden. Man teilt die Stäbe 3 in einzelne Scheiben oder Kugeln gleichen Volumens, die sich zur Weiterverarbeitung im Pressverfahren zu Linsen eignen.

Es ist aber auch die Verwendung der Glasstäbe 3 als Mutterform zur Herstellung von Rundstäbchen 6 möglich, welche die Vorformen bei der Herstellung von

Linsenrohlingen 7 bilden. Eine Ziehanlage 60 ist schematisch in Fig. 6 dargestellt und umfasst eine Halte- und Vorschubeinrichtung 61 für den Glasstab 3, eine ringförmige Heizeinrichtung 62, eine Zieheinrichtung 64 für einen sich bildenden Glasstrang 4, eine Messeinrichtung 63 für die Dicke des Glasstranges 4 sowie Regeleinrichtungen 65 für Temperaturregelungen der Heizeinrichtung 62, Regelungen der Zuführgeschwindigkeit des Glasstabes 3 und der Abzugsgeschwindigkeit des Glasstranges 4. Eine Abtrenneinrichtung 66 wandert mit dem Strang 4 und trennt periodisch die Rundstäbchen 6 ab. Zu diesem Zweck kann der Glasstrang 4 nach Erkalten geritzt und gebrochen oder quer durchschnitten werden. Bei dem Ziehvorgang wird eine feuerpolierte Oberfläche des Glasstranges 4 erhalten, und der Ziehvorgang wird so ausgeführt, dass der größte Teil der Oberfläche des Glasstranges 4 von dem Ziehvorgang ungestört bleibt. Die Trenneinrichtung 66 wird bevorzugt an den Ansatzstellen der Ziehvorrichtung 64 zur Einwirkung gebracht .

Um zu dem gewünschten Durchmesser des Glasstranges 4 zu gelangen, wird der Glasstab 3 auf mindestens Erweichungstemperatur E_w vorgewärmt. In dem Durchlass der ringförmigen Heizeinrichtung 62 erfolgt dann eine geregelte Aufheizung, die das Ziehen des Glasstrangs 4 ermöglicht. Diese Ziehtemperatur ist von den Glaseigenschaften, der Nachführgeschwindigkeit des Glasstabes, der

Abziehgeschwindigkeit der Abzugseinrichtung 64 und dem Solldurchmesser des Glasstranges 4 abhängig. Die Heizleistung der Heizeinrichtung 62 und die Antriebe des Stabes 3 sowie des Stranges 4 werden demgemäß geregelt. Da es sehr stark auf die Rundheit des Glasstranges 4 ankommt, ist vorgesehen, den Durchmesser in zwei zueinander orthogonalen Richtungen ständig zu überwachen, wie dies für die Glasstange 3 mit den Durchmessern dl und d2 in Fig. 3 angedeutet ist. Bei Abweichungen vom Sollwert wird in Betracht gezogen, die Abgabe der Heizleistung in der

Heizeinrichtung 62 winkelmäßig zu korrigieren. Auf diese Weise soll erreicht werden, dass die Abweichung der Durchmesser dl oder d2 von dem Solldurchmesser und, über die Länge L der Vorform gemessen, höchstens ± 100 μm, vorzugsweise höchstens ± 50 μm, und mehr bevorzugt höchstens ± 20 μm beträgt.

Nach dem Abtrennen des Glasstrangs 4 können die Stäbchen 6 einer Wärmebehandlung in einem Ofen zugeführt werden, wie dies ähnlich für die Glasstangen 3 beschrieben worden ist, wenn mechanische Spannungen reduziert werden sollen.

Um aus den Glasstäbchen 6 Rohlinge 7 zur Herstellung von Linsen zu machen, werden die Glasstäbchen 6 in Scheiben gleichen Volumens geschnitten oder durch Schleiftrennen in Kügelchen weiterverarbeitet. Der Schleiftrennvorgang ist in Fig. 7 skizziert. Die Schleiftrennvorrichtung 70 umfasst gegeneinander laufende Schleifscheiben in Wellenform 71, 72, die das Glasstäbchen 6 so lange beschleifen, bis Kügelchen gleichen Durchmessers durch den Spalt 73 zwischen den Scheiben 71, 72 hindurch fallen.

Die Scheiben gleichen Volumens oder die Kügelchen ebenfalls gleichen Volumens können zu Linsen gepresst werden, wie es bekannt ist. Auch die Schleif- und Polierbearbeitung nach bekannten Mustern ist möglich.

Beispiele

Optische Gläser, wie durch rechteckige Punkte in dem Abbediagramm der Fig. 8 angegeben, wurden erschmolzen und in homogenisierter Form zu Mutterformen mit größerem

Glasstabdurchmesser gezogen und anschließend zu Vorformen mit geringerem Durchmesser gezogen. Von anderen verfügbaren optischen Gläsern, wie durch runde Punkte im Abbediagramm markiert, wird angenommen, dass sie ebenfalls gemäß dem Verfahren nach der Erfindung verarbeitet werden können. Die Tabelle 1 nennt die Glastypen und Parameterwerte bei dem Ziehen. Unter Aufheiztemperatur wird die Temperatur bei der Heizeinrichtung 62 und unter Ziehtemperatur die Temperatur am Strang 4 verstanden.

Die Abkürzung „n.m." bedeutet, dass der Erweichungspunkt des Glases nicht mit einem Fadenziehviskosimeter bestimmbar ist . Die Ziehtemperatur kann in einem solchen Fall aufgrund von Erfahrungswerten ermittelt werden. Tabelle 1

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Bei Durchführung der Beispiele 10 und 13 wurde eine Nachfϋhrgeschwindigkeit des Glasstabs von 10 mm/min gewählt. Bei einem Stabdurchmesser von 30 mm, einem Durchmesser der erfindungsgemäßen Vorform von 3 mm ergibt sich eine Ziehgeschwindigkeit von 1000 mm/min.

Alle erfindungsgemäßen Vorformen der Beispiele wiesen eine Geradheit im Bereich von 20 bis 50 μm/lOOmm Stablänge auf.

Bei den erfindungsgemäßen Gläsern konnten Vorformen bis zu einer Länge von 1000 mm gezogen werden. Vergleichsbeispiele

Vorformen mit einem Durchmesser kleiner 3 mm konnten mit dem Verfahren gemäß dem Stand der Technik, wie in der Beschreibungseinleitung dargestellt, nicht hergestellt werden. Die maximale Länge der gemäß dem Stand der Technik herstellbaren Vorformen betrug 150 mm. Ferner konnten Vorformen aus N-KZFSIl und LaSF35 mittels des herkömmlichen Verfahrens nicht hergestellt werden, da die Gläser beim Hot-Rolling kristallisierten.

Claims

Patentansprüche

1. Mutterform aus optischem Glas in Stabform zur Herstellung von Vorformen oder Rohlingen für optische Bauteile, mit folgenden Merkmalen:

- die Mutterform ist direkt und abfallfrei aus einer Glasschmelze unter Erhalt einer feuerpolierten Manteloberfläche der Mutterform erzeugt worden;

- die Mutterform besteht aus einheitlichem optischem Glas, das bei verminderten mechanischen Spannungen homogen und schlierenfrei ist.

2. Mutterform nach Anspruch 1, wobei die Querschnittsabmessung der stabförmigen Mutterform im Bereich von 15 bis 60 mm liegt.

3. Mutterform nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Querschnitt der stabförmigen Mutterform rund ist bei einer zulässigen Abweichung von der Rundheit von höchstens ± 500 μm.

A. Mutterform nach einem- der Ansprüche 1 bis 3, wobei das optische Glas aus der Gruppe umfassend Lanthanschwerflintgläser, Lanthanflintgläser, Lanthankrongläser, Barytkrongläser, Barytflintgläser, Barytleichtflintgläser, Barytschwerflinte, Schwerflintgläser, Flintgläser, Leichtflintgläser, Doppelleichtflintgläser, Kronflinte, Krongläser, Zinkkrongläser, Schwerkrongläser, Schwerstkrongläser, Borkrongläser, Fluorkrongläser, Phosphatkrongläser, Phosphatschwerkrongläser und Kurzflintsondergläser ausgewählt ist.

5. Mutterform nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Glas eine Glasübergangstemperatur T₉ von höchstens 700°C, vorzugsweise höchstens 600⁰C, besonders bevorzugt höchstens 55O⁰C aufweist.

6. Vorform aus optischem Glas in Rundstäbchenform zur. Herstellung von optischen Rohlingen, mit folgenden Merkmalen :

- die Vorform ist direkt und nahezu abfallfrei aus einer rundstabförmigen Mutterform unter Erhalt einer feuerpolierten Manteloberfläche der Vorform durch einen Ziehvorgang erzeugt worden;

- die Vorform besteht aus einheitlichem optischem Glas, das bei verminderten mechanischen Spannungen homogen und schlierenfrei ist.

7. Vorform nach Anspruch 6, wobei die geometrische Form der Vorform hinsichtlich Rundheit und Geradheit der Stäbchenform bis auf Abweichungen höchstens wie folgt eingehalten ist: Rundheit: ± 100 μm auf 100 mm Stäbchenlänge, Geradheit: ± 100 μm auf 100 mm Stäbchenlänge.

8. Vorform nach Anspruch 7, wobei die Abweichungen von der Rundheit bzw. der Geradheit höchstens ± 50 μm und mehr bevorzugt höchstens + 20 μm betragen.

9. Vorform nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Durchmesser im Bereich von 0,5 bis 10 mm liegt und die Länge mindestens 400 mm beträgt.

10. Verfahren zur Herstellung einer Mutterform nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend die Schritte: a) Bereitstellen einer Glasschmelze (1), b) Läutern der Glasschmelze (1), c) Rühren der Glasschmelze (1), d) Abziehen von Glas aus der Glasschmelze (1) und Formen eines Glasstranges (2) in einem Formgebungswerkzeug (22), e) Ziehen des Glasstranges (2) unter freier Oberflächenbildung bis auf den gewünschten

Querschnitt, wobei eine feuerpolierte Manteloberfläche des Glasstranges (2) erzeugt wird, f) nach Erkalten, Abtrennen von stabförmigen Mutterformen (3) von dem Glasstrang (2), g) Wärmebehandlung der abgetrennten Mutterformen (3) zur Verminderung von Spannungen in den erkalteten Mutterformen (3) .

11. Verfahren zur Herstellung einer stangenförmigen Mutterform, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen einer Glasschmelze (1),

- Läutern der Glasschmelze (1),

- Rühren der Glasschmelze (1),

- Abziehen von Glas aus der Glasschmelze (1) und Einbringen in eine Gießform (50), die mit einem

Gaspolster ausgestattet ist, um eine freie Oberflächenbildung und eine feuerpolierte Oberfläche der gegossenen Mutterform (5) herbeizuführen.

12. Verfahren zur Herstellung einer rundstäbchenförmigen Vorform nach einem der Ansprüche 6 bis 9, umfassend die Schritte: h) Bereitstellen einer rundstangenförmigen Mutterform

(3) mit feuerpolierter Manteloberfläche, i) Erwärmen eines Abschnitts der Mutterform (3) auf eine Temperatur oberhalb der Erweichungstemperatur (E_w) des Glases, j) Ziehen eines Glasstranges (4) aus dem erwärmten. Abschnitt der Mutterform (3) unter freier Oberflächenbildung des gezogenen Glasstranges (4), wobei eine feuerpolierte Manteloberfläche des Glasstranges (4) gebildet wird, k) nach Erkalten, Abtrennen von rundstäbchenförmigen Vorformen (6) von dem Glasstrang (4) .

13. Verfahren zum Herstellen von drehsymmetrischen Linsenrohlingen, umfassend die Schritte:

- Bereitstellen einer Vorform (6) nach einem der Ansprüche 6 bis 9,

- Abtrennen von Abschnitten gleicher Größen von der Vorform (6) zur Bildung von Rohlingen (7) gleichen Volumens.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abschnitte durch Sägen von der Vorform abgetrennt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Abschnitte durch Schleiftrennen von der Vorform abgetrennt werden.