DE3019512A1

DE3019512A1 - Verfahren und vorrichtung zum spritzgiessen, insbesondere von optischen linsen

Info

Publication number: DE3019512A1
Application number: DE19803019512
Authority: DE
Inventors: Joseph L Jerominek; Albert J Laliberte
Original assignee: Omnitech Inc
Current assignee: Omnitech Inc
Priority date: 1979-05-23
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1980-12-04
Also published as: GB2050928A; JPS55158949A

Description

HOEGER₁ STELLRECHI' & PARTNER

PATENTANWALT E UHLANDSTRASSE 14 c ■ D 70OO STUTTGART 1 3013512

/0

A 44 116 b Anmelder: Omnitech Inc.

2o. Mai 19So P.O.Box 683

k - 176 Southbridge, Mass. ol55o

USA

Verfahren und Vorrichtung zum Spritzgießen, insbesondere von optischen Linsen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Spritzgießen von Gegenständen, insbesondere zum gleichzeitigen Spritzgießen von mehreren optischen Linsen mit unterschiedlichen Brennweiten sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens .

Es sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Spritzgießen von optischen Linsen, insbesondere Brillengläsern, bekannt. Beispielsweise beschreibt die US-PS 2 443 826 ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Linsen, bei dem bzw. bei der ein Kunstharz in ein oder mehrere Formhohlräume mit einem Druck eingespritzt wird, der ausreicht, um die Kraft von Vorspannfedern zu überwinden und um Formeinsätze in einem vorgegebenen Maß voneinander zu trennen bzw. um die Formeinsätze in eine vorgegebene Entfernung voneinander zu bewegen, welche durch Anschläge oder dergleichen bestimmt wird. Bei der bekannten Vorrichtung drücken die Vorspannfedern die Formeinsätze zusammen, um das eingespritzte Kunstharz zusammenzupressen und damit einen Kontakt zwischen den Arbeitsflächen der Formeinsätze und den zu formenden Oberflächen

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des herzustellenden"Gegenstandes aufrechtzuerhalten. Da in der genannten Patentschrift keine Angaben enthalten sind, gemäß welchen die Formhohlräume auf irgendeiner bestimmten Temperatur gehalten werden müssen, ist jedoch das einwandfreie Arbeiten der bekannten Vorrichtung ungewiß.

Die US-PS 4 oo8 o31 beschreibt ferner ein Spritzgießverfahren und eine Spritzgießvorrichtung, in der geschmolzenes thermoplastisches Harz zuerst durch einen Durchlaß hindurch in einen geheizten Formhohlraum eingespritzt wird, wobei Hydraulikeinrichtungen, die bei der bekannten Vorrichtung zum Zusammenpressen des eingespritzten Kunstharzmaterials verwendet werden, zunächst nicht betätigt werden, so daß die Formeinsätze, wenn überhaupt, nur einen geringen Druck auf das. eingespritzte Kunstharzmaterial ausüben. Nach Ablauf einer Verzögerjngszeit werden die Hydraulikeinrichtungen betätigt, um das Kunstharz im Formhohlraum zusammenzupressen, wobei ein Teil des Kunstharzes in überlaufräume gedrängt wird, die dem Einlaß im wesentlichen diametral gegenüberliegen. Gemäß den Ausführungen der genannten Patentschrift wird dabei das endgültige Volumen des Formhohlraums und damit die Dicke der spritzgegossenen Linse geregelt, indem man sowohl die Verzögerungszeit zwischen dem Einspritzen und der Betätigung der Hydraulik als auch die Dauer der Petätiaung der Hydraulik variiert. Obwohl durch Reaelung der aenannten Parameter theoretisch eine Einstelluna der

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Linsenstärke möglich erscheint, besteht in der Praxis keine Gewähr dafür, daß die auf diese Weise hergestellte Linse tatsächlich eine definierte Stärke besitzt. Andererseits sind Änderungen in der Linsenstärke offensichtlich in hohem Maße unerwünscht, da sie zu Unterschieden im Brechungsvermögen der Linsen führen. Außerdem hat es sich zwischenzeitlich gezeigt, daß die Formeinsätze vom Einspritzen des Kunststoffmaterials bis zu dessen endgültigem Erstarren kontinuierlich unter Druck gehalten werden sollten. Tatsächlich führt die Regelung des Drucks zur Regelung der Linsenstärke unvermeidlich zu Einschränkungen hinsichtlich der erreichbaren Regelmäßigkeit der Oberflächen der herzustellenden Linsen oder dergleichen. In der Patentschrift wird zwar auch angeregt, als alternative Möglichkeit für die Bestimmung der letztlich erzielten LinsenstMrke Anschläge einzusetzen; derartige Anschläge verhindern aber natürlich, d?ß die Formeinsätze einen Druck auf das Kunstharz ausüben, wenn eine gewisse Schrumpfung eingetreten ist.

Gemäß einem früheren Vorschlag der Anmelderin wurde auch bereits ein Spritzgießverfahren angegeben, welches speziell für das Spritzgießen von optischen Linsen bzw. Brillengläsern mit einem hohen negativen Diontrien-Wert geeignet ist. Gemäß diesem früheren Vorschlag wird eine Kunstharzmenge, die etwa der Masse der fertigen Linse entspricht, mit relativ niedrigem Druck in einen Formhohlraum eingespritzt, der zwischen zwei relativ

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zueinander beweglichen Formeinsätzen liegt und großer ist als die fertige Linse. Nach dem Einspritzen werden die Formeinsätze bei den bekannten Verfahren aufeinander zu bewegt, um die Kunstharzmasse in die gewünschte Form zu pressen. Die Spritzgießform und die FormeinsMtze leiten dabei Wärme aus dem geschmolzenen Material ab, so daß dieses abkühlt, schrumpft und schließlich erstarrt, wenn es die sogenannte "Glas-übergangstemneratur" erreicht. Gleichzeitig wird mit Hilfe der Forr.einsätze kontinuierlich Druck ausgeübt, um jegliche Oberflächenunregelmäßigkeiten aufgrund einer ungleichmgßiaen Abkühlung zu vermeiden.

Obwohl gemäß diesem früher vorgeschlagenen Verfahren prinzipiell präzise Linsen mit beliebiger Erechunascharakteristik hergestellt werden können, eignet sich das frühere Verfahren jedoch nicht ohne weiteres für die wirtschaftliche Herstellung von Linsen, die in das Gebiet der sogenannten Planlinsen fallen und deren Brechungsvermögen bzw. Stärke zwischen etwa +2,ο und etwa -2,ο Dioptrien liegt. Die Notwendigkeit, eine genau dosierte Kunstharzmenge zuzuführen, erzwingt nämlich das Arbeiten mit Spritzgießformen, die nur einen einzigen Formhohlraum aufweisen, da es bei Verwendung einer einzigen Einspritzdüse außerordentlich schwierig wäre, die Kunstharzmenge zu regeln, die den einzelnen Formhohlräumen einer Spritzgießform mit mehreren Formhohlräumen zugeführt wird.

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Obwohl nun das Arbeiten mit nur einen einzigen Formhohlraum aufweisenden Spritzgießformen zur Herstellung von Linsen mit hohem negativem Dioptrien-Wert wirtschaftlich ist, weil derartige Linsen einerseits relativ teuer sind und weil andere Verfahren und Materialien praktisch ungeeignet sind, ist andererseits die Herstellung von schwachen optischen Linsen bzw.Brillen-

gläsern wegen der Verfügbarkeit einer breiten Palette von Materialien und Verfahren in Spritzgießformen mit einem Formhohlraum wegen der hohen damit verbundenen Arbeitskosten wirtschaftlich uninteressant.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Spritzgießen von Gegenständen anzugeben, bei dem bzw. bei der solche Gegenstände mit optisch genauen Oberflächen herstellbar sind, wobei insbesondere auch die Möglichkeit des Arbeitens mit Mehrfach-Spritzgießformen angestrebt wird.

Diese Aufgabe wird, was das Verfahren anbelangt, erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Was die Vorrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anbelangt, so wird die gestellte Aufgabe durch die Vorrichtungen gemäß Anspruch 8, 14 und 15 gelöst.

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Ein wesentlicher Vorteil von Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß sie insbesondere für die wirtschaftliche Herstellung von relativ schwachen Brillengläsern geeignet sind.

Vorteilhaft ist es weiter, daß erfindungsgemäß gleichzeitig mehrere Linsen, und zwar auch Linsen mit unterschiedlicher Form und Brennweite, hergestellt werden
können.

Vorteilhaft ist es auch, daß erfindungsgemäß Linsen
mit exakt vorgegebener Dicke bzw. Stärke hergestellt
werden können.

Es ist auch ein Vorteil von Verfahren und Vorrichtung
gemäß der Erfindung, daß Linsen mit guter optischer
und kosmetischer Qualität hergestellt v/erden können.

Günstig ist es weiterhin, daß erfindungsgemäß gleichzeitig Linsen mit sphärischem Brechüngsvermögen und
Zylinderlinsen hergestellt werden können. Insbesondere ist es erfindungsgemäß möglich, bifokale Vergrößerungslinsen herzustellen, die im oberen Teil im wesentlichen sogenannte.Planlinsen sind und im unteren Teil eine um bis zu +3,oo Dioptrien größere Stärke besitzen.

Die Erfindung betrifft also ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Spritzgießen von optischen Linsen oder anderen Gegenständen mit einer Spritzgießeform, in

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der mindestens ein Paar von Formeinsätzen voraesehen ist, deren einander zugewandte Arbeitsflächen konuslementär zu den einander gegenüberliegenden Oberflächen des fertigen Gegenstandes ausgebildet sind, wobei die Formeinsätze in einem ersten bzw. einem zweiten Formelement montiert sind und wobei die Formelemente zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung beweglich sind. Die Forraeinsätze sind dabei in der Schließstellung der Formelemente aufeinander zu und voneinander weg bewegbar, um einen Formhohlraum zu definieren. Dabei sind die Formeinsätze federnd gegeneinander vorgespannt und relativ zueinander beweglich, wobei ihr größter Abstand zwangsweise durch Anschläoe oder dergleichen vorgegeben wird. Eei geschlossenen Formelementen wird nun in den Formhohlraum heißes, synthetisches Kunstharz mit einem Einspritzdruck eingespritzt, der die Vorspannung überwindet und die Formeinsätze auf den vorgegebenen Abstand auseinanderdrückt. Wenn dann das eingespritzte Kunstharz abkühlt und dabei von dem Diastischen in den glasförmigen Zustand gelangt, während es gleichzeitig schrumpft, halten die federnd vorgespannten Formeinsätze Druckkontakt mit den gegenüberliegenden Flächen des zu spritzenden Gegenstandes, um während des Abkühlens die Bildung von Oberflächenunregelmäßigkeiten zu verhindern. Während des Abkühlens werden die Oberflächen des Formhohlraums dabei auf einer unmittelbar unter der Glas-Übergangstemperatur des verwendeten Kunstharzes liegenden Temperatur gehalten, um die Abkühlung der einzelnen Bereiche

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des gespritzten Gegenstandes zu kontrollieren.

Da die Menge des in den Formhohlraum eingespritzten Kunstharzes und damit die Dicke der fertigen Linse von Anschlägen des Formeinsatzes und nicht durch den Einspritzdruck bestimmt wird, kann das erfindungsgemäße Verfahren ohne weiteres auch beim Arbeiten mit Spritzgießformen mit mehreren Formhohlräumen angewandt werden, die über eine einzige Einspritzdüse gefüllt werden. Der konstante Druck der federnden Vorspanneinrichtungen der Formeinsätze stellt ferner sicher, daß sämtliche Teile des Formhohlraums einschließlich sich verengender Bereiche beim Einspritzen des Kunststoffes völlig gefüllt werden. Da sich schließlich die optimale Temperatur im Formhohlraum und der optimale Druck der Formeinsätze bei verschiedenen schwachen Linsen nur geringfügig unterscheiden, ist das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne weiteres geeignet, in einer einzigen Spritzgießform mit mehreren Formhohlräumen gleichzeitig Linsen unterschiedlicher Brennweite herzustellen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Verfahrens werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform einer

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Spritzgießform mit nur einem einzigen Pormhohlraum zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Fig. 2 eine Unteransicht des oberen Formelements einer mehrere Formhohlräume aufweisenden Spritzgießform zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, d.h. zum gleichzeitigen Spritzgießen von optischen Linsen unterschiedlicher Brennweite und

Fig. 3 einen vergrößerten Teil-Puerschnitt durch die Spritzgießform gemäß Fig. 2 längs der Linie 3-3 in dieser Figur.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Spritzgießform Io gemäß der Erfindung, welche eine erste Formhälfte 12 und eine zweite Formhälfte 14 aufweist, wobei die beiden Formhälften 12, 14 aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind und sich bei geschlossener Form Io längs einer Formtrennlinie a-a treffen. Die erste Formhälfte 12 besitzt eine äußere Platte 16 und eine innere Platte 18, deren Innenseite bei geschlossener Form Io gemäß Fig. 1 in einer Ebene mit der Trennlinie a-a liegt. Eine Aussparung in der inneren Platte 18 ist mit einer zylindrischen Auskleidung 2o versehen, welche der Aufnahme eines festen Linseneinsatzes 22 dient, der eine konkave Arbeits- oder

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Formfläche besitzt, die komplementär zur konvexen Oberfläche der herzustellenden Linse ist. Eine Maschinenschraube 24 oder dergleichen, welche die äußere Platte 16 durchgreift, hält den Linseneinsatz 22 in der Auskleidung 2o der ersten Formhälfte 12. In der inneren
Platte 18 ist ferner ein ringförmiger Heizkanal 26
vorgesehen, der koaxial zu dem Linseneinsatz 22 angeordnet ist und dem heißes öl oder dergleichen aus einer geeigneten Quelle zuführbar ist, wie dies beispielsweise in einer früheren Anmeldung der Anmelderin (US-Serial number 932,442) gezeigt ist, um die Arbeitsfläche des Einsatzes 22 auf einer geeigneten Temperatur zu halten, wie dies weiter unten noch erläutert
wird.

Die zweite Formhälfte 14 weist eine mittlere Platte auf, die zwischen einer inneren Platte 34 und einer
Formbasis 3o angeordnet ist. Eine Bohrung in der inneren Platte 34 ist mit einer zylindrischen Auskleidung 36 versehen, welche der Aufnahme eines beweglichen Linseneinsatzes 38 dient, der eine konvexe Arbeitsfläche aufweist, die komplementär zur konkaven Fläche der zu gießenden Linse ausgebildet ist. Der bewegliche Linseneinsatz 38 ist am inneren Ende einer Auswerferstanoe
4o montiert, welche in axialer Richtung bezüglich einer zylindrischen Kompressionshtilse 46 beweglich ist. Die Hülse 46 ist in axialer Richtung bezüglich der mittleren Platte 32 beweglich. Eine erste Buchse 42 führt dabei die Hülse 46 bezüglich der mittleren Platte 32,

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während eine zweite Buchse 44 die Auswerferstange 4o gegenüber der Kompressionshülse 46 führt.

Zwischen der Hülse 46 und der Formbasis 3o sind mehrere, die Stange 4o umgebende Tellerfedern 52 angeordnet. Die Tellerfedern 52 drücken die Hülse 46 und damit den Linseneinsatz 38 in eine Endstellung - in Fig. 1 nach links - welche durch einen Stellring 6o vorgegeben ist, welcher auf die Hülse 46 aufgeschraubt ist. Zwischen den Tellerfedern 52 und der Kompressionshülse 46 einerseits sowie der Formbasis 3o andererseits ist jeweils eine Unterlagscheibe 48 bzw. 5o angeordnet. Eine zylindrische Buchse 54 dient der Ausrichtung bzw. Führung der Auswerferstange 4o bezüglich der Formbasis 3o. Zwischen der Formbasis 3o und einem Kopf 58 der Auswerferstange 4o sind ferner mehrere Tellerfedern 56 angeordnet, welche die Auswerferstange 4o - in Fig. 1 nach rechts - von der ersten Formhälfte 12 weg vorspannen. Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß der bewegliche Linseneinsatz 38, ausgehend von seiner Grundstellung, die in Fig. 1 in ausaezogenen Linien gezeichnet ist, axial in beiden Richtungen beweglich ist. Jedes Mal, wenn der Linseneinsatz 38 nach links aus der Auskleidung 36 herausbewegt wird, was beim Auswerfen der gegossenen Linse geschieht, dann ziehen die Tellerfedern 56 den Einsatz 38 mit einer Kraft von etwa 1,83 kp/cm in die Auskleidung 36 zurück. Wenn der Linseneinsatz 38 dagegen aus der Grundstellung nach rechts bewegt wird, d.h. tiefer in die

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Auskleidung 36 hinein, dann werden die Tellerfedern 52 wirksam und versuchen, den Einsatz 38 aus der Auskleidung 36 mit einer Kraft von etwa 53,4 kp/cm herauszudrücken, wobei die Federwirkung der Tellerfedern 56 berücksichtigt ist. Die lineare Verschiebung aus der in ausgezogenen Linien gezeichneten Grundstellung und der gestrichelt eingezeichneten Kompressionsstellung muß nur geringfügig größer sein als dies aufgrund der Materialschrumpfung beim Abkühlen des Kunstharzes aus seiner Einspritztemperatur auf seine Erstarrungstemperatur erforderlich ist. Bei einer Linse aus einem typischen Polykarbonat und bei einer Einspritztemperatur von etwa 31o°C beträgt diese Schrumpfung etwa o,64 mm.

Die innere Platte 34 ist mit einem Heizkanal 62 versehen, der koaxial zu dem Linseneinsatz 38 angeordnet ist und dem heißes öl oder dergleichen aus einer geeigneten Quelle zuführbar ist, um au^h die zweite Formhälfte 14 auf die gewünschte Temperatur aufheizen zu können. Vorzugsweise sind an geeigneten Punkten der Formhälften 12 und 14 ein oder mehrere Thermoelemente (nicht dargestellt) vorgesehen, um die Formtemperatur und die Temperatur des den Heizkanälen 26 und 62 zugeführten heißen Öls oder dergleichen zu überwachen.

Die Formhälften 12 und 14 sind mit fluchtenden Aussparungen 64 und 66 zur Aufnahme einer Spritzdüse 72 versehen, durch die das heiße Kunstharz, beispielsweise ein Polykarbonat, in den Formhohlraum 28

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eingespritzt werden kann, der durch die Linseneinsätze 22 und 38 sowie die Auskleidungen 2o und 36 definiert ist. Eingeschnittene Oberflächenbereiche 6$ und 7o bilden einen Kanal zwischen der Spritzdüse 72 und dem Formhohlraum 28.

Beim Arbeiten mit der Spritzgießform Io werden die Formhälften 12 und 14 gegeneinanderbewegt, bis sie sich an der Formtrennlinie a-a treffen, und die Spritzdüse 72 wird in die durch die Aussparungen 64, 66 definierte Öffnung eingesetzt. Anfangs wird dabei der Linseneinsatz 38 von den Tellerfedern 52 in Richtung auf den Linseneinsatz 22 bis in eine Stellung gedrückt, die durch den Stellring 6o bestimmt wird. Diese Stellung ist als Grundstellung in Fig. 1 in ausgezogenen Linien eingezeichnet. Die Tellerfedern 52 üben dabei vorzugsweise eine Vorspannkraft von et*?a

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55,2 kp/cm aus. Anschließend wird über die Spritzdüse 72 das heiße und zähe Kunstharz in den Formhohlraum 28 gespritzt, und zwar bei einem Polykarbonatharz mit einer Temperatur von etwa 31o°C und mit einem ausreichenden Druck von beispielsweise 7o,3 kp/cm , um den Linseneinsatz 38 in die in Fig. 1 gestrichelt eingezeichnete Stellung zu drücken ^ in der sich die Rückseite des Einsatzes 38 an der Innenseite der Kompressionshülse 46 abstützt.

Anschließend an den oben beschriebenen Spritzvorgang lässt man das Kunstharz im Formhohlraum abkühlen, bis

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es die Temperatur der Formoberflachen erreicht. Eeirn Arbeiten mit einem Polykarbonat-Kunstharz v/erden die Formhälften 12 und 14 dabei vorzugsweise auf einer Temperatur von etwa 138°C gehalten. Während das Kunstharz abkühlt und sein Volumen abnimmt, halten die Tellerfedern 52 das Kunstharz unter einem resultierenden Kompressionsdruck von etwa 53,4 kp/cm~, um sicherzustellen, daß die Form der Linsenoberflächen genau der Form der Arbeitsflächen der Einsätze 22 und 38 entspricht. Wenn eine ausreichend lange Zeit vergangen ist, um das Kunstharz auf die Glas-tlbergangstemperatur von etwa 157°C abkühlen zu lassen, werden die Forrthälften 12 und 14 auseinander bewegt, um die gegossene Linse herauszunehmen. Beim Arbeiten mit einem PoIykarbonat-Harz ist bei der betrachteten Spritzgießform Io eine Abkühlzeit von etwa 9o Sekunden ausreichend. Wenn die Formhälften 12 und 14 von der Trennlinie a-a wog bewegt werden, trifft der Kopf 53 der Auswerferstange 4o auf eine stationäre Auswerferplatte 74, so daß der Linseneinsatz 38 entgegen der Kraft der Tellerfedern 56 aus der Auskleidung 36 herausgedrückt wird, wodurch die gegossene Linse aus der zweiten Formhälfte 14 herausgedrückt wird.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß dann, wenn der Linseneinsatz 28 mit konkav gewölbter Arbeitsfläche und der Linseneinsatz 38 mit konvex gewölbter Arbeitsfläche jeweils Arbeitsflächen besitzen, die Kugelkalotten sind, die damit hergestellte Linse

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eine konkav-konvexe Linse mit sphärischem Brechungsvermögen ist. Wenn der Linseneinsatz 38 an der Arbeitsfläche torusförmig ausgebildet ist, während beim Linsen einsatz 28 eine sphärische Arbeitsfläche beibehalten wird, ergibt sich eine Linse mit sphäro-zylindrischen Brechungseigenschaften, und zwar im betrachteten Fall eine Torus-Zerstreuungslinse. Um die Anpassungsfähiakeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter zu demonstrieren, sei darauf hingewiesen, daß der Einsatz 38 auch eine polierte sphärische Arbeitsfläche haben kann, während der Einsatz 28 eine Arbeitsfläche aus zwei sphärischen Bereichen aufweist,, von denen der eine einen Radius aufweist, der so gewählt ist, daß sich eine Plan-Linse ergibt, während der andere einen kleineren Radius aufweist, der so berechnet ist, daß sich eine sphärische Linse bzw. eine Vergrößerungslinse ergibt, so daß man insgesamt eine bifokale Linse ohne optische Korrektur (daher Plan-Linse) im oberen oder Fernbereich erhält, bei der der untere Bereich oder Nahbereich eine zusätzliche Vergrößerung bewirkt. Derartige Linsen sind bei vergrößernden Sehhilfen nützlich.

Fig. 2 und 3 dienen 'der Erläuterung eines abgewandelten Ausführungsbeispiels, nämlich einer Mehrfach-Form. Im einzelnen ist eine Spritzgießform 8o vorgesehen, welche eine obere Formhälfte 82 und eine untere Formhälfte 84 aufweist,die einander an einer Formtrennlinie b-b gegenüberliegen. Die Formhälften 82 und 84 definieren

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sechs Formhohlräume 86, 88, 9o, 92, 94 und 96, die beispielsweise zu zwei Reihen mit je drei Formhoh!räumen geordnet, sind. In die" Formhohlräume 86 bis 96 kann über eine Spritzdüse Io2 und einen vertikalen Kanal loo im oberen Formteil 82 sowie über ein an der Unterseite der oberen Formhälfte 82 vorgesehenes horizontales Zuleitungssystem 98, welches mit allen Formhohlräumen 86 bis 96 in Verbindung steht, ein geeignetes thermoplastisches Harz, beispielsweise ein Polykarbcnat-Harz, zugeführt werden. Da die Formhohlräume mit Ausnahme der unten noch zu beschreibenden Besonderheiten untereinander identisch sind, werden nachstehend Aufbau und Funktion der Spritzgießform 8o detailliert unter Bezugnahme auf die Vorgänge im Formhohlraum 9o beschrieben.

Die obere Formhälfte 82 weist eine obere Platte Io4 und eine untere Platte Io6 auf. Die untere Platte Io6 weist eine öffnung mit einer Auskleidung Io8 auf, welche der Aufnahme eines festen Linseneinsatzes llo dient. Ein die obere Platte Io4 durchgreifender Schraubbolzen 112 befestigt den Linseneinsatz llo im Inneren der Auskleidung Io8. Heißes öl aus einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) zirkuliert durch einen ringförmigen Heizkanal 114 in der unteren Platte Io6, wobei der Ringkanal koaxial zum Linseneinsatz llo angeordnet ist, um die Formhälfte 82 auf einer geeigneten Temperatur zu halten, die geringfügig unter der Glas-Übergangstemperatur des Materials liegt, aus dem die Linse gegossen wird.

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Die untere Formhälfte 84 v/eist eine obere Platte IIS auf, die durch eine untere Platte 116 abgestützt wird. In einer öffnung der oberen Platte 118 ist eine Auskleidung 12o vorgesehen, welche der Aufnahme eines beweglichen Linseneinsatzes 122 dient. Ein Schraubbolzen 124 dient der lösbaren Befestigung des Linseneinsatzes 122 an einer beweglichen Einsatzstange 126. Eine Buchse 136 in der unteren Platte 116 nimmt die hülsenförmiqe Einsatzstange 126 axial gleitverschieblich auf. Eine Packung von Tellerfedern 134, die in einer Aussparung an der Oberseite der unteren Platte 116 angeordnet sind und die Einsatzstange 126 umgeben, dient dazu, den Linseneinsatz 122 nach oben in eine Grundstellung vorzuspannen, die ausgehend von einer tieferen Stellung erreicht wird, wenn der Kopf der Einsatzstange 126 sich an der Unterseite der unteren Platte 116 abstützt. Eine Unterlagscheibe 132 dient als Stützfläche für die unterste Teilefeder 134, während eine Unterlagscheibe 13o als Stützfläche für die oberste Tellerfeder 134 dient. Zwischen der Einsatzstange 126 und dem Linseneinsatz 122 sind ferner ein oder mehrere Distanzelemente 128 vorgesehen. Ein Heizkanal 138, der den Linseneinsatz 122 in Umfangsrichtung umgibt, wird mit heißem öl aus einer geeigneten Quelle (nicht dargestellt) gespeist, um die Oberflächen des Formhohlraums 9o auf einer geeigneten Temperatur zu halten, die unmittelbar unter der Glas-Übergangstemperatur des Linsenmaterials liegt.

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Der benachbarte Formhohlraum 92 muß mit dem Formhohlraum 9o nicht identisch sein, sondern kann zwei Linseneinsätze lloa und 122a enthalten, die so geformt sind, daß sich eine Linse ergibt, deren Brennweite von der Brennweite der in dem Formhohlraum 9o gegossenen Linse verschieden ist. Jeder der Formhohlräume 86 bis 96 kann dazu verwendet werden, Linsen mit anderem Brechungsvermögen gemäß einer gewünschten Verteilung herzustellen, da für Linsen mit etwa gleicher Brennweite nahezu identische Optima für die Spritzbedingungen und die Kunstharz zusammensetzung bestehen. Für jeden Formhohlraum ergibt sich das Volumen der durch Spritzgießen hergestellten Linse durch den Abstand zwischen den Linseneinsätzen Ho und 122 bei der tiefsten Stellung des Einsatzes 122 (Federteller 134 voll zusammengedrückt), die in Fig. 3 mit gestrichelten Linie eingezeichnet ist. Diese unterste Endstellung kann für die einzelnen Formhohlräume auf jede geeignete Weise eingestellt werden, beispielsweise durch Verwendung einer unterschiedlichen Anzahl von Distanzelementen 128,durch Verwendung von Distanzelementen 128 unterschiedlicher Dicke oder durch zusätzliche Anschläge (nicht dargestellt) zwischen den Distanzelementen 128 und der Platte 116.

Das Arbeiten mit der Spritzgießform 8o erfolgt ähnlich wie bei der Spritzgießform Io. Wenn die Formhälften 82 und 84 zusammenbewegt sind, wird das thermoplastische Kunstharz in schmelzflüssigem Zustand in die Form-

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hohlräume, beispielsweise den Formhohlraum 9o, aus der Spritzdüse Io2 eingespritzt, wobei mit einem Druck gearbeitet wird, der ausreichend hoch ist, um die Formhohlräume zu füllen und um die Linseneinsätze mit dem Einsatz 122 in die in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnete Endstellung zu bewegen. Das eingespritzte Kunstharz kann dann mit einer Geschwindigkeit, die durch die geregelte Temperatur der Formhohlräume bestimmt wird, auf seine Glas-Übergangstemperatur abkühlen. Während das Kunstharz bei seiner Abkühlung schrumpft, wird das Kunstharz durch die an den den Einsatz 122 umfassenden Einsätzen wirksame Druckkraft kontinuierlich weitergeformt, so daß jegliche Oberflächenunregelmäßigkeiten aufgrund einer ungleichmäßigen Abkühlung verhindert werden. Wenn das gesamte Kunstharz auf seine Glas-Übergangstemperatur abgekühlt ist, ist seine Form stabil, so daß die Linsen nunmehr aus der Spritzgießform. Io ausgestoßen werden können.

Versuche mit der Spritzgießform 8ο zeigten, daß die Qualität der fertigen Linsen in hohem Maße von der Formhohlraum-Temperatur abhängig ist. Bei der Verarbeitung von Polykarbonat-Harz war beispielsweise bei Formtemperaturen zwischen etwa 93 und 116°C die Abkühlung der äußeren Linsenteile so schnell, daß die Linseneinsätze nicht mehr in der Lage waren, das schrumpfende Kunstharz neu bzw. weiterzuformen. Im Ergebnis wurden daher Linsen erhalten, die denjenigen Linsen glichen, welche in Formen mit festen Linseneinsätzen

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hergestellt werden und welche an den Enden der Spritzkanäle die üblichen Verzerrungen in Form von sogenannten Bildrahmen (picture framing)- und Abschrägungs (splay)-Marken aufwiesen. Ab einer Formtemperatur von etwa 116°C begannen die Abschrägungs-Marken zu verschwinden/ während an der Linse ringförmige Kompressionsmuster erschienen, die anzeigten, daß die Tellerfedern 134 zu wirken begannen. Die Bildrahmen-Marken, die bei einer Temperatur von etwa 116°C noch immer sichtbar waren, verschwanden, wenn die Formtemperatur auf etwa 138⁰C angehoben wurde. Ein weiteres Anheben der Temperatur über diese Temperatur hinaus führte nicht zu einer Verbesserung der fertigen Linsen, sondern im Gegenteil zu wellenförmigen Verzerrungsmarken.

Es zeigte sich, daß eine Zykluszeit von 90 Sekunden angemessen war, um sicherzustellen, daß die Linse vollständig auf die Glas-Übergangsteitiperatur des PoIykarbonat-Harzes, d.h. auf etwa 151⁰C, abkühlte. Weiterhin zeigte es sich, daß der Spritzdruck zum Vermeiden eines "Blasens" der Spritzgießform 80 und der damit verbundenen unerwünschten Effekte (Gratbildung und dergleichen) so niedrig wie möglich gewählt werden sollte, jedoch hoch genug, um die durch die Tellerfedern ausgeübte Vorspannung zu überwinden. Weiterhin zeigte es sich, daß ein thermoplastisches Kunstharz vorzugsweise senkrecht eingespritzt wird, wie dies in Fig. 1 und 3 gezeigt ist. Andererseits können die Spritzgießformen 1o und 8o jedoch auch bei

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einer anderen geeigneten Orientierung benutzt werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst wird. Es wird gezeigt, daß Spritzgießverfahren und -vorrichtung gemäß der Erfindung geeignet sind, Linsen herzustellen, welche optisch genau sind und ein gutes Aussehen besitzen. Insbesondere sind Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung für die Herstellung von Linsen mit schwacher Krümmung geeignet, wobei sowohl Linsen mit Torus- und Zylinderflächen als auch Bifokallinsen hergestellt werden können. Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung sind außerdem geeignet, in einem Arbeitsgang gleichzeitig mehrere Linsen herzustellen, ohne daß mit hohen Einspritzdrücken gearbeitet werden müsste. Schließlich sind Verfahren und Vorrichtung gemäß der Erfindung geeignet, gleichzeitig optische Linsen, insbesondere für Brillen, herzustellen, welche unterschiedliche Brennweiten haben.

Abschließend sei noch darauf hingewiesen, daß vorstehend lediglich bevorzugte Ausführungsbeispiele erläutert wurden und daß die Erfindung keineswegs auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Vielmehr stehen dem Fachmann, ausgehend von den Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/oder Ergänzungen zu Gebote, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste.

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Claims

HOEGER, STEL^REChT & PARTNER

P A T Ξ N T /. N W Ä ·. T E

UHLANDSTRASSE 14C-D 7OC0 Stuttgart ι j U I y U I

A 44 116 b Anmelder: Omnitech Inc.
2o. Mai 198o P.O.Box 683

Southbridge, Mass. ol55o

USA

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen von Kunststoffaegenständen in einer Form mit einem Paar von Formelementen
die relativ zueinander zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung beweglich sind und die
mit mindestens einem Paar von zugeordneten Formeinsätzen versehen sind, die bei in der Schließstellung befindlichen Formelementen relativ zueinander
beweglich sind, um einen Formhohlraum zu bilden,
die federnd gegeneinander vorgespannt sind und die
nur in einem vorgegebenen Ausmaß voneinander trennbar bzw. auseinander bewegbar sind,
gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte :

Man bewegt die Formelemente in die Schließstellung; man spritzt eine Masse aus heißem, viskosem Kunstharz in den mindestens einen Formhohlraum mit einem Spritzdruck ein, der ausreichend ist, um die Federvorspannung zu überwinden und die Formeinsätze in
dem vorgegebenen Ausmaß voneinander zu trennen,
und

man hält die Oberflächen des mindestens einen Formhohlraums auf einer unmittelbar unter der Glas-

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Übergangstemperatur des betreffenden Kunstharzes liegenden Temperatur, während das 'Kunstharz auf diese Glas-Übergangstemperatur abkühlt, um das Abkühlen der Kunstharzmasse zu regeln und um e'en federnd vorgespannten Formeinsätzen ein Zusammenpressen der abkühlenden Masse und ein ständiges Weiterformen derselben zu ermöglichen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die heiße, viskose Kunstharzmasse gleichzeitig in mehrere Formhohlräume einspritzt und dort unter den vorgegebenen Bedingungen erstarren lässt.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Kunststoffgegenstände optische Linsen, insbesondere für Brillen, herstellt und daß man Formeinsätze verwendet, deren einander paarweise gegenüberliegende Arbeitsflächen komplementär zu den einander gegenüberliegenden Oberflächen der optischen Linsen ausgebildet sind.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man sphärische Linsen mit mehr als - 2,oo Dioptrien herstellt.

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5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man sphärische Linsen mit zwischen -2,oo und +2,oo Dioptrien und Zylinderlinsen mit ο bis +2_foo Dioptrien herstellt.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als optische Linsen Bifokallinsen herstellt, die einen ersten Bereich in Form einer Planlinse und einen zweiten Eereich in Form einer sphärischen Linse mit etwa ο bis +3,oo Dioptrien aufweisen.

7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der gleichzeitigen Herstellung mehrerer optischer Linsen Paare von Formeinsätzen verwendet, deren Arbeitsflächen komplementär zu Linsenoberflächen von optischen Linsen mit unterschiedlicher Brennweite ausgebildet sind.

8. Vorrichtung zum Spritzgießen von Gegenständen aus Kunstharz, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: es ist ein Paar von trennbaren Formelementen vorgesehen ;

es ist mindestens ein Paar von einander zugeordneten Formeinsätzen vorgesehen, die von den Formelementen aufgenommen v/erden und zwischen sich einen Formhohlraum bilden?

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es sind Vorspanneinrichtungen vorgesehen, um die Formeinsätze paarv/eise federnd gegeneinander vorzuspannen;

es sind Anschlageinrichtungen voraesehen, um die Trennung der Formeinsätze über ein voraeaebenes Ausmaß hinaus zwangsläufig zu verhindern; es sind Einspritzeinrichtungen vorgesehen, um heißes, viskoses Kunstharz in den mindestens einen Formhohlraum mit einem Einspritzdruck einzuspritzen, der ausreicht, um die Vorspanneinrichtungen zu überwinden und die Formeinsätze in dem vorgegebenen Ausmaß zu trennen, wobei die Vorsnanneinrichtungen nach dem Einspritzen auf die Formeinsätze wirken, um die eingespritzte Kunstharzmasse zusammenzupressen, während sie auf die Glas-übergangstemperatur dieses Harzes abkühlt, und es sind Heizeinrichtungen vorgesehen, um die Oberfläche des mindestens einen Formhohlraums auf einer geringfügig unter der Glas-Übergangstemperatur des betreffenden Harzes liegenden Temperatur zu halten und die Abkühlung der Kunstharzmasse zu regeln.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Kunstharz eine Polykarbonatharz vorgesehen ist.

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Ιο. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen des mindestens einen Formhohlraums auf eine Temperatur von etwa 138°C aufgeheizt sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder lo, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz mit einer Temperatur von etwa 31o°C in den mindestens einen Formhohlraum eingespritzt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Vorspanneinrichtungen eine solche Kraft auf die Formeinsätze ausübbar ist, daß sich an deren Oberflächen ein Druck von etwa

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53,4 kp/cm ergibt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in den Formelementen mehrere einander zugeordnete Paare von Formeinsätzen vorgesehen sind, wobei jedes Paar von Formeinsätzen einen Formhohlraum definiert.

14. Vorrichtung zum Spritzgießen von Gegenständen aus Kunstharz, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

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es sind ein erstes und ein zweites Formelement vorgesehen, die zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung relativ zueinander beweglich sind;

es sind ein erster und ein zweiter Formeinsatz vorgesehen, die einander zuqewandte Arbeitsflächen besitzen, welche komplementär zu den einander gegenüberliegenden Flächen des Gegenstandes ausgebildet sind;

es sind den Formeinsätzen zugeordnete Befestigungseinrichtungen vorgesehen, welche die Formeinsätze derart haltern, daß sie bei in der Schließstellung befindlichen Formelementen aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, um einen Formhohlraum zu bilden;

es sind erste Vorspanneinrichtungen vorgesehen, um den zweiten Formeinsatz federnd in Richtung auf den ersten Formeinsatz vorzuspannen; es sind erste Anschlageinrichtungen vorgesehen, um eine von dem ersten Formeinsatz weg gerichtete Bewegung des zweiten Formeinsatzes zwangsläufig auf ein vorgegebenes Maß zu begrenzen; es sind Einspritzeinrichtungen vorgesehen, um in den Formhohlraum heißes, viskoses Kunstharz nit einem Einspritzdruck einzuspritzen, der ausreicht, um die Vorspannung der ersten Vorspanneinrichtungen zu überwinden und die Formeins?tze um das voraecrebene Maß auseinander zu bewegen, wobei die ersten Vorspanneinrichtungen nach dem Einspritzen auf die Formeinsätze wirken, um die eingespritzte

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Kunstharzmasse zusammenzupressen, während sie auf die Glas-Übergangstemperatur abkühlt; es sind zweite Anschlageinrichtungen voraesehen, um eine auf den ersten Formeinsatz zu gerichtete Bewegung des zweiten Fonneinsatzes auf ein vcrcegebenes Haß zu begrenzen;

es sind zweite Vorsnanneinrichtunaen vorgesehen, welche den zweiten Formeinsatz federnd unter einer von dem ersten Formeinsatz weg gerichteten Vorspannung halten und

es sind zweite Anschlageinrichtungen für den zweiten Formeinsatz auf dessen dem ersten Formeinsatz abgewandter Seite vorgesehen, wobei die zweiten Anschlageinrichtungen und das zweite Formelement derart relativ zueinander beweglich sind, daß der zweite Formeinsatz zum Auswerfen des spritzgegossenen Gegenstandes über das vorgegebene Maß hinaus in Richtung auf den ersten Formeinsatz ausfahrbar ist.

15. Vorrichtung zum Spritzgießen von Gegenständen aus Kunstharz, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: es sind ein erstes und ein zweites Formelement vorgesehen, die zwischen einer Offensteilung und einer Schließstellung relativ zueinander beweglich sind;

es sind ein erster und ein zweiter Formeinsatz vorgesehen, die einander zugewandte Arbeitsflächen

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besitzen, welche komplementär" zu den einander gegenüberliegenden Flächen des Gegenstandes ausgebildet sind;

es sind den Formeinsätzen zugeordnete Befestigungseinrichtungen vorgesehen, welche die Formeinsätze derart haltern, daß sie bei in der Schließstellung befindlichen Formelementen aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind, um einen Formhohlraum zu bilden;

es sind erste Vorspanneinrichtungen vorgesehen, um den zweiten Formeinsatz federn in Richtung auf den ersten Formeinsatz vorzuspannen; es sind erste Anschlageinrichtungen vorgesehen, um eine von dem ersten Formeinsatz weg gerichtete Bewegung des zweiten Formeinsatzes zwangsläufig auf ein vorgegebenes Maß zu begrenzen; der zweite Formeinsatz ist in dem zweiten Formelement derart montiert, daß er normalerweise eine Grundstellung einnimmt und aus dieser Grundstellung nach außen von dem Formelement weg in eine ausgefahrene Stellung bewegbar ist; es sind Einspritzeinrichtungen vorgesehen, um in den Formhohlraum heißes, viskoses Kunstharz zum Spritzgießen des Gegenstandes einzuspritzen; es sind zweite Vorspanneinrichtungen vorgesehen, welche den zweiten Formeinsatz federnd unter einer von dem ersten Formeinsatz weggerichteten Vorspannung in der Grundstellung halten und

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es sind zweite Anschlageinrichtungen für den
zweiten Formeinsatz auf dessen dem ersten Formeinsatz abgewandter Seite vorgesehen, wobei die zweiten Anschlageinrichtungen und das zweite
Formelement derart relativ zueinander beweglich sind, daß der zweite Formeinsatz zum Auswerfen des spritzgegossenen Gegenstandes über das vorgegebene Maß hinaus in Richtung auf den ersten
Formeinsatz in seine ausgefahrene Stellung ausfahrbar ist.

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