DE1113794B

DE1113794B - Apparatus for molding lenses, etc. from glass at high pressure and high temperature

Info

Publication number: DE1113794B
Application number: DEO7073A
Authority: DE
Inventors: Dr Hans Rohrbach
Original assignee: Optische Werke G Rodenstock
Current assignee: Optische Werke G Rodenstock
Priority date: 1959-11-10
Filing date: 1959-11-10
Publication date: 1961-09-14

Description

Vorrichtung zum Formen von Linsen usw. aus Glas bei hohem Druck und hoher Temperatur Es ist bekannt, gläserne Gegenstände, z. B. Linsen, aus Stücken herzustellen, die genügend hoch erhitzt, aber als noch feste Körper in vorhandene Formen eingelegt werden und mit Hilfe von mechanischen Pressen in eine neue Gestalt umgepreßt werden. Es ist auch bekannt, in ähnlicher Art Körper aus Kunststoff zu formen.Device for molding lenses, etc. from glass at high pressure and high temperature It is known to use glass objects, e.g. B. Lenses, from pieces to produce which are heated sufficiently high, but as a still solid body in existing ones Molds are inserted and with the help of mechanical presses in a new shape are pressed over. It is also known to have bodies made of plastic in a similar manner to shape.

Diese bekannten Verfahren haben den Nachteil, daß nur annähernd genaue optische Körper erzeugt werden können, während sehr präzise optische Linsen, insbesondere aus Glas, nicht hergestellt werden können.These known methods have the disadvantage that only approximately accurate Optical bodies can be created while very precise optical lenses, in particular made of glass, cannot be made.

Es ist bekannt, Linsen, Prismen oder andere sehr genaue optische Glasteile in der Weise herzustellen, daß flüssiges Glas, dessen Temperatur etwa 200 bis 300° C über der Schmelztemperatur liegt, aus einem elektrisch beheizten Behälter durch eine Rohrleitung unter hohem Druck, etwa von 50 bis 200 atü, in eine Form eingeleitet wird. Die Form entspricht der des gewünschten fertigen Glaskörpers hinsichtlich Oberfläche und Größe; es besteht so die Möglichkeit, außer sehr genauen Linsen mit Kugelflächen auch asphärische Linsen genau herzustellen, was bisher durch Schleifen nur mäßig genau möglich war.It is known to have lenses, prisms or other very precise optical glass parts in such a way that liquid glass, the temperature of which is about 200 to 300 ° C above the melting temperature, from an electrically heated container a pipe under high pressure, about 50 to 200 atmospheres, introduced into a mold will. The shape corresponds to that of the desired finished glass body Surface and size; so there is the possibility of using exceptionally precise lenses Spherical surfaces also produce aspherical lenses precisely, which was previously done by grinding was only possible with moderate accuracy.

Erfindungsgemäß wird die übliche zweiteilige Form so angeordnet, daß ihre Symmetrieachse horizontal liegt, wobei die beiden etwa senkrechten Flächen, welche die brechenden Linsenflächen formen, die Oberfläche von je einem links und einem rechts gelagerten Stempel darstellen. Die Umfangs-Fläche einer solchen Linsenform, die den Linsenrand bestimmt, wird dabei durch einen Ringschieber gebildet, der horizontal und konzentrisch zur Formachse verschoben werden kann. Die Form besteht also aus einem rechten und einem linken Matrizenkörper oder Stempel und dem konzentrisch dazu liegenden Rundschieber. Die Oberflächen der Matrizenstempel werden feinstgeschliffen und hochglanzpoliert, wobei vorher durch Schmieden die Oberfläche jeder Matrize möglichst hoch im Gefüge verdichtet werden kann.According to the invention the usual two-part form is arranged so that their axis of symmetry is horizontal, with the two approximately vertical surfaces, which form the refractive lens surfaces, the surface of one left and one a stamp on the right. The circumferential surface of such a lens shape, which determines the edge of the lens, is formed by a ring slide that is horizontal and can be shifted concentrically to the mold axis. So the shape consists of a right and a left die body or punch and the concentric to this lying round slide. The surfaces of the die punches are finely ground and polished to a mirror finish, having previously forged the surface of each die can be compressed as high in the structure as possible.

Der konzentrische Schieber .trägt an einer Stelle seines Umfanges eine schlitzförmige Öffnung, die auf der Außenseite mit dem Flüssigglasgefäß verbunden ist, das unter hohem Druck steht. Es kann also bei einer Stellung des Schiebers, bei der die Schlitzöffnung mit dem Umfang der Linsenpreßform korrespondiert, flüssiges Glas unter hohem Druck in die Form einfließen. Von blanken Oberflächen der Stempel ergeben sich bei genügend hohem Druck und genügend hoher Temperatur so hochwertige Glasoberflächen, daß ohne zusätzliche Schleifarbeit oder Politur optisch vollkommen einwandfreie und hochwertige Linsen entstehen.The concentric slide. Carries at one point on its circumference a slit-shaped opening that connects on the outside with the liquid glass vessel is under high pressure. So it can be with a position of the slide, in which the slot opening corresponds to the circumference of the lens mold, liquid Pour the glass into the mold under high pressure. From the blank surfaces of the stamp If the pressure is high enough and the temperature is high enough, such high quality results Glass surfaces that look perfect without additional grinding or polishing flawless and high-quality lenses are created.

Bevor die Form mit dem flüssigen Glas durch Einstellung des Rundschiebers in Verbindung gebracht wird. wird der ganze Innenraum der Form unter hohem Druck mit Stickstoff oder Kohlendioxyd ausgespült, bis jeder Rest von Sauerstoff mit Sicherheit entfernt ist.Before the mold with the liquid glass by setting the circular slide is associated. the whole interior of the mold is under high pressure flushed out with nitrogen or carbon dioxide until any residue of oxygen is certain away.

Gleichzeitig werden die Matrizen der Schieber und die sonstigen Konstruktionsteile, die die Formfestigkeit des Preßgerätes bedingen, durch eingebaute elektrische Heizkörper aus Chromnickeldraht od. dgl. auf wenigstens 800° C aufgeheizt. Die beiden Matrizenkörper haben außerdem im Inneren Hohlräume, die z. B. mit Drucköl oder mit einem leichtschmelzenden Metall gekühlt werden können, wozu ein solches. Kühlmittel durch besondere Leitungen in die Hohlräume der Matrizen geleitet wird. Darunter sind Flüssigkeiten oder flüssige Metalle zu verstehen, die je nach den Eigenschaften des Glases auf eine maximale Temperatur gebracht werden können, die dem Erstarrungspunkt des Glases entspricht.At the same time, the matrices of the slide and the other structural parts, which determine the dimensional stability of the pressing device, through built-in electrical heating elements Made of chrome-nickel wire or the like. Heated to at least 800 ° C. The two die bodies also have cavities inside, which z. B. with pressure oil or with a low melting point Metal can be cooled, including one. Coolant through special lines is passed into the cavities of the matrices. These include liquids or liquids Metals to understand, depending on the properties of the glass to a maximum Temperature can be brought, which corresponds to the solidification point of the glass.

Der Zulauf des Kühlmittels kann an- und abgeschaltet werden, ebenso die Heizung. Bei eingeschalteter Heizung steigt die Endtemperatur auf 800° C, sie fällt nach dem Abschalten und bei eingeschalteter Kühlung auf die gewünschte minimale Temperatur von etwa 500 bis 600° C. Stets, wenn flüssiges Glas zugeführt wird, muß die Temperatur der Form 800° C erreichen, während nach dem Abschluß durch den Rundschieber die Temperatur auf 500 bis 600° C fällt, so daß die eben geformte Linse zwischen den Matrizen erstarrt. Sobald der Erstarrungszustand erreicht ist, bleibt eine weitere kurze Zeit die Kühlung eingeschaltet, um eine Abkühlung und völlige Erstarrung der Linsen herbeizuführen. Bei diesem Vorgang löst sich die Linse bereits auf beiden Seiten von der Matrize, wobei sie eine geringfügig andere Form annimmt. Diese Formveränderung kann durch Versuch festgestellt werden und bei der Fertigung der Matrizenoberfläche so berücksichtigt werden, daß die Linse nach der Ablösung von der Matrize mit absoluter Genauigkeit die gewünschte Fertigungsform aufweist.The supply of coolant can be switched on and off, as well the heating system. When the heating is switched on, the final temperature rises to 800 ° C, she falls to the desired minimum after switching off and with the cooling switched on Temperature of about 500 to 600 ° C. Always when liquid glass is fed, must the temperature of the mold can reach 800 ° C while after the completion by the round slide the temperature drops to 500 to 600 ° C, so that the lens just formed between the Matrices solidified. As soon as the state of solidification is reached, another remains briefly the cooling switched on, in order to cool down and completely freeze the Bring about lentils. During this process, the lens already loosens on both Sides from the die, taking on a slightly different shape. This change in shape can be determined by experiment and during the manufacture of the die surface so taken into account that the lens after detachment from the die with absolute Accuracy has the desired manufacturing form.

Sobald dieser Zustand erreicht ist, wird der Ringschieber weiter nach links verschoben, so daß die vertikal stehende Linse nach unten aus dem Matrizenraum herausfallen kann. In jedem Falle erfolgt die Bewegung des Ringschiebers ebenso wie das Andrücken der Matrizenstempel mit Hilfe von Stickstoff unter hohem Druck, so daß auf jeden Fall der Zugang von Luft bzw. Sauerstoff ausgeschlossen bleibt.As soon as this state is reached, the ring slide will continue to move shifted to the left, so that the vertically standing lens downwards out of the die space can fall out. In any case, the ring slide is moved in the same way like pressing the die punches with the help of nitrogen under high pressure, so that in any case the access of air or oxygen is excluded.

Die aus der Formkammer herausgefallene Linse gelangt in einen darunterliegenden Raum, der nach Art einer Hochdruckschleuse ausgebildet ist. Zur Begrenzung dieses Raumes sind zwei horizontale Schieber vorhanden, die wechselweise geöffnet und geschlossen werden können. Im Anfangszustand sind beide horizontalen Schieber dieser Schleuse geschlossen. Ehe der konzentrische Ringschieber an der Linsenform für den Ausfall geöffnet wird, wird der obere der beiden Schleusenschieber geöffnet, der Schleusenraum vollständig mit Stickstoff ausgeblasen und dann mit einem Metall von sehr niedrigem Schmelzpunkt, z. B. Wood-Metall, unter Druck bis zu vier Fünftel des Volumens gefüllt, wobei ein Fünftel unter Stickstoff stehenbleibt. Wenn der Ringschieber geöffnet wird, fällt die Linse aus der Form nicht auf den Boden der Schleuse hinunter, sondern sie gelangt in das flüssige Wood-Metall, dessen spezifisches Gewicht annähernd das gleiche ist wie das des Glases. Je nach der jeweiligen Legierung dieses Metalls von niedrigem Schmelzpunkt iäßt sich erreichen, daß sein spezifisches Gewicht nur wenig kleiner ist als das der verschiedenen Glassorten, so daß die Linse sehr langsam in dem Füllmetall untersinkt. Nachdem dieser Endstand erreicht ist, wird der obere Schleusenschieber geschlossen und gleichzeitig der Ringschieber wieder in die Füllstellung zur Aufnahme des flüssigen Glases für die nächste Linse gebracht, so daß sich der Vorgang im Linsenformraum wiederholen kann. Die zwischen den beiden Schleusenschiebern abgeschlossene Linse wird dadurch weiterbewegt, daß der untere Schleusenschieber geöffnet wird und die fertige Linse in einem Raum unterhalb des unteren Schleusenschiebers unmittelbar in eine Kokille absinkt, die ebenfalls mit flüssigem Wood-Metall gefüllt ist und unter Stickstoffdruck steht. Falls die spezifischen Gewichte das Untersinken der Linse nicht erlauben sollten, kann die auf dem flüssigen Metall schwimmende Linse durch Absenken des Metallspiegels ausgeschleust werden. Nachdem das geschehen ist, wird der untere Schleusenschieber geschlossen, und der nun leere Schleusenraum kann wieder mit Stickstoff ausgeblasen werden, so daß ein eventueller Sauerstoffrest entfernt wird. Danach wird wieder flüssiges Wood-Metall in den Schleusenraum eingepumpt. Zur Aufnahme der nächsten inzwischen gepreßten Linse wird der obere Schleusenschieber wieder geöffnet und währenddem die erste Linse in den ersten Rückkühlofen transportiert und unter den üblichen Zeitbedingungen bis auf 100° C abgekühlt, aus dem noch flüssigen Wood-Metall herausgenommen und zum weiteren Abkühlungsprozeß in den zweiten Rückkühlofen übergeführt, während das Wood-Metall durch eine Pumpe wieder zur Schleuse zurückgedrückt wird.The lens that has fallen out of the molding chamber enters one below Space that is designed in the manner of a high-pressure lock. To limit this There are two horizontal slides in the room, which are alternately opened and closed can be. In the initial state, both horizontal slides of this lock are closed. Before the concentric ring slide on the lens shape for the failure is opened, the upper of the two sluice slides is opened, the sluice room completely blown out with nitrogen and then with a very low metal Melting point, e.g. B. Wood-Metal, filled up to four fifths of the volume under pressure, one fifth remaining under nitrogen. When the ring slide is open the lens does not fall from the mold to the bottom of the lock, but instead it gets into the liquid Wood metal, the specific weight of which is approximately that is the same as that of the glass. Depending on the respective alloy of this metal of a low melting point can be achieved that its specific weight is only is a little smaller than that of the various types of glass, so that the lens is very slow sinks into the filler metal. After this final level is reached, the upper Sluice gate closed and at the same time the ring gate is back in the filling position brought to accommodate the liquid glass for the next lens, so that the Can repeat the process in the lens mold space. The one between the two sluices closed lens is moved further by the fact that the lower sluice slide is opened and the finished lens in a room below the lower lock slide immediately sinks into a mold, which is also filled with liquid Wood metal and is under nitrogen pressure. In case the specific weights the subsidence Should not allow the lens, it can be floating on the liquid metal Lens can be ejected by lowering the metal mirror. After that happened is, the lower sluice gate is closed, and the now empty sluice room can be blown out again with nitrogen, so that any oxygen residue Will get removed. Then liquid Wood metal is pumped into the lock area again. The upper lock slide is used to accommodate the next lens, which has been pressed in the meantime reopened and while the first lens is transported into the first recooling furnace and cooled under the usual time conditions to 100 ° C, from the still liquid Wood-Metall removed and placed in the second recooling furnace for further cooling transferred while the Wood metal is pushed back to the sluice by a pump will.

In der Figur ist im oberen Teil der Behälter 25 mit dem flüssigen Glas 26 dargestellt, wobei das Glas durch die Leitung 27 zum dem Ringschieber 4 und dessen Schlitzöffnung 22 geleitet wird. Durch die Leitung 16 wird Stickstoff unter Druck von 50 bis 200 atü zugeführt, so daß der Glasbehälter 25 unter Druck steht. Durch Verschraubungsteile 29, 30, 31 ist der Glasbehälter für den hohen Überdruck vollständig dicht verschlossen. Durch den Kanal 22 tritt das flüssige Glas in den Formraum 19 ein, und es wird dort durch die Matrizenstempel2 und 5 abgegrenzt. Die Matrizenstempel ihrerseits sind zwischen den Preßköpfen 3 und 6 und mit Hilfe des Trageblockes 1 gehalten und gelagert. Über die Verschraubung 1.4 und 15 sowie die dazugehörigen Kanäle 32 und 33 kann mit Stickstoff von hohem Druck der Ringschieber 4 in die beiden Endlagen nach rechts oder links gebracht werden. Dabei sind die Matrizenstempel, z. B. bei 34, gegen Deformation durch Gasdruck gesichert oder wie bei 5 gelagert. Weitere Abdichtungen können z. B. durch die Kolbenringe 35 erfolgen. Die Abkühlung der Matrizenstempel durch deren Kühlräume 20 und 21 erfolgt durch Zu- oder Abführen des flüssigen metallischen Kühlmittels über die Kanäle 36 und 37. Bei 23 ist ein Stift angeordnet, der ein Verdrehen des Ringschiebers gegenüber dem Trageblock 1 verhindert. Unterhalb der Formkammer 19 ist der obere Schleusenschieber 9 dargestellt, der über das Gestänge 38 und den Gelenkhebel 39 bewegt werden kann. Ebenso ist bei 12 der untere Schleusenschieber in geöffneter Stellung mit dem Betätigungsgestänge 40 und 41 wiedergegeben. 42 ist die Schleusenkammer, die durch eine Leitung 43 mit Stickstoff beschickt werden kann. Ebenso kann in dieselbe Kammer durch die Leitung 44 Wood-Metall zugeleitet oder aus ihr abgesaugt werden. Die Teile 8, 10, 11 und 13 sind Bauteile der Schleusenkammer und des Ausgangraumes für die fertigen Linsen.In the figure, the container 25 with the liquid glass 26 is shown in the upper part, the glass being passed through the line 27 to the ring slide 4 and its slot opening 22. Nitrogen is fed in through line 16 under a pressure of 50 to 200 atmospheres, so that the glass container 25 is under pressure. The glass container is completely tightly closed for the high overpressure by screwing parts 29, 30, 31. The liquid glass enters the mold space 19 through the channel 22 and is delimited there by the die punches 2 and 5. The die punches for their part are held and stored between the press heads 3 and 6 and with the aid of the support block 1. Via the screw connection 1.4 and 15 and the associated channels 32 and 33, the ring slide 4 can be brought into the two end positions to the right or left with nitrogen at high pressure. The die punches, for. B. at 34, secured against deformation by gas pressure or stored as at 5. Further seals can be, for. B. be done through the piston rings 35. The cooling of the die punch is effected by the cooling chambers 20 and 21 by supplying or discharging the liquid metal coolant through the channels 36 and 37. At 23, a pin is arranged, which prevents rotation of the annular slide relative to the support block. 1 The upper sluice slide 9, which can be moved via the linkage 38 and the articulated lever 39, is shown below the molding chamber 19. Likewise, at 12, the lower sluice slide is shown in the open position with the actuating rods 40 and 41. 42 is the lock chamber, which can be charged with nitrogen through a line 43. Wood metal can also be fed into the same chamber through line 44 or extracted from it. Parts 8, 10, 11 and 13 are components of the lock chamber and the exit space for the finished lenses.

Genau wie die optischen Linsen können auch Prismen oder sonstige Konstruktionsteile aus Glas hergestellt werden.Just like the optical lenses, prisms or other structural parts can also be used can be made from glass.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device for molding glass bodies, in particular lenses, consisting of two concentrically guided punches which, including their adjacent parts, are electrically heated and temporarily cooled by temperature-determining coolants, and a container from which liquid glass is used a temperature which is about 200 ° C higher than the melting temperature, is pressed into the mold at a pressure of 50 atmospheres and more, characterized in that the horizontally opposing punches are surrounded by an annular slide (4) which controls the glass inlet. 2. Apparatus according to claim 1, characterized in that below the mold space (19) a discharge chamber (42) is provided which is connected to the mold space (19) or the outside world by an upper (9) and a lower sluice slide (12) can be that in the interior of the lock chamber (42) trapped gases or liquids can only come into contact with the mold space (19) when the atmospheric air is completely expelled from the lock chamber. 3. Apparatus according to claim 1 and 2, characterized in that the lock chamber can be temporarily filled with a low-melting metal (Wood metal) and that the finished glass body (24) is introduced into this liquid metal without changing its inlet temperature. 4. Apparatus according to claim 1 to 3, characterized in that the finished glass body (24) with the help of the lower sluice slide (12) can be brought into a highly heated transport container with liquid metal and is brought together with the container into the associated recooling furnace. 5. Apparatus according to claim 1 to 4, characterized in that the movement of the annular slide (4) between the liquid container (25) and the mold space (19) with compressed gas. Nitrogen or carbon dioxide, happens and that all rooms are under high pressure nitrogen or a similar acting sealing gas. 6. The device according to claim 1, characterized in that with regard to the shrinkage, the shape of the matrices is corrected in such a way that the cooling glass body reaches the final intended use form without any reworking. Documents considered: French Patent No. 1071974; U.S. Patent No. 2,443,826.