Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von optischen Formkörpern, insbesondere von optischen Linsen, wobei ein Vorformling in einem Formwerkzeug durch Spritzgießen eines ersten thermoplastischen Kunststoffs erzeugt wird und mindestens eine Deckschicht auf dem Vorformling durch Spritzgießen eines zweiten thermoplastischen Kunststoffs erzeugt wird. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Formkörper und die Verwendung des Formkörpers. Formkörper von optischer Qualität sind für eine Vielzahl von Anwendungen relevant. So werden optische Linsen unter anderem zur Lichtlenkung in Beleuchtungssystemen eingesetzt. I Ii er/u zählen neben Automobilscheinwerfern auch Beleuchtungsvorrichtungen im Haushaltsbereich sowie im öffentlichen Raum, wie beispielsweise Straßenbeleuchtungen. Als Lichtquellen werden vermehrt lichtemittierende Dioden (LEDs) eingesetzt, welche UV- und IR-arm sind. Des Weiteren besteht auch für Sehhilfen, wie Brillen oder Kontaktlinsen, sowie für optische Geräte, wie Mikroskope, Ferngläser oder Teleskope, ein Bedarf an Linsen von guter optischer Qualität.

Beispielhafte optische Formkörper sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart die DE 102008034153 AI ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Formkörpers aus einem Kunststoffmaterial, wobei die Herstellung des optischen Formkörpers wenigstens drei aufeinanderfolgende Einspritzvorgänge umfasst.

Die DE 69725535 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Kunststoffprodukten für optische Zwecke, wobei zunächst ein primäres Form teil aus einem Harz erzeugt wird, auf das wiederum eine Schicht aus demselben Harz unter Bildung eines sekundären Formteils aufgebracht wird. I lierbei wird das Harz, das für das Bedecken des primären Formteils gedacht ist, auf eine Temperatur zwischen der empfohlenen niedrigsten Temperatur des Einspritzens plus 5°C und der empfohlenen höchsten Temperatur minus 5°C erwärmt und auf das primäre Formteil gespritzt, so dass innerhalb des Temperaturbereiches das primäre und das sekundäre Formteil durch Schmelzen miteinander ohne eine nachfolgende Schrumpfung verschweißt werden.

In der DD 298620 A5 wird ein zweistufiges Spritzgießverfahren für Kunststoffformteile mit Hilfe eines Spritzgießwerkzeugs beschrieben, dessen formteilbegrenzenden Flächen parallel verschiebbar sind.

Die JP 2001-191365 A beschreibt ein Verfahren zum Spritzgießen dickwandiger Linsen mit einem sukzessiven Aufbau der Linse in mehreren Schichten. Die so hergestellten Linsen können mit reduzierter Zykluszeit hergestellt werden und zeigen eine reduzierte Schwindung. Ferner ist bereits in der Literatur beschrieben worden, dass beim Spritzgießen am Formwerkzeug eine hohe Temperatur in der Einspritzphase sowie eine niedrige Temperatur in der Abkühlphase eingestellt werden sollte. Das entsprechende Temperierverfahren wird auch als variotherme

Temperierung bezeichnet und ist unter anderem in der US 2004/0188886 AI offenbart worden. Die DE 6941 1728 T2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung geschichteter photochromer Brillenlinsen, in dem die verwendeten Werkzeugformen vor dem Einspritzen des thermoplastischen

Kunststoffs auf eine Temperatur erwärmt werden, die etwas oberhalb der Glasübergangstemperatur des Thermoplasten liegt.

In der DE 20022726 Ul wird ein Werkzeug einer Spritzprägemaschine zur Herstellung von implantierbaren Linsen aus Kunststoff offenbart, mit dem sich Formteile herstellen lassen, die auch ohne eine mechanische Nachbearbeitung sehr geringe Formabweichungen und eine sehr hohe Oberflächengüte bei gleichzeitiger Spannungsfreiheit aufweisen. Es wird darauf hingewiesen, dass die Formkavität beim Einspritzen des Kunststoffs auf hinreichend hoher Temperatur gehalten werden muss, um gute optische Qualitäten erreichen zu können. Die US 20090283926 AI beschreibt ein Verfahren zum Auflaminieren eines funktionalen Films auf eine spritzgegossene thermoplastische Linse in einer Spritzgussmaschine. Bei Verwendung von Polycarbonat als Thermoplast für d en Lins enkörp er wird d er Thermoplast b e i e i n er Schmelzetemperatur zwischen 260 °C und 315,6 °C sowie einer Werkzeugtemperatur zwischen 93,3 °C und 146,1 °C eingespritzt. Die US 7615176 beansprucht ein Verfahren zur Verbesserung der Haftung innerhalb von Mehrschichtverbunden unter Verwendung von zwei Formkavitäten, wobei die erste Formkavität auf einer höheren Temperatur gehalten wird, als die zweite Formkavität.

Im Stand der Technik wird in der Regel eine optimale Werkzeugtemperatur zur Erzeugung der verschiedenen Schichten aus einem Thermoplast eingestellt. Hierbei herrscht im Stand der Technik die Auffassung, dass nur bei einer im Wesentlichen optimalen Werkzeugtemperatur für jede Schicht ein optischer Formkörper mit einer guten Qualität erzeugt werden kann. Die optimale Temperatur des Formwerkzeugs hängt vom eingesetzten Kunststoffmaterial und insbesondere der Glasübergangstemperatur des Kunststoffmaterials ab. Bei Polycarbonat liegt die optimale Temperatur für dickwandige optische Bauteile beispielsweise bei ca. 120°C (ca. 20°C bis 30°C unterhalb der Glasübergangstemperatur von Polycarbonat). Die optimale Werkzeugtemperatur von 120° bringt jedoch Nachteile mit sich. So ergeben sich aufgrund der hohen Werkzeugternperaturen auch bei einem variothermen Verfahren lange Abkühlzeiten von bis zu 20 min pro Formkörper. Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Formkörpers zur Verfügung zu stellen, welches zu optischen Formkörpern mit ausgezeichneter optischer Qualität mit in s b e s ondere v erb e s s ert en opti s ch en Abbildungseigenschaften und geringen inneren Spannungen führt. Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung eines optischen Formkörpers gemäß dem Patentanspruch I gelöst. Das Verfahren zur Herstellung eines optischen Formkörpers umfasst:

Erzeugen eines Vorformlings in einem Formwerkzeug durch Spritzgießen eines ersten

Kunststoffs,

- Erzeugen von mindestens einer Deckschicht auf dem Vorformling durch Spritzgießen eines zweiten Kunststoffs,

wobei die Temperatur des Formwerkzeugs zum Erzeugen des Vorformlings um 30% bis 60% niedriger als die Temperatur des Formwerkzeugs zum Erzeugen der mindestens einen Deckschicht ist.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird gemäß der Lelire der Erfindung die innere Spannung eines optischen Formkörpers aus einem transparenten Thermoplast dadurch reduziert, dass der Vorformling nicht mit einer nahezu optimalen Werkzeugtemperatur, sondern mit einer deutlich niedrigeren Werkzeugtemperatur erzeugt wird. Darüber hinaus kann durch die signifikant niedrigere Werkzeugtemperatur die Herstellungszeit von optischen Formkörpern aufgrund der geringeren Kühlzeit signifikant reduziert werden.

In einem ersten Schritt wird ein Vorformling bzw. eine erste Schicht aus einem transparenten

Thermoplast erzeugt. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird dieser j edoch nicht bei der optimalen Werkzeugtemperatur, sondern bei einer deutlich geringeren Temperatur erzeugt. Vorzugsweise kann die Werkzeugtemperatur, also die Werkzeugwandtemperatur, zwischen 30 % bis 60 % niedriger als eine (nahezu) optimale Werk/eugtcmperatur eingestellt werden, bei der die mindestens eine Deckschicht erzeugt wird. Es ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass es für ein qualitativ hochwertiges optisches Bauteil überraschender Weise ausreichend ist, die mindestens eine Deckschicht mit einer nahezu (optimalen) Werkzeugtemperatur zu erzeugen, während ein Vorformling mit einer deutlich geringeren Werkzeugtemperatur erzeugt werden kann.

Beispielsweise können zwei Deckschichten beispielsweise zeitlich nacheinander auf gegenüberliegende Oberflächen des Vorformlings aufgespritzt werden. Auch ist es möglich, auf die erste Deckschicht anschließend eine zweite oder eine dritte Deckschicht aufzuspritzen. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform des er fmdungs gemäß en Verfahrens kann auf dem Vorformling eine obere Deckschicht und eine untere Deckschicht durch simultanes Spritzgießen der Deckschichten aufgebracht werden. Simultanes Spritzgießen bedeutet insbesondere, dass die beiden Deckschichten zeitgleich und in gleicher Weise erzeugt werden können. Es hat sich gezeigt, dass durch simultanes Spritzgießen einer oberen Deckschicht und einer unteren Deckschicht die inneren Spannungen verringert werden können. Zeitgleich können beide Oberflächen des Vorformlings mit der Spritzgießmasse versehen werden. Bessere optische Eigenschaften und insbesondere eine gute Oberflächenabformung können erzielt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der erste Kunststoff aus dem gleichen Material wie der zweite Kunststoff gebildet sein. Hierdurch kann ein optisches Bauteil in einfacher Weise hergestellt werden. Es kann auf ein komplexes Werkzeug, welches Spritzgießen mit mindestens zwei unterschiedlichen Kunststoffen erlaubt, verzichtet werden. In einfacher Weise und mit einer besonders kurzen Abkühlzeit können optische Formkörper gebildet werden.

Alternativ kann der erste Kunststoff aus einem anderen Material als der zweite Kunststoff gebildet sein. Durch die Verwendung unterschiedlicher Kunststoffarten können die Vorteile zweier verschiedener Kunststoffmaterialien gemeinsam genutzt werden. Beispielsweise kann bei optischen Bauelementen, welche in der Außenbeleuchtung eingesetzt werden sollen, für die mindestens eine Deckschicht ein Kunststoffmateriai eingesetzt werden, welches gegenüber Umwelteinflüssen resistenter ist als das Kunststoffmaterial für den Vorformling und/ oder einer weiteren Deckschicht. Beispielsweise kann für eine Deckschicht Poly- oder Copolymethylmethacrylate, wie PMMA, eingesetzt werden, welches einen verbesserten UV- Schutz bereitstellt, während für den Vorformling Polycarbonat eingesetzt werden kann. Auch ist es denkbar, die unterschiedlichen Brechungsindizes von verschiedenen Kunststoffarten zu nutzen. Beispielsweise kann ein optischer Formkörper mit einer Deckschicht aus einem Kunststoff, welches einen ersten Brechungsindex aufweist, der sich von dem Brechungsindex des Kunststoffes des Vorformlings unterscheidet, derart ausgewählt, dass eine bestimmte Lichtlenkung erzielt wird. Ein optischer Formkörper mit speziellen Funktionen und/oder Eigenschaften kann geschaffen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der

Kunststoff ein transparenter thermoplastischer Kunststoff, insbesondere Polycarbonat, sein.

Beispielhafte thermoplastische Kunststoffe, die zur Herstellung der optischen Formkörper verwendet werden können, sind neben Polycarbonat (wie Makroion®) Copolycarbonat, Polyestercarbonat, Polystyrol, Styrol-C op o l ym ere , arom ati s ch e P o ly e ster w i e Polyethyl enter ephthalat (PET), PET-Cyclohexandimethanol-C op o l ym er ( PE T G) , Polyethylennaphthalat (PEN), Polybutylenter ephthalat (PBT), Polyamid, cyclisches Polyolefin, Poly- oder Poly- oder Copolyacrylate und Poly- oder C op olymethacrylat wie z.B. Poly- oder Copolymethylmethacrylate (wie PMMA) sowie Copolymere mit Styrol wie z.B. transparentes Polystyrolacrylnitril (PSAN), thermoplastische Polyurethane, Polymere auf Basis von zyklischen Olefinen (z.B. TOPAS®, ein Handelsprodukt der Firma Ticona), Polymethylmethacrylat oder Mischungen der genannten Komponenten. Weitere Materialien, welche eingesetzt werden können, sind sogenannte Liquid Silicone Rubber (LSR) beispielsweise von der Firma Momentive.

Auch Mischungen von mehreren thermoplastischen Polymeren, insbesondere wenn sie transparent miteinander mischbar sind, sind möglich, wobei in einer speziellen Ausführungsform eine Mischung aus Polycarbonat mit PMMA (weiter bevorzugt mit PMMA < 2 Gew.%) oder Polyester bevorzugt ist.

Eine weitere spezielle Ausführungsform kann in diesem Zusammenhang eine Mischung aus Polycarbonat und PMMA mit weniger als 2,0 Gew.%, vorzugsweise weniger als 1,0 Gew.%, weiter bevorzugt weniger als 0,5 Gew.% enthalten, wobei mindestens 0,01 Gew.% PMMA enthalten sind bezogen auf die Menge Polycarbonat, wobei das PMMA bevorzugt ein Molgewicht <40.000 g/mol aufweist. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt der Anteil an PMMA 0,2 Gew.%, und besonders bevorzugt 0,1 Gew.%, bezogen auf die Menge Polycarbonat, wobei das PMMA bevorzugt ein Molgewicht <40.000 g/mol aufweist.

Eine alternative weitere spezielle Ausführungsform kann eine Mischung aus PMMA und Polycarbonat mit weniger als 2 Gew.%, vorzugsweise weniger als 1 Gew.%, weiter bevorzugt weniger als 0,5 Gew.% enthalten, wobei mindestens 0,01 Gew.% Polycarbonat bezogen auf die Menge PMMA enthalten sind.

In einer besonders bevorzugten Aus führungs form kann der Anteil an Polycarbonat 0,2 Gew.%, und besonders bevorzugt 0,1 Gew.%, bezogen auf die Menge PMMA betragen. Geeignete Polycarbonate für die Herstellung der erfindungsgemäßen Kunststoffzusammensetzung sind alle bekannten Polycarbonate. Dies sind Homopolycarbonate, Copolycarbonate und thermoplastische Polyestercarbonate. Die Herstellung der Polycarbonate erfolgt vorzugsweise nach dem Phasengrenzflächenverfahren oder dem Schmelze-Umesterungsverfahren.

Zum Phasengrenzflächenverfaliren sei beispielhaft auf H. Schnell, "Chemistry and Physics of Polycarbonates", Polymer Reviews, Vol. 9, Interscience Publishers, New York 1964 S. 33 ff., auf Polymer Reviews, Vol. 10,„Condensation Polymers by Interfacial and Solution Methods", Paul W. Morgan, Interscience Publishers, New York 1965, Kap. VIII, S. 325, auf Dres. U. Grigo, K. Kircher und P. R- Müller "Polycarbonate" in Becker/Braun, Kunststoff-Handbuch, Band 3/1 , Polycarbonate, Polyacetale, Polyester, Celluloseester, Carl Hanser Verlag München, Wien 1992, S. 118-145 sowie auf EP 0 517 044 Λ I verwiesen.

Das Schmelze-Umesterungsverfahren ist beispielsweise in der Encyciopedia of Polymer Science, Vol. 10 (1969), Chemistry and Physics of Polycarbonates, Polymer Reviews, 1 1. Schnell, Vol. 9, John Wiley and Sons, Inc. (1964) sowie in den Patentschriften DE-B 10 31 512 und US-B 6 228 973 beschrieben.

Die Polycarbonate werden bevorzugt durch Reaktionen von Bisphenoiverbindungen mit Kohlensäureverbindungen, insbesondere Phosgen oder beim Schmelzeumesterungsprozess Diphenylcarbonat bzw. Dimethylcarbonat, dargestellt. Hierbei sind Homopolycarbonate auf Basis Bisphenol-A und Copolycarbonate auf der Basis der Monomere Bisphenol-A und 1 , 1 -Bis-(4-hydroxyphenyl)-3 ,3 ,5-trimethylcyclohexan besonders bevorzugt.

Diese und weitere Bisphenol- bzw. Diolverbindungen, die sich für die Polycarbonatsynthese einsetzen lassen, sind unter anderem offenbart in WO 2008037364 AI (s.7, Z. 21 bis s. 10, Z. 5), EP 1 582 549 AI ([0018] bis [0034]), WO 2002026862 AI (S. 2, Z. 20 bis S. 5, Z. 14), WO 2005113639 A I (S. 2, Z. l bis S. 7, Z. 20).

Die Polycarbonate können linear oder verzweigt sein. Es könne auch Mischungen aus verzweigten und unverzweigten Polycarbonaten eingesetzt werden. Geeignete Verzweiger für Polycarbonate sind aus der Literatur bekannt und beispielsweise beschrieben in den Patentschriften US-B 4 185 009 und DE 25 00 092 AI (erfindungsgemäße 3,3- bis-(4-hydroxyaryl-oxindole, s. jeweils gesamtes Dokument), DE 42 40 3 13 A 1 (s. S. 3, Z. 33 bis 55), DE 19 943 642 A I (s. S. 5, Z. 25 bis 34) und US-B 5 367 044 sowie in hierin zitierter Literatur. Darüber hinaus können die verwendeten Polycarbonate auch intrinsisch verzweigt sein, wobei hier kein Verzweiger im Rahmen der Polycarbonatherstellung zugegeben wird. Ein Beispiel für intrinsische Verzweigungen sind so genannte Fries-Strukturen, wie sie für Schmelzepolycarbonate in der EP 1 506 249 AI offenbart sind. Zudem können bei der Polycarbonat-1 1 erste! hing Kettenabbrecher eingesetzt werden. Als Kettenabbrecher werden bevorzugt Phenole wie Phenol, Alkylphenole wie Kresol und 4-tert- Butyiphenol, Chlorpbenol, Bromphenol. Cumylphenol oder deren Mischungen verwendet.

Die Polycarbonate können darüber hinaus Polymeradditive, wie z.B . Fließverbesserer, Thermostabilisatoren, Entformungsmittel oder Verarbeitungshilfsmittel enthalten.

Femer können UV-Absorber oder IR -Absorb er enthalten sein. Geeignete UV-Absorber sind beispielsweise beschrieben in der EP 1 308 084 AI , in der DE 10200701 1069 AI sowie in der DE 1031 1063 AI . Geeignete IR-Absorber sind beispielsweise in EP 1 559 743 AI, EP 1 865 027 AI, D E 1 002203 7 A 1 . D E 1 0006208 A I sowie in den italienis chen Patentanmeldungen RM2010A000225, RM2010A000227 sowie RM2010A000228 offenbart.

Von den IR-Absorbern sind solche auf Borid- und Wolframatbasis sowie auf ITO und ATO basierende Absorber sowie Kombinationen daraus bevorzugt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der thermoplastische Kunststoff ein Poiycarbonat mit einem Molekulargewicht Mw von 20.000 bis 32.000, weiter bevorzugt von 22.000 bis 27.000, ermittelt durch Gelpermeationschromatographie mit Polycarbonateichung sein. Bei den erfindungsgemäßen optischen Formkörpern können die jeweiligen Schichten alle aus einem thermoplastischen Kunststoff beziehungsweise aus einer Mischung thermoplastischer Kunststoffe bestehen. Alternativ können die Schichten auch aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen beziehungsweise verschiedenen Mischungen thermoplastischer Kunststoffe aufgebaut sein. Die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs bzw. einer Mischung thermoplastischer Kunststoffe für alle Schichten des optischen Formkörpers ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung jedoch bevorzugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Temperatur des Formwerkzeugs zum Erzeugen des Vorformlings zwischen 50°C und 100°C, bevorzugt zwischen 60°C und 80°C, besonders bevorzugt bei ca. 70°, liegen, insbesondere bei Polycarbonat werden bei herkömmlichen Spritzgießverfahren höhere Werkzeugtemperaturen im (optimalen) Bereich von ca. 120°C (ca. 20°C bis 30°C unterhalb der Glasübergangstemperatur von Polycarbonat) eingestellt. Niedrigere Formwerkzeugtemperaturen haben gegenüber der herkömmlichen Formwerkzeugtemperatur den Vorteil, dass die Kühlzeit des optischen Formkörpers verringert werden kann. Die Herstellungszeit kann reduziert und damit der Produktionsdurchsatz verbessert werden. Gleichzeitig können qualitativ hochwertige optische Linsen hergestellt werden. Grund hierfür ist, dass die Werkzeugtemperatur beim Erzeugen des Nachspritzlings höher und insbesondere im Bereich der optimalen Werkzeugtemperatur ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Temperatur des Formwerkzeugs zum Erzeugen der mindestens einen Deckschicht zwischen 90°C und 130°C, bevorzugt bei ca. 120°C, liegen. Insbesondere bei einer Formwerkzeugtemperatur von 120°C kann eine hohe Bauteilgüte aufgrund dieser Werkzeugwandtemperatur gewährleistet werden.

Besonders gute Ergebnisse können erzielt werden, wenn die Werkzeugtemperatur bei der Erzeugung des Vorformlings aus Polycarbonat bei i m Wesentlichen 70°C liegt und die Werkzeugtemperatur bei der (simultanen) Erzeugung einer oberen und einer unteren Deckschicht aus Polycarbonat bei im Wesentlichen 120°C liegt.

Insbesondere können Unebenheiten oder Störungen der Oberfläche der Vorformlings aufgrund der Aufspritzung der mindestens einen Deckschicht mit einer erhöhten und insbesondere optimalen Werkzeugtemperatur ausgeglichen und insbesondere beseitigt werden.

Weiterhin ist erkannt worden, dass im Gegensatz zum Stand der Technik der im Formwerkzeug erzeugte Druck, also der Nachdruck, während der Erzeugung des Vorformlings deutlich reduziert werden kann, ohne dass beim Endprodukt qualitative Nachteilen auftreten. Um Lunker und ähnliche Fehler zu vermeiden, wird bei herkömmlichen Spritzgießverfahren /um Erzeugen einer Schicht aus Polycarbonat ein Druck von mindestens 800 bar erzeugt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfalirens kann in dem Formwerkzeug wälirend der Erzeugung des Vorformlings ein Druck zwischen 250 bar und 800 bar, bevorzugt zwischen 350 bar und 800 bar, insbesondere bevorzugt zwischen 350 bar und 500 bar, erzeugt werden. Durch einen geringeren Druck können die inneren Spannungen noch weiter reduziert werden. Bessere optische Eigenschaften können erzielt werden. Darüber hinaus kann ein geringer Druck zu einer geringeren Belastung des Formwerkzeugs führen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann in dem Formwerkzeug während der Erzeugung der mindestens einen Deckschicht ein Druck von 800 bis 1000 bar erzeugt werden. 1 iierdurch kann sichergestellt werden, dass die Oberfläche des optischen Formkörpers nahezu keine Einfallstellen aufweist.

Darüber hinaus kann das Schichtdickenverhältnis gemäß einer anderen Ausführungsform zwischen dem Vorformiing und den Deckschichten zwischen 60:40 bis 70:30 liegen. I m Gegensatz /um Stand der Technik, der von einem Verhältnis des Vorformlings zu den Deckschichten von stets 50:50 (bei drei Schichten 25% - 50% - 25%) ausgeht, ist erfindungsgemäß erkannt worden, dass ein Vorformiing mit einer Schichtdicke, welche deutlich größer als die Schichtdicke der Deckschichten ist, erzeugt werden kann. Das Schichtdickenverhältnis kann insbesondere von Prozessparametem, welche hinsichtlich bestimmter Eigenschaften optimiert sein können, abhängen. Beispielsweise kann das Schichtdicken Verhältnis in Anhängigkeit des (gezielt) gewählten Temperaturverlaufs im Querschnitt des gesamten Fertigteils zum Zeitpunkt des Entformens, des (gezielt) gewählten Temperaturverlaufs im Querschnitt des Gesamtbauteils zum Zeitpunkt des Überspritzens des Vorformlings bzw. Vorspritzlings, des (gezielt) gewählten Temperaturverlaufs im Querschnitt des Vorspritzlings zum Zeitpunkt des Entformens des Vorspritzlings, des (gezielt) gewählten Temperaturverlauf im Querschnitt des Vorspritzlings nach dem Ende des Einspritzens der Masse des Vorspritzlings, der zum Einsatz kommenden verschiedenen Kunststoffe sowohl für den Vorspritzling als auch tür die Deckschichten und/oder der geforderten Bauteilqualitäten hinsichtlich Geometrietreue und inneren Eigenschaften des Fertigteils gewählt werden. Die o.g. Temperaturverläufe im Bauteil können durch die Massetemperatur des eingespritzten Kunststoffs, die Werkzeugwandtemperaturen und/oder di e Verweildauern (Kühlzeiten) im geschlossenen Werkzeug jeweils von Vorspritzling und Deckschichten beeinflusst werden.

Insbesondere kann der Vorformiing aufgrund der niedrigeren Werkzeugtemperatur eine höhere Schichtdicke aufweisen, ohne dass die Kühlzeit für das optische Bauelement erhöht wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass die Schichtdicke der mindestens einen Deckschicht reduziert werden kann. Reduzierte Schichtdicken können zu besseren Oberflächeneigenschaften führen. Bei gleichbleibender Kühl/eil kann ein optischer Formkörper mit besseren Oberflächeneigenschaften hergestellt werden. Grundsätzlich können bei zwei Deckschichten die Schichtdicken der beiden Deckschichten unterschiedlich sein. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann die Schichtdicke der oberen Deckschicht im Wesentlichen der Schichtdicke der unteren Deckschicht entsprechen. Eine gleichmäßigere Abkühlung des optischen Bauteils ist möglich. Geringere innere Spannungen treten auf.

Darüber hinaus kann gemäß einer weiteren Ausführungsform ein optischer Formkörper mit einer Dicke von mindestens 10 mm hergestellt werden. Es können insbesondere (dickwandige) optische

Formkörper zwischen 10 mm und 40 mm, beispielsweise 20 mm oder 30 mm, hergestellt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann beim Erzeugen der mindestens einen Deckschicht während des Einspritzvorgangs eine optimale Formwerkzeugtemperatur (ca. 120°C) eingestellt werden und anschließend die Formwerkzeugtemperatur beispielsweise durch Wasserkühlung gekühlt werden. Die Abkühlzeit und somit die Flerstellungszeit kann reduziert werden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Hersteilung eines optischen Formkörpers, insbesondere eines Linsenelements, umfassend:

Erzeugen eines Vorformlings in einem Formwerkzeug durch Spritzgießen eines ersten

Kunststoffs,

- Erzeugen von mindestens einer Deckschicht auf dem Vorformling durch Spritzgießen eines zweiten Kunststoffs,

wobei in dem Formwerkzeug während der Erzeugung des Vorformlings ein Druck zwischen 250 bar und 800 bar erzeugt wird. Wie bereits beschrieben wurde, kann oben gestellte Aufgabe auch durch eine Druckreduktion erzielt werden, ohne dass eine Temperaturreduktion erfolgen muss. Bevorzugt kann der Druck, also der

Nachdruck, wälirend der Erzeugung des Vorformlings im Bereich zwischen 350 bar und 800 bar liegen. Vorzugsweise können jedoch der Druck und die Werkzeugtemperatur gegenüber dem optimalen Druck bzw. der optimalen Werkzeugtemperatur reduziert sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein optischer Formkörper, insbesondere ein Linsenelement, hergestellt nach einem zuvor beschriebenen Verfahren.

Ein weiterer Aspekt ist ein optischer Formkörper, insbesondere hergestellt nach einem zuvor beschriebenen Verfahren, mit einem aus einem ersten Kunststoff gebildeten Vorformling und mindestens einer aus einem zweiten Kunststoff gebildeten Deckschicht, wobei der erste Kunststoff aus einem anderen Kunststoffmaterial als der zweite Kunststoff gebildet ist.

Wie bereits beschrieben wurde, können durch die Verwendung unterschiedlicher Kunststoffarten die Vorteile zweier verschiedener Kunststoffmateriaiien gemeinsam genutzt werden

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des optischen Formkörpers kann das S chichtdicken Verhältnis zwischen dem Vorformling und den Deckschichten zwischen 60:40 bis 70:30 liegen. Ferner kann die Schichtdicke der oberen Deckschicht im Wesentlichen der Schichtdicke der unteren Deckschicht entsprechen.

Ein noch weiterer Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung eines zuvor beschriebenen optischen Formkörpers in einem Beleuchtungssystem a als Linse mit lichtemittierenden Dioden als Lichtquelle. Beispielhafte Beleuchtungssysteme sind Scheinwerfer, insbesondere Kraftfahrzeugscheinwerfers. Straßenlaternen, Fassadenbeleuchtungen, Außenraumbeleuchtungen, Innenraumbeleuchtungen, technische Beleuchtung, etc.

Die Merkmale der Verfahren und Bauelemente sind frei miteinander kombinierbar. insbesondere können Merkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert eigenständig erfinderisch sein.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines optischen Formkörpers, der erfindungsgemäße optische Formkörper und die erfindungsgemäße Verwendung des optischen Formkörpers auszugestalten und weiterzuentwickeln. Hierzu sei einerseits verwiesen auf die den unabhängigen Patentansprüchen nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die Beschreibung von Ausfuhrungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung, in der Zeichnung zeigt: Fig. I ein Flussdiagramm eines Ausfuhrungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der

Erfindung zur Herstellung von optischen Bauteilen aus transparenten Thermoplasten durch Mehrschichtenspritzgießen,

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines durch das erfindungs gemäße Verfahren hergestelltes optisches Bauteil, eine schematische Ansicht eines Lichtdurchgangs durch eine Beleuchtungslinse, eine schematische Ansicht eines Spritzgießbauteils hergestellt durc h Mehrschichtenspritzgießen, eine schematische Ansicht von optischen Bauteilen und deren Temperaturverläufen beim Abkühlen, beispielhafte Diagramme zur Kühlzeit eines Spritzgießbauteils, ein Diagramm mit einem beispielhaften qualitativen Kühlzeitoptimum bei Zweischichtenlinsen aus Polycarbonat, ein Diagramm mit einem beispielhaften qualitativen Kühlzeitoptimum bei Dreischichtenlinsen aus Polycarbonat, eine schematische Ansicht der Herstellung auf 2-Komponenten Spritzgießmaschine einer Einschicht-, Zweischichten- und Dreischichtenlinse, eine weitere schematische Ansicht der Herstellung auf 2-Komponenten Spritzgießmaschine einer Einschicht-, Zweischichten- und Dreischichtenlinse, ein Diagramm mit beispielhaften Kühlzeitenreduktionen von Zweischichten- und Dreischichtenlinsen im Vergleich zu einer Einschichtlinse, eine schematische Ansicht von Linsenkörpern (aus Makroion LED 2245) in Einschicht-, Zweischichten- und Dreischichtenausführung, ein Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf der maximalen Abweichung von der Ebenheit in Abhängigkeit vom Nachdruck in einem Formwerkzeug, ein Diagramm mit einem weiteren beispielhaften Verlauf der maximalen Abweichung von der Ebenheit in Abhängigkeit vom Nachdruck in einem Formwerkzeug. ein Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf der maximalen Abweichung von der Ebenheit in Abhängigkeit von der Kühlzeit, ein Diagramm mit Mittelwerten gemessener Transmissions- und

Yellowness Werte von Einschiebt-, Zweischichten- und Dreischichtenlinsen, eine schematische Ansicht eines beispielhaften Messaufbaus und Messprinzips der Pixelverschiebung, ein Diagramm mit einem beispielhaften Verlauf des Prüfteils, des Öls und der Folie aus dem Aufbau gemäß Figur 16, eine schematische Ansicht eines beispielhaften Lichtdurchgangs durch ein

Spritzgussbauteil, eine schematische Ansicht eines beispielhaften Messprinzips der Pixelverschiebung, ein beispielhaftes Diagramm, bei dem der Einfluss der Verarbeitung auf die „Pixelverschiebung" einer Dreischichtenlinse dargestellt ist, wobei die

Werkzeugtemperatur zur Erzeugung des Vorformlings und die Werkzeugtemperatur zur Erzeugung der Deckschichten im Wesentlichen gleich sind, ein beispielhaftes Diagramm, bei dem der Einfluss der Verarbeitung auf die „Pixelverschiebung" einer Einschichtenlinse dargestellt ist, wobei die Werkzeugtemperatur zur Erzeugung des Vorformlings niedriger als die Werkzeugtemperatur zur Erzeugung der Deckschichten ist, ein beispielhaftes Diagramm, bei dem der Einfluss der Verarbeitung auf die „Pixelverschiebung" einer Einschichtenlinse dargestellt ist, ein beispielhaftes Diagramm, bei dem der Einfluss der Verarbeitung auf die „Pixelverschiebung" einer Eins chichtenlins e dargestellt ist, Fig. 24 ein beispielhaftes Diagramm, bei dem der Einfluss des Temperns b ei Dreis chichtenlins en auf die„Pixelverschiebung" dargestellt ist,

Fig. 25 eine schematische Ansicht von beispielhaften Pixel Mittelwerten,

Fig. 26 eine schematische Ansicht einer beispielhaften Messung der Güte optischer

Bauelemente,

Fig. 27 eine schematische Ansicht zur Darstellung des Ablenkwinkels, und

Fig. 28 eine schematische Ansicht eines beispielhaften Messaufbau zur Messung der Güte optischer Bauelemente.

Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. In einem ersten Schritt 101 wird der Vorformling in einem Formwerkzeug durch Spritzgießen gebildet. Als Material kann insbesondere ein transparenter Kunststoff verwendet werden. Bevorzugt wird der Vorformling aus Polycarbonat hergestellt.

Die Temperatur des Formwerkzeugs, insbesondere die Temperatur der Kavitäten des Formwerkzeugs, wird auf einen Wert eingestellt, der 30 % bis 60 % unterhalb der Temperatur des Formwerkzeugs liegt, welche bei der Erzeugung der mindestens einen Deckschicht eingestellt wird.

Vorzugsweise kann die Temperatur zwischen 30 % und 50% reduziert sein. Insbesondere bei Polycarbonat kann eine Werkzeugtemperatur von 60°C bis 80°C, bevorzugt ca. 70°C, eingestellt werden. Es ist überras chender Weise festgestellt worden, das s insbes ondere in einem Temperaturbereich um 70°C, also ca. 65°C bis 75°C, innere Spannungen im Formteil reduziert werden können. Gleichzeitig kann die Hersteilungszeit reduziert werden.

Alternativ oder zusätzlich zu einer Werkzeugtemperaturreduzierung kann im Formwerkzeug während der Erzeugung des Vorformlings der Druck gegenüber einem optimalen Druck reduziert sein. Beispielsweise kann bei Erzeugung eines Vorformlings aus Polycarbonat ein Druck von ca. 250 bar bis 800 bar. insbesondere von 350 bar bis 800 bar, erzeugt werden. Auch hierdurch können innere Spannungen im optischen Formteil reduziert werden.

Die mindestens eine Deckschicht, bevorzugt beide Deckschichten, werden in einem nächsten Schritt 102 durch Spritzgießen aufgebracht. Bevorzugt kann das gleiche Kunststoffmaterial, insbesondere Polycarbonat, wie bei der Erzeugung des Vorformlings, eingesetzt werden. Vorzugsweise kann eine Dreischicht enlinsc erzeugt werden. Auf den Vorformling kann eine obere und eine untere Deckschicht aufgebracht werden. Wenn die Aufspritzung simultan erfolgt, können die inneren Spannungen im Formteil weiter reduziert werden. Insbesondere kann ein simultanes Spritzgießen der oberen und der unteren Deckschicht bei einer optimalen Werkzeugtemperatur und/oder einem optimalen Druck durchgeführt werden. Unter einer optimalen Werkzeugtemperatur ist insbesondere die Temperatur zu verstehen, bei der eine Schicht bzw. ein Formkörper mit (nahezu) optimalen optischen Eigenschaften hergestellt werden kann. Unter einem optimalen Druck ist insbesondere der Druck zu verstehen, bei dem eine Schicht bzw. ein Formkörper mit (nahezu) optimalen optischen Eigenschaften hergestellt werden kann. Bei Polycarbonat liegen die optimale Werkzeugtemperatur bei ca. 120°C und der optimale Druck bei 800 bar bis 1000 bar.

Nach einer Abkühlphase kann das optische Formteil in einem Schritt 103 aus der Kavität entnommen werden. Darüber hinaus können in einem nächsten Schritt 104 weitere Verarbeitungsschritte folgen.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines nach dem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellten optischen Formkörper 2. Insbesondere kann der Formkörper 2 transparent gebildet sein. Vorzugsweise kann der Formkörper 2 ein Linsenelement 2 sein. Der optische Formkörper 2 kann bevorzugt in Beleuchtungssystemen, beispielsweise als Linsenelement 2 für einen LED- Kraftfahrzeugscheinwerfer, verwendet werden.

Der dargestellte optische Formkörper 2 umfasst einen Vorformling 4 bzw. eine m i tt l ere Kunststoffs chicht 4. Auf den beiden breiten Oberflächen des Vorformlings 4 ist eine obere Deckschicht 6.1 und eine untere Deckschicht 6.2 angeordnet.

Der optische Formkörper 2 weist eine Dicke 12 von 10 mm bis 30 mm auf. Die Dicke 8 des Vorformlings 4 ist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel größer als die Dicke 10 einer Deckschicht 6.1 , 6.2. Wie zu erkennen ist, entspricht im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Schichtdicke 10 der oberen Deckschicht 6.1 im Wesentlichen der Schichtdicke 10 der unteren Deckschicht 6.2. Das Verhältnis der Schichtdicke 8 des Vorformlings 4 zu den Schichtdicken 10 der Deckschichten 6.1 , 6.2 kann vorzugsweise zwischen 70:30 und 60:40 liegen. Beispielsweise kann die Schichtdicke 12 des optischen Formkörpers 20 mm betragen. Die Schichtdicke 8 des Vorformlings 4 kann ca. 12 mm und die Schichtdicke 10 der Deckschichten 6.1,

6.2 ca. 4 mm betragen. Es versteht sich, dass grundsätzlich komplexere Formen erzeugt werden können und insbesondere der Schichtdickenverlauf eines Elements variieren kann. Ferner können neben Polycarbonat auch andere Kunststoffmaterialien eingesetzt werden. Hierbei versteht es sich, dass die Temperaturen und/oder der Druck des Formwerkzeugs in Abhängigkeit des eingesetzten Kunststoffmaterials angepasst werden muss.

Es sei ferner angemerkt, dass in den nächsten Jahren im Bereich der LED-Technologie vor allem nichtabbildende Beleuchtungen in den Fokus rücken werden, während der Schwerpunkt der Entwicklungen in den vergangenen Jahren vor allem im Bereich der abbildenden Optiksysteme lag. I m Gegensatz zur abbildenden Optik geht es nicht um die Erzeugung eines Abbildes der Lichtquelle. Die Art der Ausleuchtung des Ziels ist das vorwiegende Interesse dieses Fachgebietes der Optik. Hierbei wird eine gewisse Licht Verteilung bei gegebener Lichtquelle erzeugt. Die Lichtverteilung geschieht durch reflektierende und transmittierende Materialen, deren Oberfläche das auftreffende Licht reflektiert, bricht und auch beugt. Diese Materialien werden als optisch passiv bezeichnet. In Kombination mit der Lichtquelle entsteht das optische System. Das Optikdesign ist zur Steigerung der Effizienz und zur optimalen Lichtumverteilung notwendig.

Im Bereich der nichtabbildenden Optik und ganz besonders in der Beleuchtungsoptik ergeben sich für die Kunststoffe neue Möglichkeiten. Durch die Entwicklung der LED-Beleuchtungsmittel können neue Bereiche erschlossen werden, für die es noch keine Optiksysteme gegeben hat. Durch die lange Lebensdauer und die Energieeffizienz der LED gegenüber den konventionellen Leuchtmitteln haben viele Industriebranchen großes Interesse an der LED Beleuchtung. Im Automobilbau kommen als Argumente für den Einsatz von Thermoplasten in der Beleuchtungsoptik noch die Gewichts ersparnis im Vergleich zu Glas und die Möglichkeit der Funktionsintegration hinzu.

Die neuen Beleuchtungsoptiken fordern heute hoch komplexe, freigeformte, halbbrechende und halbreflektierende Optiken, die in Glas nur noch schwer herstellbar sind. Des Weiteren sind Massenanwendungen, die den Einsatz der Spritzgusstechnik rechtfertigen, im Bereich der Beleuchtungsoptik häufig anzutreffen. Die optischen Anforderungen sind für viele Beleuchtungsanwendungen ebenfalls hoch, doch im direkten Vergleich mit den abbildenden Optiken in Kunststoffoptiken leichter umsetzbar. So sind Abbildungsfehler von untergeordneter Bedeutung und der Optikdesigner hat mehr Geometrie-Freiheitsgrade in der Auslegung seiner Optik. Hierdurch können Nachteile in den optischen Eigenschaften der Kunststoffe (z.B . Temperaturabhängigkeit der Brechzahl und der Geometrie) eher ausgeglichen und/oder toleriert werden.

Wie oben beschrieben ergeben sich für die optischen Kunststoffe in der Beleuchtungsoptik große Anwendungspotentiale. Es liegen j edoch prozesstechnische Herausforderungen vor, die im Nachfolgenden kurz erläutert werden: Vorraussetzung für die FunktionserfuUung vieler Beleuchtungsoptiken ist es, dass Streu- und Intensitätsverluste, sowie Lichtstrahlablenkungen gering gehalten werden. Die Funktionserfüllung wiederum wird aus der Geometrie der Funktionsoberflächen (Form, Welligkeit und Rauhigkeit) und von den inneren Eigenschaften (Transmission, Absorption, Dispersion, Spannungen, Dichteverteilungen) integral erreicht.

Dies bedeutet, dass die Abformungsgenauigkeit der optischen Funktionsflächen an denen Licht ein- und ausgekoppelt wird, sehr hoch sein muss. In Bezug auf Einfallstellen und Formabweichung sind Genauigkeiten im unteren zweistelligen mm-B e re i c h erfo rd erl i ch un d b e i d en Oberflächenrauhigkeiten sogar im einstelligen nm-Bereieh notwendig. Zum anderen beutet dies auch, dass das Formteilvolumen möglichst geringe innere Spannungen, Verunreinigungen und anisotrope Materialeigenschaften aufweißen muss, um die optischen Eigenschaften nicht negativ zu beeinflussen.

Di e beschriebenen Herausforderungen machen deutlich, welche Anforderungen an den Spritzgießprozess gestellt werden. Zum einen entsteht durch den Spritzgießprozess eine örtlich und zeitlich unterschiedliche Druck-, Temperatur- und Orientierungsverteilung im Formteil. Hierdurch kommt es zu einer mehr oder weniger stark ausgeprägten optischen Anisotropie durch z.B.

Molekülorientierungen, Dichteverteilungen, und Polarisation, die, wie oben beschrieben, das optische Verhalten beeinflussen können. Zum anderen muss entlang der gesamten Prozesskette auf eine sehr saubere und schonende Herstellung geachtet werden, da alle Arten von Verunreinigungen und Störstellen wie Lunker, Einschlüsse, Fließlinien, die die optischen Eigenschaften negativ beeinflussen, vermieden werden müssen.

Weiterhin überlagern sich diese prozessbedingten Anforderungen mit der aus dem Optikdesign resultieren Geometriegestaltung. Oftmals werden sehr kompakte Linsenkörper mit großen Wanddicken benötigt. Linsen, d i e hier den S chwerpunkt b i l den, k n nen i m Sinn e d er Kunststofftechnik als dickwandig bezeichnet werden. 10mm, 20mm und 30mm sind gängige Wanddicken, die je nach Optikdesign und Funktionsintegrationen außerdem noch stark variieren können. Die dicken Formteilbereiche erstarren langsamer als die dünnen Bereiche, so dass es zu ungewollter Schmelzestagnation in dünnen Bereichen und zu einer schlechteren Druckübertragung besonders in der Nachdruckphase in die dickwandigen Bereiche kommen kann. 1 lierdurch werden eine gleichmäßige Formteilfüllung und die geforderten Abformpräzision der optischen Flächen erschwert. Die großen Wanddicken führen außerdem zu sehr langen Kühlzeiten. Je nach Wanddicke können diese zwischen 5 und 20 Minuten und teilweise noch darüber liegen. Durch die hiermit verbundenen langen Verweilzeiten in der Plastifiziereinheit der Spritzgießmaschine ist die thermische Belastung der Kunststoffe und damit die Gefahr von Materialschädigungen größer als bei anderen Anwendungen. Weiterhin werden durch die langen Kühlzeiten eine kontinuierliche Prozessführung, -kontroll e und Versuchsplanung erschwert. Nicht zuletzt werden die Kosten für diese Bauteile durch die langen Kühl- und Zykluszeiten negativ beeinflusst. Zusammengefasst lässt sich für die hier betrachteten Optiken feststellen, dass sich hohe prozesstechnischen Herausforderungen aus der vom Optikdesign geforderten, sehr hohen Präzision und Sauberkeit in Verbindung mit dem für die Kunststoffverarbeitungstechnik sehr ungünstigen dickwandigen Geometrien ergeben. Wichtige Bausteine der Prozesskette zur Herstellung dieser Teile befinden sich heute noch in der Entwicklungs- und Erprobungsphase, insbesondere solche, die die geforderte Beleuchtungsqualität bei möglichst kurzer Zykluszeit erreichen.

Mit dem Mehrschichtenspritzgießen wird vom dem klassischen Weg des Spritzgießens oder Spritzprägens abgewichen und versucht, durch eine schichtweise Herstellung ein optisches Bauteil zu fertigen. Bei der schichtweisen Herstellung sind die Einzelschichten dünner als die Ges amt wanddicke, so dass eine Reduzierung der Kühlzeit möglich ist, da d i e Summe der Kühlzeiten der einzelnen Schichten geringer ist, als die Kühlzeit im Einschichtverfahren. Erste theoretische Abschätzungen sagen für das Mehrschichtenspritzgießen ein großes Potential zur Zykluszeitreduzierung voraus. Das vom BMBF geförderte Projekt "Autolight" (unter der Trägerschaft des VDIs) hat in einem Teilprojekt die Aufgabe, die Simulationstechniken zur Voraussage der günstigsten Schichteneinteilung, bei komplexen Freiformoptiken wesentlich zu verbessern. Insbesondere auch durch quantitative Kühlzeitvorhersagen kombiniert mit der Einbeziehung von Qualitätsvorhersagen in die Simulation.

Des Weiteren stellt sich die Frage, ob es Unterschiede in der Erreichung von bestimmten optischen und geometrischen Qualitätsmerkmalen zwischen optischen Bauteilen gibt, die im Einschicht-, Zweischicht- oder Dreischichtenspritzguss herstellt werden. Detaillierte praktische Untersuchungen hierzu werden derzeitig in einer Studie bei Bayer Material Science durchgeführt. Kern dieser Untersuchung ist es, an einen optischen Bauteil wesentliche Unterschiede des Mehrschichtenspritzgießens im Vergleich zum Standardspritzgießen aufzuzeigen. Hierzu werden vergleichende Versuche an einer optischen Geometrie durchgeführt, die im Einschicht-, Zweischichten- und Dreischichtspritzgießen hergestellten wurden.

Das Spektrum der Anforderungen für optische Bauteile ist vielfältig. Die Anforderungen können wiederum abhängig vom jeweiligen Anwendungsgebiet der Beleuchtungsoptik unterschiedlich gewichtet sein. Die Anforderungen werden, wie oben erwähnt, durch die Kombination von Materialeigenschaften und Geometrie erfüllt werden. Hierbei ist die Kenntnis des Einflusses und der Grenzen des Herstellprozesses sehr wichtig, da durch diesen sehr großen Einfluss au die späteren Eigenschaften genommen werden kann. Geometrisch Anforderungen können sein Kontur, Oberfläche, Rauhigkeit, Krümmungsradius, Abmessung, Winkel und Toleranzen. Optische Anforderungen können sein Brechzahl / Dispersion, Reflexionsgrad, Transmission, Absorption, Streuung, Eigenfarbe, Doppelbrechung. Visuelle Anforderung können sein Brillanz, Lunker. Einschlüsse, Oberflächenfehler (Schlieren, Einschlüsse), Verschmutzung und Fließlinien. Lichttechnische Anforderungen können sein Leuchtmittel, Ausleuchtung, Lichtverteilung, Färb er scheinung, gesetzliche Anforderungen. Umweltanforderungen können sein Temperaturstabilität, Feuchtigkeit, Chemische Beständigkeit, Vergilbung, E-Modul. Konstruktive Integration. Mechanik und Toleranzen. Wirtschaftliche Anforderungen können sein Zykluszeit, Stückzahl, Fixkosten, Werkzeug- und Maschinenaufwand, Ausschuss und Toleranzen.

LED Licht weist keinen bzw. nur einen geringen UV und IR Anteil auf und erlaubt neue Optiken. Die Vorteile des Spritzgießprozesses in der Oberflächenabformung und Formenvielfalt kann in der Beleuchtungs- und Sensorenoptik voll ausgenutzt werden. Massenanwendungen, bei denen sich die Abformung im Spritzgießprozess zu lohnen beginnt, befinden sich der Beleuchtungs- und Sensorenoptik. Die mit transparenten Kunststoffen erreichbaren Qualitäten passen mit den Anforderungen von präzisen Beleuchtungsoptiken und Sensoren überein.

Zum Potential und zu den Herausforderungen der transparenten Kunststoffe für Beleuchtungsoptiken: Potential liegt vor, da komplexe, freigeformte, halbbrechende und halbreflektierende Optiken in der Massenfertigung in Glas nur noch schwer herstellbar sind

Herausforderung sind die Beleuchtungseigenschaften, wie die Geometrie der Funktionsoberfläche (Form, Welligkeit und Rauhigkeit) und die inneren Eigenschaften (Transmission, Absorption. Dispersion, Spannungen), geringe Streu- und Intensitätsverluste, sowie Lichtstrahlablenkungen, daher hohe Abformungsgenauigkeit der optischen Funktionsflächen Spritzgießprozess erzeugt optisch anisotropes Materialgefüge (Dichte, Spannungen, Orientierungen, Polarisation), hohe Reinheitsanforderungen d.h. keine Verunreinigungen und Störstellen wie Lunker, Einschlüsse, Fließlinien, kompakte Linsenkörper mit großen Wanddicken (10mm, 20mm und 30mm ). Hierdurch wird eine gleichmäßige Formteilfüllung und Druckübertragung erschwert. Die großen Wanddicken führen außerdem zu sehr langen Kühlzeiten.

Grundbetrachtungen zur Kühlzeit (siehe Fig. 6):

Erste theoretische Betrachtungen zeigen für das Mehrschichtenspritzgießen ein großes Potential für die Reduzierung der Zykluszeit auf. Umfassende Validierung der Simulation der Kühlzeit für Mehrschichtensysteme und komplizierte Freiformoptiken i dem BMBF Projekt „Autolight" insbesondere unter Einbeziehung der Voraussage von erreichbaren Qualitäten.

Beispiel: Herstellung auf 2 -Komponenten Spritzgießmaschine einer Einschicht-, Zweischicht- und Dreischichtlinse (siehe Fig. 9a, 9b). Wie insbesondere zu erkennen ist, kann die Zykluszeit bei einer Dreischichtlinse im Vergleich zu einer Einschichtlinse um über 50 % reduziert werden.

Linsen Gesamtdicke S =20 mm

Massetemperatur JM = 280°C

Werkzeugtemperatur Vorspritzling VS =120°C

Werkzeugtemperatur Nachspritzling NS =120°C

Wärmeübergangskoeffizient a = 2000 W/m2K

Entfomungstemp. in Formteilmitte JE= 150°C Alle 600 s zwei Einschichtlinsen

Alle 290 s eine Zweischichtlinse

Alle 580 s zwei Zweischichtlinsen

Alle 240 s eine Dreischichtlinse

Alle 480 s zwei Dreischichtlinsen

Nicht validierte, theoretische Ergebnisse: Betrachtet wurde hier nur die reine Kühlzeitreduktion. Zeitanteile, welche beim Mehrschichtenspritzgießen durch die zusätzliche Werkzeug- Zwischenöffnung und das Einspritzen entstehen, sind hier nicht berücksichtigt.

In einem inhomogenen Medium ist der Brechungsindex nicht konstant (siehe Fig. 18). Gradienten der Brechungsindexänderung (Richtung der stärksten Änderung). An dieser Grenzfläche gilt für den passierenden Lichtstrahl des üblichen Brechungsgesetzes. Der Lichtstrahl wird in Richtung des Gradienten gebrochen. Addiert man diese Änderungen ergibt sich ein im Allgemeinen ein nicht gerader Lichtweg und eine ungleichmäßige Punkteverschiebung. Ist Brechungsindex und auch sein Gradientenfeld in einem anisotropen Medium für zwei Polarisationsrichtungen verschieden ergibt sich eine Punktaufspaltung. Wenn Medium anisotrop und inhomogen ist addieren sich beide Effekte. Der Fall liegt im Spritzgussteil vor.

Die Werkzeugtemperatur des Vorspritzlings bzw. Vorformiings (TWZ VS) hat großen Einfluss im Gesamtverbund auf die Pixelverschiebung (siehe Fig. 20 und 21).

Geringere Drücke bei besserer Oberflächenabformung können bei den M ehr s chicht enb auteilen erzielt werden. Sehr positiver Einfluss auf die Transmission und den Yellowness-Index bei Polycarbonat bei dem Dreischichtensystem. Einfluss des Herstellungsverfahrens und der

Verarbeitung darstellbar.

Weitere Aus führungs formen betreffen eine Messapparatur und ein Verfahren zur Messung der Güte optischer Bauelement Clement e in Transmission.

Um die Verzerrung des Bauelements zu bestimmen wird die Strahlablenkung abhängig von der Position im Bauelement untersucht. Es wird die Verschiebung der Punkte aus ihrer Solllage bestimmt, wenn diese durch das Bauelement hindurch aufgenommen werden. Zu diesem Zweck ist folgender Aufbau realisiert worden. Mit einer Beobachtungseinheit, insbesondere einer IDS μΕγε CMOS Kamera, wird über ein 200mm Objektiv eine Objekteinheit, insbesondere eine Punktematrix, durch das Bauelement aufgenommen. Die Punktematrix besteht aus einer Transparentfolie mit 1mm großen schwarzen Punkten im Abstand von 3,5mm, montiert auf einem Leuchtkasten. Um Oberflächeneffekte, wie Krümmungen, Kratzer und Angusskanten, des Bauelements auszuschließen wird das Bauelement nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung in einer Küvette umgeben von Immersionsöl gleicher Brechkraft wie das Spritzgussteil vermessen. Die Küvette besteht aus einem Metallrahmen mit Führungen zur optimalen Positionierung des Bauelements und zwei Borosilikat Fenstern, die parallel zueinander angeordnet sind. Zur Feinab Stimmung der Brechzahl des Immersionsöls mit dem PC-Bauelement wird in einem Wellenlängenbereich von 650 - 700 nm gemessen.

Um jegliche Fehler der Küvette auszugleichen wird zuerst ein Nullbild mit Küvette und Immersionsöl angefertigt. Es werden bevorzugt drei Nullbildaufnahmen erstellt, bei denen das Öl gerührt wird um Inhomogenitäten des Öls zu minimieren. Dies ist notwendig, da das Immersionsöl nicht homogen ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Auswerteeinheit vorgesehen, welche mit der Beobachtungseinheit datentechnisch verbunden ist, wobei die Auswerteeinheit eingerichtet ist, um die Verzerrungen ortsaufgelöst zu quantifizieren. Diese und deren Betriebsweise werden im

Folgenden rein beispielhaft beschrieben:

Softwareauswertung: Bei der Kreis erkennung im Bild werden alle Pixel die einen Grauwert kleiner 65 ( Bild des Spritzgussteils Grauwert kleiner 75) als Region ausgewählt. Diese Region wird in einzelne zusammenhängende Regionen unterteilt. Regionen, die eine kleinere Fläche als 900 Pixel (Bauelement 150 Pixel) besitzen, werden nicht berücksichtigt. Für die Position der Nullbildpunkte werden die Mittelwerte aus drei Nullbildern, die vor jeder Messteilreihe angefertigt wurden, gebildet, um eine Verschiebung der Messanordnung aufzufangen.

Danach werden in den Bauelementbildern die verzerrten Kreise als Regionen extrahiert und deren Positionen bestimmt. In einem Iterationsverfahren werden die nächstliegenden Nullkreise zu den verzerrten Kreisbildern zugeordnet. Dies geschieht in Schritten von 10-20 Pixeln, damit keine Fehlzuordnung stattfindet. Bei den Bildern einiger Versuche müssen zusätzliche Bedingungen für die Nullzuordnung erfüllt sein, um Fehlauswertungen zu vermeiden. Zum Beispiel müssen bei einigen Serien in dem linken Bereich des Bildes die Punktbilder immer rechts von den Nullbildern sich befinden. Der Abstand der Punkte zum Nullpunkt ist immer die kürzeste Diagonale.

Die zugeordneten Regionen werden abhängig vom horizontalen oder vertikalen Abstand zu den Nullkreisen verschiedenfarbig eingefärbt. 10 Pixel forrest green

20 Pixel green

30 Pixel khaki

40 Pixel goldenrod

50 Pixel indian red

70 Pixel red

90 Pixel red

100 Pixel red

Die Abweichung der Kreisposition von der Nullposition ist ein Maß für die Verzerrung des Bauelements, das durch eine nicht geordnete Struktur der Polymer kristalle hervorgerufen wird (Doppelbrechung, Brechzahlgradienten).

Die Verschiebungen aller abgebildeten Punkte werden als farbcodiertes Regionenbild mit überlagerten Nullregionen ausgegeben. Die obere schwarze Zahl über der Region gibt die Pixelverschiebung an. Die weiße Zahl ist die Nummer der Region.

Die Winkelverschiebung der Position im Bauelement ergibt sich aus dem Abstand des Bauelements zur Kameraoptik, dem Maßstab und der Pixelverschiebung.

Eine Abweichung von 10 Pixeln ergibt eine Winkelabweichung von 0,005 ° oder 0,000087 RAD.

Kameraeinstellungen : Die Beleuchtung ist eine L euchtstoffröhr e, die mit 5001 Iz betrieben wird, um Helligkeitsschwankungen zu vermeiden. Die Aufnahmen werden mit einer Integrationszeit von 109ms aufgenommen und einer Bildrate von 5,8 fps. Die Bilder besitzen eine Größe von 2560 x 1920 Pixel bei einer Pixelauflösung von 24,4μηι.·Τίχο1 (Bildfeld: 46,83 x 62,44 mm).

Abstand Kamera - Kiivette: 2000mm

Abstand Kiivette Punktematrix: 800mm

Daten werden in Excel importiert und ein Histogramm erstellt mit einer Klassenweite von 5 Pixeln.

Der Wiederholungsfehler der Messmethode beträgt ± 2 Pixel.