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E-Book

Optiktechnologie

Grundlagen, Verfahren, Anwendungen, Beispiele

AutorGünter Gräfe, Jens Bliedtner
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl423 Seiten
ISBN9783446424661
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis31,99 EUR

Vielfältige interessante Entwicklungen haben die Optiktechnologie zu einer Querschnittstechnologie werden lassen, die heute sehr komplex mit unterschiedlichen Fachdisziplinen verbunden ist. Die Optiktechnologie wird als eine Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts mit enormem Wachstumspotenzial angesehen.
In diesem Lehrbuch steht die Vermittlung von Grundlagen und Anwendungen der klassischen und modernen Optikfertigung im Mittelpunkt. Darüber hinaus werden ausführlich wichtige Verfahren zur Herstellung von optischen Bauteilen und Systemen behandelt und praktische Hinweise gegeben, die auf langjährigen eigenen Berufserfahrungen und dem recherchierten Wissen von vielen Fachexperten basieren. Eine Vielzahl von Anwendungsbeispielen demonstriert das große Potenzial der unterschiedlichen Fertigungsverfahren aus dem vielgestaltigen Spektrum der optischen Technologien.
Der Leser erhält mit zahlreichen Übungsaufgaben am Ende der einzelnen Kapitel die Möglichkeit, das erlernte Wissen zu überprüfen.
Ausführliche Lösungen zu den Übungsaufgaben werden auf der Begleit-DVD zur Verfügung gestellt. Diese enthält darüber hinaus über 2 Stunden und 23 Minuten ausgewähltes Filmmaterial zur Veranschaulichung der behandelten Verfahren und Prozesse. Somit ist das vorliegende Lehrbuch auch zum Selbststudium sehr gut geeignet.

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Leseprobe

5 Urformen von optischem Glas (S. 75-76)

Urformende Verfahren stehen am Anfang des Wertschöpfungsprozesses und sind die Voraussetzung für den Einsatz aller übrigen Fertigungsverfahren. Hierbei steht das Ziel, einem formlosen Stoff erstmals eine Gestalt zu geben. I. d. R. werden identische Verfahrensschritte genutzt, um den Prozess des Urformens durchzuführen. Beginnend mit der Rohstoffgewinnung schließt sich der Verfahrensschritt Aufbereitung der Rohstoffe an. Das Einfüllen in Formen oder die quasi endlose Formgebung des Ausgangsmateriales führt über einen Abkühlprozess zum Erreichen eines festen Aggregatzustandes des urgeformten Produktes. Es schließt sich eine letzte Prozessstufe, die Entnahme oder Konditionierung des Erzeugnisses, an.

Urformen ist das Fertigen eines festen Körpers aus einem formlosen Stoff durch Schaffen eines Stoffzusammenhaltes. Als formlose Stoffe werden Gase, Flüssigkeiten, Pulver, Fasern oder Granulate verwendet (DIN ISO 8580).

Die entstehenden Urformerzeugnisse können generell in zwei Gruppen unterteilt werden:

1. Die urgeformten Erzeugnisse sind Zwischenprodukte (Halbzeuge) und werden mit weiteren Fertigungsverfahren endbearbeitet, wobei sich Größe und Form ändern.
2. Die urgeformten Erzeugnisse sind Endprodukte bzw. endformnahe Produkte, wobei keine bzw. geringe weitere Arbeitschritte zur Fertigstellung erforderlich sind.

Tendenziell werden kurze Prozesswege von den Ausgangszuständen zum Endprodukt angestrebt. Besondere Prozesseffizienz ist möglich, wenn Verfahrensschritte substituiert werden können. Somit bestehen hohe Qualitätsanforderungen an die urformenden Verfahren, um möglichst auf direktem Weg zum Endprodukt zu gelangen (z. B. Spritzgießen oder Blankpressen). Bei der Herstellung von Bauteilen mit großen Stückzahlen kommt es in erster Linie darauf an, Halbzeuge (Presslinge etc.) bei jedem Bearbeitungsschritt mit hoher Formtreue bei minimalem Aufmaß zu fertigen, um einerseits eine optimale Materialausnutzung zu gewährleisten und andererseits die Folgeprozesse effizient zu gestalten.

Im Ergebnis der Glasschmelze stehen seitens der Glashersteller verschiedene Lieferformen für eine weitere Verarbeitung zur Verfügung:

1. Rohglas (z. B. Barrenglas, Profilstäbe)
2. Halbzeuge (z. B. Plattenglas, Flachglas, Blockglas, Presslinge, Gobs)
3. Rohlinge mit vorbzw. angearbeiteten Flächen (z. B. Linsen, Spiegel, Prismen).

Sehr wirtschaftlich werden dabei bspw. direkt aus der Schmelze Halbzeuge auf Rundtaktautomaten gepresst (z. B. Brillenglasoder Fernglaslinsen). In der Regel müssen einfach optisch gepresste Gläser (insbesondere die optischen Funktionsflächen) aufgrund der nach dem Pressvorgang vorhandenen Rauigkeiten und Formabweichungen noch weiter bearbeitet werden. Im Unterschied hierzu können mittels Spritzgießens optische Bauelemente mit einem hohen Fertigstellgrad direkt durch das Urformen hergestellt werden. Hohe Genauigkeiten können auch beim Gießen von Kunststoffen in Glasformen erzielt werden, da die Werkzeugoberflächen aus Glas mit sehr hohen Genauigkeiten hergestellt werden.

5.1 Urformende Verfahren für mineralische Gläser

5.1.1 Herstellung von Gobs und Presslingen

Gobs (engl. Glasposten/Tropfen) sind vorgeformte Glastropfen mit mindestens einer blanken Seite. Sie werden durch Abtropfen direkt aus der Glasschmelze hergestellt und reduzieren den Materialeinsatz in der Heißformgebung und in den anschließenden Bearbeitungsstufen auf ein Minimum. Aus Gründen des nachfolgenden Umformprozesses werden Gobs nur fürGläser mit niedrigem Erweichungspunkt gefertigt. Im kontinuierlichen Prozess wird die Glasschmelze direkt aus dem Auslauf über einen Stutzen gefördert. Durch die Schwerkraft des austretenden Schmelzvolumens bewegt sich die zähe Glasmasse vertikal in Richtung einer planen Unterlage.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort8
Inhalt10
1 Die Entwicklung des Glases und der Optikfertigung14
2 Grundlagen der Optik20
2.1 Brechung, Reflexionund Totalreflexion20
2.2 Polarisation, Interferenzund Beugung21
2.3 Doppelbrechung und Pleochroismus25
2.4 Abbildendeoptische Bauelemente26
2.4.1 Transmittierende optische Bauelemente26
2.4.2 Reflektierende optische Bauelemente30
2.4.3 Teildurchlässige optische Bauelemente32
2.4.4 Diffraktive optische Bauelemente33
2.5 Abbildungsfehler34
2.6 Bewertung der Abbildungsleistung eines optischen Systems37
2.7 Kennzeichnungoptischer Bauelemente38
2.7.1 Materialangaben39
2.7.2 Formangaben39
2.7.3 Oberflächenangaben40
3 Optische Werkstoffe44
3.1 Einteilung der optischenWerkstoffe44
3.2 Mineralische Gläser44
3.2.1 Definition und Struktur44
3.2.2 Herstellung mineralischer Gläser45
3.2.3 Eigenschaften mineralischer Gläser48
3.2.4 Lieferformen mineralischer Gläser54
3.3 Organische Gläser56
3.3.1 Definition und Struktur56
3.3.2 Ausgewählte Eigenschaften58
3.3.3 Anwendungsbereiche und Lieferformen59
3.4 Kristallwerkstoffe60
3.4.1 Aufbau und Struktur60
3.4.2 Ausgewählte Eigenschaften62
4 Grundlagen des Fertigungsprozesses66
4.1 Entwicklungs- und Herstellungsprozess66
4.1.1 Entwicklungsstufen66
4.1.2 Entwicklungsablauf67
4.2 Fertigungsarten69
4.3 Fertigungsprinzipien70
4.4 Einteilung der Fertigungsverfahren72
4.5 Technologische Unterlagen73
5 Urformen von optischem Glas78
5.1 Urformende Verfahrenfür mineralische Gläser78
5.1.1 Herstellung von Gobs und Presslingen78
5.1.2 Herstellung von Glasblöcken79
5.1.3 Herstellung von Flachglas82
5.2 Urformende Verfahrenfür organische Gläser85
5.2.1 Gießen86
5.2.2 Spritzgießen90
5.2.3 Heißprägen95
5.2.4 Spritzprägen99
5.3 Urformende Verfahrenfür Kristallwerkstoffe102
5.3.1 Züchtung aus der Gasphase102
5.3.2 Kristallzüchtung aus der Lösung104
5.3.3 Züchtung aus der Schmelze106
6 Umformen von optischem Glas112
6.1 Grundlagen112
6.2 Pressen117
6.2.1 Verfahrensprinzip117
6.2.2 Werkzeugform – Herstellung und Anforderungen118
6.2.3 Pressprozess120
6.2.4 Anwendungsgebiete121
6.3 Senken122
6.4 Ziehen123
7 Trennen130
7.1 Zerteilen131
7.1.1 Mechanisches Brechen131
7.1.2 Sonderverfahren zum Zurichten132
7.2 Schleifen139
7.2.1 Verfahrensgrundlagen140
7.2.2 Werkzeuge und Maschinen142
7.2.3 Trennschleifen146
7.2.4 Formschleifen150
7.3 Bohren168
7.4 Läppen172
7.4.1 Verfahrensgrundlagen173
7.4.2 Maschinen und Werkzeuge174
7.4.3 Betriebs- und Hilfsstoffe für das Läppen175
7.4.4 Einflussgrößen177
7.4.5 Läppverfahren179
7.5 Polieren189
7.5.1 Verfahrensgrundlagen189
7.5.2 Maschinen und Werkzeuge194
7.5.3 Betriebs- und Hilfsstoffe für das Polieren196
7.5.4 Einflussgrößen199
7.5.5 Polierverfahren201
7.5.6 Polierfehler220
7.5.7 Leistung und Genauigkeit223
7.6 Zentrieren228
7.6.1 Zentrierverfahren229
7.6.2 Zentriermaschinen und Werkzeuge231
7.6.3 Bearbeitungsprozess234
7.7 Ultrapräzisionszerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide236
7.7.1 Verfahrensgrundlagen237
7.7.2 Verfahrenseinteilung243
7.7.3 Drehverfahren243
7.7.4 Fräsen250
7.7.5 Ultraschall-unterstütztes Mikrospanen254
7.7.6 Leistung und Genauigkeit256
7.8 Strukturieren259
7.8.1 Gravieren (Abtragen)260
7.8.2 Fotolithografisches Strukturieren261
7.8.3 Strukturieren aufgetragenerMetall- und Lackschichten264
7.8.4 Partieller Schichtauftrag265
7.9 Reinigen266
7.9.1 Manuelles Reinigen267
7.9.2 Maschinelles Reinigen267
7.9.3 Strahlreinigung270
7.9.4 Ausheizen270
7.9.5 Reinigungsfehler271
8 Beschichten274
8.1 Schutzschichten275
8.1.1 Lackieren275
8.1.2 Oberflächenhärtung276
8.2 Optische Schichten278
8.2.1 Schichtarten278
8.2.2 Schichtherstellung280
8.2.3 Anwendungen288
8.2.4 Schichtcharakterisierung294
9 Stoffeigenschaftsändern298
9.1 Entspannungskühlen298
9.2 Verfestigen300
9.3 Altern303
9.4 Färben303
9.5 Fototrope Gläser305
10 Fügen308
10.1 Fügen im technologischen Prozess309
10.1.2 Kitten310
10.1.3 Kleben318
10.1.4 Gipsen318
10.1.5 Ansprengen319
10.1.6 Spannen323
10.2 Fügen von optischen Bauelementen/Montageprozess326
10.2.1 Zentrieren, Richten, Justieren328
10.2.2 Feinkitten332
10.2.3 Kleben334
10.2.4 Löten339
10.2.5. Versprengen342
10.2.6. Fassen von Optiken342
10.2.7 Diffusionsschweißen348
10.2.8 Endmontage351
10.2.9 Mikromontage359
11 Ausgewählte Fertigungstechnologien366
11.1 Prismenfertigung366
11.2 Linsenfertigung371
11.2.1 Linsenfertigung mit CNC-Technik371
11.2.2 LED-Lupenfertigung373
11.3 Fertigung asphärischer Bauteile378
11.4 Fertigung eines Gleitsichtbrillenglases383
11.5 Montage eines Objektivs387
11.5.1 Fügen der Einzellinsen und Kittglieder388
11.5.2 Justierdrehen391
11.5.3 Teilmontage392
11.5.4 Endmontage393
Literaturverzeichnis396
Hinweise zur beigefügten DVD406
Sachwortverzeichnis412

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