Untersuchungen zur Herstellung achromatischer Linsen durch Verbundspritzprägen transparenter Kunststoffe

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dietmar Drummer
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 432469470

Kunststoffe zeigen, im Vergleich zu vielen optischen Gläsern, eine hohe Dispersion. Dies bedeutet, dass der Brechungsindex des Werkstoffs stärker mit zunehmender Wellenlänge abfällt. Als Folge haben unterschiedliche Wellenlängen des Lichts (Lichtfarben), die durch eine optische Linse fokussiert werden, unterschiedliche Fokuslagen. Dies führt zu Bildfehlern und unscharfen Abbildungen, weshalb abbildende Optiken meist aus mehreren kombinierten Linsen aufgebaut sind. Bei Beleuchtungsoptiken zeigt sich die Dispersion anhand eines Farbschleiers am Rand des Lichtkegels. Durch Kombination von zwei Linsen aus Materialien mit unterschiedlicher Dispersion zu einer achromatischen Linse lässt sich dieser als chromatische Aberration bezeichnete Abbildungsfehler reduzieren, was zu einer deutlichen Steigerung der Abbildungsleistung führt. Zur Verbesserung der Bildqualität werden optisch abbilde Linsensysteme aus Kunststoff üblicherweise aus mehreren Linsen in Montageschritten zusammengefügt. Dies erfordert die Herstellung mehrerer Bauteile, eine exakte Positionierung zueinander und weitere Montageschritte. Im Fokus des Projektes steht deshalb das verzugs- und schwindungsarme Aufspritzen einer zweiten Komponente auf einen Vorspritzling zur Herstellung einer achromatischen Linse aus unterschiedlichen transparenten Kunststoffen. Mögliche Kunststoffe, deren Kombination hier infrage kommt, sind Polycarbonat (PC) und Polymethylmethacrylat (PMMA). Neben der Reduktion von weiteren Bearbeitungs- und Montageschritten wird durch den Verbundspritzguss auch die Transmission durch Reduktion der Reflexionen an den Grenzflächen gesteigert. Aus der Anwendung einer achromatischen Linse soll im Forschungsvorhaben die allgemeine Ableitung einer Fertigungsstrategie zum schwindungs- und verzugsarmen Verbundspritzprägen mit großen Kontaktflächen erfolgen. Dieses Wissen ist für zahlreiche weitere Anwendungen, auch neben der Optik, relevant. Dennoch sind die Voraussetzungen für diesen Verbundspritzguss bei optischen Bauteilen besonders herausfordernd: die zweite Komponente muss sehr schwindungsarm auf den Vorspritzling aufgespritzt werden, die Verbundfläche soll durch den Aufspritzvorgang nicht verformt werden und es muss eine ausreichende Haftung der beiden Kunststoffe über eine große Fläche gewährleistet sein. Diese Punkte sollen u. a. durch einen angepassten Spritzprägeprozess erreicht werden. So soll durch eine angepasste Kompression der Schmelze im Prozess mittels Prägen eine nachgelagerte Schwindung der aufgespritzten Komponente möglichst reduziert werden. Die Einflüsse der Prozessparameter auf die Haftung, die Schwindung, die Form der Verbundfläche und den Brechungsindex sowie den Bauteileigenschaften werden dabei systematisch untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Werkzeug Druckverfestigung
• Gerätegruppe: 8970 Kraftmeßgeräte (einschl. elektronischem Anzeigegerät)