(ka) Objektive in Beamern und Projektionsscheinwerfern moderner Autos haben eines gemeinsam: Die dort eingesetzten Linsen bestehen aus Kunststoff. Die Eußenheimerin Natalie Rudolph hat in ihrer Doktorarbeit ein Verfahren untersucht, mit dem mit Hilfe von Druck die Linsen besser produziert werden können. Für ihre neuen Erkenntnisse wurde sie auf der Kunststoffmesse in Düsseldorf mit einem Preis ausgezeichnet.
Linsen werden wie viele Kunststoffteile im Spritzgießverfahren hergestellt. Dabei wird das geschmolzene flüssige Material in eine Form aus Stahl gespritzt, die gekühlt wird. Ist der Kunststoff erstarrt, wird die teilbare Form geöffnet und das hergestellte Teil kann entnommen werden.
Ideal für dieses Verfahren sind gleichmäßig dicke und dabei möglichst dünnwandige Teile. Projektionslinsen sind als Sammellinsen dagegen in der Mitte viel dicker als am Rand. Die (dünnen) Ränder kühlen schneller ab und beim Übergang von flüssig nach fest flacht die Linse in der Mitte ab, was ihre optischen Eigenschaften verschlechtert.
Dieser Effekt wird bisher durch sehr langsames Abkühlen begrenzt. Die Abkühlzeit für Projektionslinsen liegt zwischen fünf und zehn Minuten – zum Vergleich: Staubsaugergehäuse werden nach weniger als einer Minute aus der Form genommen.
Mit Druck schnellere Abkühlung
In ihrer Doktorarbeit an der Universität Erlangen-Nürnberg untersuchte Natalie Rudolph ein abgeändertes Verfahren: Bei der Druckverfestigung wird der geschmolzene Kunststoff, in diesem Fall Polycarbonat (daraus bestehen zum Beispiel auch CDs und DVDs), direkt nach dem Spritzvorgang mit einer Prägevorrichtung verdichtet.
Durch den hohen Druck von annähernd 1000 Bar geht das Material trotz der hohen Temperatur (um 200 Grad Celsius) in den festen Zustand über. So kann schneller abgekühlt werden, bevor bei rund 150 Grad Celsius der Prägedruck weggenommen wird. Die praktische Umsetzung des Verfahrens lässt Verfestigungszeiten im Bereich von zwei bis drei Minuten für Projektionslinsen erwarten.
Nach dem Abitur am Johann-Schöner-Gymnasium in Karlstadt studierte die Eußenheimerin von 1999 bis 2004 Textiltechnik an der Fachhochschule Hof. Die Suche nach einem Doktorvater führte sie zur Universität Erlangen-Nürnberg, wo sie bis zur Promotion im Juni 2009 wissenschaftliche Mitarbeiterin war.
Seit Anfang 2010 arbeitet Natalie Rudolph in Amerika am Polymer Engineering Center der Universität Wisconsin in Wisconsins Hauptstadt Madison. Dort beschäftigt sie sich als Oberingenieurin mit der Computersimulation der Druckverfestigung beim Spritzgießen.