Die
hier genannten Brillengläser
und Formkörper
bestehen vorwiegend aus Kunststoffen, die bei hohem Brechungsindex über ein
kleines spezifisches Gewicht verfügen und gut zerspanbar sind. Das
Verfahren kann aber auch für
Brillengläser
und Formkörper
aus Silikatglas verwendet werden.
Zur
sprachlichen Vereinfachung wird nachstehend an Stelle von „Brillengläsern und
anderen Formkörpern" nur noch von Brillengläsern gesprochen,
gemeint sind aber immer auch „andere
Formkörper
mit ähnlichen
Eigenschaften".
Auch wenn im nachstehenden Text nur noch von „Brillengläsern aus Kunststoff" gesprochen wird,
so sind auch immer solche aus Mineralglas gemeint.
Für die Herstellungsverfahren
von modernen Brillengläsern
gilt u.a. folgende Anforderung:
Eine sogenannte Dickenoptimierung
muss möglich sein,
mit der das Gewicht der Brillengläser zur Erhöhung des Tragekomforts minimiert
wird.
Bei
Plus-Gläsern
(Linsenmitte ist dicker als Linsenrand) und bei Neutral-Gläsern (Linsenmitte
ist gleich dick wie Linsenrand) wird bei der Dickenoptimierung die
Dicke der Linsen soweit reduziert, wie dies im Hinblick auf die
verbleibende Randdicke (= Dicke am Umfangsrand des fertigen Brillenglases) möglich ist.
Die Randdicke muss eingehalten werden, damit die Linse in der Brillenfassung
einwandfrei montiert werden kann, d. h. diese Dicke muss in etwa der
Breite des Rahmens der Brillenfassung entsprechen.
Bei
Minus-Gläsern
(Linsenmitte ist dünner als
Linsenrand) wird im Rahmen der Dickenoptimierung die Dicke der Linsen
soweit reduziert, wie dies im Hinblick auf die verbleibende Restdicke
in Linsenmitte möglich
ist. Eine gewisse Mindestdicke in Linsenmitte ist erforderlich,
damit die mechanische Stabilität
des, Brillenglases gewährleistet
ist.
Bei
der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird im wesentlichen auf
Plus-Gläser
Bezug genommen, da die Vorteile des Verfahrens hier besonders prägnant hervortreten.
Das Verfahren lässt
sich analog, aber auch bei Neutral- und Minus-Gläsern anwenden. Zur sprachlichen
Vereinfachung wird im nachfolgenden Text nur noch von Brillengläsern gesprochen.
Da
die beiden optisch aktiven Oberflächen von Plus-Gläsern (Vorder-
und Rückseite)
nicht planparallel zueinander sind, sondern an verschiedenen Stellen
verschiedene Winkel zueinander aufweisen, spielt bei der Dickenoptimierung
die Größe des Brillenglases
eine entscheidende Rolle. Die Form und Größe der Brillenfassung muss
daher vor der Dickenoptimierung bekannt sein.
Ausgehend
von der vorgegebenen Dicke am Rand (Brillenfassung) wird dann die
größere Dicke
in der Linsenmitte bestimmt.
Bei
der Herstellung von Brillengläsern
unter Beachtung der vorgenannten Anforderung (Dickenoptimierung)
ergeben sich folgende Probleme:
- 1. Die Brillengläser lassen
sich während
der Herstellungsprozesse (Flächenbearbeitung
und Randbearbeitung) nach dem Stand der Technik nur mit besonders
großem
Aufwand für
die verschiedenen Bearbeitungsschritte Festspannen, da bei der Flächenbearbeitung
der Randbereich angeschnitten wird und der Rand außerdem bearbeitet
werden muss. Der Rand ist daher als Spannfläche nur geeignet, wenn besondere
Verfahren angewandt werden.
Nach der Randbearbeitung sind die
Brillengläser am
Umfang nicht mehr kreisrund, sondern entsprechen den verschiedenen
Formen und Größen der
Brillenfassungen (entweder exakt oder mit einer Bearbeitungszugabe
für den
Optiker). Diese nahezu beliebigen Formen und Größen machten es erforderlich,
spezielle Spann- und Fertigungsverfahren zu entwickeln und eine
Vielzahl von unterschiedlichen Werkzeugen vorzuhalten.
- 2. Durch die Dickenoptimierung (Brillenglas so dünn wie möglich) und
die verwendeten Kunststoffe als Linsenmaterial (geringe Festigkeit)
werden die erzeugten Brillengläser
während
der spannehmenden Fertigung zunehmend instabiler. In dem Maße wie sie
durch den Materialabtrag dünner
werden, verlieren sie an Stabilität und weichen dem Druck der
Bearbeitungswerkzeuge aus, was zu unerwünschten Veränderungen der Oberflächengeometrie
führt.
Auch in diesem Zusammenhang mussten Verfahren gefunden werden, die
der genannten Instabilität
entgegen wirken.
Verfahren
mit denen die unter 1. und 2. genannten Probleme vermieden werden
können,
sowie Vorrichtung zur Durchführung
der Verfahren sind an sich bekannt.
So
wird z. B. in der
DE
40 03 002 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern beschrieben,
bei dem die Brillengläser
vor der Bearbeitung aufgeblockt werden. Hierunter versteht man die
Befestigung des gegossenen oder gepreßten Kunststoffrohlings an
einem sogenannten Blockstück
mittels Woodchem-Metall.
Das
Blockstück
ist so ausgebildet, dass es einerseits leicht an den Werkstückspindeln
der Bearbeitungsmaschinen befestigt werden kann und andererseits
Strukturen aufweist, an denen das Woodche-Metall gut haftet.
Vorzugsweise
werden Kunststoffrohlinge benutzt, deren eine Seite (vorzugsweise
die konvexe Vorderseite) während
des Gieß-
oder Pressvorgangs bereits fertiggestellt wird. Das heißt die Oberflächengeometrie
und die Oberflächenqualität entsprechen bereits
den endgültigen
Anforderungen und werden nicht mehr verändert. Die Oberflächengeometrie
ist üblicherweise
bifokal mit gleitenden Übergängen (progressiv)
ausgeführt.
Diese Seite wird aufgeblockt, damit die konkave Rückseite
(Rohzustand) und der Umfang bearbeitet werden können.
Herzustellen
ist die Oberflächengeometrie entsprechend
Vorgabe, mit gleichzeitiger Dickenoptimierung. Da der Rohling bereits
eine fertige Seite aufweist, die nicht bearbeitet werden muss, genügt ein einziger
Blockvorgang. Nach dem Aufblocken kann die Linse an der Werkstückspindel
der Bearbeitungsmaschine festgespannt werden. Durch die Verbindung
mit dem Woodchen-Metall (Abstützwirkung) ist
auch die erforderliche mechanische Stabilität für die nachfolgenden Bearbeitungsvorgänge gegeben.
Der
Arbeitsablauf entsprechend dem genannten Verfahren nach dem Stand
der Technik ist dann wie folgt:
Der halbfertige Kunststoffrohling
wird auf der bereits fertigen Seite mit einem Schutzlack überzogen
und dann mit dem Blockstück
in Verbindung gebracht. Hierbei muss die Achslage der bereits fertigen
Linsenoberfläche
(z. B. bifokal) sehr genau zur Achslage (Drehwinkel) des Blockstücks ausgerichtet
werden.
Dies
ist wichtig, damit später
die Oberflächengeometrien
der Linsenvorder- und -rückseiten zusammenpassen.
Der Zwischenraum zwischen den beiden Teilen (Kunststoffrohling und
Blockstück)
wird dann mit Woodchem-Metall ausgegossen. Das Metall verbindet
sich dabei mit dem Schutzlack, so dass eine feste Haftung entsteht.
Der
Kunststoffrohling wird mittels des Blockstücks an der Werkstückspindel
einer Bearbeitungsmaschine befestigt und die gewünschte Oberflächengeometrie
an der zuvor rohen Oberfläche
der zweiten Linsenseite (üblicherweise
konkave Linsenrückseite) durch
Fräsen
oder Drehen hergestellt. Hierbei wird auch der Rand bearbeitet und
die Dicke optimiert.
Weitere
mechanische Bearbeitungsvorgänge
wie Feinschleifen mittels Formwerkzeugen (mit Schleifpad) auf Feinschleifmaschinen
und Polieren ebenfalls mittels Formwerkzeugen (mit Polierfolie) auf
Poliermaschinen schließen
sich an.
Es
folgt das Abblocken in heißem
Wasser und das Entfernen des Schutzlacks.
Die
Brillengläser
werden dann mit einer sogenannten Coating-Schicht überzogen, die zur Verbesserung
der optischen Eigenschaften (z. B. Entspiegelung) und der Kratzfestigkeit
dient.
Hierbei
müssen
die Brillengläser
auf Masken aufgelegt werden, deren Ausschnitt in etwa dem äußeren Umfang
der Gläser
entspricht.
Damit
wird verhindert, dass bei dem Coating-Vorgang das von oben zugeführte Beschichtungsmaterial
an den Brillengläsern
vorbei nach unten gelangt und unerwünschte Verunreinigungen entstehen.
Wegen
der Anpassung der Masken an die äußere Kontur
der Brillengläser
muss ein großer
Lagervorrat an Masken vorgehalten werden. Daraus resultieren erhebliche
Kosten.
Die
endgültige
Randbearbeitung und Anpassung an die Brillenfassung wird dann später vom
Brillenoptiker durchgeführt.
Das
vorstehend beschriebene Verfahren, wie in der
DE 40 03 002 A1 vorgeschlagen,
hat eine Reihe wesentlicher Nachteile:
- – Das Aufblocken
mit Woodschem-Metall ist ein aufwändiger, teurer Arbeitsschritt
und eignet sich nur bedingt für
automatische Fertigungsverfahren.
- – Das
Woodsche-Metall enthält
gesundheitsschädliche
Bestandteile (z. B. 12,5 % Cadmium) und ist daher nur unter Einhaltung
besonderer Schutzmaßnahmen
zu verarbeiten.
- – Beim
Auf- und Abblocken gehen ca. 10 % des Metalls verloren. Bei einer
jährlichen
Fertigungsmenge von weltweit einigen 100 Millionen Brillengläsern stellt
dies nicht nur einen erheblichen Kostenfaktor dar, sondern ist auch
ein großes Umweltproblem.
- – Das
Vorhalten der vielen unterschiedlichen Masken für das Coating verursacht hohe
Kosten.
Ein
anderes Verfahren wird in der
DE 100 36 158 C1 vorgeschlagen, das zwar
ohne Aufblocken auskommt, dafür
aber vorsieht, dass die Linsen im Lauf der Bearbeitung zerschnitten
und wieder zusammengeschweißt
werden müssen.
Auch
hier ergeben sich die gleichen Probleme im Zusammenhang mit der
Dickenoptimierung wie zuvor beschrieben (die Linse muss gespannt
und mechanisch stabilisiert werden). Verwendet werden Kunststoffrohlinge
in Form von runden, flachen Scheiben, deren Durchmesser deutlich
größer ist
als derjenige der herzustellenden Brillengläser. Die Kunststoffrohlinge
sind entweder völlig
roh oder grob vorgeformt. Grundsätzlich
könnten
auch halbfertige Kunststoffrohlinge benutzt werden, was allerdings den
Lagerbestand erhöht.
Wenn
diese Nachteile vermieden werden sollen, so müssen beide Seiten des Brillenglases
bearbeitet werden.
Da
hier das Aufblocken vermieden wird, ist folgender Fertigungsablauf
vorgesehen:
Der Kunststoffrohling wird an seinem Rand gespannt und
zunächst
die konvexe Vorderseite des Brillenglases bearbeitet. Diese Seite
wird gewählt,
da sie auf Grund ihrer konvexen Form von den eingesetzten Werkzeugen
gut erreicht werden kann.
Nach
dem mechanischen Bearbeiten der Vorderseite folgt das Polieren und
das Beschichten der fertigen Fläche
mit Schutzlack. An der halbfertigen Linse muss dann die Rückseite
bearbeitet werden. Wenn dies unter Anwendung der Dickenoptimierung
erfolgt, so würde
wegen der Randwinkel zwischen Vorder- und Rückseite der äußere, noch
kreisrunde Rand des halbfertigen Brillenglases von dem Werkzeug
angeschnitten, bevor die gewünschte Randdicke
an der äußeren Kontur
des Brillenglases erreicht würde.
Dieser Arbeitsschritt ist daher so nicht möglich, da das Brillenglas seinen
Spannrand und seine mechanische Festigkeit verlieren würde.
Aus
diesem Grund ist vorgesehen, das halbfertige Brillenglas entlang
seiner endgültigen äußeren Kontur
(Umfang) aus dem Randbereich auszuschneiden, wozu ein Laser eingesetzt
werden soll.
Nach
einer axialen Verschiebung des halbfertigen Brillenglases relativ
zu dem stehengebliebenen äußeren Ring
des Kunststoffrohlings um einige Millimeter, wird es in dieser Lage
mit dem äußeren Ring
mittels Laser wieder verschweißt.
Da
das halbfertige Brillenglas jetzt über den äußeren Ring deutlich vorsteht,
kann es zur Erzeugung der zweiten Seite (konkave Rückseite)
mechanisch bearbeitet werden, ohne dass der äußere Ring dabei angeschnitten
wird. Das halbfertige Brillenglas läßt sich damit nach wie vor
am äußeren Umfang spannen
und ist durch den äußeren Ring
mechanisch stabilisiert.
Das
auf beiden Seiten fertig bearbeitete Brillenglas wird anschließend mit
Coating-Schichten überzogen,
wobei der äußere Ring
die erwähnte Maske
zum Verhindern von Verschmutzungen ersetzt.
Das
fertige Brillenglas wird dann, ebenfalls mittels Laser, im Bereich
der Schweißstelle
aus dem äußeren Ring
wieder ausgeschnitten und versandfertig gemacht.
Obwohl
das in der
DE 100
36 158 C1 beschriebene Verfahren einige Nachteile des in
der
DE 40 03 002 A1 vorgeschlagenen
Verfahrens nicht aufweist, ergeben sich jedoch andere Nachteile:
- – Das
Ausschneiden der halbfertigen Linse aus dem äußeren Rand mit axialem Verschieben
und anschließendem
Verschweißen
der beiden Teile, erfordert eine aufwändige Spezialmaschine mit Lasereinrichtungen,
die entsprechend teuer ist. Das Fertigungsverfahren wird durch die
zusätzlichen
Arbeitsschritte auf der Spezialmaschine erheblich verteuert.
- – Das
zweimalige Ausschneiden und das Verschweißen der beiden Teile mittels
Laser führt
zu erheblichen, bleibenden Wärmespannungen
in den fertigen Linsen. Viele der benutzten Kunststoffe sind jedoch
sehr anfällig
gegen solche Wärmespannungen
und reagieren nach einiger Zeit mit Rissbildung im Randbereich. Dies
ist jedoch nicht akzeptabel und stellt einen erheblichen Nachteil
des Verfahrens dar.
- – Das
zweimalige Ausschneiden und das Verschweißen der beiden Teile mittels
Laser führt
zu erheblichen, bleibenden Wärmespannungen
in den fertigen Linsen. Viele der benutzten Kunststoffe sind jedoch
sehr anfällig
gegen solche Wärmespannungen
und reagieren nach einiger Zeit mit Rissbildung im Randbereich.
Dies ist jedoch nicht akzeptabel und stellt einen erheblichen Nachteil
des Verfahrens dar.
Das
Ausschneiden der halbfertigen Linse mit mechanischen Werkzeugen
(zum Vermeiden der Wärmespannung)
ist nicht möglich,
da der Spalt zu groß würde und
sich die Linse mit dem äußeren Ring nicht
mehr passgenau verbinden ließe.
Bei
einem anderen, unter dem Aktenzeichen
DE 103 10 561.1 vorgeschlagenen
Verfahren, werden als Ausgangsmaterial für die herzustellenden Brillengläser ebenfalls
Kunststoffrohlinge benutzt, welche die Form von flachen, runden
Scheiben haben. Die Form der beiden Flächen (Vorder- und Rückseite)
ist beliebig. Der Durchmesser der Kunststoffrohlinge wird 5 bis
7 mm größer gewählt, als
dies bei anderen Verfahren üblich
ist.
Bei
den benutzten Kunststoffrohlingen kann es sich um Rohteile handeln
bei denen beide Seiten unbearbeitet sind oder es werden Halbfertigteile
benutzt, bei denen eine Seite bereits optische Qualität hat.
Das
Grundprinzip dieses Verfahrens besteht darin, dass die Kunststoffrohlinge
während
aller Bearbeitungsschritte am äußeren Umfang
gespannt werden und die spannehmende Bearbeitung so geführt wird,
dass ein ringförmiger
Bereich am äußeren Umfang
erhalten bleibt, dessen Dicke etwa derjenigen des Kunststoffrohlings
entspricht.
Erst
wenn alle Arbeitsgänge
(Fräsen,
Drehen, Feinschleifen, ggf. Polieren, Markieren und Coating) beendet
sind, wird das eigentliche Brillenglas von dem äußeren, ringförmigen Bereich
abgetrennt. Dies kann z. B. auf mechanischem Wege mittels Fräser erfolgen.
Es können
jedoch auch andere Verfahren wie z.B. ein Waterjet eingesetzt werden.
Diese
Art der Fertigung von Brillengläsern
ist möglich,
da die Kunststoffrohlinge einen etwas größeren Durchmesser haben als
sonst üblich
und außerdem
Fertigungsvorrichtungen eingesetzt werden, mit denen sich die gewünschte Geometrie
auf der Oberfläche
des Brillenglases herstellen läßt, ohne dass
der ringförmige
Bereich am äußeren Umfang des
Werkstücks
angeschnitten wird.
Dadurch,
dass am äußeren Umfang
des Werkstücks
der genannte ringförmige
Bereich in annähernd
voller Dicke des Kunststoffrohlings erhalten bleibt, stehen während der
gesamten Bearbeitung geeignete Spannflächen zur Verfügung. Außerdem kann
das Werkstück
auf dem ringförmigen
Bereich abgelegt werden.
Das
Vorhandensein dieser Spann- bzw. Ablageflächen in immer einheitlicher
Größe und Form ist
für alle
weiteren Bearbeitungs- und
Transportvorgänge
ein Vorteil, da die Werkzeuge und Vorrichtungen vereinheitlicht
(standardisiert) werden können.
Der
ringförmige
Bereich ist wegen seiner großen
Dicke und auch wegen seiner Kreisringform mechanisch sehr stabil
und daher in der Lage, das in seinem inneren Bereich fest mit ihm
verbundene Brillenglas abzustützen.
Dieses erhält
dadurch die mechanische Stabilität,
welche für
die weitere Bearbeitung erforderlich ist. Dies gilt naturgemäß insbesondere
für den
Randbereich des Brillenglases.
Falls
erforderlich, werden zur Identifizierung der optischen Achsen an
dem ringförmigen
Bereich Markierungen angebracht, die die Form von Abflachungen,
Kerben oder Einfräsungen
(Indexierung) haben.
Die
mechanische Bearbeitung zur Erzeugung der gewünschten Oberflächengeometrie
erfolgt auf speziellen Fräs-/Drehmaschinen.
Mit diesen Maschinen wird zunächst
die grobe Bearbeitung einer oder beider Linsenseiten zur Erzeugung
der Oberflächengeometrie
mittels Fräsen
durchgeführt,
an die sich die Feinbearbeitung der Oberfläche mittels eines Drehverfahrens
anschließt.
Nach
dem Herstellen der vorgegebenen Oberflächengeometrie mittels der vorgenannten
Bearbeitungsverfahren erfolgt auf Folgemaschinen das Feinstschleifen
und Polieren, an das sich das Coating anschließt. Gespannt wird das Werkstück bei allen
Arbeitsgängen
wieder an dem äußeren, ringförmigen Bereich.
Das
Werkstück
wird anschließend
zum Trennen von Brillenglas und ringförmigem Bereich auf einer Fräsmaschine
mittels des ringförmigen
Bereichs aufgespannt und mit einem geeigneten Fräser (z. B. Fingerfräser kleinen
Durchmessers) das Brillenglas von dem ringförmigen Bereich getrennt.
Nachteilig
bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es, dass der ringförmige Bereich
durch mechanische Bearbeitung erzeugt wird und üblicherweise in etwa die gleiche
Höhe hat
wie die Linsenmitte an der konvexen Linsenvorderseite.
Durch
diesen Überstand
des ringförmigen Bereichs
an der konvexen Linsenvorderseite wird die weitere Bearbeitung durch
Feinstschleifen bzw. Polieren insbesondere im Randbereich erschwert,
da das Werkzeug mit dem ringförmigen
Bereich kollidieren kann bzw. nicht über den Rand des Werkstücks hinaus
bewegt werden darf.
Ein
weiterer Nachteile besteht darin, dass zum Herstellen des ringförmigen Bereichs
an der Linsenvorderseite relativ viel Material zerspant werden muss.
Dies führt
zu höheren
Materialkosten und etwas längeren
Bearbeitungszeiten beim Fräsen
der Linsenvorderseite.
Bei
einem weiteren, unter dem Aktenzeichen
DE 103 15 008.0 vorgeschlagenen
Verfahren, werden als Ausgangsmaterial für die herzustellenden Brillengläser Halbfertigteile
benutzt, die mittels spanloser Formgebungsverfahren bevorzugt aus
Kunststoff erzeugt werden.
Die
konkave Linsenrückseite
besitzt dabei bereits optische Qualität, die mit den spanlosen Formgebungsverfahren
hergestellt wird. Neu bei diesen material-optimierten Halbfertigteilen
ist, dass sie im Randbereich der konkaven Linsenrückseite
(mit optisch wirksamer Fläche)
einen Formrand besitzen, der beim Herstellen des Halbfertigteils
mittels spanloser Formgebungsverfahren mit angeformt wird.
Der
Formrand hat, bezogen auf die konkave Linsenrückseite, einen deutlichen Überstand
und wird bei den folgenden Bearbeitungsschritten zum Spannen des
Werkstücks
benutzt.
Da
sich der Formrand an der konkaven Rückseite des Halbfertigteils
befindet und dieses damit in den verschiedenen Bearbeitungsmaschinen festgespannt
wird, kann die Linsenvorderseite frei bearbeitet werden.
Der
Formrand bleibt bei allen Bearbeitungsschritten erhalten und dient
zum Ablegen und Spannen des Werkstücks. Durch seine Breite, Höhe und Ringform
ist er sehr stabil und stützt
bei allen Bearbeitungsschritten die in seinem Innenbereich entstehende
und mit ihm verbundene Linse ab.
Da
das Werkstück
den Formrand bis zum letzten Arbeitsgang behält, können alle Spannwerkzeuge standardisiert
werden und das Werkstück kann
ohne Aufblocken gespannt und bearbeitet werden. Eine Deformation
des Linsenteils durch die Zerspanungskräfte findet wegen der Stützfunktion
des Formrands nicht statt.
Nachteilig
bei diesem Verfahren ist, dass die konvexe Linsenvorderseite mechanisch
bearbeitet werden muss. Da hier komplizierte Oberflächengeometrien
(bifokale Flächen,
Gleitsichtflächen)
erzeugt werden müssen,
kann diese Bearbeitung nur mit aufwändigen und damit teuren CNC-Maschinen
durchgeführt
werden. Hinzukommen die Werkzeugkosten für diese Maschinen.
Bei
vielen Herstellern von Brillengläsern
(vor allem in Ländern
der Dritten Welt) sind solche Maschinen und die zugehörigen Werkzeuge
jedoch nicht vorhanden. Es besteht daher ein Bedarf für Verfahren,
die ohne aufwändige
Technik auskommen und dennoch die Vorteile dieses Verfahren bieten.
Der
nachstehend beschriebenen Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zu finden, mit dem sich die Herstellkosten der erzeugten
Brillengläser
senken lassen.
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, mit
einem Verfahren und einer Vorrichtung der eingangs genannten Art,
entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 und 16. Vorteilhafte
Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.
Das
hier vorgeschlagenen Verfahren entspricht im wesentlichen dem Verfahren
mit dem Aktenzeichen
DE 103
15 008.0 , vermeidet jedoch dessen Nachteile. Diese bestehen
darin, dass aufwändige
Maschinen (z. B. CNC-Maschinen) benötigt werden und die bei den
Herstellern vorhandenen Werkzeuge zum größten Teil nicht mehr benutzt
werden können.
Vor allem in den Ländern
der Dritten Welt werden Verfahren benötigt, mit denen ohne aufwändige Technik
produziert werden kann.
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
werden als Rohlinge Halbfertigteile benutzt, die mittels spanloser
Formgebungsverfahren erzeugt werden. Bevorzugt werden Halbfertigteile
aus Kunststoff, die in einem Gieß- oder Spritzgießverfahren
hergestellt werden. Es sind jedoch auch Pressverfahren und Halbfertigteile
aus Mineralglas vorgesehen.
Die
konvexe Linsenvorderseite besitzt dabei bereits optische Qualität, die mit
den spanlosen Formgebungsverfahren hergestellt wird. Diese Vorderseite
hat eine sphärische
oder asphärische
Oberfläche
mit Dioptriensprüngen
von z. B. ¼ dpt.
Es sind jedoch grundsätzlich
auch andere Oberflächenformen
möglich.
Auch bifokale Flächen
und Gleitsichtflächen
sind vorgesehen.
Neu
bei diesen material-optimierten Halbfertigteilen ist, dass sie im
Randbereich der konvexen Linsenvorderseite (mit optisch wirksamer
Oberfläche)
einen Formrand besitzen, der beim Herstellen des Halbfertigteils
mittels spanloser Formgebungsverfahren mit angeformt wird.
Der
Formrand hat, bezogen auf die konvexe Linsenvorderseite, einen deutlichen Überstand.
Dieser Formrand dient bei den folgenden Bearbeitungsschritten zum
Spannen des Werkstücks
(Halbfertigteils) in den Spannwerkzeugen der Bearbeitungsmaschinen
und stabilisiert das entstehende Brillenglas im Randbereich da er
bis zum letzten Bearbeitungsschritt erhalten bleibt.
Da
sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Formrand an der konvexen Vorderseite des Halbfertigteils befindet
und dieses damit in den verschiedenen Bearbeitungsmaschinen festgespannt wird,
kann die Linsenrückseite
frei bearbeitet werden, ohne dass ein störender Rand vorhanden ist.
Dies ist ein erheblicher Vorteil.
Es
lassen sich Kosten insbesondere beim Feinstschleifen und Polieren
einsparen, da effektive Werkzeuge benutzt werden können. Außerdem kann wegen
der unbehinderten Zugängigkeit
der Linsenoberfläche
beim Polieren eine gute Oberflächenqualität erzeugt
werden.
Der überstehende
Formrand an der konvexen Linsenvorderseite stört nicht, da hier keine Bearbeitung
mehr stattfindet, denn die optische Qualität der Oberfläche wird
dort bereits bei der spanlosen Formgebung des Halbfertigteils erzeugt.
Vorgesehen sind hierfür
bevorzugt Gieß-
und Spritzgießverfahren sowie
Pressverfahren.
Aus
Gründen
der sprachlichen Vereinfachung wird nachstehend nur noch von Halbfertigteilen
aus Kunststoff gesprochen, die mittels Gieß- bzw. Spritzgießverfahren
hergestellt werden. Gemeint sind jedoch immer auch alle anderen
Verfahren zur spanlosen Formgebung, soweit diese geeignet sind (wie
z.B. Pressverfahren) und auch Halbfertigteile aus Mineralglas.
Bei
der spanlosen Formgebung kann die konkave Rückseite des Halbfertigteils
der zu erzeugenden Linsengeometrie bereits grob angepasst werden.
Es ergibt sich dadurch eine Materialersparnis und weniger Zerspanungsaufwand.
Allerdings steigt hierdurch die Anzahl der vorzuhaltenden Halbfertigteile
und damit auch die Lagerkosten.
Der
Formrand bleibt bei allen Bearbeitungsschritten erhalten und dient
zum Ablegen und Spannen des Werkstücks. Durch seine Breite, Höhe und Ringform
ist er sehr stabil und stützt
bei allen Bearbeitungsschritten die in seinem Innenbereich entstehende
und mit ihm verbundene Linse ab.
Da
das Werkstück
den Formrand bis zum letzten Arbeitsgang behält, besteht der große Vorteil, dass
alle Spannwerkzeuge standardisiert (vereinheitlich) werden können und
das Werkstück
ohne Aufblocken oder aufwändige
Laserbehandlung gespannt und bearbeitet werden kann. Eine Deformation
des Linsenteils durch die Zerspanungskräfte findet wegen der Stützfunktion
des Formrands nicht statt.
An
dem Formrand befindet sich, falls erforderlich, auch eine angegossene
Aussparung (Markierung), mit der die Achse der durch den Gießvorgang
fertiggestellten Linsenvorderseite definiert ist. Zum Herstellen
von Kunststoff-Halbfertigteilen werden bevorzugt Glasformen (Glasmoulds)
verwendet, die erfindungsgemäß so gestaltet
sind, dass eine einfache Entformung möglich ist. Zur Herstellung
von Halbfertigteilen aus Mineralglas werden Stahlformen benutzt.
Die
benutzten Maschinen und Werkzeuge entsprechen dem Stand der Technik.
CNC-gesteuerte Maschinen und die entsprechenden Spezialwerkzeuge
werden nicht benötigt.
Es können
vielmehr alle Maschinen und Werkzeuge weiter benutzt werden, die
im Zusammenhang mit dem bisher üblichen
Aufblock-Verfahren eingesetzt wurden und bei den Herstellern vorhanden
sind.
Auch
die bei den Herstellern im Zusammenhang mit dem Aufblockverfahren
eingeführten
Rezepturen und Maschineneinstellungen zur Bearbeitung der konkaven
Linsenrückseite
können
weiter benutzt werden. Da die Werkstücke an dem Formrand gespannt
werden, entfällt
aber in jedem Fall das teure und umweltschädliche Aufblocken.
Zur
Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
werden bei den Herstellern der Brillengläser oder bei ihren Unterlieferanten
lediglich die neuartigen Gießwerkzeuge
zur Herstellung der Halbfertigteile benötigt. Diese können auf
den vorhandenen Gießmaschinen
benutzt werden.
Das
Gießwerkzeug
besteht aus einer Hinterform und einer Vorderform sowie einem Dichtring
am Umfang, der beide Formhälften
miteinander verbindet. Neu bei diesem Gießwerkzeug ist die Gestaltung der
Vorderform, die nicht, wie bisher üblich aus einer einfachen,
nach innen gewölbten
Scheibe besteht, sondern im Randbereich einen Absatz aufweist, mit dem
der genannte Formrand an dem Halbfertigteil angeformt wird.
Dieser
Absatz wird bevorzugt mit einer Schräge ausgeführt, was das Ausformen erleichtert. Im
Bereich dieser Schräge
kann auch eine „Nase" vorhanden sein,
mit der die vorstehend genannte Markierung erzeugt wird.
Die
Oberfläche
der Hinterform kann eben sein oder der zu erzeugenden Linsenrückseite
grob entsprechen, ohne dass damit jedoch eine optisch wirksame Oberfläche erzeugt
werden kann.
Die
beim Gießvorgang
wirksame Oberfläche der
Vorderform ist so gestaltet, dass sie die benötigten Oberflächengeometrien
erzeugen kann. Die durch den Gießvorgang hergestellte Oberfläche der Linsenvorderseite
ist optisch wirksam und bei der üblichen
Ausführung
mit sphärischer
oder asphärischer bzw.
torischer oder atorischer Geometrie z. b. in 0,25 dpt abgestuft.
Diese durch Gießen
hergestellte Linsenvorderseite kann auch bifokale Flächen oder Gleitsichtflächen aufweisen.
Die weitere Anpassung der zu erzeugenden Linse an das Brillenrezept
erfolgt durch eine entsprechende Bearbeitung der Linsenrückseite.
Der
Verfahrensablauf ist dann wie folgt:
Auf an sich bekannten
Fertigungseinrichtungen werden mittels des neuartigen Gießwerkzeugs
die Halbfertigteile hergestellt. Diese bestehen bevorzugt aus Kunststoff,
es können
jedoch auch Halbfertigteile aus Mineralglas hergestellt werden.
Die
Halbfertigteile werden dann in den Werkstückhaltern herkömmlicher
Bearbeitungsmaschinen mittels ihres Formrandes festgespannt und
die konkave Rückseite
mittels dieser Maschinen durch Fräsen, Drehen, Schleifen, Feinstschleifen
und Polieren bearbeitet.
Aufwändige mehrachsige
CNC-Maschinen können
zwar eingesetzt werden, sind jedoch nicht Voraussetzung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
da nur relativ einfache Geometrien hergestellt werden müssen, wie
z. B. sphärische oder
asphärische
bzw. torische oder atorische Oberflächen ohne bifokale Flächenelemente.
Die kompliziertere Geometrie mit bifokalen Flächen bzw. Gleitsichtflächen befindet
sich in diesem Fall an der konvexen Linsenvorderseite, die durch
spanlose Formgebungsverfahren hergestellt wurde.
Wenn
es sich bei der herzustellenden Linse um ein Brillenglas handelt,
so wird bei den ersten Stufen dieser mechanischen Bearbeitung eine
Dickenoptimierung der Linse durchgeführt.
Das
heißt,
die Brillenfassung ist bekannt und das Brillenglas wird bezüglich seiner
Dicke auf diese Fassung abgestimmt. Brillengläser, die in der Mitte dicker
als am Rand sind (Plus-Gläser),
werden so bearbeitet, dass sie im Bereich der späteren Fassung nur eine Dicke
aufweisen die in etwa dem Rand der Fassung entspricht. Brillengläser, die
in der Mitte dünner
als am Rand sind (Minus-Gläser),
werden so bearbeitet, dass die Mitte mit Rücksicht auf ihre Festigkeit
so dünn
wie möglich
gestaltet wird. Dadurch werden Brillengläser erzeugt, die das geringst
mögliche
Gewicht ausweisen.
Die
Geometrie der konkaven Linsenrückseite
wird bei der Herstellung von Brillengläsern so gestaltet, dass sie
in Kombination mit der bereit vorhandenen konvexen Linsenvorderseite
die gewünschte optische
Wirkungen ergibt, die dem Rezept entspricht, das der Fertigung zu
Grunde liegt.
An
die mechanischen Bearbeitungsvorgänge schließen sich das Coating und das
Markieren der optischen Achse an. Der Formrand bleibt bei allen genannten
Arbeitsgängen
erhalten und dient zum Spannen oder Auflegen des Werkstücks in den
verschiedenen Maschinen und standardisierten Vorrichtungen.
Erst
nach dem Coating und dem Markieren wird das eigentliche Brillenglas
von dem Formrand abgetrennt. Hierzu wird das Werkstück mit seinem Formrand
an der Werkstückspindel
einer Fräsmaschine
gespannt und die innere Kontur des Brillenglases mittels eines Fingerfräsers kleinen
Durchmessers ausgeschnitten. Für
dieses Ausschneiden sind jedoch auch andere Verfahren vorgesehen.
So kann z.B. ein Waterjet benutzt werden.