DE10338893A1

DE10338893A1 - Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern und anderen optischen Formkörpern aus Kunststoff

Info

Publication number: DE10338893A1
Application number: DE10338893A
Authority: DE
Inventors: Roland Mandler
Original assignee: Johnson and Johnson Vision Care Inc
Current assignee: EssilorLuxottica SA
Priority date: 2003-08-23
Filing date: 2003-08-23
Publication date: 2005-04-07
Anticipated expiration: 2023-08-24
Also published as: EP1656248B1; CN1946543A; EP1656248A4; KR20060054441A; WO2005018919A1; CA2535957C; AU2010257452A1; EP1656248B8; US20070229756A1; ATE517733T1; AU2010257452B2; AU2004266196A1; JP2007503336A; US8685292B2; DE10338893B4; PL1656248T3; WO2005018919A8; CA2535957A1; JP4829790B2; CN100553956C

Abstract

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern und anderen optischen Formkörpern aus Kunststoff werden Kunststoffformteile verwendet, die durch spanlose Formgebungsverfahren hergestellt und anschließend mittels mechanischer Fertigungsschritte weiter bearbeitet werden. Bei den Kunststoffformteilen handelt es sich um Kunststoffronden (1), die aus zwei unterschiedlichen, fest miteinander verbundenen Kunststoffmaterialien hergestellt werden. Dabei besteht ein inneres Linsenelement (2) aus einem höherwertigen Material, das konzentrisch von einem Spannring (3) umgeben ist, der aus einem preiswerteren Material besteht. Die beiden Oberflächen des Linsenelements (2) weisen eine beliebige Geometrie auf. Der Spannring (3) wird bei der mechanischen Bearbeitung zum Spannen sowie zum Ablegen benutzt und stabilisiert außerdem das Werkstück (9). Er bleibt daher in Teilbereichen während der gesamten mechanischen Bearbeitung erhalten und wird erst anschließend abgetrennt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern und anderen Formkörpern mit optisch wirksamen Oberflächen (z.B. Linsen oder Hohlspiegel), entsprechend den im Oberbegriff von Anspruch 1 genannten Merkmalen. Es handelt sich jedoch vorzugsweise um die Herstellung von Brillengläsern.

Die hier genannten Brillengläser und Formkörper bestehen vorwiegend aus Kunststoffen, die bei hohem Brechungsindex über ein kleines spezifisches Gewicht verfügen und gut zerspanbar sind. 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".

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. Es eignet sich jedoch auch zur Herstellung von Linsen und anderen Formkörpern mit optischen Eigenschaften ohne Dickenoptimierung.

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 (Halbfertigteils) 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.

Üblicherweise werden als Kunststoffrohlinge Halbfertigteile benutzt, deren eine Seite während des Gieß- oder Pressvorgangs bereits mit optischer Qualität fertiggestellt wird. Der Kunststoffrohling wird auf der bereits fertigen Seite mit einem Schutzlack überzogen und dann an dieser Seite mittels Woodschem-Metall mit dem Blockstück verbunden.

Mit dem Blockstück wird der Kunststoffrohling dann an den Werkstückspindeln der verschiedenen Bearbeitungsmaschinen befestigt und die gewünschte Oberflächengeometrie und Qualität an der zuvor unbearbeiteten Oberfläche der zweiten Linsenseite hergestellt. Hierbei wird auch der Rand entsprechend der Kontur der Brillenfassung bearbeitet und die Dicke optimiert. Es folgt das Abblocken in heißem Wasser und das Entfernen des Schutzlacks.

Bei dem nachfolgenden Coating 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.

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 müssen die gleichen Probleme im Zusammenhang mit der Dickenoptimierung gelöst werden 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.

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.

An dem halbfertigen Werkstück 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 Werkstücks von dem Werkzeug in voller Dicke angeschnitten, bevor die gewünschte Randdicke an der weiter innen liegenden, äußeren Kontur des Brillenglases entsprechend der Brillenfassung 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 Kunststoff rohlings 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 fertige Brillenglas wird dann, ebenfalls mittels Laser, im Bereich der Schweißstelle aus dem äußeren Ring wieder ausgeschnitten.

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.
– Ein besonderer Nachteil besteht auch darin, dass bei dem Ausschneiden des fertigen Brillenglases der äußere, ringförmige Bereich des Werkstücks als Abfall wegfällt. Dieser ringförmige Bereich besteht aus dem teuren Kunststoff, wie er für die Fertigung von Brillengläsern erforderlich ist. Dementsprechend hoch sind die Materialbeschaffungskosten.

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 den Aufblock-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 im wesentlichen Bereichen angeschnitten wird.

Dadurch, dass am äußeren Umfang des Werkstücks der genannte ringförmige Bereich in annähernd voller Dicke des Kunststoffrohlings erhalten bleibt, steht während der gesamten Bearbeitung eine geeignete Spannfläche 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.

Die Nachteile bei dem hier beschriebenen Verfahren sind wie folgt:

– Zum Herstellen des ringförmigen Bereichs an der Linsenvorderseite muss relativ viel hochwertiges und damit teueres Material zerspant werden. Am Ende der Bearbeitung wird dieser ringförmige Bereich außerdem als Abfall abgetrennt. Dies führt zu deutlich höheren Materialkosten.
– Nachteilig bei diesem Verfahren sind auch die höheren Werkzeugkosten für die spanlose Formgebung, denn die zahlreichen bei den Herstellern vorhandenen Gießformen für die Halbfertigteile (eine Seite mit optischen Eigenschaften) können nicht mehr benutzt werden. Dies hängt damit zusammen, dass bei dem genannten Verfahren die Halbfertigteile einen etwas größeren Durchmesser haben müssen, als bei den in der Vergangenheit weit verbreiteten Aufblock-Verfahren bisher üblich. Dieser größere Durchmesser wird wie erwähnt benötigt, damit der äußere ringförmige Bereich angearbeitet werden kann.

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 aus Kunststoff erzeugt werden. Die konkave Linsenrückseite besitzt dabei bereits optische Qualität.

Neu bei diesen Halbfertigteilen ist, dass sie im Randbereich der konkaven Linsenrückseite einen Formrand besitzen, der beim Herstellen des Halbfertigteils mittels spanloser Formgebungsverfahren mit angeformt wird und den Durchmesser des Halbfertigteils ebenfalls vergrößert. 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 überstehende Formrand an der konkaven Rückseite des Halbfertigteils befindet und dieses damit in den verschiedenen Bearbeitungsmaschinen festgespannt wird, kann die konvexe Linsenvorderseite frei und ohne Behinderung bearbeitet werden. An der konkaven Rückseite stört der Formrand nicht, da diese bereits optische Qualität hat und daher hier keine Bearbeitung erforderlich ist.

Der Formrand bleibt bei allen Bearbeitungsschritten erhalten und dient außer zum Spannen auch zum Ablegen 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.

Die Nachteile bei diesem Verfahren sind wie folgt:

– Es muss sehr viel hochwertiges und damit teures Material zerspant werden bzw. fällt am Ende der Fertigung als ringförmiger Abfall weg, wie bei dem Verfahren entsprechend DE 103 10 561.1 bereits erwähnt.
– Hinzu kommt, dass auch hier die zahlreichen vorhandenen Formen zum Herstellen der Halbfertigteile nicht mehr benutzt werden können, da bei der spanlosen Formgebung ein Formrand mit angeformt werden muss und hierzu spezielle neue Formen nötig sind.

Unter dem Aktenzeichen DE 103 32 673 .1 wurde ein weiteres Verfahren vorgeschlagen, dass dem vorgenannten sehr ähnlich ist. Bei diesem Verfahren besitzt jedoch die konvexe Linsenvorderseite bereits optische Qualität, die mit den spanlosen Formgebungsverfahren hergestellt wird. Dementsprechend besitzen diese Halbfertigteile jetzt im Randbereich der konvexen Linsenvorderseite einen überstehenden Formrand, der beim Herstellen des Halbfertigteils mittels spanloser Formgebungsverfahren mit angeformt wird.

Dieser Formrand dient bei den folgenden Bearbeitungsschritten auch hier wieder 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 diesem Verfahren der Formrand an der konvexen Vorderseite des Halbfertigteils befindet und dieses damit in den verschiedenen Bearbeitungsmaschinen festgespannt wird, kann die Linsenrückseite frei und ohne Behinderung bearbeitet werden, ohne dass ein störender Rand vorhanden ist. 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.

Die Nachteile sind wie vor beschrieben die höheren Materialkosten und die höheren Werkzeugkosten, da vorhandene Formwerkzeuge nicht benutzt werden können.

Der Stand der Technik kann wie folgt zusammen gefasst werden: Das Aufblocken der Halbfertigteile ist kostenaufwändig und auch aus Umweltschutzgründen nicht mehr zeitgemäß. Das Zerteilen der Halbfertigteile mittels Laser und das anschließende Zusammenschweißen verursacht Kosten und unerwünschte Wärmespannungen im Werkstück.

Die unter den Aktenzeichen DE 103 10 561.1 / DE 103 15 008.0 , sowie DE 103 32 673.1 vorgeschlagenen drei Verfahren, mit jeweils einem speziellen Randbereich zum Festspannung des Werkstücks, stellen im Vergleich zu den beiden vorher genannten Verfahren bereits einen deutlichen technischen Fortschritt dar. Es ergibt sich jedoch ein erhöhter Materialverbrauch, da entweder ein größerer Durchmesser des Kunststoffformteils erforderlich ist oder ein Formrand mit angeformt werden muss, der ebenfalls den Durchmesser vergrößert. Da es sich bei dem Kunststoff für Brillengläser um sehr hochwertige und damit teuere Kunststoffe handelt, ergeben sich durch den größeren Materialverbrauch unerwünschte Materialmehrkosten.

Bei allen drei Verfahren können auch die zahlreichen, bei den Herstellern vorhandenen Gießformen für die Halbfertigteile (eine Seite mit optischer Qualität) nicht weiter benutzt werden, da bei diesen drei Verfahren Rohteile oder Halbfertigteile mit größeren Durchmessern erzeugt werden müssen, als bisher üblich. Auch Formränder können mit den vorhandenen Gießformen nicht erzeugt werden.

Es wurde daher nach einem Verfahren gesucht, bei dem die Vorteile der drei letztgenannten Verfahren erhalten bleiben, die beiden genannten Nachteile jedoch vermieden werden.

Diese Aufgaben wird erfindungsgemäß gelöst, mit einem Verfahren der eingangs genannten Art, entsprechend den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüchen.

Das hier vorgeschlagene erfindungsgemäße Verfahren entspricht den unter Aktenzeichen DE 103 10 561.1 / DE 103 15 008.0 und DE 103 32 673.1 angemeldeten Verfahren in wesentlichen Teilen, vermeidet jedoch deren Nachteile.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern unterscheidet sich von den genannten drei Verfahren dadurch, dass bei dem neuen Verfahren die Kunststoffformteile (Rohlinge oder Halbfertigteile) aus zwei unterschiedlichen Materialien bestehen, einem hochwertigem Material im Zentrum und einem preiswerteren Material im Randbereich. Die vorgenannte Durchmesservergrößerung wird hier durch einen außen angeordneten Kunststoffring aus dem preiswerteren Material erzeugt.

Aus Gründen der sprachlichen Vereinfachung wird nachstehend im Zusammenhang mit den Kunststoffformteilen nur noch von Kunststoffronden gesprochen. Dabei kann es sich um Rohlinge handeln (beide Seiten ohne optische Qualität) oder es handelt sich um Halbfertigteile (eine Seite mit optischer Qualität). Die Kunststoffronden können ohne vorstehende Struktur am Rand ausgeführt sein oder am Rand einen Formrand aufweisen der über die Oberfläche vorsteht.

In jedem Fall sind die Kunststoffronden jedoch aus zwei unterschiedlichen Kunststoffen hergestellt. Dabei besteht der innerer Zentralbereich aus hochwertigem, transparenten Kunststoff, der sich für die Herstellung von Brillengläsern eignet. Dieser innere Zentralbereich wird nachstehend Linsenelement genannt. Dieses Linsenelement ist von einem Kunststoffring umgeben, der aus einem preiswerteren Kunststoff hergestellt ist und nachstehend Spannring genannt wird.

Dieser Spannring ist fest mit dem Linsenelement verbunden und bildet mit ihm zusammen die Kunststoffronde. Der Spannring dient zum Spannen und Ablegen der Kunststoffronden während der gesamten Fertigung zum Herstellen der Brillengläser. Dadurch ist es auch möglich, beim Herstellen der Brillengläser eine Dickenoptimierung durchzuführen ohne das es im Randbereich zu den vorgenannten Problemen kommt. Erst am Ende aller wesentlichen Fertigungsschritte wird der Spannring zusammen mit einem schmalen Bereich des Linsenelements von dem hergestellten Brillenglas abgetrennt, das aus dem Linsenelement entstanden ist.

Vorteilhaft ist es, dass der Abfall vorwiegend aus preiswertem Material besteht und vorhandene Formen für die Herstellung der Linsenelemente benutzt werden können, da diese den gleichen Durchmesser haben wie bei den Aufblock-Verfahren üblich. Es sind jedoch auch andere Durchmesser vorgesehen.

Mit spanlosen Formgebungsverfahren sind u.a. folgende Verfahren gemeint: Gießen, Spritzgießen, Pressen, Kleben und Schweißen.

Mit spannehmenden Formverfahren sind u.a. folgende Verfahren gemeint: Fräsen, Drehen, Schleifen, Feinstschleifen, Polieren und Gravieren.

Bei der Herstellung der Kunststoffronden wird zunächst das Linsenelement erzeugt. Hierzu werden vorzugsweise spanlose Formgebungsverfahren wie Gießen oder Spritzgießen eingesetzt. Vorhandene Formen, die im Zusammenhang mit anderen Fertigungsverfahren früher hergestellt wurden, finden so weit wie möglich Verwendung.

Dann wird der Spannring erzeugt und dabei oder anschließend mit dem Linsenelement in Verbindung gebracht. Für diese Verfahrensschritte gibt es mehrere Möglichkeiten:

1. Das Linsenelement wird in eine geeignete Form eingelegt, deren Durchmesser deutlich größer ist als derjenigen des Linsenelements. Der Spannring wird anschließend darum herum gegossen. Hierfür kommen Gießverfahren in Frage bei denen flüssige, aushärtende Kunststoffe benutzt werden oder es wird ein Spritzgießverfahren eingesetzt, bei dem der Kunststoff durch Wärmezufuhr plastifiziert und unter Druck um das Linsenelement herum gespritzt wird. Bei diesen Verfahren kann das nachträgliche Verbinden der beiden Bauteile entfallen, da sich der Spannring bei seiner Herstellung bereits fest mit dem Linsenelement verbindet.
2. Der Spannring wird als separates Bauteil hergestellt. Hierfür kommen verschiedene Fertigungsverfahren in Frage, wie z.B. Gießen, Spritzgießen, Abstechen von einem Hohlzylinder u.ä. Der so erzeugte Spannring wird anschließend mit dem Linsenelement verbunden. Auch hierfür gibt es mehrere Möglichkeiten, wie z.B. Verkleben, Laserschweißen, Ultraschallschweißen u.ä. Die hierbei unter Umständen erzeugten Veränderungen im Randbereich des Linsenelements sind ohne Bedeutung, da beim späteren Abtrennen des Spannrings von dem erzeugten Brillenglas im höherwertigen Material geschnitten wird und dadurch der Nahtbereich wegfällt. Dass auch ein kleiner Teil des höherwertigen Materials des Linsenelements mit abgeschnitten wird, ist ohne Belang, da es sich hierbei nur um eine sehr geringe Materialmenge handelt.

Bezüglich der Formgebung von Linsenelement und Spannring, sowie der nachfolgenden Bearbeitung der Kunststoffronde, gibt es ebenfalls mehrere Varianten:

Variante I:

In Anlehnung an die Anmeldung mit dem Aktenzeichen DE 103 10 561.1 gibt es für die spanlose Formgebung des Linsenelements folgende Möglichkeiten für die Gestaltung der beiden Oberflächen: zwei planparallele ebene Flächen, eine ebene Fläche und eine grob vorgeformte Fläche, zwei grob vorgeformte Flächen sowie eine ebene Fläche oder eine grob vorgeformte Fläche kombiniert mit einer zweite Fläche die optische Qualität hat. In diesem Fall befindet sich am Rand des Linsenelements auch eine angegossene Markierung, mit der die Achse der fertiggestellten Linsenseite definiert ist.

Wenn sich an dem Linsenelement der Kunststoffronde bereits eine vorgeformte Oberfläche mit optischer Qualität befindet, so wird vor der mechanischen Bearbeitung zur Herstellung der zweiten Linsenoberfläche deren Form so berechnet, dass sich die Wirkungen der beiden Oberflächen zu den gewünschten optischen Eigenschaften des Brillenglases addieren. Damit läßt sich die Anzahl der benötigten Formen zur Herstellung der Linsenelemente, deren eine Seite optische Qualität hat, stark reduzieren. Es können hier größere Dioptrien-Sprünge vorgesehen werden, die dann bei der Bearbeitung der zweiten Linsenseite interpoliert werden. Dieser Vorteil ist auch bei den Verfahrens-Varianten IIA und IIB gegeben.

Der Spannring hat die Form eines flachen Hohlzylinders und eine ähnliche Höhe wie das Linsenelement. Beide Teile sind miteinander verbunden und bilden zusammen die Kunststoffronde.

Während der nachfolgenden Fertigungsschritte mit Dickenoptimierung wird die Kunststoffronde am äußeren Rand gespannt und das Brillenglas durch spannehmende Verfahren (Fräsen, Drehen, Schleifen, Polieren) hergestellt. Die Werkzeuge werden dabei so geführt, dass ein äußerer ringförmiger Bereich der Kunststoffronde in nahezu unveränderter Dicke erhalten bleibt. Hierzu folgen die Werkzeuge im Zentrum beginnend zunächst der zu erzeugenden Kontur des Brillenglases um dann im Randbereich wieder von dem Werkstück (angearbeitete Kunststoffronde) zurückzufahren, so dass der genannte äußere ringförmige Bereich erzeugt wird. Die mechanische Bearbeitung kann jedoch auch im Randbereich beginnen und zum Zentrum hin fortschreiten.

Dieser ringförmige Bereich steht während der gesamten Fertigung zum Spannen und Ablegen des Werkstücks zur Verfügung. Es wird mittels dieses ringförmigen Bereichs auch eine mechanische Stabilisierung des erzeugten Brillenglases erreicht, was in Anbetracht der hohen Arbeitsdrücke, die von den Werkzeugen verursacht werden ein großer Vorteil ist. Eine unzulässige Deformation des Linsenelements durch die Zerspanungskräfte findet wegen der Stützfunktion des ringförmigen Bereichs nicht statt.

Durch den größeren Durchmesser der Kunststoffronde und die besondere Art der Werkzeugführung wird vermieden, dass bei der mechanischen Bearbeitung der äußere Umfang des Werkstücks im Rahmen der Dickenoptimierung unzulässig weggeschnitten würde, was ein Spannen am äußeren Umfang (am Rand) unmöglich machen würde.

Am Ende aller Bearbeitungsschritte, d. h. nach dem Coating und dem Markieren wird das eigentliche Brillenglas aus dem Zentrum des Werkstücks herausgeschnitten. Hierzu wird das Werkstück mit seinem ringförmigen Bereich (bzw. dem Formrand) an der Werkstückspindel einer Fräsmaschine gespannt und die innere Kontur des Brillenglases mittels eines Fingerfräsers kleinen Durchmessers ausgeschnitten.

Für das Ausschneiden sind auch andere Verfahren vorgesehen. So können z.B. ein Waterjet oder ein Laser benutzt werden.

Die Kontur der Schnittlinie kann der Form der Brillenfassung vollständig oder angenähert (mit Bearbeitungszugaben) entsprechen. Es sind aber auch andere Konturen möglich (z.B. Kreisform). Der Schnitt erfolgt im Randbereich des Linsenelements damit die Verbindungsnaht zwischen diesem und dem Spannring in jedem Fall von dem Brillenglas abgetrennt wird.

Durch die Verwendung eines Spannrings aus anderem Kunststoff besteht das im Randbereich zerspante Material und das erzeugte Abfallstück zum größten Teil aus diesem preiswerteren Kunststoff und nur zu einem sehr geringen Teil aus dem hochwertigem Material des Linsenelements. Daraus ergibt sich eine deutliche Kostenersparnis bei der Materialbeschaffung. Da die bei den meisten Herstellern vorhandenen Gießformen für die Herstellung des Linsenelements benutzt werden können, ergibt sich eine weitere Ersparnis bei der Werkzeugbeschaffung.

Variante II:

In Anlehnung an die Anmeldungen mit den Aktenzeichen DE 103 15 008.0 sowie DE 103 32 673.1 wird das Linsenelement bei der spanlosen Formgebung so hergestellt, dass eine ebene Fläche oder eine grob vorgeformte Fläche in jedem Fall kombiniert wird mit einer zweiten Fläche, die bereits optische Qualität hat. An dem Linsenelement befindet sich auch eine angegossene Markierung, mit der die Achse der durch den Gießvorgang fertiggestellten Linsenseite definiert ist.

Der Spannring hat in diesem Fall die Form eines Ringes, dessen Querschnittsflächen Rechteck- oder Trapezform haben. Es sind jedoch auch andere Querschnittsformen vorgesehen. Dieser Spannring bildet den in den beiden o. g. Anmeldungen genannten Formrand. Der Spannring ist deutlich höher als das Linsenelement im Randbereich. Beide Teile sind miteinander verbunden und bilden zusammen die Kunststoffronde mit Formrand.

Das Linsenelement und der Spannring werden so miteinander verbunden, dass der Spannring an der Seite über das Linsenelement vorsteht, an der sich die Oberfläche mit optischer Qualität befindet. Er bildet dort den erwähnten Formrand. Da diese Seite der Kunststoffronde nicht mehr bearbeitet werden muss, stört der vorstehende Spannring (Formrand) bei der weiteren Bearbeitung nicht. Die andere Seite der Kunststoffronde (eben oder grob vorgeformt) kann bis in den Randbereich ungehindert bearbeitet werden, da mittels des Formrands an der anderen Seite der Kunststoffronde gespannt wird.

Wenn die konkave Rückseite des Linsenelements optische Qualität hat und der Formrand hier übersteht, handelt es sich um Variante IIA. Wenn jedoch die konvexe Vorderseite des Linsenelements optische Qualität hat und der Formrand hier übersteht, so handelt es sich um Variante IIB.

Während der nachfolgenden Fertigungsschritte mit Dickenoptimierung wird die Kunststoffronde am äußeren Rand mittels des Formrandes gespannt und die Seite des Brillenglases bearbeitet, die noch keine optische Qualität hat. Hierzu werden spannehmende Verfahren (Fräsen, Drehen, Schleifen, Polieren) eingesetzt. Die Führung der Werkzeuge ist dabei besonders einfach, da es bezüglich ihrer Bewegungen keine Beschränkungen gibt, die in der Gestaltung des Werkstücks liegen könnten. So ist es auch möglich, die Werkzeuge soweit sinnvoll über den Rand des Werkstücks hinaus zu bewegen, was technologische Vorteile haben kann.

Dieser Formrand bleibt während der spannehmenden Fertigung größten Teils erhalten und steht bei allen Bearbeitungsschritten zum Spannen und Ablegen des Werkstücks zur Verfügung. Es wird durch diesen Formrand auch eine Stabilisierung des erzeugten Brillenglases erreicht, was in Anbetracht der hohen Arbeitsdrücke, die von den Werkzeugen verursacht werden wieder ein großer Vorteil ist. Eine unzulässige Deformation des Linsenelements durch die Zerspanungskräfte findet wegen der Stützfunktion des Formrands nicht statt.

Durch den größeren Durchmesser der Kunststoffronde und den vorhandenen Formrand wird erreicht, dass bei der mechanischen Bearbeitung der äußere Umfang des Werkstücks im Rahmen der Dickenoptimierung nur geringfügig an Höhe verliert. Es bleibt genügend Material im Randbereich stehen, was ein Spannen am äußeren Umfang (am Formrand) möglich macht.

Am Ende aller Bearbeitungsschritte wird das eigentliche Brillenglas aus dem Zentrum des Werkstücks herausgeschnitten, wie bei Variante I bereits erläutert. Auch die sich ergebenden Vorteile bei den Material- und Werkzeugkosten sind wie dort beschrieben.

Zur Durchführung der Verfahren entsprechend den Varianten I, IIA und IIB können die üblichen Gieß- und Spritzgießmaschinen mit ihren Werkzeugen benutzt werden. Auch für das Zusammenfügen von Linsenelement und Spannring sind die benötigten Techniken vorhanden. Für das Zerspanen und Polieren der Werkstücke können die Werkzeugmaschinen sowie die Werkzeuge entsprechend dem Stand der Technik benutzt werden.

Bei den Varianten I und IIA sind CNC-gesteuerte Maschinen und die entsprechenden Spezialwerkzeuge für das Zerspanen und Polieren von Vorteil. Bei der Variante IIB können hierfür auch einfachere Bearbeitungsmaschinen eingesetzt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Durchführung des Verfahrens wird nachstehend an Hand von drei Beispielen sowie der 1, 2 und 3 näher erläutert. Es sind jedoch auch andere Ausführungen vorgesehen. Insbesondere sollen auch andere Gläser wie z.B. Minus- oder Neutralgläser hergestellt werden. Im dargestellten Beispiel handelt es sich um Plusgläser (Linsenmitte ist dicker als Rand).

1 zeigt verschiedene Kunststoffronden und ihre Weiterverarbeitung entsprechend Variante I in Schnittdarstellungen.
2 zeigt verschiedene Kunststoffronden und ihre Weiterverarbeitung entsprechend Variante IIA in Schnittdarstellungen.
3 zeigt verschiedene Kunststoffronden und ihre Weiterverarbeitung entsprechend Variante IIB in Schnittdarstellungen.
Zu 1 Verschiedene Kunststoffronden und ihre Weiterverarbeitung entsprechend Variante I in den Schnittdarstellungen 1a bis 1f:
In 1a bis 1c sind drei verschiedene Ausführungsformen der mittels spanloser Formgebungsverfahren hergestellten Kunststoffronden (1) dargestellt. Die 1d bis 1f zeigen den chematischen Fertigungsablauf.
Bei 1a handelt es sich um eine Kunststoffronde (1), deren Linsenelement (2) aus einem flachen Zylinder besteht bei dem die Vorder- und Rückseite eine ebene Fläche (5) aufweisen. Dieses Linsenelement (2) besteht aus einem hochwertigen, transparenten Kunststoff mit hohem Brechungsindex, der sich für die Herstellung von Brillengläsern eignet und dementsprechend teuer ist. Das Linsenelement (2) wurde mittels spanloser Formgebungsverfahren (Gießen, Spritzgießen, Pressen etc.) hergestellt.
Der Spannring (3) hat die Form eines flachen Hohlzylinders, dessen Querschnitt Rechtecke bildet. Seine Höhe entspricht derjenigen des Linsenelements (2). Er besteht aus einem preiswerten Kunststoff, der in seinen Eigenschaften jedoch demjenigen des Linsenelements (2) angepasst ist, damit die Verbindung beider Bauteile problemlos möglich ist.
Der Spannring (3) kann mittels spanloser Formgebungsverfahren hergestellt werden, es ist jedoch auch möglich ihn von einem vorgefertigten Hohlzylinder (Kunststoffrohr) abzutrennen. Damit können in schneller Folge viele dieser Spannringe (3) hergestellt werden.
Der fertiggestellte Spannring (3) wird anschließend mit dem Linsenelement (2) verbunden, wodurch die Kunststoffronde (1) entsteht. Für diese Verbindung kommen Klebeverfahren in Frage bei denen flüssige Kunststoffe verwendet werden, die z.B. mittels UV-Licht oder einem zugegebenen Härter aushärten. Es sind jedoch auch Schweißverfahren vorgesehen bei denen die benötigte Wärme z.B. mittels eines Lasers oder Ultraschall erzeugt wird. Auch andere Schweißverfahren sind vorgesehen.
Es ist jedoch auch vorgesehen, dass das Linsenelement (2) in eine Form eingelegt und der Spannring (3) mittels Gieß- oder Spritzgießverfahren um das Linsenelement (2) herum gegossen bzw. gespritzt wird. Da das Material des Spannrings (3) dabei flüssig ist (aushärtender, flüssiger Kunststoff oder erwärmter, thermoplasischer Kunststoff) findet bei diesem Gießvorgang eine innige Verbindung zwischen dem Linsenelement (2) und dem Spannring (3) statt.
Bei 1b handelt es sich um eine Kunststoffronde (1), bei deren Linsenelement (2) auf der einen Seite mittels spanloser Formgebungsverfahren bereits eine konkave Oberfläche (4) angeformt ist. Es kann sich dabei um eine grob vorgeformte, konkave Oberfläche (4) handeln oder um eine Oberfläche mit optischer Qualität, die dann bereits die konkave Linsenrückseite darstellt. Die andere Seite der Kunststoffronde (1) besteht aus einer ebenen Fläche (5). Bezüglich der Herstellung des Spannrings (3), der Materialwahl und der Fertigungsmethoden gilt das Gleiche wie bei 1a bereits erläutert.
Bei 1e handelt es sich um eine Kunststoffronde (1), an deren Linsenelement (2) bereits beide Seiten mittels spanloser Formgebungsverfahren als konkave Oberfläche (4) bzw. als konvexe Oberfläche (6) angeformt sind. Es kann sich dabei um grob vorgeformte Oberflächen handeln, es ist jedoch auch vorgesehen, dass eine der beiden Oberflächen (vorzugsweise die konkave Oberfläche) bereits optische Qualität hat, die dann bereits die fertige Linsenseite darstellt. Bezüglich der Herstellung des Spannrings (3), der Materialwahl und der Fertigungsmethoden gilt das Gleiche wie bei 1a bereits erläutert.
In 1d wird gezeigt wie die Kunststoffronde (1) mit einer Formgebung entsprechend 1b in das Spannwerkzeug (7) einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) eingelegt ist. Das Spannwerkzeug (7) ist an der Werkstückspindel (8) der Maschine befestigt. Mittels an sich bekannter Fräs-, Dreh-, Schleif- und Polierverfahren wurde die konkave Oberfläche (4) mit optischer Qualität hergestellt, dabei wurde der Spannring (3) nur leicht angeschnitten. Die konkave Oberfläche (4) des Linsenelements (2) bildet die fertige Rückseite des Brillenglases (12).
Da die Bezeichnung Kunststoffronde (1) streng genommen nur für das unbearbeitete Teil gilt, wird die angearbeitete Kunststoffronde (1) nachstehend als Werkstück (9) bezeichnet.
In 1e wurde das Werkstück (9) um 180° gedreht und wieder in das gleich Spannwerkzeug (7) eingelegt. Die konkave Oberfläche (4) mit optischer Qualität zeigt jetzt Richtung Spannwerkzeug (7), das wieder mit der Werkstückspindel (8) einer Werkzeugmaschine verbunden ist. Mittels der genannten spannehmenden Verfahren wurde die konvexe Oberfläche (11) in optischer Qualität hergestellt, die im Bereich des Linsenelements (2) bereits der fertigen Vorderseite des Brillenglases (12) entspricht.
Durch entsprechende Führung des Werkzeugs wurde der ringförmige Bereich (10) angearbeitet, der für die weiteren Bearbeitungsvorgänge zum Spannen und Ablegen dient und im wesentlichen aus dem preisgünstigen Material des Spannrings (3) besteht. Dieser ringförmige Bereich (10) dient auch zum Abstützen des Werkstücks (9) im dünnen Randbereich.
Nur dadurch, dass die Werkzeuge im Randbereich des Werkstücks (9) wieder nach oben geführt wurde, konnte der ringförmige Bereich (10) hergestellt werden. Dadurch wurde verhindert, dass die Werkzeuge den äußeren Umfang des Werkstücks (9) und möglicherweise auch das Spannwerkzeug (7) angeschnitten haben. Dies wäre geschehen, wenn die Werkzeuge weiter der Kontur der konvexen Oberfläche (11) gefolgt wären.
Der ringförmige Bereich (10) besteht zum größten Teil aus dem preiswerten Material des Spannrings (3) und nur zu einem geringeren Teil aus dem höherwertigen Material des Linsenelements (2).
Das Abtrennen des eigentlichen Brillenglases (12) von dem ringförmigen Bereich (10) erfolgt später längs einer Kontur, die in der Schnittdarstellung der Abbildung durch die beiden Schnittlinien (13) gekennzeichnet ist. Diese Kontur entspricht der vorgesehenen Brillenfassung entweder genau oder mit einer Maßzugabe für die Einpassarbeit des Optikers.
In 1f wurden Brillenglas (12) und ringförmiger Bereich (10) bereits von einander getrennt, dies erfolgte längs einer Kontur entsprechend den Schnittlinien (13) die sich aus der Form der Brillenfassung ergibt.
Das Brillenglas (12) besteht vollständig aus dem hochwertigen Material, während das Abfallstück (18) zum größten Teil aus dem preiswerten Material des Spannrings (3) besteht und nur zum geringeren Teil aus dem schmalen Randbereich (15) des Linsenelements (2). Dadurch werden erhebliche Materialkosten eingespart.
Da der Trennschnitt zum Herauslösen des Brillenglases (12) aus dem Werkstück (9) vollständig im Material des Linsenelements (2) erfolgte, befindet sich die Naht (14) zwischen diesem und dem Spannring (3) in dem Abfallstück (18). Diese Störzone kann damit das Brillenglas (12) nicht beeinträchtigen.
Vorteilhaft bei dieser Variante I des Verfahrens ist es, dass beide Seiten bearbeitet werden können und daher Brillengläser (12) mit beliebigen Formgebungen hergestellt werden können (Rezeptfertigung). Auch der Lageraufwand ist relativ gering, da wenig Kunststoffronden (1) mit fertiger Oberfläche vorgehalten werden müssen. Außerdem ergeben sich geringere Materialkosten (Randbereich aus preiswerterem Material) und Ersparnisse bei den Werkzeugen (benutzen vorhandener Formwerkzeuge möglich).
Zu 2 Verschiedene Kunststoffronden und ihre Weiterverarbeitung entsprechend Variante IIA in den Schnittdarstellungen 2a bis 2d:
In 2a und 2b sind zwei verschiedene Ausführungsformen der mittels spanloser Formgebungsverfahren hergestellten Kunststoffronden (1) dargestellt. Die 2c und 2d zeigen den chematischen Fertigungsablauf.
In dieser 2 sind u.a. zwei verschiedene Ausführungsformen der mittels spanloser Formgebungsverfahren hergestellten Kunststoffronden mit Formrand (16) dargestellt. Die konkave Oberfläche (4) muss bei dieser Variante IIA in jedem Fall bereits mit optische Qualität fertiggestellt sein, da sie für mechanische Bearbeitung nicht mehr frei zugänglich ist.
Bei 2a handelt es sich um eine Kunststoffronde (1) mit Formrand (16), der von dem Spannring (3) gebildet wird. Der Formrand (16) steht deutlich über das Linsenelement (2) vor, was fertigungstechnische Vorteile bei der spannehmenden Fertigung hat.
Bei dem Linsenelement (2) ist auf der einen Seite mittels spanloser Formgebungsverfahren bereits eine konkave Oberfläche (4) angeformt, die in diesem Fall bereits optische Qualität haben muss, da sie wie erwähnt wegen des überstehenden Formrandes (16) für die mechanische Bearbeitung nicht mehr frei zugänglich ist.
Diese konkave Oberfläche (4) stellt bereits die fertige Linsenrückseite dar. Die andere Seite des Linsenelements (2) besteht aus einer ebenen Fläche (5). In der Abbildung ist der von dem Spannring (3) gebildete Formrand (16) mit seiner Oberseite (17) in Bezug auf die ebene Fläche (5) etwas nach unten versetzt. Es sind auch Ausführungen vorgesehen bei denen die Oberseite (17) und die ebene Fläche (5) in einer Ebene liegen.
Bezüglich der Herstellung des Spannrings (3), der Materialwahl und der Fertigungsmethoden gilt das gleiche wie bei 1a bereits erläutert.
Bei 2b handelt es sich um eine Kunststoffronde (1) mit Formrand (16), an deren Linsenelement (2) bereits beide Seiten mittels spanloser Formgebungsverfahren als konkave Oberfläche (4) bzw. als konvexe Oberfläche (6) anformt sind.
Bei der konvexen Oberfläche (6) handelt es sich um eine grob vorgeformte Fläche, die noch mechanisch bearbeitet werden muss. Die konkave Oberfläche (4) dagegen muss in jedem Fall bereits optische Qualität haben, die mittels der spanlosen Formgebungsverfahren erzeugt wird. Dies ist erforderlich, da diese konkave Oberfläche (4) wegen des überstehenden Formrandes (16) für die mechanische Bearbeitung nicht mehr frei zugänglich ist.
In der Abbildung ist der von dem Spannring (3) gebildete Formrand (16) mit seiner Oberseite (17) in Bezug auf die konvexe Oberfläche (6) wieder etwas nach unten versetzt. Es sind jedoch auch andere Ausführungen vorgesehen.
Bezüglich der Herstellung des Spannrings (3), der Materialwahl und der Fertigungsmethoden gilt das gleiche wie bei 1a bereits erläutert.
Da die Bezeichnung Kunststoffronde (1) streng genommen nur für das unbearbeitete Teil gilt, wird die angearbeitete Kunststoffronde (1) nachstehend als Werkstück (9) bezeichnet.
In 2e wird ein Werkstück (9) gezeigt, das aus der Kunststoffronde (1) mit einer ursprünglichen Formgebung entsprechend 2b durch mechanische Bearbeitung hervorgegangen ist. Das Werkstück (9) ist in das Spannwerkzeug (7) einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) eingelegt, welches mit der Werkstückspindel (8) der Maschine verbunden ist. Mittels an sich bekannter Fräs-, Dreh-, Schleif- und Polierverfahren wurde die konvexe Oberfläche (6) mit optischer Qualität hergestellt. Dabei wurde der von dem Spannring (3) gebildete Formrand (16) nur leicht angeschnitten. Die konvexe Oberfläche (6) des Linsenelements (2) bildet die fertige Vorderseite des Brillenglases (12). Damit sind beide Oberflächen des Brillenglases (12) in optische Qualität vorhanden.
Das Abtrennen des eigentlichen Brillenglases (12) von dem Formrand (16) erfolgt später längs einer Kontur, die in der Schnittdarstellung der Abbildung durch die beiden Schnittlinien (13) gekennzeichnet ist. Diese Kontur entspricht der vorgesehenen Brillenfassung entweder genau oder mit einer Maßzugabe für die Einpassarbeit des Optikers.
In 2d wurden das Brillenglas (12) bereits von dem Werkstück (9) abgetrennt, dies erfolgte längs einer Kontur entsprechend den Schnittlinien (13) die sich aus der Form der Brillenfassung ergibt.
Das Brillenglas (12) besteht vollständig aus dem hochwertigen Material, während das Abfallstück (18) von dem schmalen Randbereich (15) des Linsenelements (2) und dem Spannring (3) gebildet wird. Daher besteht das Abfallstück (18) zum größten Teil aus dem preiswerten Material des Spannrings (3) und nur zum geringen Teil aus dem Material des Linsenelements (2). Dadurch werden erhebliche Materialkosten eingespart.
Da der Trennschnitt zum Herauslösen des Brillenglases (12) aus dem Werkstück (9) vollständig im Material des Linsenelements (2) erfolgte, befindet sich die Naht (14) zwischen diesem und dem Spannring (3) bzw. dem Formrand (16) in dem Abfallstück (18). Diese Störzone kann damit das Brillenglas (12) nicht beeinträchtigen.
Vorteilhaft bei dieser Variante IIA des Verfahrens ist es, dass die konvexe Oberfläche (6) sehr gut für die mechanische Bearbeitung zugänglich ist, was Fertigungskosten spart. Außerdem ergeben sich geringere Materialkosten (Randbereich aus preiswerterem Material) und Ersparnisse bei den Werkzeugen (benutzen vorhandener Formwerkzeuge möglich).
Zu 3 Verschiedene Kunststoffronden und ihre Weiterverarbeitung entsprechend Variante IIB in den Schnittdarstellungen 3a bis 3d:
In 3a und 3b sind zwei verschiedene Ausführungsformen der mittels spanloser Formgebungsverfahren hergestellten Kunststoffronden (1) dargestellt. Die 3c und 3d zeigen den chematischen Fertigungsablauf.
In dieser 3 sind u.a. zwei verschiedene Ausführungsformen der mittels spanloser Formgebungsverfahren hergestellten Kunststoffronden mit Formrand (16) dargestellt. Die konvexe Oberfläche (6) muss bei dieser Variante IIB in jedem Fall bereits mit optische Qualität fertiggestellt sein, da sie für mechanische Bearbeitung nicht mehr frei zugänglich ist.
Bei 3a handelt es sich um eine Kunststoffronde (1) mit Formrand (16), der das Linsenelement (2) umgibt und von dem Spannring (3) gebildet wird. Die eine Seite des Linsenelements (2) hat eine konvexe Oberfläche (6), während die andere Seite von einer ebenen Fläche (5) gebildet wird.
In der Abbildung ist der Formrand (16) aus fertigungstechnischen Gründen (weniger Zerspanung) mit seiner Oberseite (17) in Bezug auf die ebene Fläche (5) etwas nach unten versetzt. Es sind auch Ausführungen vorgesehen bei denen die Oberseite (17) und die ebene Fläche (5) in einer Ebene liegen. Der Formrand (16) steht auf der Seite mit der konvexen Oberfläche (6) deutlich über das Linsenelement (2) vor, was ebenfalls fertigungstechnische Vorteile bei der spannehmenden Fertigung hat.
Wie erwähnt ist bei dem Linsenelement (2) auf der einen Seite mittels spanloser Formgebungsverfahren bereits eine konvexe Oberfläche (6) angeformt, die in diesem Fall bereits optische Qualität haben muss, da sie wegen des überstehenden Formrandes (16) für die mechanische Bearbeitung nicht mehr frei zugänglich ist. Diese konvexe Oberfläche (6) stellt somit bereits die fertige Linsenvorderseite dar.
Bezüglich der Herstellung des Spannrings (3), der Materialwahl und der Fertigungsmethoden gilt das gleiche wie bei 1a bereits erläutert.
Bei 3b handelt es ebenfalls sich um eine Kunststoffronde (1) mit Formrand (16), an deren Linsenelement (2) bereits beide Seiten mittels spanloser Formgebungsverfahren als konkave Oberfläche (4) bzw. als konvexe Oberfläche (6) anformt sind.
In der Abbildung ist der von dem Spannring (3) gebildete Formrand (16) aus fertigungstechnischen Gründen mit seiner Oberseite (17) in Bezug auf die konkave Oberfläche (4) wieder etwas nach unten versetzt. Es sind jedoch auch andere Ausführungen vorgesehen. Der Formrand (16) steht auf der konvexen Seite deutlich über das Linsenelement (2) vor, was ebenfalls fertigungstechnische Vorteile bei der spannehmenden Fertigung hat.
Bei der konkaven Oberfläche (4) handelt es sich um eine grob vorgeformte Fläche, die noch mechanisch bearbeitet werden muss. Die konvexe Oberfläche (6) dagegen muss in jedem Fall bereits optische Qualität haben, die mittels der spanlosen Formgebungsverfahren erzeugt wird. Die optische Qualität der konvexen Oberfläche (6) ist erforderlich, da diese wegen des überstehenden Formrandes (16) für die mechanische Bearbeitung nicht mehr frei zugänglich ist.
Bezüglich der Herstellung des Spannrings (3), der Materialwahl und der Fertigungsmethoden gilt das gleiche wie bei 1a bereits erläutert.
Da die Bezeichnung Kunststoffronde (1) streng genommen nur für das unbearbeitete Teil gilt, wird die angearbeitete Kunststoffronde (1) nachstehend als Werkstück (9) bezeichnet.
In 3e wird ein Werkstück (9) gezeigt, das aus einer Kunststoffronde (1) mit einer ursprünglichen Formgebung entsprechend 3b durch mechanische Bearbeitung der konkaven Oberfläche (4) hervorgegangen ist. Das Werkstück (9) ist in das Spannwerkzeug (7) einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) eingelegt, welches mit der Werkstückspindel (8) der Maschine verbunden ist.
Mittels an sich bekannter Fräs-, Dreh-, Schleif- und Polierverfahren wurde die konkave Oberfläche (4) mit optischer Qualität hergestellt. Dabei wurde der von dem Spannring (3) gebildete Formrand (16) nur leicht angeschnitten. Die konkave Oberfläche (4) des Linsenelements (2) bildet die fertige Rückseite des Brillenglases (12). Damit sind beide Oberflächen des Brillenglases (12) in optische Qualität vorhanden.
Das Abtrennen des eigentlichen Brillenglases (12) von dem Werkstück (9) erfolgt später längs einer Kontur, die in der Schnittdarstellung der Abbildung durch die beiden Schnittlinien (13) gekennzeichnet ist. Diese Kontur entspricht der vorgesehenen Brillenfassung entweder genau oder mit einer Maßzugabe für die Einpassarbeit des Optikers.
In 3d wurden das Brillenglas (12) bereits von dem Werkstück (9) abgetrennt, dies erfolgte längs einer Kontur entsprechend den Schnittlinien (13) die sich aus der Form der Brillenfassung ergibt.
Das Brillenglas (12) besteht vollständig aus dem hochwertigen Material, während das Abfallstück (18) von dem schmalen Randbereich (15) des Linsenelements (2) und dem Spannring (3) bzw. dem Formrand (16) gebildet wird. Daher besteht das Abfallstück (18) zum größten Teil aus dem preiswerten Material des Spannrings (3) und nur zum geringen Teil aus dem Material des Linsenelements (2). Dadurch werden erhebliche Materialkosten eingespart.
Da der Trennschnitt zum Herauslösen des Brillenglases (12) aus dem Werkstück (9) vollständig im Material des Linsenelements (2) erfolgte, befindet sich die Naht (14) zwischen diesem und dem Spannring (3) in dem Abfallstück (18). Diese Störzone kann damit das Brillenglas (12) nicht beeinträchtigen.
Vorteilhaft bei dieser Variante IIB des Verfahrens ist es, dass die konkave Oberfläche (4) sehr gut für die mechanische Bearbeitung zugänglich ist, was Fertigungskosten spart. Außerdem ergeben sich geringere Materialkosten (Randbereich aus preiswerterem Material) und Ersparnisse bei den Werkzeugen (benutzen vorhandener Formwerkzeuge möglich).

1: Kunststoffronde
2: Linsenelement
3: Spannring
4: konkave Oberfläche
5: ebene Fläche
6: konvexe Oberfläche
7: Spannwerkzeug
8: Werkstückspindel
9: Werkstück
10: ringförmiger Bereich
11: konvexe Oberfläche
12: Brillenglas
13: Schnittlinie
14: Naht
15: schmaler Randbereich
16: Formrand
17: Oberseite
18: Abfallstück

Claims

Verfahren zur Herstellung von Brillengläsern und anderen optischen Formkörpern aus Kunststoff, unter Verwendung von Kunststoffformteilen, die durch spanlose Formgebungsverfahren hergestellt und anschließend mittels mechanischer Fertigungsschritte weiter bearbeitet werden dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Kunststoffformteilen um Kunststoffronden (1) handelt, die aus zwei unterschiedlichen, fest miteinander verbundenen Kunststoffmaterialien hergestellt werden, wobei ein inneres Linsenelement (2) aus einem höherwertigen Material besteht und konzentrisch von einem Spannring (3) umgeben ist, der aus einem preiswerteren Material besteht und dass die beiden Oberflächen des Linsenelements (2) eine beliebige Geometrie aufweisen und dass der Spannring (3) bei der mechanischen Bearbeitung zum Spannen sowie zum Ablegen benutzt wird und außerdem das Werkstück (9) stabilisiert und daher in Teilbereichen während der gesamten mechanischen Bearbeitung erhalten bleibt und erst anschließend abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenelement (2) bei der spanlosen Formgebung gleiche Abmessungen und Geometrien erhält, wie sie bei den Kunststoffformteilen der Aufblock-Verfahren bekannt geworden sind und die erwünschte Vergrößerung des Durch messers der Kunststoffronden (1) durch den darum herum gelegten Spannring (3) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Linsenelement (2) aus hochwertigem Material hergestellt wird und anschließend der Spannring (3) aus preiswertem Material darum herum gegossen bzw. gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (3) aus einem flüssigen Kunststoff hergestellt wird der mittels Härter oder UV-Licht aushärtet.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (3) aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt wird, der zur Verarbeitung erhitzt und um das Linsenelement (2) herum gespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannring (3) als separates Bauteil durch Gießen, Spritzgießen oder Abstechen von einem Hohlzylinder hergestellt wird und anschließend mit dem Linsenelement (2) in Verbindung gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Linsenelement (2) und dem Spannring (3) durch Kleben hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen dem Linsenelement (2) und dem Spannring (3) durch Schweißen mittels Laser oder Ultraschall hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass während der Fertigung eine Dickenoptimierung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Variante I des Verfahrens aus dem Spannring (3) durch mechanische Bearbeitung der wesentliche Teil eines ringförmigen Bereichs (10) gebildet wird, der bei den nachfolgenden Fertigungsschritten erhalten bleibt und zum Spannen, Ablegen und Stabilisieren des Werkstücks (9) dient, wobei der ringförmige Bereich (10) überwiegend aus dem preiswerten Material des Spannrings (3) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass als Oberflächen des Linsenelements (2) zwei ebene Flächen (5) hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Linsenelements (2) mittels spanloser Formgebungsverfahren eine ebene Fläche (5) und eine vorgeformte Fläche gebildet werden, wobei es sich um eine konkave Oberfläche (4) oder eine konvexe Ober fläche (6) handeln kann, die entweder grob vorgeformt ist oder bereits optische Qualität aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung des Linsenelements (2) mittels spanloser Formgebungsverfahren zwei vorgeformte Flächen gebildet werden, wobei entweder beide grob vorgeformt sind oder eine bereits optische Qualität aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass bei zwei Varianten IIA und IIB des Verfahrens eine Seite des Linsenelements (2) bereits eine konkave oder konvexe Oberfläche mit optische Qualität hat und der Spannring (3) deutlich über diese Oberfläche des Linsenelements (2) vorsteht und dabei einen Formrand (16) bildet, der bei den nachfolgenden Fertigungsschritten erhalten bleibt und zum Spannen, Ablegen und Stabillisieren des Werkstücks (9) dient, wobei der Formrand (16) aus dem preiswerten Material des Spannrings (3) besteht.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 und 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Formrand (16) an der konkaven Oberfläche (4) des Linsenelements (2) vorsteht und die konkave Oberfläche (4) mittels spanloser Formgebungsverfahren bereits mit optischer Qualität hergestellt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 9 und 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Formrand (16) an der konvexen Oberfläche (6) des Linsenelements (2) vorsteht und die konvexe Oberfläche (6) bereits mit optischer Qualität hergestellt wurde.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstücke (9) nach der mechanischen Bearbeitung ein Coating erhalten und die optischen Achsen markiert werden und dass anschließend das Brillenglas (12) von dem Werkstück (9) abgetrennt wird, wobei der Schnitt ausschließlich im höherwertigen Material des Linsenelements (2) geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen des Brillenglases (12) von dem Werkstück (9) ein mechanisches Werkzeug benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen des Brillenglases (12) von dem Werkstück (9) ein Water-Jet benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass zum Abtrennen des Brillenglases (12) von dem Werkstück (9) ein Laser benutzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 20 dadurch gekennzeichnet, dass das Brillenglas (12) beim Abtrennen von dem Werkstück (9) eine äußere Kontur erhält, die der vorgesehenen Brillenfassung genau oder mit Bearbeitungszugabe angepaßt ist.