Vergleichende Untersuchung über Spannungen und Festigkeiten von Brillengläsern bei unterschiedlicher Endfertigung

Transkript

1 LKT - Laboratorium für Kunststofftechnik Ges.m.b.H. LKT Laboratorium für Kunststofftechnik Bericht Programm: P626 PB-Nr. Titel: Suchworte: Vergleichende Untersuchung über Spannungen und Festigkeiten von Brillengläsern bei unterschiedlicher Endfertigung Spannungen, polarisiertes Licht Programmgruppe: Mikroskopie Anzahl der Seiten: 23 Anzahl der Originalausfertigungen: 3 Auftraggeber: Lensbond Research & Development GmbH Paris-London-Str Salzburg, Austria Zeichen und Datum des Auftrages: Roland Pföss, Programmleiter : Programmmitarbeiter: Dipl.-Ing. A. Schmidt Dipl.-Ing. I. Bednar Wien, Mai 2010 Programmleiter A Programmleiter B Geschäftsführer L-F-5/1-9/92 (ersetzt GA-5/1-5/92)

2 Zur vergleichenden Untersuchung wurden folgende Muster zur Verfügung gestellt: Konventionelle Brillenmodelle (metallische Bügel bzw. Verbinder) Muster 1 schwarze Bügel Beschriftung linkes Glas: 1,74 gebohrt Beschriftung rechtes Glas: 1,67 gebohrt Aufnahme unter Polarisiertem Licht: Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze:

3 Muster 2 silberne Bügel Beschriftung: 1,67 geschlitzt (beide Gläser) Aufnahme unter monochromatischem, Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze: Mikroskopische Aufnahme, polychromatisches, polarisiertes Licht; Bohrung linkes Glas außen senkrecht zu den Farbringen laufen feine Haarrisse siehe Pfeil Haarrisse

4 Muster 3 schwarz-weiß gemusterte Bügel Beschriftung: 1,60 geschlitzt (beide Gläser) Aufnahme unter monochromatischem, Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze:

5 Muster 4 grüne Bügel Beschriftung linkes Glas: 1,60 geschlitzt Beschriftung rechtes Glas: 1,60 POLYCABONAT gebohrt Aufnahmen unter monochromatischem, Linkes Glas Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze: Rechtes Glas Spannungen im Bereich der Bohrungen; Spannungen im gesamten Glas möglicherweise durch Formgebung des Polycarbonats

6 Mikroskopische Aufnahme, polychromatisches, polarisiertes Licht; Bohrung rechtes Glas (PC) außen; senkrecht zur Bohrung verlaufen feine Haarrisse, die sich zum Teil verästeln

7 Muster 5 goldene Bügel, rechtes Glas gebrochen Beschriftung linkes Glas: ORG.1,74 geschlitzt -3,00 Beschriftung rechtes Glas: ORG.1,74 geschlitzt Aufnahmen unter monochromatischem, Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze:

8 Mikroskopische Aufnahmen, polychromatisches, polarisiertes Licht; linkes Glas innen feine Haarrisse senkrecht zu den Farbringen rechtes Glas (gebrochen) innen feine Haarrisse senkrecht zu den Farbringen

9 Muster 17 Bügel weinrot-metallicé Beschriftung: gebohrt Aufnahmen unter monochromatischem, Linkes Glas Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze: Mikroskopische Aufnahme, polychromatisches, polarisiertes Licht; Bohrung rechtes Glas außen keine Haarrisse ersichtlich

10 Muster 18 Bügel braun-gestreift Beschriftung: geschlitzt Aufnahmen unter monochromatischem, Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze: Mikroskopische Aufnahme, polychromatisches, polarisiertes Licht; Bohrung linkes Glas außen senkrecht zu den Farbringen laufen feine Haarrisse siehe Pfeil Haarrisse

11 Brillen mit Lensbond-Technologie mit Metallteilen in den Bügeln Muster 6 Lensbond rot/schwarz/silber Bügel Lensbond-Technologie Aufnahmen unter monochromatischem, Kaum Spannungen ersichtlich, sehr gering im Bereich wo Bügel aufgeklebt sind

12 Muster 7 Lensbond rot/weiß/silber Bügel Lensbond-Technologie Aufnahmen unter monochromatischem, Kaum Spannungen ersichtlich, sehr gering im Bereich wo Bügel aufgeklebt sind

13 Muster 8 Lensbond rot/schwarz/silber Bügel; Beschriftung: 12/52 Lensbond-Technologie Aufnahmen unter monochromatischem, Kaum Spannungen ersichtlich, sehr gering im Bereich wo Bügel aufgeklebt sind

14 Muster 9 Lensbond schwarz silber Bügel; Beschriftung: 8/52 Lensbond-Technologie Aufnahmen unter monochromatischem, Keine Spannungen ersichtlich

15 verschiedene Gläser vor dem Einbau Muster 10 Beschriftung: 1,59 Polycarbonat gebohrt Aufnahmen unter monochromatischem, großflächiger Spannungszustand ohne Vorzugsrichtung überlagert Spannungsspitzen im Bereich der Bohrungen Mikroskopische Aufnahme, polychromatisches, polarisiertes Licht; Feine Haarrisse am Rand der Bohrung bereits vor Einbau sind erste Risse entstanden Haarrisse

16 Muster 11 Beschriftung: 1,74 gebohrt Aufnahmen unter monochromatischem, Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze: Muster 12 Beschriftung 1,67 gebohrt Spannungen im Bereich der Bohrungen senkrecht zu den Bohrungen siehe Prinzipskizze: Muster 13 Beschriftung 1,67 gefräst Lensbond-Technologie keine Spannungen ersichtlich

17 Muster 14 Beschriftung 1,60 gefräst Lensbond-Technologie keine Spannungen durch Fräsungen Muster 15 Beschriftung Polycarbonat gefräst Lensbond-Technologie uneinheitlicher Spannungszustand möglicherweise durch Formgebung Muster 16 Beschriftung 1,74 gefräst Lensbond-Technologie keine Spannungen durch Fräsungen

18 Brille mit Lensbond-Technologie ohne Metallteile in den Bügeln Muster 19 Lensbond schwarz/rote Bügel; Beschriftung: LB 2 TEST 1,6 GLAS neue Lensbond-Technologie ohne metallische Verbinder Aufnahmen unter monochromatischem, Keine Spannungen ersichtlich Mikroskopische Aufnahme, polychromatisches, polarisiertes Licht; Befestigung Steg linkes Glas innen

19 Zusammenfassung der Untersuchungen bez. Spannungen im Glas Die konventionelle Endfertigung von rahmenlosen Brillen mit Bohrungen im Glas und Verschraubung der Bügel verursacht erste Spannungen bereits bei der Bohrung der Gläser. Weitere Spannungen werden durch die nachfolgende Verschraubung aufgebracht. Gebohrte Gläser weisen geringere Spannungen auf als geschlitzte Gläser die Form der Bohrung hat also ebenfalls Relevanz was den Spannungszustand der Brillengläser betrifft. Im Gegensatz dazu zeigen Gläser / Linsen, die nach dem Lensbond Verfahren bearbeitet wurden nach der Verklebung keine Spannungen. Im fertigen Zustand sind keine bis marginale Spannungen ersichtlich. Eine mechanische Behandlung von hochsensiblen augenoptischen Kunststofflinsen wie Bohren, Fräsen und Verdämmen entspricht nicht den Erfahrungen der modernen Kunststofftechnik.

20 Weitere Untersuchung - Zugversuch: Muster 2, Muster 7, Muster 8, Muster 17, Muster 18 und Muster 19 wurden mittels Zugversuch auf die Festigkeit der Bügelbefestigungen untersucht. Beim Zugversuch des Musters 2 wurde eine maximale Zugkraft von 257 N ermittelt. Die Zugversuche haben gezeigt, dass für Muster 2, eine Brille mit geschlitzten Bohrungen, die höchste Zugkraft (ca. 257 N) aufgewendet werden musste, um sie zu zerstören hier wurde schlussendlich der mittlere Bügel ausgerissen. Die Festigkeit wird im Wesentlichen durch die metallene Festigkeit bzw. durch die für die Verformung erforderliche Zugkraft bestimmt.

21 Beim Zugversuch des Musters 8 wurde eine maximale Zugkraft von 113 N ermittelt. Die Zugprüfung an Muster 8 verursachte keine Ablösung der Klebung. Das metallene Zwischenstück zur Befestigung des Bügels verursachte eine Zerstörung des Kunststoffstückes, das auf das Brillenglas geklebt war. (siehe nebenstehendes Bild) Die Festigkeit der Verklebung ist jedenfalls höher als für die Kraftübertragungen aus den anderen Brillenteilen erforderlich wäre. Beim Zugversuch des Musters 7 wurde eine maximale Zugkraft von 107 N ermittelt. Bei der Zugprüfung an Muster 7 wurde ebenfalls (wie bei Muster 8) das aufgeklebte Kunststoffteil durch das metallische Zwischenstück abgeschert. Die Klebung wurde dabei nicht aufgetrennt. Beim zweiten Zugversuch des Musters 7 wurde eine maximale Zugkraft von 130 N ermittelt. Diese zweite Zugprüfung an Muster 7 erfolgte indem die Brille so eingespannt wurde, dass die Brillengläser zwischen die Backen gepresst wurden, und somit die Festigkeit des mittleren Bügels ermittelt wurde. Beim Einbau wurde eines der beiden Gläser zerstört, der Festigkeitswert ist dennoch höher als beim ersten Zugversuch an demselben Muster. Wiederum wurde durch den metallischen Teil das Kunststoffteil aber nicht die Verklebung abgeschert.

22 Beim Zugversuch des Musters 17 wurde eine maximale Zugkraft von 163 N ermittelt. Muster 17 ist eine Brille mit kreisförmigen Bohrungen, hier wurde der seitliche Bügel aus der Befestigung gerissen. Die Festigkeit wird im Wesentlichen durch die metallene Festigkeit bzw. durch die für die Verformung erforderliche Zugkraft bestimmt. Beim Zugversuch des Musters 18 wurde eine maximale Zugkraft von 176 N ermittelt. Muster 18 ist eine Brille mit geschlitzten Bohrungen, hier wurde der mittlere Bügel ausgerissen. Die Festigkeit wird im Wesentlichen durch die metallene Festigkeit bzw. durch die für die Verformung erforderliche Zugkraft bestimmt. Beim Zugversuch des Musters 19 wurde eine maximale Zugkraft von 108 N ermittelt. Bei der Zugprüfung an Muster 19 wurde der mittlere Bügel abgeschert. Die Klebung wurde dabei zum Großteil aufgetrennt.

23 Zusammenfassung - Zugversuche Aus den Zugversuchen kann zusammenfassend festgestellt werden, dass bei etwa 250 N das Glas durch die Metallbauteile zerstört wird. Die Verklebung der Brillen mit Lensbond- Technologie mit Metallteilen in den Bügeln liefert Widerstand im Zugversuch, die mindestens so groß sind, als die konstruktionsbedingt vorhandenen Werkstofffestigkeiten erfordern. Die Verklebung der Brillen mit der neuesten Lensbond-Technologie (keine Metallteile in den Bügeln) hielt im gegenständlichen Versuch einer Zugkraft von ca. 108N stand. In diesem Fall wurde die Verklebung größtenteils abgeschert, ca. 20% der Klebefläche hielt der Belastung stand, dort brach das Glas. Resümee Durch nachträgliche mechanische Bearbeitung von Gläsern/Linsen werden Spannungen in das Material eingebracht. Durch eine Verschraubung der Bügel direkt am Glas können diese Spannungen verstärkt werden. Auch die Form der Bohrungen hat Relevanz bezüglich der Ausprägung der Spannungen im Glas / in der Linse. Spannungen im Glas/in der Linse setzenden Widerstand gegenüber mechanischer Belastung herab. Spannungen im Glas/in der Linse können Abbildungsfehler verursachen, eine Vermeidung dieser ist immer vorteilhaft. Die Lensbond-Technologie zeigt eine für Kunststoffverklebungen gute Festigkeit. Die besondere Stärke der Lensbond-Technologie ist in der spannungsfreien Endfertigung zu sehen.