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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zur Feinbearbeitung
von optisch wirksamen Flächen,
wie es z.B. in der Optikfertigung bei der Feinbearbeitung von optischen
Linsen Einsatz findet. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein
Werkzeug zur Feinbearbeitung auch von Freiformflächen und torischen Flächen an
Brillengläsern.
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Wenn
nachfolgend beispielhaft für
optische Werkstücke
von "Brillengläsern" die Rede ist, sollen darunter
nicht nur Brillenlinsen aus Mineralglas, sondern auch Brillenlinsen
aus allen anderen gebräuchlichen
Materialien, wie Polycarbonat, CR 39, HI-Index, etc., also auch
Kunststoff verstanden werden.
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Brillengläsern kann
grob in zwei Bearbeitungsphasen unterteilt werden, nämlich zunächst die Vorbearbeitung
der optisch wirksamen Fläche
zur Erzeugung der rezeptgemäßen Makrogeometrie
und sodann die Feinbearbeitung der optisch wirksamen Fläche, um
Vorbearbeitungsspuren zu beseitigen und die gewünschte Mikrogeometrie zu erhalten. Während die
Vorbearbeitung der optisch wirksamen Flächen von Brillengläsern u.a.
in Abhängigkeit
vom Material der Brillengläser
durch Schleifen, Fräsen und/oder
Drehen erfolgt, werden die optisch wirksamen Flächen von Brillengläsern bei
der Feinbearbeitung üblicherweise
einem Feinschleif-, Läpp- und/oder
Poliervorgang unterzogen. Hierbei kommen vornehmlich feste Formwerkzeuge
zum Einsatz, die als Auflage für
Feinschleiffolien oder Poliermittelträger dienen.
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Im
Stand der Technik wurde wiederholt festgestellt (z.B.
DE 44 42 181 C1 ,
EP 0 884 135 B1 ,
DE 101 06 007 A1 ),
daß ein
Nachteil fester Formwerkzeuge darin zu sehen ist, daß eine große Anzahl von Formwerkzeugen
benötigt
wird, um die Vielzahl von bei der Rezeptfertigung von Brillengläsern möglichen Linsengeometrien
(konvexe bzw. konkave Krümmungen
von 0 bis zu 17 Dioptrien, ggf. mit Zylinderwirkung mit bis zu 6
Dioptrien) bei eventuell noch abweichenden Brechungsindizes der
verschiedenen Werkstoffe feinbearbeiten zu können. Erschwerend hinzu kommt
hier die Tendenz, für
Brillen zunehmend auch Mehrsichtgläser in Form sogenannter Gleitsichtgläser zu verwenden,
bei denen der Weitsichtbereich gleitend in den Nahsichtbereich übergeht.
Wenigstens eine der optisch wirksamen Flächen derartiger Brillengläser hat
eine individuell gestaltete Makrogeometrie, die auch Freiformflächen aufweist
und natürlich
ebenfalls feinbearbeitet werden muß.
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So
fehlt es denn im Stand der Technik auch nicht an Vorschlägen, wie
Werkzeuge zur Feinbearbeitung optisch wirksamer Flächen auszubilden
sind, damit mit einem Werkzeug ein möglichst großer Bereich an Geometrien abgedeckt
werden kann.
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In
diesem Zusammenhang offenbart die
DE 44 42 181 C1 der Anmelderin ein Werkzeug
zur Feinbearbeitung optischer Flächen
von Linsen, mit einer einen Bearbeitungsabschnitt aufweisenden elastischen
Membran, die über
einen Befestigungsabschnitt an einem starren Halter befestigt ist.
Der starre Halter begrenzt zusammen mit der elastischen Membran
einen Hohlraum, welcher mit einem Füllmaterial gefüllt ist,
das als unter bestimmten Bedingungen plastisch verformbare Masse
wahlweise steuerbar eine nachgiebige oder starre Stützschicht
für die Membran
bildet, so daß vor
Beginn der Feinbearbeitung die Außenkontur der Membran der Form
der optischen Fläche
angepaßt
werden kann. Gemäß diesem
Stand der Technik weist die Membran des weiteren zwischen ihrem
Bearbeitungsabschnitt und ihrem Befestigungsabschnitt einen faltenbalgartigen Abschnitt
auf, der bei Kontakt des Bearbeitungsabschnitts mit der optischen
Fläche
die plastisch verformbare Masse derart mit Kräften beaufschlagt, daß diese den
Bearbeitungsabschnitt an die optische Fläche anpreßt, so daß das Werkzeug deren Form nach Erstarren
der plastisch verformbaren Masse beibehält. Zwar kann mit diesem Werkzeug
ein verhältnismäßig großer Bereich
an Linsengeometrien feinbearbeitet werden. Das Erweichen und anschließende Erstarren
der plastisch verformbaren Masse erfordert aber u.a. eine geraume
Zeit, so daß dieses
Werkzeug in der industriellen Fertigung von Brillengläsern nach
Rezept nur bedingt eingesetzt werden kann.
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Bei
anderen Lösungen
(
EP 0 884 135 B1 ,
DE 101 06 007 A1 ),
bei denen das Werkzeug ebenfalls in der Lage ist, die feinzubearbeitende
Fläche
vor der Feinbearbeitung abzuformen, hat das Werkzeug zwei axial
beabstandet an einem Grundkörper
gehaltene, elastische Membranen, zwischen denen eine Vielzahl von
Stiften vorgesehen ist, die durch pneumatische Beaufschlagung der
werkzeuginneren Membran in Längsrichtung
verschoben werden können,
um die werkzeugäußere Membran
der feinzubearbeitenden Fläche
anzupassen. Ist diese Anpassung erfolgt, werden die Stifte in Querrichtung
pneumatisch oder magnetisch gegeneinander fixiert, um am Werkzeug
eine feste Bearbeitungsfläche
auszubilden. Ein Problem bei diesen Werkzeugen ist jedoch insbesondere
darin zu sehen, daß diese
Werkzeuge sehr aufwendig ausgebildet und dementsprechend auch störanfällig sind.
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Schließlich sind
auch Werkzeuge zum Polieren optischer Flächen bekannt (
DE 101 00 860 A1 ,
DE 101 06 659 A1 ),
die einen gelenkig und drehfest mit der Werkzeugspindel verbundenen,
festen Grundkörper
aufweisen, der auf der Bearbeitungsseite eine elastische Zwischenschicht
und darauf die eigentliche Polierschicht trägt. Eine Anpaßfähigkeit dieser
Werkzeuge an die feinzubearbeitende optische Fläche ist natürlich nur insofern gegeben,
als dies die elastische Zwischenschicht zuläßt, die schon aus Gründen der
Polierprozeßbeherrschung
nicht beliebig dick ausgebildet werden kann.
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Zusammenfassend
ist festzuhalten, daß nach
wie vor ein Bedarf für
ein anpassungsfähiges Werkzeug
zur Feinbearbeitung von insbesondere Brillengläsern besteht, welches in der
industriellen Fertigung von Brillengläsern nach Rezept möglichst universell
einsetzbar sowie kostengünstig
ist und zugleich in zuverlässiger
Weise gute Bearbeitungsergebnisse gewährleistet.
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Der
Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde,
ein möglichst
einfach ausgebildetes und zuverlässig
arbeitendes Werkzeug zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen, insbesondere von
Freiformflächen
und torischen Flächen
an Brillengläsern
zu schaffen, das ein gutes Anpassungsvermögen an einen weiten Bereich
von zu bearbeitenden Geometrien aufweist.
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Diese
Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale
gelöst.
Vorteilhafte und/oder zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 21.
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Erfindungsgemäß hat ein
Werkzeug zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen, insbesondere
von Freiformflächen
und torischen Flächen
an Brillengläsern,
einen Grundkörper,
der an einer Werkzeugspindel einer Bearbeitungsmaschine anbringbar
ist, eine elastische Membran, die einen Bearbeitungsabschnitt aufweist,
an den sich ein Faltenbalgabschnitt anschließt, mittels dessen die Membran
drehmitnahmefähig
am Grundkörper
befestigt ist, eine von dem Grundkörper und der Membran begrenzte
Druckmittelkammer, die über
einen Kanal wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist, um
während
der Bearbeitung der optisch wirksamen Fläche über den Bearbeitungsabschnitt
einen Bearbeitungsdruck aufzubringen, und ein längsverschieblich an dem Grundkörper geführtes Führungsglied, das
mit dem Bearbeitungsabschnitt der Membran wirkverbunden ist, so
daß der
Bearbeitungsabschnitt in Längsrichtung
des Führungsglieds
bewegbar und in Querrichtung zum Führungsglied gehalten, gleichwohl unter
einer elastischen Verformung des Faltenbalgabschnitts kippbeweglich
bezüglich
des Führungsglieds
ist.
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Infolge
der Druckbeaufschlagbarkeit der elastischen Membran über die
Druckmittelkammer, der Axialbeweglichkeit des mittels des Führungsglieds
geführten
Bearbeitungsabschnitts der Membran, dessen Kippbeweglichkeit bezüglich des
Führungsglieds
sowie der elastischen Verformbarkeit des Faltenbalgabschnitts der
Membran kann sich das erfindungsgemäße Werkzeug hervorragend an die
Geometrie der feinzubearbeitenden Fläche anpassen. Zugleich sorgt
das Führungsglied
des erfindungsgemäßen Werkzeugs
durch Halten des Bearbeitungsabschnitts der Membran in Querrichtung
für eine
sehr gute Führung
des Bearbeitungsabschnitts, und zwar nahe der feinzubearbeitenden
Fläche, nachdem
das Führungsglied
eben mit dem Bearbeitungsabschnitt wirkverbunden ist, so daß die für die Bearbeitung
nötigen
Torsions- und Querkräfte
zuverlässig
auf die feinzubearbeitende Fläche übertragen werden
können,
während
unerwünschte
Kippmomente vermieden werden. Diese hervorragende Anpaßfähigkeit
des Werkzeugs und sehr gute Führung des
Bearbeitungsabschnitts der Membran werden auch nicht durch die jedenfalls
notwendige Drehmomentübertragung
vom Grundkörper
des Werkzeugs auf dessen Membran beeinträchtigt, weil diese Drehmomentübertragung über den
Faltenbalgabschnitt der Membran erfolgt, also funktional getrennt
vom Führungsglied.
Dies alles erfordert letztendlich auch keinen komplizierten Aufbau
des Werkzeugs. Als Ergebnis der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Werkzeugs
kann sich das Werkzeug also einerseits an quasi beliebige Geometrien
bzw. Krümmungen der
feinzubearbeitenden Flächen
anpassen, andererseits aber auch die zur Bearbeitung notwendigen Prozeßkräfte auf
beispielsweise eine Feinschleif- oder Polierfolie zuverlässig übertragen.
Zugleich ist das Werkzeug in der Lage, kinematische Rauhigkeiten
der vorbearbeiteten Fläche,
wie z.B. Dreh- oder Fräsriefen,
durch ein Glätten
der Struktur zu beseitigen.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
den Bearbeitungsabschnitt der Membran so auszubilden, daß er im
unbelasteten Zustand der Membran eben ist. Bevorzugt wird aber eine
Ausgestaltung, bei der der Bearbeitungsabschnitt der Membran im
wesentlichen sphärisch
vorgeformt ist (den jeweiligen Erfordernissen entsprechend konvex
oder konkav), was sich beim Vulkanisieren oder Gießen der
Membran leicht bewerkstelligen läßt und wodurch
sich der Bearbeitungsabschnitt der Membran noch besser an die feinzubearbeitende
Fläche
anpassen kann.
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Versuche
der Anmelderin haben des weiteren gezeigt, daß ein Faltenbalgabschnitt der
Membran, der mindestens zwei Falten aufweist, ein für die Zwecke
der vorliegenden Erfindung brauchbares Verformungsvermögen hat.
Zur Erzielung eines guten Kompromisses aus Anpaßfähigkeit und Formbeständigkeit
des Werkzeugs hat der Faltenbalgabschnitt vorzugsweise drei Falten.
Zweckmäßig kann die
Membran aus einem elastomeren Werkstoff, insbesondere NBR, EPDM
oder PUR mit einer Härte nach
Shore A von 45 bis 70, vorzugsweise von 55 bis 60 bestehen.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen
sein, daß der
Bearbeitungsabschnitt der Membran mittels einer flächigen Armierung
ausgesteift ist. Durch diese Maßnahme können insbesondere
langwellige Unebenheiten, die aus den Vorbearbeitungsstrukturen
(kinematische Rauhigkeiten in Form von Dreh- oder Fräsriefen)
resultieren, infolge eines stärkeren
Abtrags der erhabenen Anteile der Dreh- bzw. Frässtruktur besser ausgeglichen
werden, wodurch es zu einer Glättung
der feinbearbeiteten Fläche
kommt. Außerdem
sorgt die Armierung für
eine verbesserte Druckverteilung bei der Feinbearbeitung. Die Armierung
kann im wesentlichen sphärisch
vorgeformt sein, was – verglichen mit
einer ebenfalls denkbaren, ebenen Ausbildung der Armierung – für eine bessere
Verformbarkeit der Armierung und damit bessere Anpaßfähigkeit
des Bearbeitungsabschnitts der Membran an die zu bearbeitende Fläche sorgt.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
die Armierung in den Bearbeitungsabschnitt der Membran schon bei
deren Herstellung einzuvulkanisieren oder die Armierung auf den
Bearbeitungsabschnitt der Membran von außen oder innen aufzukleben.
Bevorzugt wird jedoch eine Ausgestaltung, bei der die Armierung
auf der von der Druckmittelkammer abgewandten Seite des Bearbeitungsabschnitts
der Membran auf dem Bearbeitungsabschnitt aufvulkanisiert ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, daß die Armierung
aus einem plastisch verformbaren, metallischen Blechabschnitt, insbesondere
einem Blechabschnitt aus einer Legierung auf TiZn-Basis besteht.
Durch den Einsatz einer solchen Blechlamelle als Armierung wird
der Bearbeitungsabschnitt der Membran, der infolge seiner Ausbildung
aus einem elastomeren Werkstoff grundsätzlich bestrebt ist, in seine
Ausgangsform zurückzukehren,
daran gehindert, wodurch in vorteilhafter Weise eine zeitlich gesehen
zumindest für
den Feinbearbeitungsvorgang bleibende Abformung der zu bearbeitenden
Fläche
mittels des armierten Bearbeitungsabschnitts möglich ist.
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Für eine bessere
Anpassung an nicht-rotationssymmetrische, vor allem torische Flächen, insbesondere
solche mit hoher Zylinderwirkung, d.h. starker Abweichung von Basis-
und Zylinderkurve, kann die Armierung des Bearbeitungsabschnitts
ferner in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen bzw. in
Richtung der Basis- und Zylinderachsen des Torus unterschiedliche
Biegesteifigkeiten aufweisen. Dies kann beispielsweise dadurch bewerkstelligt werden,
daß die
Armierung in kreuzförmiger
Anordnung vier Sätze
von satzweise jeweils im wesentlichen parallel verlaufenden Schlitzen
hat, die sich vom Rand der Armierung nach innen erstrecken und dort
an einem schlitzfreien Bereich der Armierung enden, der im wesentlichen
die Form eines beidseitig einwärts
geschwungenen "X" aufweist, wodurch
die Schlitze in der einen Richtung im Mittel eine andere Länge aufweisen
als die Schlitze in der dazu senkrechten Richtung.
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Des
weiteren kann an dem Bearbeitungsabschnitt der Membran auf der von
der Druckmittelkammer abgewandten Seite eine elastische Zwischenschicht
angebracht sein, die aus einem geeigneten elastomeren Werkstoff,
beispielsweise einem PUR-Schaumstoff, besteht und eine Härte nach Shore
A von 35 bis 60, vorzugsweise von 45 bis 50 aufweist. Eine solche
Zwischenschicht bietet sich insbesondere für die Feinbearbeitung von Freiformflächen (FFF)
an, um auch Flächenübergänge, z.B. bei
Gleitsichtgläsern
für Brillen
den Übergang
vom Weitsichtbereich in den Nahsichtbereich, gut auspolieren zu
können.
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Das
Führungsglied
zur Führung
des Bearbeitungsabschnitts der Membran kann z.B. durch eine Hülse ausgebildet
sein, die an einem komplementären,
am Grundkörper
ausgebildeten oder angebrachten Zapfen geführt ist. Insbesondere in herstellungstechnischer
Hinsicht bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der das Führungsglied
durch einen Stift ausgebildet ist, der längsverschieblich in einer Aufnahmebohrung
im Grundkörper
geführt
ist.
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Um
eine möglichst
leichtgängige
Führung
zu erzielen, können
zwischen dem Führungsglied
und dem Grundkörper
Mittel zur Reibungsreduzierung vorgesehen sein. Hier können beispielsweise
handelsübliche
Gleitlager, Gleitbuchsen aus z.B. PTFE oder Kugelbuchsen eingesetzt
werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Aufnahmebohrung im
Grundkörper
mit wenigstens einer Fettasche als Mittel zur Reibungsreduzierung
versehen.
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Grundsätzlich ist
es möglich,
den Kanal zur Beaufschlagung der Druckmittelkammer etwa als Bohrung
durch den eigentlichen Grundkörper
des Werkzeugs hindurchzuführen.
Vorzugsweise ist der Kanal zur Beaufschlagung der Druckmittelkammer aber
in dem Führungsglied
ausgebildet. Hierbei hat es sich insbesondere in herstellungstechnischer
Hinsicht als zweckmäßig erwiesen,
den Kanal mit einer Längsbohrung
in dem Führungsglied
auszubilden, die über
eine Querbohrung in dem Führungsglied
mit der Druckmittelkammer kommuniziert.
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Für die Wirkverbindung
zwischen dem Führungsglied
und dem Bearbeitungsabschnitt der Membran sind verschieden gestaltete
Gelenkverbindungen denkbar, die den Bearbeitungsabschnitt in die Lage
versetzen, kardanische Ausgleichsbewegungen ausführen zu können. Bevorzugt ist hier eine Wirkverbindung,
bei der das Führungsglied über einen
in einer Gelenkpfanne verschwenkbar aufgenommenen Kugelkopf mit
dem Bearbeitungsabschnitt der Membran wirkverbunden ist. Dabei kann die
Gelenkpfanne durch ein Formteil ausgebildet sein, welches in eine
hinterschnittene Aufnahmekammer eingeknüpft ist, die auf der der Druckmittelkammer
zugewandten Seite an dem Bearbeitungsabschnitt der Membran ausgebildet
ist.
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Wenn
schließlich
die Aufnahmekammer am Bearbeitungsabschnitt der Membran über einen
sich durch den Kugelkopf hindurch erstreckenden Kanal mit dem Kanal
zur Beaufschlagung der Druckmittelkammer kommunizieren kann, ist
es in vorteilhafter Weise möglich,
auch den oberhalb des Kugelkopfs befindlichen Bereich des Bearbeitungsabschnitts
der Membran mit dem Druckmittel zu beaufschlagen, so daß auch dieser
Bereich des Bearbeitungsabschnitts bei der Bearbeitung der optisch
wirksamen Fläche
individuell an diese angedrückt
wird.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert,
wobei gleiche oder entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen
versehen sind. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine Längsschnittansicht eines Werkzeugs
zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung in einem gegenüber
der Realität
vergrößerten Maßstab,
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2 eine Längsschnittansicht eines aufgeblockten
Brillenglases und des Werkzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
in einem gegenüber 1 kleineren Maßstab, wobei
sich Brillenglas und Werkzeug im Eingriff befinden,
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3 eine Längsschnittansicht entsprechend 2, wobei das Brillenglas
und das Werkzeug gegenüber
der in 2 gezeigten Drehstellung jeweils
um eine Viertelumdrehung gleichsinnig um ihre Längsachsen weitergedreht wurden,
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4 eine Längsschnittansicht einer im
Bereich ihres Bearbeitungsabschnitts mit einer flächigen Armierung
ausgesteiften, elastischen Membran für ein Werkzeug nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einem gegenüber
der Realität
vergrößerten Maßstab,
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5 eine Draufsicht auf die
Membran gemäß 4 mit Darstellung des Schnittverlaufs
IV-IV für 4, wobei gegenüber der 4 ein Poliermittelträger von
der Membran abgenommen wurde, und
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6 eine Längsschnittansicht einer auf
ihrem Bearbeitungsabschnitt mit einer elastischen Zwischenschicht
versehenen, elastischen Membran für ein Werkzeug nach einem dritten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung in einem gegenüber
der Realität vergrößerten Maßstab.
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Gemäß 1 hat ein Werkzeug 10 zur
Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen F, insbesondere von Freiformflächen und
torischen Flächen an
Brillengläsern
L, einen Grundkörper 12,
der an einer Werkzeugspindel (nicht gezeigt) einer an sich bekannten
Bearbeitungsmaschine (ebenfalls nicht dargestellt) angebracht werden
kann. Des weiteren weist das Werkzeug 10 eine elastische
Membran 14 auf, die einen Bearbeitungsabschnitt 16 hat,
an den sich ein Faltenbalgabschnitt 18 anschließt, mittels dessen
die Membran 14 drehmitnahmefähig am Grundkörper 12 befestigt
ist. Der Grundkörper 12 und die
Membran 14 begrenzen eine Druckmittelkammer 20 des
Werkzeugs 10, die über
einen Kanal 22 wahlweise mit einem geeigneten flüssigen oder
gasförmigen
Druckmittel (z.B. Öl
oder Druckluft mit einem Druck von ca. 0,2 bis 0,6 bar) beaufschlagt
werden kann, um während
der Bearbeitung der optisch wirksamen Fläche F über den Bearbeitungsabschnitt 16 einen
Bearbeitungsdruck aufzubringen. Längsverschieblich an dem Grundkörper 12 geführt ist
ein Führungsglied 24,
das, wie im folgenden noch näher beschrieben
werden wird, mit dem Bearbeitungsabschnitt 16 der Membran 14 wirkverbunden
ist, so daß der
Bearbeitungsabschnitt 16 in Längsrichtung des Führungsglieds 24 bewegbar
und in Querrichtung zum Führungsglied 24 gehalten,
gleichwohl unter einer elastischen Verformung des Faltenbalgabschnitts 18 der
Membran 14 kippbeweglich bezüglich des Führungsglieds 24 ist.
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Der
vorzugsweise metallische Grundkörper 12 hat
einen Befestigungsabschnitt 26, mittels dessen das Werkzeug 10 lösbar an
der Werkzeugspindel (nicht gezeigt) montiert werden kann, sowie
einen sich an den Befestigungsabschnitt 26 anschließenden Kopfabschnitt 28,
an dem die Membran 14 auswechselbar angebracht ist. Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
weist der Befestigungsabschnitt 26 in einer sehr einfachen
Ausgestaltung eine zylindrische Außenumfangsfläche auf.
Für einen
automatischen Werkzeugwechsel kann der Befestigungsabschnitt aber
auch als Steilkegelanschluß ausgeführt sein, mit
z.B. einem Hohlschaft kegel gemäß der deutschen
Norm DIN 69893. Den jeweiligen Erfordernissen entsprechend ist es
ebenfalls denkbar, den Befestigungsabschnitt als Blockstückanschluß auszubilden,
wie er in der Rezeptfertigung von Brillengläsern L üblich und in der deutschen
Norm DIN 58766 standardisiert ist. Dieser Anschluß kann für etwaige Handhabungssysteme
ggf. auch mit einer Greifrille versehen sein.
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Der
Kopfabschnitt 28 des Grundkörpers 12 hat einen
zylindrischen Absatz 30, an den sich in Richtung des Befestigungsabschnitts 26 eine
Ringschulter 32 anschließt, die eine Anschlagfläche für ein vorzugsweise
metallisches Ringteil 34 ausbildet, welches zur Befestigung
der Membran 14 am Grundkörper 12 über den
Absatz 30 geschoben ist. Das zum Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 hin abgeschrägte
Ringteil 34 ist mit mehreren über den Umfang verteilten Gewindebohrungen
versehen, in die Madenschrauben 36 eingeschraubt sind,
welche formschlüssig
in im Absatz 30 ausgebildete Aussparungen 38 eingreifen,
um das Ringteil 34 zug-, druck- und drehfest am Kopfabschnitt 28 des
Grundkörpers 12 festzulegen.
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In
Richtung der Membran 14 schließt sich an den Absatz 30 des
Kopfabschnitts 28 über
eine weitere Ringschulter 40 ein weiterer, im Durchmesser kleinerer
zylindrischer Absatz 42 an, der mit einer Radialnut 44 zur
formschlüssigen
Befestigung der Membran 14 am Grundkörper 12 versehen ist.
Ein in axialer Richtung über
die Ringschulter 40 vorstehender Bereich einer zylindrischen
Innenumfangsfläche
des Ringteils 34, die Ringschulter 40 sowie der
die Radialnut 44 aufweisende Absatz 42 des Kopfabschnitts 28 begrenzen
einen ringförmigen
Aufnahmeraum für einen
geschlitzten Ring 46 und einen ringförmigen Befestigungsendabschnitt 48 des
Faltenbalgabschnitts 18 der Membran 14. Mit Hilfe
des vorzugsweise aus POM (Polyoxymethylen, z.B. Delrin® von DuPont)
bestehenden Rings 46 ist die Membran 14 in Zug-
und Druckrichtung formschlüssig
und in Umfangsrichtung reibschlüs sig,
mithin drehfest am Grundkörper 12 befestigt.
Genauer gesagt ist der Befestigungsendabschnitt 48 der
Membran 14 innenumfangsseitig mit einer nach radial innen
vorspringenden, umlaufenden Nase 50 versehen, die formschlüssig in
die Radialnut 44 des Absatzes 42 am Kopfabschnitt 28 eingreift.
Außenumfangsseitig
ist der Befestigungsendabschnitt 48 seinerseits mit einer
Radialnut 52 versehen, in die eine am Innenumfang des Rings 46 ausgebildete,
nach radial innen vorspringende, umlaufende Nase 54 formschlüssig eingreift.
Der Ring 46 selbst liegt mit einer zylindrischen Außenumfangsfläche flächig an
der Innenumfangsfläche
des Ringteils 34 an. Es ist ersichtlich, daß die Membran 14 somit
unter Zuhilfenahme des Ringteils 34 und des Rings 46 fest
am Grundkörper 12 gehalten
ist.
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Die
Membran 14 besteht aus einem elastomeren Werkstoff, wie
NBR (Elastomer auf Basis Acrylnitril-Butadien-Styrol-Kautschuk),
EPDM (Elastomer auf Basis Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) oder
einem PUR-(Polyurethan-)Elastomer (z.B. Vulkollan® von
Bayer), mit einer Härte
nach Shore A von 45 bis 70, vorzugsweise von 55 bis 60. Im Bereich zwischen
dem Befestigungsendabschnitt 48 und dem Bearbeitungsabschnitt 16 hat
die Membran 14 gemäß dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
drei Falten 56, wobei die ausgehend vom Grundkörper 12 gesehen
letzte, d.h. obere Falte 56 unmittelbar in den Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 übergeht. Der
Bearbeitungsabschnitt 16 der Membran 14 ist im dargestellten
Ausführungsbeispiel
in einer Draufsicht von oben in 1 gesehen
kreisförmig
und weist, wie der Schnitt zeigt, eine im wesentlichen sphärische Vorformung
auf, so daß der
Bearbeitungsabschnitt 16 von Grundkörper 12 weggewölbt ist.
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Auf
der von der Druckmittelkammer 20 abgewandten Außenseite
des Bearbeitungsabschnitts 16 der Membran 14 ist
ein elastischer und abriebfester Feinschleif- bzw. Poliermittelträger 58,
auch "Polierpad" genannt, aufgeklebt,
wie er im Handel erhältlich ist.
Auf der der Druckmittelkammer 20 zugewandten Innenseite des
Bearbeitungsabschnitts 16 der Membran 14 hat der
Bearbeitungsabschnitt 16 im wesentlichen mittig einen einstückig mit
der Membran 14 ausgebildeten, hohlzylindrischen Fortsatz 60,
der an seinem freien Ende einen nach radial innen vorspringenden
Bund 62 aufweist, so daß der Fortsatz 60 zusammen
mit dem Bund 62 eine hinterschnittene Aufnahmekammer 64 begrenzt.
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Bei
dem in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiel
ist ferner das Führungsglied 24 durch
einen Stift ausgebildet, der längsverschieblich
und drehbar in einer zentralen Aufnahmebohrung 66 im Grundkörper 12 geführt ist,
welche sich in Längsrichtung durch
den gesamten Grundkörper 12 hindurch
erstreckt. Zur Reibungsreduzierung zwischen dem Führungsglied 24 und
der Aufnahmebohrung 66 sind im gezeigten Ausführungsbeispiel
drei in axialer Richtung gleichmäßig beabstandete
Fettaschen 68 in Form von Radialnuten in der Aufnahmebohrung 66 vorgesehen.
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An
seinem dem Bearbeitungsabschnitt 16 der Membran 14 zugewandten
Ende hat das Führungsglied 24 einen
Kugelkopf 70, der über
einen konischen Übergangsabschnitt 72 mit
einem in der Aufnahmebohrung 66 geführten zylindrischen Hauptteil 74 des
Führungsglieds 24 verbunden
ist. Über
den Kugelkopf 70, der verschwenkbar in einer Gelenkpfanne 76 aufgenommen
ist, ist das Führungsglied 24 mit
dem Bearbeitungsabschnitt 16 der Membran 14 in
der Art eines Kugelstiftgelenks wirkverbunden, so daß der Bearbeitungsabschnitt 16 kardanische Ausgleichsbewegungen
auszuführen
vermag. Hierbei ist die Gelenkpfanne 76 durch ein Formteil 78 ausgebildet,
bei welchem es sich um ein geschlitztes Teil oder, wie im dargestellten
Ausführungsbeispiel, um
ein in Grenzen elastisches Kunststoffteil handelt, damit der Kugelkopf 70 in
die Gelenkpfanne 76 eingeknüpft werden kann. Das Formteil 78 selbst
ist, wie sich ohne weiteres aus 1 ergibt,
in die hinterschnittene Aufnahmekammer 64 am Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 eingeknüpft,
in der es durch den Bund 62 am Fortsatz 60 formschlüssig gehalten
wird.
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Wie
weiterhin der 1 zu entnehmen
ist, ist der Kanal 22 zur Druckbeaufschlagung der Druckmittelkammer 20 in
dem Führungsglied 24 ausgebildet, wobei
der Kanal 22 in dem Führungsglied 24 eine Längsbohrung 80 aufweist,
die über
eine Querbohrung 82 nahe dem Übergangsabschnitt 72 mit
der Druckmittelkammer 20 kommuniziert. An das Ende der
Längsbohrung 80 schließt sich
ein weiterer Kanal in Form einer durchmesserkleineren Bohrung 84 an, welche
sich durch den Kugelkopf 70 des Führungsglieds 24 hindurch
erstreckt, so daß die
Aufnahmekammer 64 am Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 mit dem Kanal 22 kommunizieren kann
oder, mit anderen Worten gesagt, die Aufnahmekammer 64 ebenfalls
mit dem Druckmittel beaufschlagbar ist.
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Es
ist ersichtlich, daß der
Bearbeitungsabschnitt 16 der Membran 14 mittels
des Führungsglieds 24 in
Querrichtung gegenüber
dem Grundkörper 12 abgestützt ist.
Zugleich kann das Führungsglied 24 dem
Bearbeitungsabschnitt 16 in axialer Richtung folgen, wenn
die Druckmittelkammer 20 über den Kanal 22 mit
dem Druckmittel beaufschlagt oder aber der Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 durch äußere Einwirkung
in Richtung des Grundkörpers 12 gedrückt wird.
Außerdem
kann der Bearbeitungsabschnitt 16 der Membran 14 mit
dem in die Aufnahmekammer 64 eingeknüpften Formteil 78 insgesamt
an dem Kugelkopf 70 des Führungsglieds 24 verkippen,
wobei der Faltenbalgabschnitt 18 der Membran 14 entsprechend
verformt wird.
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Diese
Bewegungsmöglichkeiten
des Bearbeitungsabschnitts 16 der Membran 14 werden
in den 2 und 3 veranschaulicht. Hier befindet
sich das Werkzeug 10 mit dem Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 in Eingriff mit der zu bearbeitenden optisch
wirksamen Fläche
F eines Brillenglases L, die eine torische Geometrie aufweist. Das
Brillenglas L ist auf einem Blockstück 86 aufgeblockt,
wie es aus der deutschen Norm DIN 58766 bekannt ist. In 3 wurden gegenüber 2 lediglich das Blockstück 86 mit
dem Brillenglas L und das Werkzeug 10 gleichsinnig um 90° um ihre
jeweilige Achse weitergedreht, ohne daß eine Bewegung des gesamten
Werkzeugs 10 bzw. des Blockstücks 86 in vertikaler
oder horizontaler Richtung erfolgte, und auch ohne Schwenkbewegung
zwischen Brillenglas L und Werkzeug 10.
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Bei
der Feinbearbeitung der zu bearbeitenden optisch wirksamen Fläche F des
Brillenglases L, die auf an sich bekannte Weise mittels nicht gebundenem
Korn erfolgt, welches mittels einer geeigneten Flüssigkeit
zur Eingriffsstelle zwischen Werkzeug 10 und Brillenglas
L zugeführt
wird, werden das Werkzeug 10 und das Brillenglas L in ebenfalls
an sich bekannter Weise im wesentlichen synchron, d.h. gleichsinnig
und im wesentlichen mit der gleichen Drehzahl (ca. 800 bis 1000
Umdrehungen pro Minute) angetrieben, wobei das Werkzeug 10 und
das Brillenglas L zugleich relativ zueinander verschwenkt werden, so
daß sich
der Eingriffsbereich zwischen Werkzeug 10 und Brillenglas
L laufend ändert.
Diese Feinbearbeitungsverfahren, bei denen etwa im Fall der Bearbeitung
von Freiformflächen
die Schwenkbewegung in fester Einstellung um den Mittelpunkt eines "Best Fit Radius", d.h. eines angenährten Mittelpunkts
der zu bearbeitenden Fläche
F des Brillenglases L erfolgt oder aber die Relativbewegung zwischen
Werkzeug 10 und Brillenglas L durch ein bahngesteuertes
Verfahren in zwei CNC-Linearachsen und einer CNC-Schwenkachse erzeugt wird, sind dem
Fachmann hinlänglich
bekannt und sollen deshalb an dieser Stelle nicht näher beschrieben
werden.
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Die 4 bis 6 zeigen Membranen 14 für ein zweites
bzw. drittes Ausführungsbeispiel
des Werkzeugs 10, die nachfolgend nur insoweit beschrieben werden
sollen, als sie sich vom unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschriebenen
ersten Ausführungsbeispiel
unterscheiden. Da sich im übrigen
der Aufbau des Werkzeugs 10 gemäß dem zweiten und dritten Ausführungsbeispiel
nicht weiter vom Aufbau des Werkzeugs 10 gemäß dem ersten
Aus führungsbeispiel
unterscheidet, wurde auf eine nochmalige Darstellung der weiteren
Teile (Grundkörper 12,
Führungsglied 24,
etc.) verzichtet.
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Gemäß den 4 und 5 ist der Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 mittels einer flächigen Armierung 88 ausgesteift,
die entsprechend 4 im
wesentlichen sphärisch
vorgeformt und auf der von der Druckmittelkammer 20 abgewandten Seite
des Bearbeitungsabschnitts 16 der Membran 14 auf
dem Bearbeitungsabschnitt 16 aufvulkanisiert ist. Die Armierung 88 ist
hier durch einen plastisch verformbaren, metallischen Blechabschnitt
ausgebildet, der vorzugsweise aus einer TiZn-Legierung besteht.
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Durch
diese Armierung 88 werden zwei Haupteffekte erzielt: Zum
einen steift die Armierung 88 den Bearbeitungsabschnitt 16 der
Membran 14 derart aus, daß der Bearbeitungsabschnitt 16 nicht so
nachgiebig ist, daß er
sich auch an langwellige kinematische Rauhigkeiten anpassen kann,
wie sie entstehen können,
wenn die Vorbearbeitung der Brillengläser L mittels Drehen oder Fräsen erfolgt,
vielmehr hinreichend steif ist, um diese Rauhigkeiten zu glätten. Zum
anderen ist die Armierung 88 infolge ihrer plastischen
Verformbarkeit in der Lage, dem Bearbeitungsabschnitt 16 den
jeweiligen Bearbeitungserfordernissen entsprechend eine vorwählbare Geometrie
zu geben, wobei die Armierung 88 wiederum infolge ihrer
Eigensteife verhindert, daß der
Bearbeitungsabschnitt 16, der aufgrund seiner Ausbildung aus
einem Elastomer ein Formerinnerungsvermögen ("Memory") hat, seine Geometrie selbst vorgibt.
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Bei
dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist
die Armierung 88 darüber
hinaus speziell für
die Feinbearbeitung von nicht-rotationssymmetrischen, insbesondere
torischen Flächen
F ausgebildet, indem ihr in zwei senkrecht zueinander verlaufenden Ebenen
unterschiedliche Biegesteifigkeiten gegeben wurden. Dies wurde hier,
wie in 5 gezeigt, durch eine
kreuzförmige
Anordnung von vier Sätzen
von satzweise jeweils im wesentlichen parallel verlaufenden Schlitzen 90, 92 bewerkstelligt,
die sich vom Rand 94 der Armierung 88 nach innen
erstrecken und dort an einem schlitzfreien Bereich 96 der
Armierung 88 enden, der im wesentlichen die Form eines beidseitig
einwärts
geschwungenen "X" aufweist. Mit anderen
Worten gesagt werden im dargestellten Ausführungsbeispiel die Schlitze 90 jedes
Satzes von Schlitzen 90 an ihrem inneren Ende von einem
gedachten Kreisbogen K90 begrenzt (in 5 nur
für die
linke Seite dargestellt), der um einen auf der Achse BK liegenden
Mittelpunkt M geschlagen wurde. Ein gedachter Kreisbogen K92, der
um denselben Mittelpunkt M mit einem größeren Radius geschlagen wurde
und durch das Zentrum Z der Armierung 88 verläuft, begrenzt
die benachbarten äußeren Schlitze 92 der
beiden anderen Sätze
von Schlitzen 92. In 5 geben
die Ziffern BK und ZK im übrigen die
Ausrichtung der Armierung 88 bezüglich der Basiskurve bzw. Zylinderkurve
der feinzubearbeitenden torischen Fläche F an.
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Auch
bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß 6 ist eine Armierung 88 vorgesehen.
Zudem hat die Membran 14 gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine
elastische Zwischenschicht 98, die auf der von der Druckmittelkammer 20 abgewandten
Seite des Bearbeitungsabschnitts 16 oberhalb der Armierung 88 an
dem Bearbeitungsabschnitt 16 der Membran 14 mittels
eines geeigneten Klebstoffs angebracht ist und den gleichen Außendurchmesser
aufweist wie der Bearbeitungsabschnitt 16. Die Zwischenschicht 98 besteht
hier aus einem PUR-(Polyurethan-)Schaumstoff (z.B. Aclacell® von
den Aclawerken) und hat eine Härte
nach Shore A von 35 bis 60, vorzugsweise von 45 bis 50. Diese Zwischenschicht 98 ist
in erster Linie für
die Feinbearbeitung von Freiformflächen vorgesehen, damit an diesen
auch Übergänge zwischen
Flächenbereichen
von unterschiedlicher Geometrie sauber auspoliert werden können.
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Schließlich zeigt
die 6 noch eine dünne Schicht 100 zwischen
der Zwischenschicht 98 und dem Poliermittelträger 58.
Diese Schicht 100, die aus einem Gummiwerkstoff mit einer
Härte nach
Shore A von ca. 60 bis 70 besteht und wiederum mittels eines geeigneten
Klebstoffs befestigt ist, dient der Haftvermittlung zwischen Zwischenschicht 98 und
Poliermittelträger 58.
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Es
wird ein Werkzeug zur Feinbearbeitung von optisch wirksamen Flächen offenbart,
mit einem Grundkörper,
der an einer Werkzeugspindel einer Bearbeitungsmaschine anbringbar
ist, und einer elastischen Membran, die einen Bearbeitungsabschnitt
aufweist, an den sich ein Faltenbalgabschnitt anschließt, mittels
dessen die Membran drehmitnahmefähig
am Grundkörper
befestigt ist. Der Grundkörper
und die Membran begrenzten eine Druckmittelkammer, die über einen
Kanal wahlweise mit einem Druckmittel beaufschlagbar ist, um während der
Bearbeitung der optisch wirksamen Fläche über den Bearbeitungsabschnitt
einen Bearbeitungsdruck aufzubringen. Ein am Grundkörper längsverschieblich
geführtes
Führungsglied
ist mit dem Bearbeitungsabschnitt der Membran wirkverbunden, so
daß der
Bearbeitungsabschnitt in Längsrichtung
des Führungsglieds
bewegbar und in Querrichtung zum Führungsglied gehalten, gleichwohl
unter einer elastischen Verformung des Faltenbalgabschnitts kippbeweglich bezüglich des
Führungsglieds
ist. Im Ergebnis wird ein einfach ausgebildetes und zuverlässig arbeitendes
Werkzeug geschaffen, das ein sehr gutes Anpassungsvermögen an einen
weiten Bereich von zu bearbeitenden Geometrien aufweist.
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- 10
- Werkzeug
- 12
- Grundkörper
- 14
- Membran
- 16
- Bearbeitungsabschnitt
- 18
- Faltenbalgabschnitt
- 20
- Druckmittelkammer
- 22
- Kanal
- 24
- Führungsglied
- 26
- Befestigungsabschnitt
- 28
- Kopfabschnitt
- 30
- Absatz
- 32
- Ringschulter
- 34
- Ringteil
- 36
- Madenschraube
- 38
- Aussparung
- 40
- Ringschulter
- 42
- Absatz
- 44
- Radialnut
- 46
- Ring
- 48
- Befestigungsendabschnitt
- 50
- Nase
- 52
- Radialnut
- 54
- Nase
- 56
- Falte
- 58
- Poliermittelträger
- 60
- Fortsatz
- 62
- Bund
- 64
- Aufnahmekammer
- 66
- Aufnahmebohrung
- 68
- Fettasche
- 70
- Kugelkopf
- 72
- Übergangsabschnitt
- 74
- Hauptteil
- 76
- Gelenkpfanne
- 78
- Formteil
- 80
- Längsbohrung
- 82
- Querbohrung
- 84
- Bohrung
- 86
- Blockstück
- 88
- Armierung
- 90
- Schlitz
- 92
- Schlitz
- 94
- Rand
- 96
- schlitzfreier
Bereich
- 98
- Zwischenschicht
- 100
- Schicht
- BK
- Basiskurve
- F
- optisch
wirksame Fläche
- K90
- Kreisbogen
- K92
- Kreisbogen
- L
- Brillenglas
- Z
- Zentrum
- ZK
- Zylinderkurve