DE102021004831A1 - Verfahren zur spanenden bearbeitung von optischen werkstücken, insbesondere brillenlinsen aus kunststoff - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von optischen Werkstücken, bei dem aus einem Rohling (RL) ein Halbzeug (HZ) mit vorbestimmten Flächengeometrien an Frontseite (FS) und Rückseite (RS) und einem konturierten Rand (RA) von vorbestimmter Randdicke (D2) dazwischen ausgebildet wird, umfasst die folgenden Hauptschritte: i) Bereitstellen des zumindest an Rückseite und Rand zu bearbeitenden Rohlings mit einer Rohlingsdicke (D1); ii) blockloses Aufnehmen des Rohlings zum abgestützten Halten an der Rückseite; iii) Bearbeiten des Rohlings an der Frontseite mittels eines ersten Werkzeugs (WZ1), zur Ausbildung einer umlaufenden geometrischen Form (NU) mit einer Tiefe (TI) größer oder gleich der Randdicke des auszubildenden Halbzeugs, wobei am Werkstück eine Umfangsfläche (UF) verbleibt, die den konturierten Rand des auszubildenden Halbzeugs definiert; iv) Aufnehmen des Werkstücks zum abgestützten Halten an der Frontseite; und v) Bearbeiten des Werkstücks an der Rückseite mittels wenigstens eines zweiten Werkzeugs, zur Ausbildung des Halbzeugs mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von optischen Werkstücken. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen aus Kunststoff, beispielsweise Polycarbonat, CR39 oder sogenannte „High Index“ Materialien, wie es in sogenannten „RX-Werkstätten“, d.h. Produktionsstätten zur Fertigung von individuellen Brillenlinsen nach Rezept in sehr großem Umfang praktiziert wird.
• STAND DER TECHNIK
• In RX-Werkstätten werden im Rahmen der industriellen Fertigung von Brillenlinsen derzeit in der Regel die folgenden Prozessschritte durchlaufen (siehe hierzu auch die 16 zum Stand der Technik): Zunächst wird ein geeigneter rechter und/oder linker Brillenlinsenrohling (auch „Blank“ genannt) aus einem Halbfabrikatlager od.dgl. entnommen. Halbfabrikat insofern, als die in einer Draufsicht gesehen in der Regel runden oder ovalen, noch nicht gerandeten Brillenlinsenrohlinge bereits an einer ihrer jeweils zwei optisch wirksamen Flächen ihre finale Geometrie aufweisen. Sodann werden die Brillenlinsenrohlinge für den Blockvorgang vorbereitet, nämlich durch Aufbringen einer geeigneten Schutzfolie oder eines geeigneten Schutzlacks zum Schutz der bereits fertigbearbeiteten, spritzgusstechnisch vorbereiteten oder auf andere Weise formgeformten optisch wirksamen Fläche mit ihrer finalen Geometrie.
• Als Nächstes erfolgt gemäß 16 das sogenannte „Blocken“ der Brillenlinsenrohlinge. Hierbei wird der Brillenlinsenrohling mit einem geeigneten, sogenannten „Blockstück“, z.B. einem Blockstück gemäß der deutschen Norm DIN 58766 verbunden. Beim Blocken werden zuerst Position und ggf. Form des Brillenlinsenrohlings messtechnisch bestimmt, bevor der Brillenlinsenrohling dann in sechs Freiheitsgraden relativ zu dem Blockstück positioniert wird, so dass das Blockstück eine vorgegebene Position gegenüber der geschützten, bereits fertigbearbeiteten Fläche des Brillenlinsenrohlings einnimmt.
• Anschließend erfolgt die Fixierung dieser eingestellten Position. Dabei wird der Raum zwischen Blockstück und Brillenlinsenrohling mit einem geschmolzenen Material - beispielsweise „Alloy“, d.h. einer in der Regel Wismut-basierten metallischen Legierung, oder Wachs - ausgefüllt (siehe z.B. die Druckschrift EP 1 593 458 A2 ). Nach Erstarren des Füllmaterials stellt das Blockstück eine Aufnahme zur Bearbeitung des Brillenlinsenrohlings dar bzw. bildet eine Maschinenschnittstelle, die in der Folge bei mehreren Bearbeitungsvorgängen in verschiedenen Maschinen an der Brillenlinse verbleibt und die Brillenlinse dabei in definierter Lage zuverlässig halten muss. Als Alternative zu den vorgenannten, erstarrenden Blockmaterialien wurde auch schon vorgeschlagen (vgl. z.B. die Druckschriften DE 10 2007 007 161 A1 und EP 2 011 604 A1 ), einen speziellen - ggf. unter UV-Licht - aushärtenden Klebstoff zu verwenden, um Blockstück und Brillenlinsenrohling zu verbinden, mit dem Klebstoff als Schicht dazwischen. Der Prozessschritt des Blockens kann hierbei auch vollautomatisiert erfolgen (siehe etwa die Druckschrift WO 2009/135689 A1 ) .
• Erst dann können die Brillenlinsenrohlinge im nächsten Prozessschritt gemäß 16, dem sogenannten „Generieren“, zu einem Halbzeug spanend vorbearbeitet werden. Diese Vorbearbeitung erfolgt je nach Werkstoff - bei Kunststoff mittels geometrisch bestimmter Schneide, d.h. regelmäßig Fräsen und/oder Drehen - in einer speziellen Bearbeitungsmaschine (siehe hierzu z.B. die Druckschriften EP 1 719 585 A2 und EP 2 011 603 A1 ), auch „Generator“ genannt, in dem der geblockte Brillenlinsenrohling mittels des Blockstücks an bzw. in einer Aufnahme einer drehend angetriebenen Werkstückspindel gehalten wird. Hierbei erhält die vorher noch nicht bearbeitete optisch wirksame Fläche des jeweiligen Brillenlinsenrohlings ihre Makrogeometrie (optisch aktive Form) gemäß Rezept.
• Gemäß 16 umfasst das Generieren dabei in der Regel zwei Teilschritte (siehe hierzu auch die Druckschrift EP 1 203 626 B1 , 1), nämlich eine Randvorbearbeitung (auch Vorranden oder „Cribbing“ genannt), bei welcher der Rand des Brillenlinsenrohlings vom sogenannten „Rohdurchmesser“ auf den sogenannten „Fertigdurchmesser“ bearbeitet wird, und eine sich daran anschließende Flächenbearbeitung. Dies geschieht bei Kunststofflinsen regelmäßig zunächst durch eine Fräsbearbeitung mittels z.B. eines hochtourig drehend angetriebenen Tellerfräsers TF, der in der 17 zum Stand der Technik prinzipiell gezeigt ist.
• Wie beispielsweise in der Druckschrift EP 0 758 571 B1 beschrieben, kann dabei die Fräsbearbeitung so erfolgen, dass der Tellerfräser TF, dessen Werkzeug-Mittelpunktsbahn in 17 durch eine dicke Linie angedeutet ist, quasi vom Rand RA kommend über den Übergang zwischen Rand RA und Fläche in die Fläche auf der Rückseite RS des dabei um seine Mittelachse MA drehend angetriebenen Brillenlinsenrohlings RL rotierend „hineinrollt“. Voraussetzung für diese Fräsbearbeitung ist, dass das an der Frontseite FS des Brillenlinsenrohlings RL temporär angebrachte Blockstück BS einen maximalen Durchmesser kleiner dem Fertigdurchmesser des Werkstücks aufweist, da es ansonsten zu einer Kollision zwischen Fräswerkzeug TF und Blockstück BS kommen würde. Bei dieser Fräsbearbeitung muss die Verbindung zwischen Werkstück RL und Blockstück BS zudem erheblichen Kräften und Momenten widerstehen, bedingt auch durch die Hebelwirkung aufgrund des im Verhältnis noch großen Abstands zwischen dem Zerspanungseingriff von Werkzeug TF und Werkstück RL am Werkstückrand RA und der Verbindungsstelle von Werkstück RL und Blockstück BS. Am Ende dieser Fräsbearbeitung ist schon die Hauptmenge des zu entfernenden Rohlingsmaterials abgetragen.
• Als weiterer Unterschritt der Flächenbearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide auf der Rückseite RS des Werkstücks schließt sich regelmäßig eine Drehbearbeitung unter Zuhilfenahme einer sogenannten „Fast-Tool“-Anordnung an (siehe hierzu etwa die Druckschrift EP 1 779 967 A2 ), die dazu dient, einen Drehmeißel mit Drehschneide reziprozierend zu bewegen, um an der zu bearbeitenden, rotierenden Fläche des Werkstücks in einem sogenannten „Single-Point-Cutting“-Prozess (auch) nicht-rotationssymmetrische Flächenabschnitte (z.B. Freiformflächen bei Gleitsichtbrillen) anzuarbeiten. Am Ende dieser Drehbearbeitung, bei welcher die Drehschneide auch in mehreren Gängen von radial außen nach radial innen (oder umgekehrt) über das rotierende Werkstück geführt werden kann, sind am erzeugten Halbzeug Vorbearbeitungsspuren wie Fräsriefen od.dgl. beseitigt und das Werkstück weist an seiner bearbeiteten Fläche auf der Rückseite RS die rezeptgemäße Makrogeometrie auf.
• Sodann erfolgt die in 16 allgemein als „Polieren“ bezeichnete (mikro)spanende Feinbearbeitung der Brillenlinsen, bei der die vorbearbeitete optisch wirksame Fläche des jeweiligen Halbzeugs die gewünschte Mikrogeometrie (Oberflächengüte) erhält, und zwar mittels geometrisch unbestimmter Schneide. Hierfür wird das spanend vorbearbeitete, geblockte Halbzeug aus dem Generator entnommen und in einer Feinbearbeitungs- bzw. Poliermaschine weiterbearbeitet. Dabei erfolgt die Positionierung und Fixierung des Halbzeugs in der Poliermaschine ebenfalls mittels des Blockstücks.
• In Abhängigkeit von u.a. dem Werkstoff der Brillenlinsen unterteilt sich die Feinbearbeitung üblicherweise in einen Feinschleifvorgang und einen sich daran anschließenden Poliervorgang (siehe hierzu beispielsweise die Druckschriften EP 1 473 116 A1 und EP 1 698 432 A2 ), oder beinhaltet, falls bei der Vorbearbeitung bereits eine polierfähige Fläche erzeugt wurde - was bei drehend bearbeiteten Kunststofflinsen zumeist der Fall sein wird - lediglich einen Poliervorgang in der Poliermaschine (siehe hierzu etwa die Druckschrift EP 2 308 644 A2 ). Bei der Polierbearbeitung wird unter Zugabe eines flüssigen, mit abrasiven Partikeln versehenen Poliermittels vermittels eines flexiblen Polierwerkzeugs bzw. -tellers, wie es z.B. in der Druckschrift WO 2016/058661 A1 offenbart ist, in definierten Bahnen über die vorbearbeitete Fläche gefahren, um die Oberflächenrauigkeit zu verringern.
• Als nächster optionaler Prozessschritt erfolgt gemäß 16 das Markieren des Halbzeugs. Hierbei werden etwa mittels eines Laserstrahls oder mechanisch mittels eines Gravierstichels beispielsweise zwei kleine Kreise auf der rückseitigen Fläche des Halbzeugs erzeugt. Dies ist z.B. bei Freiformflächen notwendig, um über die eingebrachten Markierungen die Lage des Halbzeugs in späteren Prozessschritten sicher zu finden. Da hier eine hohe Genauigkeit in der Positionierung gefordert ist, erfolgt auch beim Markieren die Positionierung und Fixierung vermittels des Blockstücks. Das Markieren kann dabei schon im Generator (siehe etwa die Druckschrift EP 1 916 060 B1 ) oder einer hiervon separaten Maschine durchgeführt werden.
• Erst nach dieser Bearbeitung wird das Halbzeug vom Blockstück getrennt (sogenanntes „Abblocken“ in 16). Dies erfolgt beispielsweise im Falle der vorerwähnten Klebeverbindung mittels eines von einer Düse abgegebenen Hochdruck-Wasserstrahls, der auf einer Randstelle zwischen Blockstück und Halbzeug auftrifft, um das Halbzeug vom Blockstück durch Aufbringung hydraulischer Kräfte zu lösen (siehe etwa die Druckschrift WO 2011/042091 A1 oder WO 2011/107227 A1 ). In der Folge liegt nun das bearbeitete Halbzeug einzeln vor, das abgetrennte Blockstück wird gereinigt und an den Prozessschritt Blocken zurückgeführt.
• In der weiteren Bearbeitung wird das Halbzeug nach Reinigung gemäß 16 optional an seiner Front- und/oder Rückseite zur Erzielung zusätzlicher Wirkungen (Erhöhung der Kratzfestigkeit durch Hartbeschichtung, Antireflexionseigenschaften, Farbe, Verspiegelung, hydrophobe Eigenschaften, etc.) beschichtet.
• Gemäß 16 wird als finaler Prozessschritt schließlich das sogenannte „Edgen“ durchgeführt, bei dem das Halbzeug am Rand zur Einpassung in ein gewünschtes Brillengestell erneut bearbeitet wird, so dass es die Form der jeweiligen Brillenfassung erhält. Da das Halbzeug nun nicht mehr auf dem Blockstück fixiert ist, muss hier die Position erneut festgestellt werden (beispielsweise anhand der vorerwähnten Markierungen), bevor das Halbzeug geeignet fixiert und in einem sogenannten „Edger“ als Randbearbeitungsvorrichtung (siehe hierzu z.B. die Druckschrift EP 1 243 380 A2 ) im Hinblick auf seine Randform und Befestigung im Brillengestell final bearbeitet werden kann.
• Die insoweit anhand der 16 beschriebene Prozesskette aus dem Stand der Technik beinhaltet mit den Schritten „Blocken“ und „Abblocken“ zwei Abläufe, die notwendige Hilfsprozesse darstellen, selbst aber den Wert der hergestellten Brillenlinse nicht steigern. Wünschenswert wäre also eine Prozesskette, die ohne diese Hilfsprozesse auskommt. Insbesondere zur Effizienzsteigerung und auch aus ökologischen Erwägungen wurde im Stand der Technik bereits vorgeschlagen, bei der Herstellung der optisch wirksamen Flächen von Brillenlinsen „blocklos“ zu arbeiten (siehe z.B. die Druckschriften WO 2015/059007 A1 , US 9,969,051 B2 und DE 10 2016 112 999 A1 ).
• In diesem Zusammenhang offenbart etwa die Druckschrift WO 2015/ 059007 A1 ein Verfahren zum blocklosen Flächenbearbeiten von Brillenlinsen, die dabei (u.a.) durch Vakuum gehalten werden. Eine Besonderheit besteht bei diesem Stand der Technik darin, dass die Linse bei der Flächenbearbeitung „zweistufig“ gehalten wird: Wenn das Schneidwerkzeug in Form eines Drehmeißels oder Fräsers mit großem Hebel im Bereich des Linsenrands flächenbearbeitend angreift, erfolgt das Halten der Linse an der Frontfläche durch Anlegen eines Vakuums an eine mittels einer umlaufenden Dichtung gegenüber der Frontfläche der Linse abgedichtete Ansaugkammer und einen zentralen Gegenhalter in der Form eines rotierenden Stempels an der Rückfläche, also von beiden Seiten. Wenn die Flächenbearbeitung dann fortschreitet und sich mit kleineren Bearbeitungskräften der Linsenmitte nähert, wird der zentrale Gegenhalter zurückgezogen und die Linse alleine durch das Vakuum gehalten. Irgendeine Rand(vor)bearbeitung der Linse wird in diesem Stand der Technik nicht adressiert. Der Linsenrand wird lediglich als mögliche (alternative) Haltefläche bei der Flächenbearbeitung angesprochen.
• Ein Problem bei diesem Stand der Technik wird insbesondere darin gesehen, dass die Linse auf die die zentrale Ansaugkammer umgebende Dichtung „hohl“ aufgelegt wird. Damit besteht namentlich bei im Verhältnis dünnen Linsen die Gefahr, dass die Linse infolge der durch den zentralen Gegenhalter aufgebrachten Haltekräfte oder die zentral angreifenden Bearbeitungskräfte bei zurückgezogenem Gegenhalter eine elastische Verformung bzw. Durchbiegung erfährt. Dies kann bei der Bearbeitung zu nicht tolerablen Abweichungen zwischen der an der Rückfläche erzeugten Ist-Geometrie und der dort gewünschten Soll-Geometrie führen, die sich dann bemerkbar machen, wenn die Linse nach der Bearbeitung wieder „ausfedert“. Solche der Bearbeitungsqualität abträglichen, haltesystem-bedingten Linsenverformungen sind insbesondere dann kritisch, wenn im Verhältnis komplexe Flächengeometrien (d.h. andere als bloß sphärische oder torische Flächen) herzustellen sind. Zwar wird in der Druckschrift WO 2015/059007 A1 auch ein Ausführungsbeispiel (3) gezeigt und beschrieben, welches in der Ansaugkammer eine Mehrzahl von konzentrisch angeordneten, individuell axial beweglichen Ringen zur Abstützung aufweist, die in Richtung der zu haltenden Linse federvorgespannt sind. Hat die zu haltende Linse an ihrer aufzunehmenden Fläche indes eine nicht-rotationssymmetrische Geometrie, entstehen zwischen der Linse und den Ringen jedenfalls örtlich Hohlräume, mit der oben angesprochenen Gefahr einer unerwünschten Verformung der Linse unter den wirkenden Bearbeitungskräften in diese nicht abgestützten Hohlräume hinein.
• Um hier Abhilfe zu schaffen, wird im Stand der Technik gemäß der Druckschrift US 9,969,051 B2 eine besonders ausgebildete Aufnahme oder Halterung zum pneumatischen Blocken bzw. Halten von optischen Linsen an einer Flächenbearbeitungsmaschine vorgeschlagen. Die hier offenbarte Halterung hat allgemein ein Klemmteil, um die Halterung an einem zugeordneten Bauteil der Flächenbearbeitungsmaschine zu befestigen, und eine Baugruppe zum Blocken der Linse, die einen Grundkörper umfasst, aus dem Anschläge herausragen, welche dazu bestimmt sind, der Linse einen starren Sitz zu bieten, sowie eine Dichtung, gegen die die Linse in Anlage gebracht werden kann, um mit dem Grundkörper eine Vakuumkammer zu begrenzen. Die Anschläge umfassen eine Mehrzahl von ersten Stangen, die in Bezug auf den Grundkörper verschiebbar montiert sind, um sich mit ihren freien Enden an der Linse abzustützen, und drei zweite Stangen, die mit dem Grundkörper fest verbunden sind. Ferner sind Rückstellelemente in Form von Federn an den ersten Stangen vorgesehen, um die ersten Stangen an die Linse zurückzustellen, d.h. anzulegen.
• Die im Bereich der Vakuumkammer vorgesehenen Stangen bewirken bei diesem Stand der Technik radial innerhalb der Dichtung also ebenfalls eine axiale Abstützung an der Frontfläche der an der Aufnahme angesaugten optischen Linse, wenn an der Rückfläche der Linse Bearbeitungskräfte bei der Zerspanung der Linse angreifen. Auch hier sind jedoch verhältnismäßig große Hohlräume zwischen den einzelnen Stangen vorhanden, die von der Linse elastisch überbrückt werden. Außerdem reduziert die Federvorspannung der Stangen die durch die effektive Saugfläche der Aufnahme erzeugte Haltekraft, so dass die Gefahr besteht, dass sich die Linse bei hohen Bearbeitungskräften insbesondere infolge der Hebelwirkung am Linsenrand von der Aufnahme löst.
• Auch die Druckschrift DE 10 2016 112 999 A1 beschäftigt sich mit der Gestaltung einer Werkstückaufnahme zur Aufnahme von optischen Linsen in Linsenbearbeitungsmaschinen, die ein blockloses Spannen der Linse bei der Flächenbearbeitung ermöglichen soll. Die hier offenbarte Werkstückaufnahme ist ebenfalls für verschiedene „Spanntechniken“ ausgebildet: Zum einen kann zum Ansaugen der Linse an eine Aufnahmefläche eines aus einem porösen Material ausgebildeten Einsatzes über einen Luftkanal ein Unterdruck angelegt werden, worauf die Linse mit moderaten Kräften (fein)bearbeitet werden kann (Drehen, Schleifen, Polieren). Zum anderen kann die Linse an ihrem runden Umfangsrand gespannt werden, und zwar durch mechanisches Festklemmen mittels Klemmbereichen, die an einem Klemmfutter vorgesehen sind, was eine „kräftigere“ (Vor)Bearbeitung ermöglichen soll (Fräsen, Drehen).
• Bei diesem Stand der Technik besteht indes ebenfalls die Gefahr von der Bearbeitungsqualität abträglichen Verformungen der Linse, wenn diese mechanisch am Umfangsrand mit radial verlaufenden Spannkräften gespannt wird. Außerdem be- bzw. verhindert das mechanische Spannen der Linse am Umfangsrand eine spanende Vorbearbeitung im Randbereich der Linse, wie eingangs beschrieben.
• Schließlich offenbart die Druckschrift EP 1 037 727 B1 einen Edger, d.h. eine Brillenglasrandbearbeitungsmaschine mit einer einen Sauger aufweisenden Brillenglashalterung für ein wenigstens einseitig gehaltenes Rohglas und mit einer nur einen hochtourig angetriebenen Fingerfräser oder einen Schleifstift oder einen Laserstrahl als einziges Bearbeitungswerkzeug aufweisenden, kleinformatigen Bearbeitungsvorrichtung zum vollständigen Formbearbeiten des Rohglases durch einen Trennschnitt, zum Anbringen einer Dachfacette oder einer Umfangsnut oder von Nuten zum Befestigen eines Brillengestells mittels Klammern oder von Bohrungen. Zur Bearbeitung der optisch wirksamen Flächen des Brillenglases gibt dieser Stand der Technik jedoch nichts her.
• AUFGABENSTELLUNG
• Dem insoweit geschilderten Stand der Technik gegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein möglichst einfaches Verfahren zur spanenden Bearbeitung von optischen Werkstücken, insbesondere Brillenlinsen aus Kunststoff bereitzustellen, das die vorbeschriebenen Probleme adressiert, insbesondere eine prozesssichere Werkstückbearbeitung ohne der Bearbeitungsqualität abträgliche Werkstückverformungen ermöglicht und idealerweise blocklos durchgeführt werden kann.
• DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Verfahrensschritten gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte oder zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
• Ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von optischen Werkstücken, insbesondere Brillenlinsen aus Kunststoff, bei dem ausgehend von einem Rohling ein Halbzeug mit vorbestimmten Flächengeometrien an einer Frontseite und einer davon abgewandten Rückseite und mit einem konturierten Rand von vorbestimmter Randdicke zwischen der Frontseite und der Rückseite ausgebildet wird, umfasst erfindungsgemäß die folgenden, in der angegebenen Reihenfolge ablaufenden Hauptschritte: i) Bereitstellen des Rohlings, der eine Rohlingsdicke besitzt, an der Frontseite bereits die vorbestimmte Flächengeometrie aufweisen kann und wenigstens an der Rückseite sowie dem Rand zu bearbeiten ist; ii) blockloses Aufnehmen des Rohlings an der Rückseite zum abgestützten Halten des Werkstücks; iii) Bearbeiten des Rohlings an der Frontseite mittels eines ersten Werkzeugs, zur Ausbildung einer umlaufenden Nut oder Stufe mit einer Tiefe, welche größer oder gleich der Randdicke des auszubildenden Halbzeugs und kleiner als die Rohlingsdicke ist, oder eines umlaufenden Einstichs, der wenigstens teilweise eine Tiefe gleich der Rohlingsdicke besitzt, so dass am Werkstück eine Umfangsfläche verbleibt, die den konturierten Rand des auszubildenden Halbzeugs definiert; iv) Aufnehmen des Werkstücks an der Frontseite zum abgestützten Halten des Werkstücks; und v) Bearbeiten des Werkstücks an der Rückseite mittels wenigstens eines zweiten Werkzeugs, zur Ausbildung des Halbzeugs mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite.
• Dadurch, dass im Hauptschritt iii) die Nut, die Stufe oder der Einstich auf der Frontseite des Rohlings umlaufend mit in jedem Fall einer Tiefe ausgebildet wird, die größer (gleich) der Randdicke des auszubildenden Halbzeugs ist, kommt es - spätestens - im Hauptschritt v), wenn an der Rückseite die vorbestimmte Flächengeometrie des Halbzeugs spanend generiert wird, zu einer vollständigen Trennung des Halbzeugs vom überschüssigen, radial äußeren Material des Rohlings. „Spätestens“ im Zusammenhang mit dem Hauptschritt v) insofern, als der umlaufende Einstich - in Abhängigkeit von den radialen Abmaßen der rückseitigen Aufnahme, die nicht mit dem ersten Werkzeug kollidieren soll - gänzlich, und nicht nur teilweise, eine Tiefe gleich der Rohlingsdicke aufweisen kann, so dass ein derart tiefer Einstich bereits im Hauptschritt iii) im Sinne eines umfänglichen „Durchstichs“ zu einer Trennung vom überschüssigen, radial äußeren Material des Rohlings führt. Infolge der Tiefenerstreckung der Nut, der Stufe oder des Einstichs in Dickenrichtung des Werkstücks verbleibt dabei schon im Hauptschritt iii) eine Umfangsfläche am Werkstück, die erfindungsgemäß den konturierten Rand des auszubildenden Halbzeugs definiert.
• Im Zusammenhang mit den beanspruchten Geometrieformen Nut, Stufe und Einstich, die im Hauptschritt iii) an der Frontseite des Rohlings erzeugt werden, soll die verwendete Konjunktion „oder“ übrigens nicht-ausschließend verstanden werden. Demgemäß sind neben vollumfänglich umlaufenden Nuten, Stufen oder Durchstichen hier ebenfalls Mischformen dieser Geometrien denkbar, die deshalb auch nicht ausgeschlossen werden sollen. Ein Beispiel für eine solche Mischform wäre etwa eine umlaufende Nut, die in Teilbereichen das Rohlingsmaterial unter Ausbildung einer Stufe in radialer Richtung und/oder unter Ausbildung eines Durchstichs in axialer Richtung „verlässt“. Dies kann sich etwa aus der vorbestimmten Flächengeometrie an der Frontseite des Rohlings und/oder der gewünschten Randkontur des Halbzeugs so ergeben.
• Mit anderen Worten gesagt wird erfindungsgemäß in dem Hauptschritt iii) des Verfahrens eine Bearbeitung des konturierten Rands des auszubildenden Halbzeugs - sei es im Sinne eines Vorrandens oder eines Fertigrandens des Werkstücks - vorgeholt bzw. zeitlich vorgezogen, und zwar ausgehend von der Frontseite des gemäß dem Hauptschritt ii) dabei an der Rückseite blocklos aufgenommenen Rohlings, bevor das Werkstück nach dem Aufnehmen an seiner Frontseite im Hauptschritt iv) gemäß dem Hauptschritt v) an seiner Rückseite flächenbearbeitet wird. Jedenfalls nach dem Hauptschritt v) ist das generierte Halbzeug dann vollständig vom überschüssigen, radial äußeren Rohlingsmaterial getrennt, welches als Ringstück oder in Ringsegmenten abfällt, wie nachfolgend noch erläutert wird.
• Dieses im Grunde zweistufige Vorgehen - zunächst Werkstückaufnahme an der Rückseite und Bearbeitung an der Frontseite des Werkstücks nahe dem Rohlingsrand, danach Aufnahme an der Frontseite und Bearbeitung an der Rückseite des Werkstücks auch im Zentrum - mit der beanspruchten Abfolge der einzelnen Verfahrensschritte bietet bei der spanenden Bearbeitung von insbesondere Brillenlinsen aus Kunststoff mehrere Vorteile. Diese Vorteile betreffen vornehmlich (1.) das für die Prozesssicherheit wichtige Halten des Werkstücks während der eigentlichen Rand-(vor)bearbeitung sowie (2.) das für die Bearbeitungsqualität relevante Unter- bzw. Abstützen des Werkstücks während der eigentlichen Flächenbearbeitung.
• Was zunächst (1.) das Halten des Werkstücks angeht, entfällt die im oben beschriebenen Stand der Technik vorhandene Notwendigkeit, den Rohling so an seiner Frontseite aufzunehmen oder zu blocken, dass er mit seinem Randbereich über die Aufnahme oder das Blockstück radial übersteht, um ein Vorranden des Werkstücks ohne Kollision des Werkzeugs mit Aufnahme oder Blockstück zu gestatten. Damit einhergehend können die im Stand der Technik bei der Randvorbearbeitung am Rohlingsrand, d.h. maximal radial außen angreifenden, von der Frontseite zur Rückseite gerichteten Bearbeitungskräfte (siehe hierzu die 17) vermieden werden, die bestrebt sind, den Rohling von seiner Aufnahme oder dem Blockstück „herunterzuhebeln“. Insbesondere muss zur Problemlösung auf die Randvorbearbeitung nicht verzichtet werden, was im Falle von Brillenlinsen andere Probleme, nämlich bei der gesamten Berechnung der an der Rückseite der Linse zu fertigenden Flächengeometrie bereiten würde, weil die berechnete Rückfläche einer zu bearbeitenden Brillenlinse in vielen Fällen nicht über den berechneten Fertigdurchmesser der Linse hinaus extrapoliert werden könnte.
• Vielmehr ist erfindungsgemäß insbesondere eine nach Maßgabe der vorbestimmten Randdicke und Randkontur des auszubildenden Halbzeugs vollständige, d.h. in ihrer Bearbeitungstiefe und Bearbeitungsbreite grundsätzlich nicht limitierte Rand(vor)bearbeitung des Werkstücks möglich. Dies deshalb, weil hierfür der Rohling weder am Rand geklemmt noch an seiner Frontseite gehalten werden muss, sondern nach dem Hauptschritt ii) - anders als im eingangs diskutierten Stand der Technik - an seiner Rückseite aufgenommen ist, während gemäß dem Hauptschritt iii) die Randgeometrie bzw. der konturierte Rand des auszubildenden Halbzeugs zwanglos durch eine Bearbeitung von der Frontseite des Rohlings her erzeugt wird.
• Hierbei sind die Bearbeitungskräfte verglichen zum oben geschilderten Stand der Technik eher moderat, nachdem im Hauptschritt iii) nur eine Nut oder eine Stufe oder ein Einstich erzeugt wird - wozu lediglich ein kleines Werkzeug erforderlich ist - nicht aber das gesamte überschüssige Rohlingsmaterial zerspant werden muss. Dies gestattet vorteilhaft entsprechend geringere Haltekräfte durch die Aufnahme und führt darüber hinaus zu einem im Vergleich reduzierten, zu entsorgenden Spanvolumen, was ebenfalls von Vorteil ist. Außerdem sind die Bearbeitungskräfte im Hauptschritt iii) vornehmlich radial sowie von der Frontseite zur aufgenommenen Rückseite hin gerichtet, was für ein prozesssicheres Halten des Rohlings positiv ist, nicht aber überwiegend umgekehrt, von der Aufnahme an der Rückseite weg, das Halten des Werkstücks schwächend, wie im Stand der Technik (siehe 17). Insgesamt ermöglichen die im Vergleich zum vorbekannten Vorranden „reduzierten“ Anforderungen des erfindungsgemäßen Hauptschritts iii) auch vorteilhaft eine unkomplizierte „blocklose“ Aufnahme für den Rohling im Hauptschritt ii), z.B. mit dem technologischen Wirkprinzip Vakuum vermittels eines Vakuumsaugers, also ohne ein Blockstück am Rohling, wie eingangs zum konventionellen Vorgehen beschrieben.
• Im Hinblick auf (2.) das für die erforderliche Flächengenauigkeit wichtige Unter- bzw. Abstützen des Werkstücks während der eigentlichen Flächenbearbeitung ist zur Erfindung zu sagen, dass das hier vorgeschlagene, gestufte Vorgehen gemäß den Hauptschritten iii) und v) der Bearbeitung - kurz: Rand von Frontseite aus vor Fläche auf Rückseite - mit dem Wegfall der Notwendigkeit eines über die Aufnahme radial überstehenden Rands des Rohlings gemäß den vorbekannten Konzepten, die Möglichkeit eröffnet, das Werkstück bei der Flächenbearbeitung nicht nur zentral, sondern auch im Randbereich abzustützen. Dies kann z.B. mit Hilfe von geeignet eng beabstandeten Stiften oder Stangen geschehen, ähnlich dem in der Druckschrift US 9,969,051 B2 offenbarten Konzept für eine Linsenaufnahme.
• Idealerweise wird das Werkstück im Hauptschritt iv) sogar so an der Frontseite aufgenommen, dass das Werkstück mit vollflächiger Abstützung - d.h. nicht nur mehrfach örtlich - an der Frontseite gehalten wird, was demgemäß bevorzugt ist. Wenn z.B. in der heutigen Rezeptfertigung von Brillenlinsen der Fertigdurchmesser der Linsen in einem Bereich zwischen 50 mm und 80 mm liegt, kann für die erfindungsgemäßen Hauptschritte iv) und v) eine Aufnahme mit einem Durchmesser von mindestens 80 mm zum Einsatz kommen, was eine Abstützung an der gesamten Frontseite ermöglicht.
• Außerdem steht - verglichen zu dem eingangs diskutierten Stand der Technik mit überkragendem Werkstückrand (vgl. wiederum 17) - vorteilhaft die gesamte Fläche auf der Frontseite des Werkstücks zur Verfügung, um das Werkstück bei der Flächenbearbeitung der Rückseite zu halten. Dies eröffnet auch die Möglichkeit der prozesssicheren Verwendung alternativer Haltekonzepte während der Flächenbearbeitung, bei denen das Halten z.B. über die Erzeugung eines Vakuums zwischen Werkstück und Haltesystem erfolgt. So ist es dann auch bevorzugt, wenn das Werkstück im Hauptschritt iv) ebenfalls blocklos an der Frontseite aufgenommen wird, weil das Verfahren dann insgesamt ohne Auf- und Abblocken und dem damit verbundenen (Mehr)Aufwand durchgeführt werden kann. Es ist allerdings auch denkbar, wenngleich aus Effizienzgründen weniger bevorzugt, das Werkstück im Hauptschritt iv) - möglichst vollflächig - an der Frontseite unter Verwendung eines Blockstücks aufzunehmen, wie dies prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt ist.
• Die eigentliche Flächenbearbeitung an der Rückseite des Werkstücks kann dann wie aus dem Stand der Technik bekannt erfolgen, z.B. in der Abfolge (Vor)Fräsen, Grobdrehen, Feindrehen oder nur durch eine drehtechnische Bearbeitung der Rückseite. Die Kraftkomponenten bei der Bearbeitung sind dabei dann wiederum vornehmlich radial und vorteilhaft axial zur Aufnahme an der Frontseite des Werkstücks hin gerichtet.
• Im Ergebnis ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere die spanende Bearbeitung von Linsenrohlingen zu Halbzeugen für Brillenlinsen, auch wenn das Haltesystem, mit dem sie während der Bearbeitung der Rückseite unterstützt und gehalten werden, keine Bearbeitung der Randgeometrie zulässt. Es stellt somit auch einen wesentlichen Anteil einer neuartigen, vereinfachten Prozesskette zur Herstellung von Brillenlinsen aus Kunststoff dar, die insbesondere ohne die Notwendigkeit der Verwendung der vorbekannten Blockstücke auskommt.
• In einer ersten Alternative des Verfahrens kann vorgesehen sein, dass im Hauptschritt iii) bei Ausbildung der umlaufenden Nut oder Stufe oder des umlaufenden Einstichs mittels des ersten Werkzeugs eine Randkontur am Halbzeug erzeugt wird, die bezüglich einer Randkontur des fertig bearbeiteten Werkstücks ein geringfügiges Übermaß aufweist, wobei die Randkontur des fertig bearbeiteten Werkstücks erst nach dem Hauptschritt v) zur Bearbeitung der Rückseite des Werkstücks erzeugt wird, beispielsweise so, wie es aus dem eingangs geschilderten Stand der Technik bekannt ist, d.h. unter Zuhilfenahme eines Edgers, ggf. nach Vornahme von üblichen Beschichtungsschritten. Mit anderen Worten gesagt erfolgt bei dieser Alternative des Verfahrens im Hauptschritt iii) von der Frontseite des Werkstücks aus lediglich das „Cribben“ oder Vorranden des Werkstücks.
• In einer zweiten Alternative des Verfahrens kann hingegen vorgesehen sein, dass im Hauptschritt iii) bei oder nach Ausbildung der umlaufenden Nut oder Stufe oder des umlaufenden Einstichs mittels des ersten Werkzeugs oder eines weiteren Werkzeugs eine Randkontur am Halbzeug erzeugt wird, die schon einer Randkontur des fertig bearbeiteten Werkstücks entspricht. Bei dieser Verfahrensalternative erhält das Werkstück von seiner Frontseite aus also bereits seine finale Randkontur, was vorteilhaft ein späteres Edgen zur Herstellung der für die Einpassung in ein Brillengestell erforderlichen Makrogeometrie entbehrlich macht. Je nach Form der Fassung ist dann am Rand des Werkstücks ggf. nur noch ein Polieren des Rands nach dem Hauptschritt iii) erforderlich, bevor die Brillenlinse - nach Durchführung der übrigen Prozessschritte, wie ggf. dem Beschichten - in das Brillengestell eingesetzt wird. Diese Alternative setzt freilich voraus, dass die finale Randform der Brillenlinse schon bei der Flächenbearbeitung des Linsenrohlings bekannt ist.
• Bei beiden vorgenannten Verfahrensalternativen kann im Hauptschritt iii) bereits eine Fase am Übergang zwischen dem Rand und der Rückseite des auszubildenden Halbzeugs und/oder eine Fase am Übergang zwischen dem Rand und der Frontseite des auszubildenden Halbzeugs angebracht werden. Die Ausbildung einer solchen Fase als Schutzfacette empfiehlt sich insbesondere dann, wenn das Werkstück in weiteren Prozessschritten (auch) händisch bewegt bzw. transportiert werden soll, um Verletzungen an einem scharfkantigen Werkstückrand zu verhindern. Im Falle von Brillenlinsen muss eine solche Fase an der Rückseite der Linse spätestens nach dem Edgen zur Vermeidung von Verletzungen des Brillenträgers ohnehin vorhanden sein.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der vorgenannten Verfahrensweiterbildung kann ferner vorgesehen sein, dass im Hauptschritt iii) die Fase oder Fasen mittels des ersten Werkzeugs zugleich mit der umlaufenden Nut oder Stufe oder dem umlaufenden Einstich angebracht wird bzw. werden. Zum Einsatz kommen kann hierfür ein geeignet ausgerüstetes Kombinationswerkzeug mit entsprechend geformten Schneidkanten. Dies ist einer schnellen und effizienten Verfahrensführung förderlich. Möglich ist es allerdings auch, im Hauptschritt iii) in einem Unterschritt zunächst die Hauptgeometrie (Nut, Stufe oder Einstich mit Umfangsfläche des zu erzeugenden Halbzeugs) mittels des ersten Werkzeugs auszubilden und danach in einem Folgeunterschritt die Fase(n) mittels eines weiteren Werkzeugs - oder wiederum mittels des ersten Werkzeugs in anderer Anstellung bezüglich des Werkstücks, wenn dies mit der vorhandenen Maschinenkinematik möglich ist - anzubringen, oder in der zeitlichen Abfolge umgekehrt.
• Im Falle der vorbeschriebenen zweiten Alternative des Verfahrens (Fertigranden) ist es außerdem bevorzugt, wenn im Hauptschritt iii) gleich eine Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück am Rand und/oder an der Frontseite des auszubildenden Halbzeugs mit erzeugt wird. Insbesondere kann im Hauptschritt iii) die Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück mittels des ersten Werkzeugs zugleich mit der umlaufenden Nut oder Stufe oder dem umlaufenden Einstich ausgebildet werden, was ebenfalls einer schnellen und effizienten Verfahrensführung förderlich ist.
• Dabei kann es sich bei der im Hauptschritt iii) erzeugten Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück um eine Spitz- oder Dachfacette oder eine umlaufende Rille oder Nut am Rand des auszubildenden Halbzeugs handeln, je nach den Befestigungserfordernissen der jeweiligen Fassung für das Werkstück. Hierfür kann das erste Werkzeug wiederum als Kombinationswerkzeug mit geeignet geformten Schneidkanten ausgebildet sein. Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann die im Hauptschritt iii) erzeugte Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück eine oder mehrere Bohrungen oder Kerben an der Frontseite und/oder dem Rand umfassen, wiederum je nach den Befestigungserfordernissen der jeweiligen Fassung für das Werkstück, wofür ggf. ein weiteres Werkzeug eingesetzt wird, wenn das vorerwähnte Kombinationswerkzeug nicht entsprechend ausgerüstet ist.
• In der konkreten Verfahrensführung ist es ferner bevorzugt, wenn eingangs des Hauptschritts iii) das erste Werkzeug und/ oder das Werkstück so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug zur Ausbildung der umlaufenden Nut oder Stufe oder des umlaufenden Einstichs ausgehend von der Frontseite des Werkstücks an einer stirnseitigen Eintauchstelle in das Werkstück eintaucht. Dies unterstützt das Halten des Werkstücks an seiner rückseitigen Aufnahme, weil jedenfalls am Anfang der Bearbeitung eine resultierende Kraftkomponente in Richtung der Aufnahme weist.
• Alternativ können eingangs des Hauptschritts iii) das erste Werkzeug und/oder das Werkstück aber auch so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug zur Ausbildung der umlaufenden Nut oder Stufe oder des umlaufenden Einstichs ausgehend von dem Rand des Werkstücks an einer randseitigen Eintauchstelle in das Werkstück eintaucht. Hierdurch wird vorteilhaft bereits eine erste Trennstelle am später im Hauptschritt v) abfallenden, radial äußeren Rest des Rohlingsmaterials erzeugt.
• Des Weiteren können im Hauptschritt iii) nach dem Eintauchen des ersten Werkzeugs in das Werkstück das erste Werkzeug und/ oder das Werkstück bevorzugt so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug die Nut oder Stufe oder den Einstich in mindestens einem Umlauf (d.h. ggf. auch mehreren Umläufen) am Werkstück erzeugt, wobei das erste Werkzeug das Werkstück an einer von der stirnseitigen oder randseitigen Eintauchstelle entfernten randseitigen Austrittsstelle am Rand des Werkstücks verlässt. Auch dies führt zu einer Trennstelle am später im Hauptschritt v) abfallenden, radial äußeren Rest des Rohlingsmaterials.
• Während eines oder mehreren Umläufen am Werkstück kann das Werkzeug im Hauptschritt iii) auch mehrfach radial aus dem Werkstück ausgefahren und wieder eingefahren werden, so dass eine Mehrzahl von Trennstellen im Rohlingsmaterial entsteht, was zur Folge hat, dass danach im Hauptschritt v) der zu entfernende, radial äußere Rest des Rohlingsmaterial in mehreren Ringsegmenten vom erzeugten Halbzeug abfällt. So können etwa 2 oder 3 oder noch mehr Ringsegmente als Abfall anfallen. Eine Anzahl von 4 bis 8 Trennstellen etwa führt zu einer entsprechenden Anzahl von demgemäß kleinteiligeren Ringsegmenten als Abfall im Hauptschritt v), was z.B. die Ableitung und Aufbereitung eines bei der Zerspanung ggf. eingesetzten flüssigen Kühlschmierstoffs vereinfachen kann.
• Was schließlich das im Hauptschritt iii) zur Bearbeitung des Rohlings an der Frontseite verwendete erste Werkzeug angeht, kann es sich hierbei vorzugsweise um einen drehend angetriebenen Fingerfräser handeln. Ein solcher Fingerfräser vermag mit einem hochtourigen Antrieb versehen nicht nur eine qualitativ hochwertige Umfangsfläche am zu erzeugenden Halbzeug mit vergleichsweise geringen Bearbeitungskräften auszubilden, sondern ist z.B. auch gut dafür geeignet, die vorerwähnten Trennstellen im zu entfernenden Rest des Rohlingsmaterials spanend zu formen, wenn im Hauptschritt iii) eine Nut oder ein Einstich ausgebildet werden soll.
• Die Verwendung anderer Werkzeuge ist allerdings auch möglich, beispielsweise wenn es auf die Erzeugung der obigen Trennstellen nicht ankommt und/oder keine komplexeren, insbesondere von einer Kreis- oder Ellipsenform abweichenden Umfangskonturen am Halbzeug spanend zu formen sind. So kann etwa zur Ausbildung der Stufe im Hauptschritt iii) ein Tellerfräser eingesetzt werden. Auch die Verwendung eines drehfest gehaltenen, schmalen Drehmeißels ist für die Ausbildung der Nut, der Stufe oder des Einstichs im Hauptschritt iii) grundsätzlich möglich, wenn die Maschinenkinematik der hierfür eingesetzten Bearbeitungsvorrichtung dies vorsieht, d.h. die für eine ordnungsgemäße Zerspanung erforderlichen Schnittgeschwindigkeiten insbesondere durch einen geeigneten Drehantrieb des Werkstücks erzeugt werden können.
• Zwar ist bei einer Verwendung der letztgenannten Werkzeugbeispiele die Möglichkeit, verschiedenste Randgeometrien am Halbzeug auszubilden, limitiert. Dafür kann ein solches Werkzeug aber auch zur Flächenbearbeitung der Rückseite des Werkstücks im Hauptschritt v) eingesetzt werden. Gleichwohl ist es im Hinblick auf eine größtmögliche Flexibilität bei der Auswahl der möglichen Geometrien an Rand und Fläche des Werkstücks bevorzugt, wenn das im Hauptschritt iii) zur Bearbeitung des Rohlings an der Frontseite verwendete erste Werkzeug von dem im Hauptschritt v) zur Bearbeitung des Werkstücks an der Rückseite verwendeten, wenigstens einen zweiten Werkzeugs verschieden ist.
• Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich für den Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
• Figurenliste
• Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten, schematischen Zeichnungen näher erläutert, in denen gleiche oder entsprechende Teile oder Abschnitte mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. In den Zeichnungen zeigen:
• 1 ein Ablaufdiagramm einer Prozesskette zur Herstellung von Brillenlinsen als Beispiel für optische Werkstücke, wobei die Prozesskette ohne die Notwendigkeit der Verwendung von Blockstücken bei der Herstellung auskommt und als einen einleitenden Prozess ein kurz als „Blocklos Generieren“ bezeichnetes Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen aus Kunststoff nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst;
• 2 eine perspektivische Ansicht eines Aufnahmekopfs einer Bearbeitungsvorrichtung, an dem für den Hauptschritt „Randvorbearbeitung“ des Verfahrens „Blocklos Generieren“ in der Prozesskette gemäß 1 ein Brillenlinsenrohling mit seiner Rückseite blocklos aufgenommen und abgestützt gehalten wird;
• 3 eine Längsschnittansicht des Aufnahmekopfs gemäß 2 mit dem blocklos daran gehaltenen Brillenlinsenrohling vor dem Hauptschritt „Randvorbearbeitung“ in 1;
• 4 eine Längsschnittansicht des Aufnahmekopfs gemäß 2 mit dem blocklos daran gehaltenen Brillenlinsenrohling eingangs des Hauptschritts „Randvorbearbeitung“ in 1 während ein drehend angetriebener Fingerfräser als erstes Werkzeug ausgehend von dem Rand des Werkstücks an einer randseitigen Eintauchstelle in das Werkstück spanend eintaucht;
• 5 eine Längsschnittansicht des gegenüber der Darstellung in den 3 und 4 um 270° um seine Mittelachse verdrehten Aufnahmekopfs gemäß 2 mit dem blocklos daran gehaltenen Werkstück während des Hauptschritts „Randvorbearbeitung“ in 1, bei dem mittels des drehend angetriebenen Fingerfräsers von 4 eine umlaufende Nut in der Frontseite des Werkstücks ausgebildet wird;
• 6 eine perspektivische Ansicht des zur Vereinfachung der Darstellung von dem Aufnahmekopf gemäß 2 getrennt gezeigten Werkstücks nach dem Hauptschritt „Randvorbearbeitung“ in den 1, 4 und 5, mit Blick auf die als Ergebnis dieses Hauptschritts in der Frontseite des Werkstücks ausbildete umlaufende Nut, die bereits einen konturierten Rand des im erfindungsgemäßen Verfahren zu erzeugenden Halbzeugs definiert;
• 7 eine Längsschnittansicht des Aufnahmekopfs gemäß 2 entsprechend der Darstellungsweise in 5 mit dem blocklos daran gehaltenen Werkstück im Bearbeitungszustand der 6, das im Hauptschritt „Positionieren und Fixieren“ des Verfahrens „Blocklos Generieren“ in der Prozesskette gemäß 1 gerade mit seiner bearbeiteten Frontseite auf einer lediglich schematisch dargestellten Aufnahme zum abgestützten Halten positioniert wird;
• 8 eine schematische Längsschnittansicht der Aufnahme gemäß 7, an der das Werkstück nach dem Hauptschritt „Positionieren und Fixieren“ für den Hauptschritt „Flächenbearbeitung“ des Verfahrens „Blocklos Generieren“ in der Prozesskette gemäß 1 mit seiner bearbeiteten Frontseite flächig abgestützt gehalten wird;
• 9 eine schematische Längsschnittansicht der Aufnahme gemäß 7 mit dem daran über seine bearbeitete Frontseite flächig abgestützt gehaltenen Werkstück, das im Hauptschritt „Flächenbearbeitung“ in 1 gerade mittels eines zweiten Werkzeugs an seiner Rückseite bearbeitet wird, um dort eine vorbestimmte Flächengeometrie zu erhalten;
• 10 eine perspektivische Ansicht des zur Vereinfachung der Darstellung von der Aufnahme gemäß 7 getrennt gezeigten, im Hauptschritt „Flächenbearbeitung“ in 1 entsprechend der 9 generierten Halbzeugs, das danach vollständig vom überschüssigen, radial äußeren Rohlingsmaterial getrennt ist, welches in ebenfalls gezeigten Ringsegmenten abfällt;
• 11 eine Längsschnittansicht des Aufnahmekopfs gemäß 2 (hier ohne Stützstifte gezeigt), der nach dem Hauptschritt „Flächenbearbeitung“ in 1 das generierte Halbzeug von der Aufnahme der 7 für anschließende Prozesse in der Prozesskette gemäß 1 abholt;
• 12 eine Längsschnittansicht des Aufnahmekopfs gemäß 2 (hier wiederum ohne Stützstifte dargestellt), an dem das als Ergebnis des Verfahrens „Blocklos Generieren“ in der Prozesskette gemäß 1 generierte Halbzeug gehalten wird;
• 13 eine perspektivische Ansicht einer zur Vereinfachung der Darstellung von dem Aufnahmekopf gemäß 2 getrennt gezeigten Werkstückvariante nach dem Hauptschritt „Randvorbearbeitung“ in 1 im Bearbeitungsstand der 6, bei der anstelle der Nut eine umlaufende Stufe als Ergebnis dieses Hauptschritts an der Frontseite ausbildet wurde, die ebenfalls schon einen konturierten Rand des im erfindungsgemäßen Verfahren zu erzeugenden Halbzeugs definiert;
• 14 ein Ablaufdiagramm einer alternativen Prozesskette zur Herstellung von Brillenlinsen als Beispiel für optische Werkstücke, wobei die Prozesskette wiederum ohne die Notwendigkeit der Verwendung von Blockstücken bei der Herstellung auskommt und als einen einleitenden Prozess ein erneut kurz als „Blocklos Generieren“ bezeichnetes Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen aus Kunststoff nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst, bei dem das Werkstück vor der Flächenbearbeitung schon eine finale Bearbeitung seiner Randform erfährt, so dass ein Edgen am Ende der Prozesskette entfallen kann;
• 15 eine Längsschnittansicht des Aufnahmekopfs gemäß 2 mit einem blocklos daran gehaltenen Werkstück während des Hauptschritts „Randform final bearbeiten“ des Verfahrens „Blocklos Generieren“ in der Prozesskette gemäß 14 in einem Bearbeitungsstand entsprechend der 5, wobei mittels eines ersten Werkzeugs eine umlaufende Stufe an der Frontseite des Werkstücks ausgebildet wird (in 15 links gezeigt), worauf mittels eines zweiten Werkzeugs eine Randkontur am Werkstück erzeugt wird (in 15 rechts angedeutet), die schon der Randkontur des fertig bearbeiteten Werkstücks entspricht;
• 16 ein Ablaufdiagramm einer herkömmlichen Prozesskette zur Herstellung von Brillenlinsen, bei der während der Herstellung Blockstücke notwendigerweise Verwendung finden und die deshalb die Hilfsprozesse „Blocken“ und „Abblocken“ umfasst, welche den Wert der hergestellten Brillenlinsen nicht steigern; und
• 17 eine prinzipielle Darstellung zur Eingriffssituation eines Tellerfräsers als Werkzeug mit einem geblockten Brillenlinsenrohling als Werkstück während der „Randvorbearbeitung“ als Teilprozess des Prozesses „Generieren“ in der vorbekannten Prozesskette gemäß 16.
• DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Die 1 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Prozesskette zur Herstellung von Brillenlinsen aus Kunststoff als optischen Werkstücken ohne den Einsatz von Blockstücken bei der Herstellung, wodurch im Vergleich zum Stand der Technik gemäß 16 zunächst die Hilfsprozesse „Blocken“ und „Abblocken“ entfallen. Als Eingangsprozess umfasst die Prozesskette ein in 1 „Blocklos Generieren“ genanntes Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen aus Kunststoff nach einem ersten Ausführungsbeispiel, bei dem ausgehend von einem in 2 gezeigten Rohling RL schließlich ein in 12 dargestelltes Halbzeug HZ ausgebildet wird. Die 2 bis 12 veranschaulichen Hauptschritte dieses Verfahrens.
• Das als Ergebnis dieses Verfahrens erzeugte Halbzeug HZ (siehe 12) weist vorbestimmte Flächengeometrien an einer Frontseite FS und einer davon abgewandten Rückseite RS auf. Es ist darüber hinaus zwischen der Frontseite FS und der Rückseite RS mit einem konturierten Rand RA von vorbestimmter Randdicke D2 versehen. Wie etwa aus einem Vergleich der 3, 7, 9 und 12 ersichtlich ist, ergeben sich im Zuge des Verfahrens zunächst der konturierte Rand RA des Halbzeugs HZ und danach insbesondere die vorbestimmte Flächengeometrie an der Rückseite RS des Halbzeugs HZ.
• Die finale Geometrie des Halbzeugs HZ (siehe 12) ist in den Längsschnittansichten gemäß den 3 bis 5, 7 bis 9, 11, 12 und 15 zur Veranschaulichung stets mit einer Kreuzschraffur angedeutet, wenngleich diese Geometrie tatsächlich erst am Ende des Verfahrens aus dem Rohlingsmaterial herausgeschnitten ist. Demnach illustriert z.B. die gemäß 3 im Rohling RL vorgesehene Kreuzschraffur - quasi als „Platzhalter“ - nur denjenigen Materialteil des Rohlings RL, aus dem im Zuge des Verfahrens das Halbzeug HZ erzeugt wird.
• Allgemein umfasst das Verfahren „Blocklos Generieren“ von 1 - nach eingangs natürlich:
• i) dem Bereitstellen des Rohlings RL, der eine Rohlingsdicke D1 (vgl. die 2 und 3) besitzt, an der Frontseite FS bereits die vorbestimmte Flächengeometrie aufweisen kann, wie hier gezeigt, und wenigstens an seiner Rückseite RS sowie seinem Rand RA zu bearbeiten ist,
  • - noch die folgenden vier, in der angegebenen Reihenfolge ablaufenden Hauptschritte ii) bis v):
• ii) Blockloses Aufnehmen des Rohlings RL an der Rückseite RS zum abgestützten Halten des Werkstücks, wie in 2 und 3 gezeigt - in 1 unter „Position feststellen“ enthalten.
• iii) Bearbeiten des Rohlings RL an der Frontseite FS mittels eines ersten Werkzeugs WZ1 (siehe die 4 und 5), zur Ausbildung einer umlaufenden Nut NU (vgl. z.B. 6) oder Stufe ST (siehe 13) mit einer Tiefe TI, welche größer oder gleich der Randdicke D2 des auszubildenden Halbzeugs HZ und kleiner als die Rohlingsdicke D1 ist, und zwar so - in 1 als „Randvorbearbeitung“ bezeichnet - dass am Werkstück eine Umfangsfläche UF verbleibt, die schon den konturierten Rand RA des auszubildenden Halbzeugs HZ definiert. Wie weiter oben bereits erwähnt, kann neben den geometrischen (Grund)Formen Nut NU und Stufe ST - ggf. auch in einer Kombination damit - ein umlaufender Einstich erzeugt werden (in den Figuren nicht dargestellt), der wenigstens teilweise eine Tiefe gleich der Rohlingsdicke D1 besitzt und damit den Rohling RL zumindest örtlich „durchsticht“.
• iv) Aufnehmen des Werkstücks an der Frontseite FS zum abgestützten Halten des Werkstücks, wie in 7 und 8 gezeigt - in 1 als „Positionieren und Fixieren“ bezeichnet.
• v) Bearbeiten des Werkstücks an der Rückseite RS mittels wenigstens eines zweiten Werkzeugs WZ2 (siehe die 9), zur Ausbildung des Halbzeugs HZ (vgl. die 10 bis 12) mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite RS - kurz „Flächenbearbeitung“ in 1 genannt. Infolge dieser Bearbeitung wird zwingend auch das Halbzeug HZ vom radial äußeren Rest des Rohlingsmaterials (in den 8, 9 und 11 mit einer kleineren Kreuzschraffur gekennzeichnet) getrennt. Letzterer Rest fällt im dargestellten Ausführungsbeispiel in Ringsegmenten RG ab (vgl. 10), wie nachfolgend noch erläutert wird.
• Diese Trennung des Halbzeugs HZ von den Ringsegmenten RG erfolgt deshalb zwangsläufig, weil die Tiefe TI der vorher auf der Frontseite FS des Rohlings RL eingebrachten Nut NU oder angearbeiteten Stufe ST (oder Einstich, nicht gezeigt) größer oder gleich der Randdicke D2 des erzeugten Halbzeugs HZ ist, welche sich infolge der Flächenbearbeitung des Werkstücks von der Rückseite RS aus ergibt. Mit anderen Worten gesagt „schneidet“ der spanende Eingriff des zweiten Werkzeugs WZ2 bei der Geometrieerzeugung auf der Rückseite RS des Werkstücks die vorher auf der Frontseite FS des Werkstücks mittels des ersten Werkzeugs WZ1 ausgebildete Geometrie (Nut NU, Stufe ST, Einstich), so dass das überschüssige Rohlingsmaterial gänzlich vom erzeugten Halbzeug HZ entfernt wird.
• Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird im obigen Hauptschritt iii) bei Ausbildung der umlaufenden Nut NU oder Stufe ST (oder des umlaufenden Einstichs) mittels des ersten Werkzeugs WZ1 gemäß den 6 und 10 eine Randkontur RK1 am Halbzeug HZ erzeugt, die bezüglich einer Randkontur RK2 (in den genannten Figuren durch eine gestrichelte Linie angedeutet) des fertig bearbeiteten Werkstücks ein geringfügiges Übermaß aufweist. Die Randkontur RK2 des fertig bearbeiteten Werkstücks wird dann erst nach dem obigen Hauptschritt v) zur Bearbeitung der Rückseite RS des Werkstücks erzeugt, und zwar in dem abschließenden Prozess „Edgen“ in der Prozesskette gemäß 1.
• Insoweit ist ersichtlich, dass das Verfahren „Blocklos Generieren“ in 1 im Grunde auf einer zweistufigen Vorgehensweise beruht: In der ersten Verfahrensstufe erfolgt die Vorbearbeitung des Rands RA an dem an seiner Rückseite RS gehaltenen Werkstück durch Bearbeitung der Frontseite FS des Werkstücks. In der zweiten Verfahrensstufe erfolgt die Flächenbearbeitung an der Rückseite RS des Werkstücks, das dabei an seiner Frontseite FS gehalten wird, wobei die finale Geometrie an Rand und Flächen des am Ende dieses Verfahrens erzeugten Halbzeugs HZ erst dadurch komplettiert wird, dass das Werkzeug bei der Flächenbearbeitung der Rückseite RS das Werkstück bis in die auf dessen Frontseite FS ausgebildete Geometrie (Nut NU, Stufe ST bzw. Einstich) hinein bearbeitet.
• Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Rohling RL gemäß den 2 bis 5 während der Bearbeitung der Frontseite FS durch einen Vakuumsauger VS an der Rückseite RS gehalten. Dadurch, dass an der Frontseite FS des Werkstücks lediglich eine im Verhältnis kleine Geometrie (Nut NU, Stufe ST bzw. Einstich) angearbeitet und nicht das gesamte überschüssige Rohlingsmaterial zerspant wird, entstehen nur geringe Kräfte auf den Haltemechanismus. Dies ermöglicht z.B. den Einsatz eines herkömmlichen Vakuumsaugers VS, der gemäß der eher prinzipiellen Darstellung in den 2 bis 5 und 7 in an sich bekannter Weise einen zentralen Saugnapf SN zum Halten des Werkstücks aufweist, welcher von einer Mehrzahl von Stützstiften SS zum Abstützen des gehaltenen Werkstücks umgeben ist. Derartige Vakuumsauger sind beispielsweise von der J. Schmalz GmbH, 72293 Glatten, Deutschland am Markt verfügbar.
• Zur Erzeugung der erforderlichen Relativbewegungen zwischen Werkstück und Werkzeug, d.h. um den Rohling RL in allen sechs Freiheitsgraden zu positionieren, kann ein solcher Vakuumsauger VS etwa mittels einer 6-Achs-Kinematik bewegt werden (nicht gezeigt), die drei Translationsachsen und drei Rotationsachsen um die Translationsachsen aufweist. Als Alternative ist der Einsatz eines 6-Achs-Knickarmroboters denkbar (ebenfalls nicht dargestellt), der an seinem freien Ende einen solchen Vakuumsauger VS trägt. Hierbei kann das Werkzeug dann an fester Stelle angeordnet sein, während die räumliche Bewegung werkstückseitig ausgeführt wird, um die für die Geometrieausbildung erforderliche Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück zu erzeugen. Derartige Bewegungsmechanismen, wie auch prinzipiell mögliche Mechanismen, die mit einer kinematischen Umkehr arbeiten - d.h. das Werkzeug wird bewegt, während das Werkstück an fester Stelle angeordnet ist - ebenso wie denkbare Mischformen der Bewegungsaufteilung zwischen Werkzeug und Werkstück, sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, so dass sie an dieser Stelle keiner weiteren Erläuterung bedürfen.
• Was das Werkzeug WZ1 zum Bearbeiten des Rohlings RL an der Frontseite FS im obigen Hauptschritt iii) angeht, ist in den 4, 5 und 15 beispielhaft ein drehend angetriebener Fingerfräser gezeigt. Dieser kann z.B. in der einfachsten Form stirnseitig und umfangsseitig Fräserschneiden aufweisen, die infolge der Werkzeugrotation eine zylindrische Hüllkurve bilden.
• Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der als erstes Werkzeug WZ1 eingesetzte Fingerfräser um Umfang mit - in einer Projektion betrachtet, wie gezeigt - abgewinkelten Fräserschneiden versehen, beispielsweise als Zwei- oder Dreischneider. Genauer gesagt hat die jeweilige Fräserschneide des dargestellten Fingerfräsers einen bezüglich der Drehachse parallelen Schneidenabschnitt und einen bezüglich der Drehachse um etwa 45° nach radial außen abgewinkelten Schneidenabschnitt am freien Ende des Fingerfräsers. Hieraus ergibt sich eine Art Kombination aus T-Nuten- und Zinkenfräser bzw. Schwalbenschwanzfräser.
• Mit einer solchen Schneidenausbildung am ersten Werkzeug WZ1 kann im obigen Hauptschritt iii) in einfacher Weise eine Fase FA1 (siehe die 4 und 5) am Übergang zwischen dem Rand RA und der Rückseite RS des auszubildenden Halbzeugs HZ angebracht werden, und zwar zugleich mit der umlaufenden Nut NU (oder Stufe oder Einstich), wie in den erwähnten Figuren gezeigt. Diese Fase FA1 kann am fertigen Halbzeug HZ (vgl. 12) dann als Schutzfacette dienen, wie weiter oben bereits erwähnt.
• Es ist aber auch möglich, solche Geometrien z.B. unter Verwendung eines einfachen Fräsers mit zylindrischer Hüllkurve der Fräserschneide(n) am Werkstück anzuarbeiten, indem ein solches Werkzeug im Hauptschritt iii) mit zwei (oder mehr) Schnitten um das zu erzeugende Halbzeug HZ (oder umgekehrt das Werkstück um ein solches Werkzeug oder beide umeinander) geführt wird (werden), wobei die dann sequenziell ausgeführten Schnitte unter verschiedenen Anstellwinkeln der Werkzeugachse bezüglich der Werkstückachse MA erfolgen (beispielsweise zunächst 0°, danach 45°).
• Für den Fachmann ist ersichtlich, dass auf diese Art und Weise oder eine andere Schneidenausbildung am ersten Werkzeug WZ1 im Hauptschritt iii) eine Fase auch am Übergang zwischen dem Rand RA und der Frontseite FS des auszubildenden Halbzeugs HZ angebracht werden kann (in den Figuren nicht gezeigt). Außerdem sind, wenngleich an dieser Stelle ein Fingerfräser als erstes Werkzeug WZ1 für den Hauptschritt iii) gezeigt und beschrieben wird, andere Werkzeugtypen ebenfalls denkbar, wie eingangs schon angesprochen.
• Was den Anschnitt des Rohlings RL eingangs des Hauptschritts iii) angeht, ist es möglich, das erste Werkzeug WZ1 und/oder das Werkstück so relativ zueinander zu bewegen, dass das erste Werkzeug WZ1 zur Ausbildung der umlaufenden Nut NU (oder Stufe oder des umlaufenden Einstichs) ausgehend von der Frontseite FS des Rohlings RL an einer stirnseitigen Eintauchstelle in das Werkstück eintaucht. Die 4 illustriert indes ein Vorgehen, bei dem eingangs des Hauptschritts iii) das erste Werkzeug WZ1 und/oder das Werkstück so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug WZ1 zur Ausbildung der umlaufenden Nut NU (oder Stufe oder des umlaufenden Einstichs) ausgehend von dem Rand RA des Rohlings RL an einer randseitigen Eintauchstelle ES in das Werkstück eintaucht.
• Nach dem Eintauchen des ersten Werkzeugs WZ1 in das Werkstück können das erste Werkzeug WZ1 und/oder das Werkstück dann so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug WZ1 im Hauptschritt iii) die Nut NU (oder Stufe ST oder den Einstich) in mindestens einem Umlauf am Werkstück erzeugt, wobei das erste Werkzeug WZ1 das Werkstück an einer von der stirnseitigen oder randseitigen Eintauchstelle ES entfernten randseitigen Austrittsstelle AS am Rand RA des Werkstücks verlässt. Die so am Werkstück erzeugte Geometrie ist in 6 für den Fall illustriert, dass das erste Werkzeug WZ1 einmal in das Werkstück eintaucht (radiale Eintauchstelle ES) und das Werkstück einmal verlässt (radiale Austrittsstelle AS).
• Auf einem Umlauf kann das erste Werkzeug WZ1 aber auch mehrfach an um die Mittelachse MA winkelbeabstandeten Austrittsstellen AS das Werkstück verlassen und an um die Mittelachse MA winkelbeabstandeten Eintauchstellen ES wieder in das Werkstück eintauchen. Dies führt zu einer Unterteilung des radial außerhalb des zu erzeugenden Halbzeugs HZ vorhandenen Materials des Rohlings RL. Dieses überschüssige Rohlingsmaterial fällt letztlich entsprechend der Anzahl an Werkzeug-Ein- und Austritten als Folge des Hauptschritts v) vom erzeugten Halbzeug HZ in Ringsegmenten RG ab, wie weiter oben schon erwähnt, muss vorteilhaft also nicht eigens zerspant werden.
• Zu den 7 und 8 (sowie 9 und 11) ist zunächst noch anzumerken, dass das Werkstück im obigen Hauptschritt iv) an der Frontseite FS ebenfalls blocklos aufgenommen wird, um in diesem Ausführungs- bzw. Anwendungsbeispiel des Verfahrens dem Hauptzweck der in 1 dargestellten „Blocklos“-Prozesskette zu genügen. Insbesondere erfolgt im dargestellten Ausführungsbeispiel im Hauptschritt iv) das Aufnehmen des Werkstücks an der Frontseite FS so, dass das Werkstück, genauer das zu erzeugende Halbzeug HZ mit vollflächiger Abstützung an der Frontseite FS gehalten wird, wie am besten in 8 zu erkennen ist.
• Zum Einsatz kommt hierfür eine in den 7 bis 9 und 11 lediglich schematisch dargestellte Werkstückaufnahme WA, die grundsätzlich wie eingangs zum Stand der Technik geschildert mit dem technologischen Wirkprinzip Vakuum arbeiten kann. Es können allerdings auch andere Systeme Verwendung finden, wie sie aktuell in der Brillenlinsenfertigung eingesetzt werden.
• Eine solche Werkstückaufnahme WA kann beispielsweise am freien Ende einer Werkstückspindel eines Generators angebracht sein, wie er etwa aus der eingangs schon erwähnten Druckschrift EP 2 011 603 A1 bekannt ist, auf die an dieser Stelle hinsichtlich des Aufbaus und der Funktion eines geeigneten Generators ausdrücklich Bezug genommen wird. Dort wird auch die Generator-Kinematik ausführlich beschrieben, d.h. wie ein an der Werkstückspindel drehbar gehaltenes Werkstück relativ zu diversen Werkzeugen bewegt werden kann.
• In der zweiten Verfahrensstufe, d.h. dem obigen Hauptschritt v) wird dann im Zuge der Flächenbearbeitung im Generator die Rückseite RS des Werkstücks bis in die vorgefertigte Nut NU (oder Stufe ST oder Einstich) hinein bearbeitet. In der schematischen 9 ist hierfür ein Tellerfräser als zweites Werkzeug WZ2 angedeutet. In diesem Ausführungsbeispiel ist also das im Hauptschritt iii) zur Bearbeitung des Rohlings RL an der Frontseite FS verwendete erste Werkzeug WZ1 von dem im Hauptschritt v) zur Bearbeitung des Werkstücks an der Rückseite RS verwendeten, wenigstens einen zweiten Werkzeugs WZ2 verschieden, was grundsätzlich auch anders sein kann.
• Der Fräsprozess als erster Unterschritt des Hauptschritts v) der Flächenbearbeitung an der Rückseite RS erfolgt wie im Stand der Technik beschrieben und trennt die resultierende Form des Halbzeugs HZ vollständig vom umliegenden Rohlingsmaterial, wie in 10 zu erkennen ist. Durch die vorhergegangene Segmentierung fallen die im dargestellten Ausführungsbeispiel zwei (oder mehr) Ringsegmente RG vom Halbzeug HZ ab und können mit den ohnehin entstehenden Spänen abgeführt und entsorgt werden.
• Ein Drehprozess als zweiter Unterschritt des Hauptschritts v) der Flächenbearbeitung an der Rückseite RS kann nun ebenfalls wie im Stand der Technik beschrieben erfolgen, und zwar nur noch an der aus dem vorangegangenen Fräsprozess resultierenden rückseitigen Geometrie des zu erzeugenden Halbzeugs HZ. Das so bearbeitete Halbzeug HZ kann jetzt von der Werkstückaufnahme WA abgehoben werden (siehe 11) und hat final (12) dieselben geometrischen Eigenschaften, wie sie sich nach einer Bearbeitung mit Verfahren gemäß dem Stand der Technik (siehe die Beschreibungseinleitung) ergeben würden.
• Nachfolgend kann das aus dem Generator entnommene Halbzeug HZ poliert werden (siehe den zweiten Prozess „Blocklos Polieren“ der Prozesskette gemäß 1). Dazu können grundsätzlich dieselben Polierprozesse angewendet werden, wie im Stand der Technik beschrieben. Die Fixierung des Halbzeugs HZ kann hierbei mit dem oben angesprochenen, flächigen Haltesystem, oder aber auch mit einem Vakuumsauger erfolgen, wie er an verschiedener Stelle schon für Handling-Aufgaben verwendet wird.
• Das optionale Markieren (Prozess „Blocklos Markieren“ in 1) der polierten Halbzeuge HZ kann nun wiederum mit denselben Verfahren wie im Stand der Technik beschrieben geschehen. Da in der Prozesskette gemäß 1 die Position des Halbzeugs HZ allerdings nicht über ein Blockstück festgelegt ist, wird ein zusätzlicher messtechnischer Schritt benötigt, mit dem Lage und Position des Halbzeugs HZ vorab ermittelt werden.
• Sodann werden die polierten und ggf. markierten Halbzeuge HZ beschichtet (Prozess „Beschichten“ in 1), wie aus dem Stand der Technik bekannt, bevor die An- bzw. Einpassung des Halbzeugs HZ an die Fassungsform angegangen werden kann (Prozess „Edgen“ in 1), was ebenfalls wie im Stand der Technik bekannt erfolgt. Hierbei erhält der Rand des Werkstücks seine finale Randkontur, wie mit dem Bezugszeichen RK2 in den 6 und 10 schon angedeutet. Außerdem werden hierbei die für die Befestigung der als Endprodukt erzeugten Brillenlinse in der Fassung (Brillengestell) benötigten Befestigungsgeometrien, wie Spitz- und Dachfacetten, Bohrungen etc. ausgebildet.
• Die mit 13 illustrierte Verfahrensvariante, bei der keine Nut gefräst wird, sondern das Rohlingsmaterial im Hauptschritt iii) entsprechend der Tiefe der berechneten Nut bis zum Rand des zu erzeugenden Halbzeugs HZ zerspant wird, so dass am Werkstück eine Stufe ST entsteht, wurde oben schon mit angesprochen. Eine solche Stufe ST würde sich im Hauptschritt iii) auch automatisch dann ergeben, wenn der Fertigdurchmesser des Werkstücks weniger als der zweifache Fräserdurchmesser vom Rohdurchmesser des Rohlings RL abweicht. In Fällen, in denen diese Durchmesserdifferenz größer ist, ist eine solche Bearbeitung jedoch ebenfalls möglich.
• Die 14 zeigt ein Ablaufdiagramm einer von der Prozesskette gemäß 1 verschiedenen Prozesskette zur Herstellung von Brillenlinsen aus Kunststoff als optischen Werkstücken ohne den Einsatz von Blockstücken bei der Herstellung, wodurch im Vergleich zum Stand der Technik gemäß 16 zunächst wiederum die Hilfsprozesse „Blocken“ und „Abblocken“ entfallen. Außerdem entfällt bei der Prozesskette gemäß 14 auch im Vergleich zu der Prozesskette gemäß 1 der Prozess „Edgen“ als finaler Prozess der Prozesskette. Dies wird ermöglicht durch einen anderen Eingangsprozess, nämlich ein in 14 wiederum „Blocklos Generieren“ genanntes Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Brillenlinsen aus Kunststoff nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses alternative Verfahren soll nachfolgend anhand der 15 nur insoweit beschrieben werden, als es sich wesentlich vom oben erläuterten Verfahren nach dem ersten Ausführungsbeispiel unterscheidet.
• Aus einem Vergleich der 1 und 14 augenfällig ist hier, dass an die Stelle des Hauptschritts „Randvorbearbeitung“ in 1 in 14 der Hauptschritt „Randform final bearbeiten“ tritt, was letztlich den Prozess „Edgen“ aus 1 in der Prozesskette gemäß 14 entbehrlich macht. Genauer gesagt wird bei dem Verfahren nach dem zweiten Ausführungsbeispiel im Hauptschritt iii) bei oder nach Ausbildung der umlaufenden Nut NU oder Stufe ST (oder des umlaufenden Einstichs) mittels des ersten Werkzeugs WZ1 oder eines weiteren Werkzeugs WZ1' (siehe 15) eine Randkontur RK2 am Halbzeug HZ erzeugt, die schon einer Randkontur RK2 des fertig bearbeiteten Werkstücks entspricht.
• Hierfür kann bei der in 15 links veranschaulichten Verfahrensausgestaltung im Hauptschritt iii) der vorbeschriebene Fingerfräser als erstes Werkzeug WZ1 zum Einsatz kommen, der am Werkstück eine Umfangsfläche UF erzeugt, die bereits die Randkontur RK2 des fertig bearbeiteten Werkstücks definiert. Dabei kann - muss aber nicht - entsprechend der hier beispielhaft gezeigten Fräserform ebenfalls die vorerwähnte Fase FA1 zwischen Rand RA und Rückseite RS des zu erzeugenden Halbzeugs HZ mit ausgebildet werden, wie in 15 links dargestellt.
• Bei der in 15 rechts illustrierten Verfahrensausgestaltung wird im Hauptschritt iii) sogar eine Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück - hier beispielhaft am Übergang von Rand RA und Frontseite FS des auszubildenden Halbzeugs HZ gezeigt - erzeugt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der Befestigungsgeometrie um eine Spitzfacette SF, die im Falle einer Brillenlinse üblicherweise mit einer komplementären Nut in einem Brillengestell zusammenwirkt, um die Brillenlinse im Brillengestell zu befestigen. Die Ausbildung dieser Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück erfolgt hier im Hauptschritt iii) mittels des in 15 rechts gezeigten Werkzeugs WZ1' zugleich mit der umlaufenden Nut NU (oder Stufe ST oder Einstich), wozu das Werkzeug WZ1' mit einer geeigneten Form der Schneide(n) versehen ist.
• Für den Fachmann ist schließlich ersichtlich, dass im Hauptschritt iii) durch geeignete Werkzeugwahl anstelle der in 15 rechts dargestellten Spitzfacette SF auch andere Befestigungsgeometrien am Halbzeug HZ ausgebildet werden können. So kann es sich bei der im Hauptschritt iii) erzeugten Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück um eine Dachfacette oder eine umlaufende Rille oder Nut am Rand RA des auszubildenden Halbzeugs HZ handeln (hier nicht gezeigt). Alternativ oder in Ergänzung hierzu kann die im Hauptschritt iii) erzeugte Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück auch eine oder mehrere Bohrungen oder Kerben an der Frontseite FS und/oder dem Rand RA umfassen, je nach den jeweiligen Befestigungserfordernissen der Fassung und entsprechend der Werkzeugausrüstung der verwendeten Bearbeitungsmaschine.
• Hinsichtlich der übrigen Hauptschritte des Prozesses „Blocklos Generieren“ in 14 sowie der weiteren Prozesse von 14 sei an dieser Stelle ansonsten auf die obigen Ausführungen zu den 1 bis 13 verwiesen.
• Ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von optischen Werkstücken, bei dem aus einem Rohling ein Halbzeug mit vorbestimmten Flächengeometrien an Frontseite und Rückseite und einem konturierten Rand von vorbestimmter Randdicke dazwischen ausgebildet wird, umfasst die folgenden Hauptschritte: i) Bereitstellen des zumindest an Rückseite und Rand zu bearbeitenden Rohlings mit einer Rohlingsdicke; ii) blockloses Aufnehmen des Rohlings zum abgestützten Halten an der Rückseite; iii) Bearbeiten des Rohlings an der Frontseite mittels eines ersten Werkzeugs, zur Ausbildung einer umlaufenden geometrischen Form mit einer Tiefe größer oder gleich der Randdicke des auszubildenden Halbzeugs, wobei am Werkstück eine Umfangsfläche verbleibt, die den konturierten Rand des auszubildenden Halbzeugs definiert; iv) Aufnehmen des Werkstücks zum abgestützten Halten an der Frontseite; und v) Bearbeiten des Werkstücks an der Rückseite mittels wenigstens eines zweiten Werkzeugs, zur Ausbildung des Halbzeugs mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite.
• Bezugszeichenliste

AS

Austrittsstelle

BS

Blockstück

D1

Rohlingsdicke

D2

Randdicke

ES

Eintauchstelle

FA1

Fase

FS

Frontseite

HZ

Halbzeug

MA

Mittelachse

NU

Nut

RA

Rand

RG

Ringsegmente

RK1

Randkontur des Halbzeugs

RK2

Randkontur des fertig bearbeiteten Werkstücks

RL

Rohling

RS

Rückseite

SF

Spitzfacette

SN

Saugnapf

SS

Stützstift

ST

Stufe

TF

Tellerfräser

TI

Tiefe

UF

Umfangsfläche

VS

Vakuumsauger

WA

Werkstückaufnahme

WZ1

erstes Werkzeug

WZ2

zweites Werkzeug

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• EP 1593458 A2 [0004]
• DE 102007007161 A1 [0004]
• EP 2011604 A1 [0004]
• WO 2009135689 A1 [0004]
• EP 1719585 A2 [0005]
• EP 2011603 A1 [0005, 0072]
• EP 1203626 B1 [0006]
• EP 0758571 B1 [0007]
• EP 1779967 A2 [0008]
• EP 1473116 A1 [0010]
• EP 1698432 A2 [0010]
• EP 2308644 A2 [0010]
• WO 2016058661 A1 [0010]
• EP 1916060 B1 [0011]
• WO 2011042091 A1 [0012]
• WO 2011107227 A1 [0012]
• EP 1243380 A2 [0014]
• WO 2015059007 A1 [0015, 0016, 0017]
• US 9969051 B2 [0015, 0018, 0033]
• DE 102016112999 A1 [0015, 0020]
• EP 1037727 B1 [0022]

Claims (15)

1. Verfahren zur spanenden Bearbeitung von optischen Werkstücken, insbesondere Brillenlinsen aus Kunststoff, bei dem ausgehend von einem Rohling (RL) ein Halbzeug (HZ) mit vorbestimmten Flächengeometrien an einer Frontseite (FS) und einer davon abgewandten Rückseite (RS) und mit einem konturierten Rand (RA) von vorbestimmter Randdicke (D2) zwischen der Frontseite (FS) und der Rückseite (RS) ausgebildet wird, mit den folgenden, in der angegebenen Reihenfolge ablaufenden Hauptschritten: i) Bereitstellen des Rohlings (RL), der eine Rohlingsdicke (D1) besitzt, an der Frontseite (FS) bereits die vorbestimmte Flächengeometrie aufweisen kann und wenigstens an der Rückseite (RS) sowie dem Rand (RA) zu bearbeiten ist; ii) blockloses Aufnehmen des Rohlings (RL) an der Rückseite (RS) zum abgestützten Halten des Werkstücks; iii) Bearbeiten des Rohlings (RL) an der Frontseite (FS) mittels eines ersten Werkzeugs (WZ1), zur Ausbildung einer umlaufenden Nut (NU) oder Stufe (ST) mit einer Tiefe (TI), welche größer oder gleich der Randdicke (D2) des auszubildenden Halbzeugs (HZ) und kleiner als die Rohlingsdicke (D1) ist, oder eines umlaufenden Einstichs, der wenigstens teilweise eine Tiefe gleich der Rohlingsdicke (D1) besitzt, so dass am Werkstück eine Umfangsfläche (UF) verbleibt, die den konturierten Rand (RA) des auszubildenden Halbzeugs (HZ) definiert; iv) Aufnehmen des Werkstücks an der Frontseite (FS) zum abgestützten Halten des Werkstücks; und v) Bearbeiten des Werkstücks an der Rückseite (RS) mittels wenigstens eines zweiten Werkzeugs (WZ2), zur Ausbildung des Halbzeugs (HZ) mit der vorbestimmten Flächengeometrie an der Rückseite (RS).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Hauptschritt iii) bei Ausbildung der umlaufenden Nut (NU) oder Stufe (ST) oder des umlaufenden Einstichs mittels des ersten Werkzeugs (WZ1) eine Randkontur (RK1) am Halbzeug (HZ) erzeugt wird, die bezüglich einer Randkontur (RK2) des fertig bearbeiteten Werkstücks ein geringfügiges Übermaß aufweist, und wobei die Randkontur (RK2) des fertig bearbeiteten Werkstücks erst nach dem Hauptschritt v) zur Bearbeitung der Rückseite (RS) des Werkstücks erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im Hauptschritt iii) bei oder nach Ausbildung der umlaufenden Nut (NU) oder Stufe (ST) oder des umlaufenden Einstichs mittels des ersten Werkzeugs (WZ1) oder eines weiteren Werkzeugs eine Randkontur (RK2) am Halbzeug (HZ) erzeugt wird, die schon einer Randkontur (RK2) des fertig bearbeiteten Werkstücks entspricht.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei im Hauptschritt iii) eine Fase (FA1) am Übergang zwischen dem Rand (RA) und der Rückseite (RS) des auszubildenden Halbzeugs (HZ) und/oder eine Fase am Übergang zwischen dem Rand (RA) und der Frontseite (FS) des auszubildenden Halbzeugs (HZ) angebracht wird bzw. werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei im Hauptschritt iii) die Fase oder Fasen (FA1) mittels des ersten Werkzeugs (WZ1) zugleich mit der umlaufenden Nut (NU) oder Stufe (ST) oder dem umlaufenden Einstich angebracht wird bzw. werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei im Hauptschritt iii) eine Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück am Rand (RA) und/oder an der Frontseite (FS) des auszubildenden Halbzeugs (HZ) erzeugt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei im Hauptschritt iii) die Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück mittels des ersten Werkzeugs (WZ1') zugleich mit der umlaufenden Nut (NU) oder Stufe (ST) oder dem umlaufenden Einstich ausgebildet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei es sich bei der im Hauptschritt iii) erzeugten Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück um eine Spitz- oder Dachfacette (SF) oder eine umlaufende Rille oder Nut am Rand (RA) des auszubildenden Halbzeugs (HZ) handelt und/oder wobei die im Hauptschritt iii) erzeugte Befestigungsgeometrie für das fertig bearbeitete Werkstück eine oder mehrere Bohrungen oder Kerben an der Frontseite (FS) und/oder dem Rand (RA) umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eingangs des Hauptschritts iii) das erste Werkzeug (WZ1) und/ oder das Werkstück so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug (WZ1) zur Ausbildung der umlaufenden Nut (NU) oder Stufe (ST) oder des umlaufenden Einstichs ausgehend von der Frontseite (FS) des Werkstücks an einer stirnseitigen Eintauchstelle in das Werkstück eintaucht.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei eingangs des Hauptschritts iii) das erste Werkzeug (WZ1) und/oder das Werkstück so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug (WZ1) zur Ausbildung der umlaufenden Nut (NU) oder Stufe (ST) oder des umlaufenden Einstichs ausgehend von dem Rand (RA) des Werkstücks an einer randseitigen Eintauchstelle (ES) in das Werkstück eintaucht.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei im Hauptschritt iii) nach dem Eintauchen des ersten Werkzeugs (WZ1) in das Werkstück das erste Werkzeug (WZ1) und/oder das Werkstück so relativ zueinander bewegt werden, dass das erste Werkzeug (WZ1) die Nut (NU) oder Stufe (ST) oder den Einstich in mindestens einem Umlauf am Werkstück erzeugt, und wobei das erste Werkzeug (WZ1) das Werkstück an einer von der stirnseitigen oder randseitigen Eintauchstelle (ES) entfernten randseitigen Austrittsstelle (AS) am Rand (RA) des Werkstücks verlässt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Hauptschritt iii) zur Bearbeitung des Rohlings (RL) an der Frontseite (FS) ein drehend angetriebener Fingerfräser als erstes Werkzeug (WZ1) verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das im Hauptschritt iii) zur Bearbeitung des Rohlings (RL) an der Frontseite (FS) verwendete erste Werkzeug (WZ1) von dem im Hauptschritt v) zur Bearbeitung des Werkstücks an der Rückseite (RS) verwendeten, wenigstens einen zweiten Werkzeugs (WZ2) verschieden ist.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück im Hauptschritt iv) blocklos an der Frontseite (FS) aufgenommen wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Werkstück im Hauptschritt iv) so an der Frontseite (FS) aufgenommen wird, dass das Werkstück mit vollflächiger Abstützung an der Frontseite (FS) gehalten wird.

Images