Das Konzept des Stresses
Bei der Betrachtung des Spannungsbegriffs muss zwangsläufig auch die Dehnung einbezogen werden. Spannung bezeichnet die Kraft, die in einem Objekt entsteht, um einer Verformung unter äußerer Einwirkung entgegenzuwirken. Dehnung hingegen beschreibt die relative Veränderung von Form und Größe eines Objekts unter äußerer Einwirkung. Diese beiden Konzepte sind wichtige Parameter zur Beschreibung und Messung des Verhaltens und der Leistungsfähigkeit von Materialien unter Spannung und finden breite Anwendung in der Materialwissenschaft.
Belastung der Linse
In der Materialwissenschaft ist Spannung ein zentrales Konzept. Die Herstellung von Kunststofflinsen ist ein wichtiges Anwendungsgebiet und erfordert fundierte Kenntnisse über Linsenmaterialien. Heutzutage bestehen die meisten auf dem Markt erhältlichen Linsen aus Kunststoff. Während des Produktionsprozesses ist die Entstehung von Spannungen in den Linsen unvermeidbar. Besonders problematisch ist, dass die Auswirkungen dieser Spannungen mit bloßem Auge nicht sichtbar sind und nur mithilfe spezieller optischer Prüfgeräte wie Spannungsmessgeräten effektiv überwacht werden können. Im Allgemeinen können Linsen während der Produktion zwei Arten von inneren Spannungen aufweisen: Orientierungsspannungen und Schrumpfungsspannungen. Beide Spannungsarten können die Qualität und Leistung der Linsen beeinträchtigen und müssen daher sorgfältig beachtet werden.
① Orientierungsstress
Beim Formgebungsprozess von Harzmaterialien werden die Molekülketten hohem Druck und hohen Scherkräften ausgesetzt, was zu drastischen Veränderungen führt. Da die Molekülketten des Materials in einem ungeordneten und entspannten Zustand eingefroren werden, bevor sie vollständig in ihren natürlichen Zustand zurückkehren, entstehen Restspannungen in der Orientierung. Dieses Phänomen ist besonders bei Polycarbonat-Materialien ausgeprägt.
Einfache Erklärung:
Die Linse besteht aus Harz. Beim Formgebungsprozess ist der Übergang von der flüssigen zur festen Phase nicht vollständig gleichmäßig, was zu inneren Spannungen führt. Diese inneren Spannungen äußern sich als Druck von Bereichen höherer Dichte auf Bereiche niedrigerer Dichte.
②Schrumpfungsspannung
Während des Herstellungsprozesses von Harzmaterialien kann es beim Übergang vom Schmelzen zum Abkühlen aufgrund von Schwankungen in der Wandstärke oder den Kühlwasserkanälen zu ungleichmäßigen Kühltemperaturen an den Molekülketten kommen. Diese Temperaturunterschiede können zu unterschiedlich starker Schrumpfung in verschiedenen Bereichen führen. Die unterschiedlichen Schrumpfungsraten in den verschiedenen Bereichen können aufgrund von Zug- und Scherkräften zu Eigenspannungen führen.
Einfache Erklärung:
Während des Abkühlprozesses bei der Linsenherstellung können Faktoren wie Unterschiede in der Linsendicke und deren Beziehung zur internen Kühleinrichtung, zum Beispiel eine schnellere Abkühlung in einigen Bereichen und eine langsamere Abkühlung in anderen, zur Entstehung von inneren Spannungen führen.
Die Beseitigung von Linsenstress
1. Optimierung der Produktionstechniken
Um die Entstehung von inneren Spannungen während der Linsenherstellung zu reduzieren, optimieren und verbessern Linsenhersteller kontinuierlich ihre Produktionstechniken. Im Herstellungsprozess durchläuft die Linse drei Hochtemperaturhärtungsschritte. Der erste Härtungsprozess wandelt die Linse vom flüssigen in den festen Zustand um und beseitigt so die im Festkörper vorhandenen Spannungen. Die beiden darauffolgenden Härtungsschritte dienen der mehrfachen Beseitigung innerer Spannungen und erzielen dadurch eine möglichst gleichmäßige innere Struktur der Linse.
2. Entspannung der Linsenspannung
Gemäß dem Hookeschen Gesetz in der Physik nimmt die Spannung unter konstanter Dehnung mit der Zeit ab – ein Phänomen, das als Spannungsrelaxationskurve bekannt ist. Dies bedeutet, dass die während der Linsenherstellung entstehenden Orientierungs- und Schrumpfungsspannungen mit zunehmender Lagerzeit der Linse nach dem Formen allmählich schwächer werden. Die Relaxationszeit der Linsenspannung hängt eng mit der Dehnung und der äußeren Spannung zusammen. Unter normalen Umständen erreicht die Spannung in der Linse etwa drei Monate nach Abschluss der Produktion ein Minimum. Daher ist die innere Spannung in der Linse im Allgemeinen nach Verlassen des Werks praktisch abgebaut.
Die Entstehung von Stress durch Brillen
Da wir die Belastung von Brillengläsern verstehen, wissen wir, dass deren Einfluss auf einzelne Brillengläser relativ gering und sogar vernachlässigbar ist. Daher werden Belastungsparameter in der chinesischen Norm für Brillengläser nicht als Qualifikationskriterium berücksichtigt. Was ist also die Ursache für die Belastung von Brillengläsern? Sie hängt hauptsächlich mit der Prozesstechnologie der maßgefertigten Brillenherstellung zusammen.
Beim Einsetzen der geschliffenen Brillengläser in die Fassung schleift der Optiker diese etwas größer als die eigentlich benötigte Größe, um ein zu lockeres Sitzen und Herausfallen aus der Fassung zu verhindern. Dies gewährleistet einen sicheren Halt beim Verschrauben und verhindert ein Verrutschen. Allerdings kann dieser Vorgang die Spannung auf den Gläsern erhöhen und zu Tragekomforteinbußen führen. Zu große Gläser oder zu fest angezogene Fassungsschrauben können eine ungleichmäßige Lichtbrechung auf der Glasoberfläche verursachen, die wellenartige Unebenheiten hervorruft und die Bildqualität beeinträchtigt.
Das Phänomen der Brillenstress-Erzeugung
1. Doppelbrechung
Aufgrund des etwas größeren Schliffdurchmessers der Linse führt das Anziehen während des Montageprozesses zu einer Kompression des Linsenrandbereichs und damit zu einer erhöhten Dichte. Diese Dichteänderung verändert den ursprünglichen Brechungsindex der Linse und führt so zum Auftreten von Doppelbrechung.
2. Schief
Streuung: Wenn die Größe während des Montageprozesses der Brille zu eng ist, wird die Linse komprimiert, was zu Oberflächenfalten führt und eine verzerrte Streuung der Linse auslöst.
Bei solchen Problemen kann die Linse aus dem Rahmen entfernt werden, um den Kompressionszustand zu verändern. Diese Veränderung dient der vorübergehenden Spannungsregulierung. Nach Wegfall der äußeren Krafteinwirkung kann sich der Zustand der Linse entspannen oder sogar vollständig wiederherstellen. Es ist jedoch zu beachten, dass bei langfristigen, durch äußeren Druck verursachten inneren Spannungsänderungen selbst durch Aus- und Wiedereinbau der Linse keine Garantie für die Wiederherstellung des ursprünglichen Zustands besteht. In diesem Fall bleibt nur die Anfertigung einer neuen Linse.
Spannungen in den Brillengläsern treten häufiger bei Vollrandbrillen auf, können aber auch bei Halbrandbrillen entstehen, wenn der Brillenrand zu eng sitzt. Dieses Phänomen betrifft meist den Randbereich der Gläser. Geringe Spannungen beeinträchtigen die Sehqualität kaum und sind nicht wahrnehmbar. Bei zu starker Spannung hingegen wirkt sie sich auf die zentrale Sehzone aus und führt zu verschwommenem Sehen und Augenermüdung, insbesondere beim Blick in den peripheren Bereich oder bei schnellen Blickbewegungen.
Da die Belastung von Brillengläsern hauptsächlich durch die Kompression des Rahmens verursacht wird, weisen rahmenlose Brillen eine bessere Entlastungsleistung auf.
Selbsttestmethode für Brillenstress
Unter Einwirkung äußerer Kräfte zeigen Linsen aus unterschiedlichen Materialien aufgrund von Unterschieden in Dichte, Härte und innerer Struktur unterschiedliche Spannungsmuster. Spannungsphänomene können jedoch unabhängig vom Material auftreten. Im Folgenden wird eine Methode zur Spannungsprüfung kurz vorgestellt. Benötigt werden ein Computermonitor und polarisierende Linsen.
Funktionsweise:
1. Schalten Sie den Computer ein und öffnen Sie ein leeres Word-Dokument. (Für Stresstests wird polarisiertes Licht benötigt, und ein Computermonitor ist eine gängige Lichtquelle für Stresstests.)
2. Platzieren Sie die Brille vor dem Computerbildschirm und beobachten Sie aufmerksam, ob irgendwelche ungewöhnlichen Phänomene auftreten.
3. Verwenden Sie polarisierende Linsen (dazu gehören polarisierende Sonnenbrillen, polarisierende Linsenclips und 3D-Kinobrillen), um die Spannungsmuster auf den Brillengläsern und dem Computermonitor zu beobachten.
Polarisationslinsen können die streifenförmige Verzerrung im Randbereich der Linse sichtbar machen, die auf Spannungsmuster hinweist. Die Spannungsverteilung im Glas zeigt sich üblicherweise in Form von Spannungspunkten und Spannungsfeldern, wobei der Grad der Spannungsmuster eng mit der Spannungswirkung auf das Glas zusammenhängt. Durch die Analyse der Spannungsverteilung lässt sich die Richtung der Kompression und das Ausmaß der Dehnung, der die Linse während des Montageprozesses ausgesetzt war, leicht bestimmen.
Bei der Überprüfung zeigte sich, dass die Originallinse vor der Montage auch ohne äußere Krafteinwirkung noch gewisse Spannungen aufweist. Diese entstehen durch ungleichmäßige Kräfte wie Kompression und Schrumpfung während des Produktionsprozesses. Es ist wichtig zu beachten, dass innere Spannungen in Brillengläsern kaum zu vermeiden sind und geringe Spannungsmuster akzeptabel sind. Gleichzeitig sollten sich die Spannungsmuster nicht im optischen Zentrum der Linse konzentrieren, um die Sehqualität nicht zu beeinträchtigen.
Abschließend
Die Belastung durch Brillengläser kann die Sehqualität beeinträchtigen, beispielsweise durch Tragekomfort und Streuung im peripheren Gesichtsfeld. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass sich die Belastung durch Brillengläser kaum vermeiden lässt und die Auswirkungen auf das Sehvermögen in einem angemessenen Rahmen nahezu vernachlässigbar sind. Individuell angefertigte Brillengläser profitieren von der Drehtechnologie, wodurch die Belastung reduziert wird und sie sich mittlerweile zum dominierenden Produkt im Premium-Brillensegment entwickelt haben.
Veröffentlichungsdatum: 12. Januar 2024