Hörblicke mit ZEISS #014

Brillenglasproduktion – wie ein Rezeptglas gefertigt wird

Mit den „Hörblicken mit ZEISS“ ging es in Folge 14 akustisch in die Brillenglasproduktion – und Gesprächsgast Heinrich Raub erläuterte, wie ein Brillenglas entsteht und produziert wird.

Wenn wir uns der Brillenglasproduktion zuwenden, könnten hier ganze Abhandlungen verfasst werden. Denn die Produktion von Brillengläsern – in dem Fall von Kunststoffgläsern – ist ein sehr aufwändiger und komplexer Prozess, in den wohl nur die Wenigsten, ob Brillenträger oder nicht, einen Einblick haben dürften. Bis ein Glas fertig erstellt ist und sich auf dem auf dem Versandweg zum Optiker befindet, vergehen im Schnitt 35 reine Arbeitsstunden. Die Hörblicke haben nachgefragt.

Hörblicke: Was ist für dich der spannendste Aspekt, wenn wir mal in die Brillenglasproduktion schauen?
Heinrich Raub: Von den vielen Werksführungen, die ich bei ZEISS schon durchgeführt habe, weiß ich, dass unter unseren Besuchern, die zum Großteil ja selbst Optiker sind, teilwese großes Erstaunen herrscht, wie viel Technologie und Arbeit hinter der Produktion eines Brillenglases steckt.

Hörblicke: Worin unterscheidet sich die Produktion von Rezeptgläsern von Massen- beziehungsweise Lagergläsern?
Heinrich Raub: Bei den Massen- oder Lagergläsern werden die nötigen Glasstärken schon im Voraus produziert, und die Gläser werden zum größten Teil entspiegelt beziehungsweise beschichtet. Anschließend werden sie in das Lager eingebucht und von dort fertig an den Optiker geliefert.

Bei den Rezeptgläsern reden wir von Gläsern, die in der Regel zunächst über eine fertige Fläche verfügen Meist ist das die Vorderfläche oder Vorderseite. Wobei wir hier nur von Kunststoffgläsern sprechen. Bei den mineralischen Gläsern sieht das etwas anders aus. Da aber der Anteil an diesen Gläsern unter zehn Prozent liegt, gehe ich auf deren Herstellungsverfahren hier weiter nicht ein.

Kunststoffgläser werden in einem sogenannten Abgussverfahren hergestellt. Hierbei werden zwei Glasflächen links und rechts in den Rand eines breiten Gummirings eingefügt. Der dadurch entstehende Hohlraum wird mit sogenannten Kunststoff-Monomeren befüllt, also zwei flüssigen Kunststoffen, die eine chemische Verbindung eingehen, auch Polymerisation genannt. Die Gläser härten über einen definierten Prozess aus und werden abschließend in einem „Temperofen" ausgehärtet. Der Gummiring wird dann entfernt und fertig ist das sogenannte Vor- oder Halbfabrikat eines Brillenglases.

Hörblicke: Wann genügt ein Lagerglas? Ist ein Lagerglas die Lesebrille, die ich zum Beispiel in einem Drogeriemarkt für ein paar wenige Euro kaufen kann?
Heinrich Raub: Die angesprochene Lesebrille ist auch ein Massenglas, allerdings ist hier die Herstellung wieder etwas anders. Solche Gläser werden in der Regel mittels eines Spritzgussverfahrens und somit eines deutlich einfacheren Prozesses produziert. Bei Massengläsern reden wir von Gläsern in den Sehstärken, die oft und viel gebraucht werden. So zum Beispiel Gläser im Einstärkenbereich für die klassische Fern- oder Nahbrille, die keinen Lesezusatz enthalten. Die Brillengläser können dadurch in großen Stückzahlen, also in Masse, hergestellt werden. Sie werden dann in das Lager eingebucht und können schnell ausgeliefert werden.

Hörblicke: Ist dann schlussfolgernd ein Gleitsichtglas immer ein Rezeptglas?Heinrich Raub: Ja, korrekt. Wobei ich ergänzend sagen muss, dass auch Einstärkengläser Rezeptgläser sein können, wenn sie individuell angefertigt werden. Denn abhängig von der Qualität des Brillenglases, die der Kunde bestellt, können auch Einstärkengläser von so komplexer Produktionstechnologie sein, dass diese nicht ausschließlich als Lager- oder Standardglas hergestellt werden können. Bei Standardgläsern verhält es sich nämlich so, dass eine bestimmte Durchbiegung des Glases für verschiedene Glasstärken verwendet wird. Bestellt ein Kunde jedoch ein individuell zu fertigendes Glas, ist dessen Abbildung einfach besser.

Zentraler Bearbeitungsschritt in der Freiformtechnologie: Drehen der Glasrückseite

Zentraler Bearbeitungsschritt in der Freiformtechnologie: Drehen der Glasrückseite

Hörblicke: Was passiert bei der Herstellung eines Rezeptglases im nächsten Schritt?
Heinrich Raub: Wie oben beschrieben, ist ja die eine Fläche des Glases fertig, in dem ich das Halbfabrikat abgieße, und die Vorderseite – in der Regel ist es die Vorderfläche – nicht mehr anrühre. Diese muss dann noch mit einem Schutzlack entsprechend geschützt werden. Diese Fläche wird dann fixiert, damit dann die Rück- oder auch Hohlseite des Glases bearbeitet werden kann. Hier werden dann das Design und die Stärke, also die Rezeptdaten des Kunden, reingefräst. Das passiert in dem sogenannten High-Speed-Cutting Verfahren, bei dem eine Art 3D-Fräser mit drei verschiedenen Werkzeugen mit drei Graduierungsstufen das Glas bearbeitet. Am Schluss wird das Glas noch poliert und fertig sind dann Vor- und Rückfläche des Brillenglases.

Hörblicke: Was ist aus deiner Sicht der aufwändigste Produktionsprozess?
Heinrich Raub: Der aufwändigste Prozess liegt nicht in der Grundglasfertigung. Hier ist eher das Know-how ganz wichtig. Wir haben in einer früheren Folge der Hörblicke mit ZEISS ja schon einmal über das Brillenglasdesign gesprochen, bei dem es um die Berechnung von Designs geht. Bei der Produktion ist der Beschichtungsprozess derjenige, der der Herstellung vieles abverlangt. Kunststoffgläser erhalten hier zunächst eine Hartbeschichtung, die sehr hohe Anforderungen an deren Auftragen aufweist – so allein durch die Reinraum-Umgebung oder auch an die Beschaffenheit des Hartlacks, der gleichzeitig zäh und flüssig genug sein muss. Und dann kommen die Entspiegelungsschichten, die pro Glasseite aus bis zu neun verschiedenen Schichten bestehen können. Das ist ein diffiziler Prozess, der auch sehr gut gesteuert werden und regelmäßig überprüft sein muss. Also daraufhin, ob die Schichten die Dicke haben, die sie haben sollen, und dass die Qualität immer gleichbleibend ist.

 

Aufbau einer Beschichtung (ZEISS DuraVision)

Aufbau einer Beschichtung (ZEISS DuraVision)

Hörblicke: Heißt das, dass ein Lagerglas nicht so aufwändig beschichtet bzw. entspiegelt wird?
Heinrich Raub: Auch Lagergläser haben diese Beschichtungen, nur eben dass man hier an die Menge angepasste, festgelegte Prozesse nutzt.

Hörblicke: Es gibt also drei Phasen bei der Produktion: die Vorarbeit, also die Herstellung des Halbfabrikats, die Formgebung und Flächenbearbeitung und die Beschichtung…
Heinrich Raub: Es gibt noch eine vierte, die Färberei. Hierher kommen die Gläser, die auf Kundenwunsch eingefärbt werden, bevor sie in die Beschichtung gehen. Das heißt, es werden die unversiegelten Grundgläser gefärbt. Dieser Arbeitsprozess dauert auch nochmals mehrere Stunden, weil die Gläser in ein entsprechendes Färbebad eingetaucht werden.

Hörblicke: Wie automatisiert läuft die Produktion. Wie viele Maschinen kommen zum Einsatz?
Heinrich Raub: In der Grundglasfertigung sind große Anlagen installiert, die das Vorschleifen und somit den größten Materialabtrag vom Vorfabrikat übernehmen. Sie erzeugen somit die eigentlichen optischen Werte. Dann gibt es Anlagen die im weiteren Prozessschritt die Politur der vorgeschliffenen Flächen durchführen. Reinigungsanlagen schließen sich an, um die Gläser gründlich zu reinigen. Das ist ein sehr wichtiger Prozess, denn auf den Gläsern dürfen kein Fitzelchen Staub, Schmutz oder Restpartikel von der Politur mehr vorhanden sein. Die Reinigungsanlage sieht übrigens ein bisschen aus wie eine Autowaschanlage, in der zwei Bürsten die Gläser schrubben. Dazu durchlaufen die Gläser dann noch verschiedene Ultraschall-Anlagen, bevor sie dann in die Tauchbäder der Hartbeschichtung übergehen. Von dort geht es dann in die Entspiegelungsanlagen. Am Schluss der Prozesskette befinden sich die Endkontrolle und die Verpackungsautomaten.

Hörblicke: Bedeutet das, dass die Endkontrolle nur rein maschinell erfolgt?
Heinrich Raub: Grundsätzlich gibt es bei jedem Produktionsschritt maschinelle wie visuelle Stichkontrollen; jedoch wird am Ende der Produktionskette jedes einzelne Glas nochmals manuell beziehungsweise visuell kontrolliert. Kontrollen in der Färberei zum Beispiel erfolgen rein visuell, die kann man per Maschinen überhaupt nicht durchführen.

Hörblicke: Gibt es im Fertigungsprozess von Brillengläsern auch „Speziallfälle“, die von einer Produktions- Norm abweichen? Nennen wir hier zum Beispiel vergrößernde Sehhilfen…
Heinrich Raub: Ja, es gibt bei uns in der Produktion einen Bereich, in dem auch noch ältere Maschinen stehen, die Gläser mit höheren Stärken und Durchbiegung herstellen können – so zum Beispiel für Brillenträger mit einer sehr starken Hornhautverkrümmung. Hier kann es dann sein, dass auch noch die Vorderflächen eines Glases bearbeitet werden müssen und erst dann die Rückfläche, um eben diese hohen Stärken realisieren zu können. Die angesprochenen vergrößernden Sehhilfen sind wiederum ein anderes Thema, da hier optische Systeme auf Brillengläser montiert werden.

Hörblicke: Okay, aber doch nochmal zu den vergrößernden Sehhilfen. Sie sind ja nicht nur für Menschen, die sehr schlecht sehen, sondern bestehen auch aus Spezialanfertigungen, die von bestimmten Berufsgruppen verwendet werden, vor allem im medizinischen Bereich…
Heinrich Raub: Handchirurgen fallen hier drunter, aber natürlich auch Zahnärzte. Generell unterscheiden wir in zwei Systeme. Zum einen gibt es die Galileo-Systeme, die nach dem Prinzip von recht alten Fernrohren bestehen, zum anderen gibt es Systeme nach dem Prinzip der Keppler'schen Fernrohre, die ein bisschen wie ein normales Fernrohr aussehen. Diese zwei Systeme kommen für verschiedene Anwendungen zum Tragen. Für einen Zahnarzt wäre eine klassische Anwendung das Galileo-System, das wie ein Knopf auf der Brille aussieht.

Hörblicke: Gehen wir noch einmal auf die Brillenglasproduktion ein. Du hast davon gesprochen, dass bei den Gläsern die Rückseite bearbeitet wird. Handelt es sich bei diesem Verfahren um die sogenannte Freiformtechnologie, die heute ja flächendeckend in der Brillenglasherstellung eingesetzt wird?
Heinrich Raub: Die Freiformtechnologie ist ein sehr spannendes Thema. Sie wurde von ZEISS entwickelt und ist bei uns seit 2000 im Einsatz. Zuvor wurden die Gläser in der Regel mit der Fläche in der Vorderseite des Glases abgegossen – sprich, die Vorderseite des Glases enthielt bereits das entsprechende Brillenglasdesign. Allerdings hatte das den Nachteil, dass man sehr viele Gläser, in dem Fall Halbfabrikate, vorhalten musste. Für Gleitsichtgläser waren zum Beispiel vier bis fünf verschiedene Produkte mit jeweils allen unterschiedlichen Brechungsindizes sowie deren unterschiedlichen Abstufungen für den jeweiligen Lesezusatz erforderlich und – nicht zu vergessen – auch noch als rechtes oder linkes Glas. Grundsätzlich lag einer der Nachteile dieser Fertigung aus Halbfabrikaten darin, dass aus dem gleichen Halbfabrikat mehrere Stärken produziert wurden. Aufgrund unzähliger Möglichkeiten und Kombinationen der Brillenglasverordnungen (Sehstärken) konnte nicht für jede Stärke das aus heutiger Sicht optimale Glas produziert werden. Dies änderte sich grundlegend mit der Einführung der Freiformtechnologie. Seither wird für jedes Glas das optimale Design errechnet und dann gefertigt.

Hörblicke: Wie lange braucht denn nun ein Glas, bis es fertig bei uns produziert ist?
Heinrich Raub: 92% aller Brillengläser müssten so nach ca. 2 (Werk-)Tagen geliefert sein und sind nach ungefähr 35 reinen Arbeitsstunden gefertigt. Soll das Glas gefärbt werden, braucht es einen längeren Zeitraum. Wird das Glas bei uns auch noch komplett in die Fassung eingearbeitet, geht es vor Auslieferung noch in die Einschleifwerkstatt.

Hörblicke: Was passiert in der Einschleifwerkstatt? Sitzen dort ausgebildete Augenoptiker, die das fertige Glas in das Gestell, das der Augenoptiker zu uns eingeschickt hat, einarbeiten, so dass die Brille das komplett fertig von uns an unsere Kunden ausgeliefert wird?
Heinrich Raub: Jein. In Deutschland ist die Standard-Lösung die, dass der Augenoptiker das von uns gelieferte Brillenglas in seiner Werkstatt selbst in die Fassung einarbeitet. Wir bieten als einen Service aber das sogenannte Remote-Edging, das Formranden, an, bei dem uns die Fassungswerte vom Optiker vorliegen, anhand derer wir die Randung für die Fassung durchführen können. Für den Optiker bleiben dann eigentlich nur noch Feinarbeiten, um das Glas in das Gestell einzuarbeiten. Ein Full-Service, das sogenannte Glasing, das wir auch anbieten, ist die Variante, die in der Frage angesprochen wurde. In diesem Fall schickt uns der Augenoptiker die Fassung zu, und wir können die Brille hier bei uns im Haus komplett fertigstellen.

Hörblicke: Was ist abschließend aus deiner Sicht der wichtigste Aspekt, den ein Brillenträger über die Produktion von Brillengläsern wissen sollte, um für sich zu entscheiden, dass er die richtige Wahl beim Kauf einer Brille trifft? Denn es gibt ja nun mal billigere und höherpreisige Gläser…
Heinrich Raub: Wenn wir uns Brillengläser, genauer Rezeptgläser, anschauen, gibt es ja unterschiedliche Ausführungsstufen. Wenn man zum Beispiel von Standard-Werten abweicht, gibt es die Möglichkeit, das in den Brillengläsern zu berücksichtigen. Dies bedeutet natürlich einen deutlich höheren Aufwand in der Berechnung der Brillenglasflächen (des Designs eines Brillenglases). Aus meiner Sicht ist das wichtigste für den Verbraucher sich zu fragen, ob ihm sein Optiker genügend und die richtigen Fragen stellt. Sprich: Versteht der Optiker seinen Bedarf? Häufig ist noch gar nicht bekannt, dass es auch im Bereich der Brillengläser individualisierte Lösungen gibt, und eben eine Brille nicht alle unterschiedlichen Ansprüche abdeckt – und es auch nicht kann. Es ist auch wichtig zu verstehen, dass ein Brillenglas in der individuellen Tragesituation des jeweiligen Brillenträgers exakt vor dem Auge angepasst sein muss. Wenn ich zum Beispiel ein Gleitsichtglas hätte, das für mein Auge um 2 Millimeter falsch angepasst wäre, dann würde sich die Fläche, durch die ich sehe, um bis zu 40 Prozent verringern

Heinrich Raub, ZEISS Markenbotschafter

Heinrich Raub, ZEISS Markenbotschafter

Hörblicke: Was bedeutet, um 2 Millimeter falsch angepasst?
Heinrich Raub: Augen haben ja einen bestimmten Abstand zueinander. Bei dem Blick geradeaus sollte das optische Zentrum des Brillenglases genau auf der Pupillenmitte liegen. Erst dann funktionieren die Gläser optimal. Wenn das zum Beispiel durch eine Messung nicht korrekt angepasst ist, führt das zu Einschränkungen des beidseitigen Sehfeldes bei Gleitsichtgläsern.

Hörblicke: Herzlichen Dank für die Einblicke, die du uns heute gegeben hast.

Hier die einzelnen Produktionsschritte in der Übersicht:

Die Grundglasfertigung

Bei den Rezeptgläsern wird die Brillenglasstärke entsprechend der vom Optiker übermittelten Werte erst während der Produktion in das Glas eingearbeitet. Dabei ist eine Glasfläche bereits fertig vorproduziert, meist ist das die Vorderfläche oder Vorderseite. Man spricht hier vom sogenannten Vor- oder Halbfabrikat. In einem ersten Produktionsschritt wird dieses zunächst mit einem Blockstück verbunden (der Prozess nennt sich „Blocken“). Da die Verbindung auf der bereits fertigen Seite erfolgt, wird zunächst ein Schutzlack auf die Glasoberfläche aufgetragen.

Als Bindematerial zwischen Glas und Blockstück verwendet man eine niedrig- schmelzende Metalllegierung, mit der das halbfertige Glas für die nachfolgende Bearbeitung, die Formgebung und das Polieren quasi „aufgeschweißt“ wird. Nun kann die Rückseite (auch Hohlseite) des Glases bearbeitet werden. Das passiert mittels des sogenannten High-Speed-Cutting Verfahrens, das auf der Rückseite des Glases die individuellen Anpassungen des Brillenglasdesigns einarbeitet. Diese Formgebung umfasst drei Schritte: Das Abzentrieren auf Durchmesser, das Facettieren mittels Fräsen und das Feindrehen mit einem Naturdiamanten. Die geringe Rauhtiefe nach dem darauffolgenden Feindrehen ermöglicht anschließend ein direktes form- bzw. radienerhaltendes Polieren.

Das Brillenglas, also Vorder- und Rückfläche, enthalten nun die Stärke des Glases, die der Optiker bestellt hat. Die Grundglasfertigung ist abgeschlossen.

Der Beschichtungsprozess

Nach der Grundglasfertigung durchläuft das Glas weitere Stationen, die ungleich aufwändiger sind. So der Beschichtungsprozess. Die erste Beschichtung, die auf das Glas aufgetragen wird, ist die Hartbeschichtung. Sie macht das Glas kratzfest. Erst dann folgen die Entspiegelungsschichten, die aus bis zu neun verschiedenen Schichten pro Glasseite bestehen können. Insgesamt ist ein solches „Beschichtungspaket“ etwa 400 nm dick.

Die letzte Schicht, die aufgetragen wird, verleiht dem Glas eine extrem glatte Oberfläche, wodurch es besonders schmutz- und wasserabweisend wird („Lotus“-Effekt). Sie ist nur noch 10 nm dick. Die Qualitätsanforderungen an die Beschichtung/ Entspiegelung sind sehr hoch, da ja vor allem durch deren Güte unter anderem die Langlebigkeit der Gläser gegeben ist.

Der Färbeprozess Egal ob Tönung, Verlaufsfarbe oder auch medizinisch notwendige Färbungen – häufig nehmen Brillengläser vor ihrem Weg in die Beschichtung noch den „Abstecher“ in die Färberei und werden dort über mehrere Stunden eingefärbt. Dabei ist das Besondere bei ZEISS, dass nahezu alle erdenklichen Farben möglich sind. Als Brillenträger kann man sogar ein Kleidungsstück mit einschicken, wenn die Brillengläser genau in diesem Farbton nachgefärbt werden sollen.
Automatisierung in der Brillenglasproduktion

Natürlich laufen viele der Produktionsschritte vollautomatisiert. So gibt es zunächst einmal große Anlagen, die die Vor- bzw. Halbfabrikate herstellen. Danach durchlaufen die Gläser Anlagen für die Formgebung und Politur sowie verschiedene Ultraschall-Reinigungsbäder. Von dort aus geht es in die Anlage für die Hartbeschichtung, in diverse Entspiegelungsautomaten.

Am Schluss in die Endkontrolle und abschließend zur Verpackung/ Versendung. Bei jedem Arbeitsschritt gibt es natürlich Sichtkontrollen, die maschinell oder auch visuell vorgenommen werden. Vor der Auslieferung wird jedes Glas dann noch einmal komplett durchgeprüft. Hierbei wird unter anderem geschaut, ob das Brillenglas den geforderten Spezifikationen entspricht: Brechwert, Achse, Zylinder, Dicke, Design, Durchmesser und anderes mehr

Die Freiformtechnologie – die Revolution der Brillenglasproduktion

Die Freiformtechnologie ist eine patentgeschützte Technologie von ZEISS und ist von allen großen Brillenglasherstellern lizensiert. Seit dem Jahr 2000 kommt sie für individuelle Gläser (ZEISS Individual) bei ZEISS zum Einsatz. Vor der Freiformtechnologie wurden die Gläser in der Regel mit der Fläche in der Vorderseite des Glases abgegossen. Die Vorderseite des Glases enthielt somit bereits das entsprechende Brillenglasdesign. Allerdings hatte das den Nachteil, dass man sehr viele Gläser (in dem Fall sogenannte Halbfabrikate) vorhalten musste.

Für Gleitsichtgläser waren zum Beispiel vier bis fünf verschiedene Produkte mit jeweils allen unterschiedlichen Brechungsindizes sowie deren unterschiedlich Abstufungen für den jeweiligen Lesezusatz erforderlich und – nicht zu vergessen – auch noch als rechtes oder linkes Glas. Grundsätzlich lag einer der Nachteile dieser Fertigung aus Halbfabrikaten darin, dass aus dem gleichen Halbfabrikat grundsätzlich mehrere Stärken produziert wurden. Auf Grund unzähliger Möglichkeiten und Kombinationen der Brillenglasverordnungen (Sehstärken) konnte nicht für jede Stärke das aus heutiger Sicht optimale Glas produziert werden. Dies änderte sich grundlegend mit der Einführung der Freiformtechnologie. Seither wird für jedes Glas das optimale Design errechnet und dann gefertigt.

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