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Gegenstand der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für ein Brillengestell, ein Bauteil für ein Brillengestell und ein Brillengestell.
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Hintergrund der Erfindung
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Brillengestelle werden überwiegend aus Kunststoff hergestellt. Alternativ dazu werden auch Titanlegierungen mit einem Hauptbestandteil Titan und Legierungszusätzen von zum Beispiel Aluminium (AI), Vanadium (V), Nickel (Ni), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Hafnium (Hf) oder Niob (Nb) werden zur Herstellung von Brillengestellen oder Teilen von Brillengestellen, wie Bügeln eingesetzt. Der Vorteil dieser Werkstoffe ist das relativ geringe Gewicht von Titanlegierungen. So hat zum Beispiel Ti64 eine Dichte von 4,41 g /cm3. Das ermöglicht ein im Vergleich zu anderen Metallen geringeres Gewicht der Brille und erhöht damit den Komfort beim Tragen der Brille. Darüber hinaus zeigen Titanlegierungen keinerlei Neigung zu Oxidation, sind hautfreundlich, für Allergiker geeignet und lassen sich durch geeignete Verfahren vielfältig einfärben.
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Nachteilig sind jedoch der hohe Preis von Titanlegierungen und das, im Vergleich zu Kunststoffbrillen, immer noch relativ hohe Gewicht. Zum Beispiel hat das bei optischen Brillen verbreitete Kunststoffmaterial Zellulose Acetat nur eine Dichte von 1,18 g/cm3 (Gramm pro Kubikzentimeter) und ist damit etwa viermal leichter als die verwendeten Titanlegierungen.
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Der Kosten- und Gewichts-Nachteil von Titanlegierungen gegenüber Kunststoffen führt dazu, dass Brillengestelle aus Titan üblicherweise sehr filigran und leicht konstruiert werden müssen, um Material zu sparen. Das hat zur Folge, dass diese Bauteile üblicherweise aus Drahtformen, oder Bändern hergestellt werden um einen möglichst geringen Materialeinsatz zu ermöglichen. Darüber hinaus müssen Design-Serien in sehr großen Stückzahlen hergestellt werden, um eine akzeptable Kostenstruktur zu erhalten. Das schränkt die Freiheit des Designs von Brillengestellen aus Titan und Titanlegierungen erheblich ein.
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Durch den filigranen Aufbau der Brillengestelle ist die Stabilität an besonders beanspruchten Teilen problematisch. Eine Reparatur von Brillengestellen oder Brillenbügeln aus Titanlegierungen ist sehr aufwändig und kann nur von speziellen Fachgeschäften durchgeführt werden. Für Sehbehinderungen, die speziell starke optische Gläser benötigen sind Brillengestelle aus Titan häufig nicht einsetzbar, weil die filigrane Bauweise mit den dickeren Gläsern kein geschmackvolles Brillendesign zulässt. Hier muss dann auf Brillen zurückgegriffen werden, bei denen das Brillengestell und die Bügel aus Kunststoff hergestellt werden.
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Kombinationen aus Kunststoffen und Titan sind bisher nur schwer umsetzbar, weil Brillengestelle aus Kunststoff zwar eine sehr hohe Designvielfalt ermöglichen, die Kombination mit Titanlegierungen aber diese Vielfalt stark reduziert. Ein massives Brillengestell lässt sich nur schwer mit einem dünnen und filigranen Brillenbügel so kombinieren, dass es eine optisch ansprechende Einheit ergibt.
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Beschreibung der Erfindung
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Vor dem beschriebenen Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Bauteilen für Brillengestelle, sowie vorteilhafte Bauteile für Brillengestelle zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein vorteilhaftes Brillengestell zur Verfügung zu stellen.
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Die genannten Aufgaben werden durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein Bauteil für ein Brillengestell nach Anspruch 9 und ein Brillengestell nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für ein Brillengestell zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil schichtweise mittels eines 3D-Druck-Verfahrens aufgebaut bzw. gefertigt wird. Dabei wird ein Werkstoff verwendet, der ein Metall umfasst. Der Werkstoff kann also ein Metall oder eine Metalllegierung sein oder ein Metall oder eine Metalllegierung umfassen. Im Rahmen des Verfahrens wird das Bauteil so aufgebaut bzw. gefertigt wird, dass das Bauteil zumindest teilweise im Inneren hohl ausgestaltet ist. Das Bauteil umfasst mit anderen Worten mindestens einen Hohlraum, der vorzugsweise von dem verwendeten Werkstoff umschlossen wird.
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Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass ein innen hohles Bauteil erzeugt wird, welches deutlich leichter ist als ein analoges Bauteil aus Vollmaterial. Es kann so eine Gewichtsersparnis von mindestens 50% gegenüber dem gleichen Bauteil aus Vollmaterial erreicht werden. Damit sind Brillengestelle, Brillenbügel oder sonstige Teile von Brillengestellen aus Metall oder einer Metalllegierung mit äußerlich massivem dreidimensionalem Design möglich. Gleichzeitig werden die Materialkosten erheblich reduziert.
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Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens der ein Metall umfassende Werkstoff als Pulver selektiv gesintert oder aufgeschmolzen. Der Prozess erfolgt vorteilhafterweise in Schichten und nur in den Bereichen in denen die metallische Struktur entstehen soll. Bevorzugt kann als 3D-Druck-Verfahren Selektives Lasersintern (SLS - Selective Laser Sintering) oder Selektives Laserschmelzen (SLM - Selective Laser Melting) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM - Electron Beam Melting) angewendet werden.
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Der Metall umfassende Werkstoff umfasst bevorzugt Titan und/oder mindestens eine Titanlegierung und/oder Kupfer und/oder mindestens eine Kupferlegierung und/oder mindestens ein Edelmetall und/oder mindestens eine Edelmetalllegierung und/oder einen Edelstahl. Beispielsweise kann der Metall umfassende Werkstoff Ti64 (Ti6Al4V) und/oder eine Titan-NickelLegierung (TiNi-Legierung) und/oder eine TiNi-Legierung mit Eisen (Fe) und/oder mit Niob (Nb) und/oder Messing (Kupfer mit Zink) und/oder Bronze (Kupfer mit Zinn) und/oder Kupfer mit Zinn, Zink und Nickel, zum Beispiel das unter den Handelsnamen Monel und Alpaka vertriebene Material, und/oder Gold und/oder Gold mit Silber und Kupfer und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Silber und/oder Silber mit Kupfer umfassen. Die genannten Materialien haben den Vorteil, dass sie hautfreundlich sind und optisch ansprechende, edle Designoptionen bieten.
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Grundsätzlich kann es sich bei dem Bauteil des Brillengestells um einen Brillenbügel oder ein Teil eines Brillenbügels oder einen Nasenflügel oder eine Brillenglaseinfassung handeln. Es kann insbesondere auch ein komplettes Brillengestell gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Variante wird das Bauteil so hergestellt, dass es eine Längsrichtung und senkrecht dazu einen Querschnitt mit einer Höhe h und einer Breite b aufweist. Dabei kann der Querschnitt eine runde oder ovale oder eckige Form aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Höhe h größer sein als 4 Millimeter und/oder die Breite b größer sein als 4 Millimeter. Es können also auch optisch massive Bauteile, insbesondere breite Bügel oder dicke Glaseinfassungen, gefertigt werden, die gleichzeitig vergleichsweise leicht sind. Prinzipiell kann durch die hohle Ausgestaltung ein Metall umfassendes Bauteil hergestellt werden, welches ein ähnliches Gewicht wie ein vergleichbares Kunststoffbauteil hat.
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In einer weiteren Variante wird das Bauteil so hergestellt, dass es eine Oberfläche aufweist, die so ausgestaltet wird, dass sie mit Kunststoff fest verbindbar ist. Es kann zum Beispiel im Rahmen des Verfahrens eine entsprechende Oberfläche bereits bei dem 3D-Druckvorgang rau ausgestaltet werden. Weiterhin können geeignete Materialen für eine Verbindung mit Kunststoff auf die Oberfläche aufgebracht werden. Die Möglichkeit der Kombination eines Metall umfassenden Bauteils mit Kunststoff bietet eine Vielzahl neuer Gestaltungsvarianten, die insbesondere die Vorteile beider Materialien optimal kombinieren und nutzen können.
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Das erfindungsgemäße Bauteil für ein Brillengestell zeichnet sich dadurch aus, dass es im Inneren zumindest teilweise hohl ausgestaltet ist und aus einem Werkstoff, der ein Metall umfasst, aufgebaut ist bzw. hergestellt ist. Das Bauteil kann also zum Beispiel aus Metall oder einer Metalllegierung bestehen oder ein solches Material umfassen. Vorzugsweise ist das Bauteil mit einem zuvor beschriebenen Verfahren hergestellt. Das Bauteil hat die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile.
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Vorteilhafterweise umfasst der Metall umfassende Werkstoff Titan und/oder mindestens eine Titanlegierung und/oder Kupfer und/oder mindestens eine Kupferlegierung und/oder mindestens ein Edelmetall und/oder mindestens eine Edelmetalllegierung und/oder ein Edelstahl umfasst. Insbesondere kann der Metall umfassende Werkstoff Ti64 (Ti6AI4V) und/oder eine TiNi-Legierung und/oder eine TiNi-Legierung mit Eisen (Fe) und/oder mit Niob (Nb) und/oder Messing (Kupfer mit Zink) und/oder Bronze (Kupfer mit Zinn) und/oder Kupfer mit Zinn, Zink und Nickel und/oder Gold und/oder Gold mit Silber und Kupfer und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Silber und/oder Silber mit Kupfer umfassen.
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Bei dem Bauteil kann es sich um einen Brillenbügel oder ein Teil eines Brillenbügels oder einen Nasenflügel oder eine Brillenglaseinfassung handeln.
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Das Bauteil kann eine Längsrichtung und senkrecht dazu einen Querschnitt mit einer Höhe h und einer Breite b aufweisen. Der Querschnitt kann eine runde oder ovale oder eckige Form aufweisen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Höhe h größer sein als 4 Millimeter und/oder die Breite b größer sein als 4 Millimeter. Dies ermöglicht eine variable und flexible Formgestaltung, insbesondere auch optisch massive Gestaltungen.
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Weiterhin kann das Bauteil eine Oberfläche aufweisen, die zu einer festen Verbindung mit Kunststoff ausgelegt ist. Eine lösbare Verbindung mit weiten Bauteilen, insbesondere Kunststoffbauteilen kann ebenfalls vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Brillengestell umfasst ein zuvor beschriebenes erfindungsgemäßes Bauteil. Es hat die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem erfindungsgemäßen Bauteil genannten Eigenschaften und Vorteile.
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Die Erfindung hat zusammenfassend den Vorteil, dass sie eine Herstellung vom Brillengestellen, Brillenbügeln oder sonstigen Teilen von Brillengestellen aus Metall oder Metalllegierungen mit äußerlich massivem dreidimensionalem Design ermöglicht. Aufgrund des verwendeten Materials sind die genannten Bauteile bzw. das Brillengestell gut formbar und für einen Optiker einfach an Kundenwünsche anzupassen.
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Figurenliste
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Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. Alle bisher und im Folgenden beschriebenen Merkmale sind dabei sowohl einzeln als auch in einer beliebigen Kombination miteinander vorteilhaft. Das im Folgenden beschriebene Ausführungsbeispiel stellt lediglich ein Beispiel dar, welches den Gegenstand der Erfindung jedoch nicht beschränkt.
- 1 zeigt schematisch einen Brillenbügel von der Seite.
- 2 zeigt schematisch den in der 1 gezeigten Brillenbügel von oben.
- 3 zeigt schematisch den in den 1 und 2 gezeigten Brillenbügel in einer perspektivischen und teilweise geschnittenen Ansicht.
- 4 zeigt schematisch den in den 1 bis 3 gezeigten Brillenbügel in einer perspektivischen Ansicht.
- 5 zeigt schematisch den in der 4 markierten Ausschnitt vergrößert in einer perspektivischen und im Querschnitt aufgeschnittenen Ansicht.
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert. Die 1 zeigt schematisch einen Brillenbügel 10 von der Seite. Die 2 zeigt schematisch den in der 1 gezeigten Brillenbügel von oben. Der Brillenbügel 10 umfasst einen ersten Bereich 15, der optisch massiv gestaltet ist, und einen an den ersten Bereich 15 anschließenden zweiten Bereich 16. Der zweite Bereich 16 ist optisch filigran gestaltet. Optional kann zwischen dem ersten Bereich 15 und dem zweiten Bereich 16 ein Übergangsbereich 17 angeordnet sein. Der Brillenbügel 10 umfasst in dem ersten Bereich 15 eine Stirnseite 19. In dem in der 1 gezeigten Beispiel ist an der Stirnseite 19 eine Vorrichtung 14, beispielsweise ein Scharnier oder ein Teil eines Scharniers, zur Befestigung des Bügels an einer Brillenglaseinfassung angeordnet.
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Der Brillenbügel 10 weist eine Längsrichtung 11 auf. Er weist zudem senkrecht zur Längsrichtung 11 einen Querschnitt auf. Die Querschnittsebene umfasst eine erste, in Bezug auf die Längsrichtung 11 radiale Richtung 12 und eine zweite, in Bezug auf die Längsrichtung 11 radiale Richtung 13. Die erste radiale Richtung 12 steht senkrecht auf der zweiten radialen Richtung 13. Der erste Bereich 15 des Brillenbügels 10 weist in der ersten radialen Richtung 12 eine Höhe h und in der zweiten radialen Richtung 13 eine Breite b auf. Die Höhe h kann größer sein als 4 Millimeter. Zusätzlich oder alternativ dazu kann die Breite b größer sein als 4 Millimeter. In der vorliegenden Ausführungsvariante ist die Höhe h größer als die Breite b.
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Der Querschnitt des ersten Bereichs 15 und/oder des zweiten Bereichs 16 und/oder des Übergangsbereichs 17 kann zum Beispiel eine runde oder ovale oder eckige Form aufweisen. In der vorliegenden Ausführungsvariante weisen der erste Bereich 15 eine längliche, an den Rändern abgerundete Form, der Übergangsbereich 17 eine ovale Form und der zweite Bereich 16 eine runde Form im Querschnitt auf.
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Die 3 zeigt schematisch den in den 1 und 2 gezeigten Brillenbügel in einer perspektivischen und teilweise geschnittenen Ansicht. Die 4 zeigt schematisch den in den 1 bis 3 gezeigten Brillenbügel in einer perspektivischen Ansicht. Die 5 zeigt schematisch den in der 4 markierten Ausschnitt 20 vergrößert in einer perspektivischen und im Querschnitt aufgeschnittenen Ansicht. Der erste Bereich 15, der zweite Bereich 16 und der Übergangsbereich 17 umfassen einen im Inneren des Brillenbügels 10 angeordneten Hohlraum 21. Alternativ zu der gezeigten Ausführungsvariante können auch eine Anzahl Hohlräume vorgesehen sein. Zum Beispiel können der erste Bereich 15 und/oder der zweite Bereich 16 und/oder der dritte Bereich 17 jeweils separate, also voneinander getrennte Hohlräume umfassen.
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Der in den 1 bis 5 gezeigte Brillenbügel 10 ist aus einem Werkstoff, der ein Metall umfasst, aufgebaut ist bzw. hergestellt. Er kann also zum Beispiel aus Metall oder einer Metalllegierung bestehen oder ein solches Material umfassen. Der Brillenbügel 10 oder ein Brillengestell oder Teile von Brillengestellen, wie insbesondere Nasenflügel oder Glaseinfassungen, können gemäß dem im Folgenden beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Sie können die in diesem Zusammenhang angeführten Materialien umfassen oder aus diesen bestehen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für ein Brillengestell, beispielsweise zur Herstellung des in den 1 bis 5 gezeigten Brillenbügels 10, zeichnet sich dadurch aus, dass das Bauteil schichtweise mittels eines 3D-Druck-Verfahrens aufgebaut bzw. gefertigt wird. Dabei wird ein Werkstoff verwendet, der ein Metall umfasst. Der Werkstoff kann also ein Metall oder eine Metalllegierung sein oder ein Metall oder eine Metalllegierung umfassen. Im Rahmen des Verfahrens wird das Bauteil so aufgebaut bzw. gefertigt wird, dass das Bauteil zumindest teilweise im Inneren hohl ausgestaltet ist, also zum Beispiel einen Hohlraum 21 aufweist.
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Vorzugsweise wird im Rahmen des Verfahrens der ein Metall umfassende Werkstoff als Pulver selektiv gesintert oder aufgeschmolzen. Der Prozess erfolgt vorteilhafterweise in Schichten und nur in den Bereichen in denen die metallische Struktur entstehen soll. Bevorzugt kann als 3D-Druck-Verfahren Selektives Lasersintern (SLS - Selective Laser Sintering) oder Selektives Laserschmelzen (SLM - Selective Laser Melting) oder Elektronenstrahlschmelzen (EBM - Electron Beam Melting) angewendet werden.
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Der Metall umfassende Werkstoff umfasst bevorzugt Titan und/oder mindestens eine Titanlegierung und/oder Kupfer und/oder mindestens eine Kupferlegierung und/oder mindestens ein Edelmetall und/oder mindestens eine Edelmetalllegierung und/oder einen Edelstahl. Beispielsweise kann der Metall umfassende Werkstoff Ti64 (Ti6Al4V) und/oder eine Titan-NickelLegierung (TiNi-Legierung) und/oder eine TiNi-Legierung mit Eisen (Fe) und/oder mit Niob (Nb) und/oder Messing (Kupfer mit Zink) und/oder Bronze (Kupfer mit Zinn) und/oder Kupfer mit Zinn, Zink und Nickel, zum Beispiel das unter den Handelsnamen Monel und Alpaka vertriebene Material, und/oder Gold und/oder Gold mit Silber und Kupfer und/oder Platin und/oder Palladium und/oder Silber und/oder Silber mit Kupfer umfassen.
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Prinzipiell haben Brillenbügel und Brillengestelle aus den genannten Metalllegierungen den Vorteil, dass sie gut formbar sind und für den Optiker einfach auf Kundenwünsche anzupassen sind. Die Edelmetalle werden von Kunden gewünscht, die eine ausgesprochen werthaltige Brille tragen möchten. Die oben genannten Metalle haben im Vergleich zu Titan oder Kunststoff eine deutlich höhere Dichte. Brillengestelle, Brillenbügel oder Teile davon sind immer so auszulegen, dass ein minimales Gewicht gegeben ist. Daher sind diese Teile bisher auf dünne Drahtformen oder randlose Brillen beschränkt. Durch die Erfindung können Teile für Brillengestelle aus den genannten Metallen und Legierungen mit großer gestalterischer Vielfalt hergestellt werden, also zum Beispiel eckige, runde oder ovale Bauteile mit Höhen und Breiten von mehr als 4 Millimetern.
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Die Bauteile können zudem mit Kunststoffteilen kombinierbar sein. Dazu kann das entsprechende Bauteil so hergestellt werden, dass es eine Oberfläche aufweist, die so ausgestaltet wird, dass sie mit Kunststoff fest verbindbar ist. Es kann zum Beispiel im Rahmen des Verfahrens eine entsprechende Oberfläche bereits bei dem 3D-Druckvorgang rau ausgestaltet werden oder später aufgeraut werden. Weiterhin können geeignete Materialen für eine Verbindung mit Kunststoff auf die Oberfläche aufgebracht werden. Die Möglichkeit der Kombination eines Metall umfassenden Bauteils mit Kunststoff bietet eine Vielzahl neuer Gestaltungsvarianten, die insbesondere die Vorteile beider Materialien optimal kombinieren und nutzen können. Auf diese Weise können Brillengestelle gefertigt werden, die ein Gesamtgewicht (ohne Glas) vergleichbar zu Kunststoffbrillen haben.
