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Brillengestellteil und Material zusammen-
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setzung für dessen Herstelluna Die Erfindung betrifft ein Brillengestellteil
und eine Materialzusammensetzung für dessen Herstellung, welches hochwertige und
gut einstellbare Federeigenschaften hat, widerstandsfähig gegen Korrosion ist und
sich gut bearbeiten läßt.
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Brillen haben zusätzlich zu ihrer praktischen Funktion zur Verbesserung
der Sehkraft auch Mode ansprüche zu erfüllen, da sie normalerweise vor dem Gesicht
getragen werden. Bei der Konstruktion von Brillen st das Rrilleno gestell in dieser
Hinsicht der wichtigste Teil. Das Brillengestell darf den Träger auch nach langer
Benutzungszeit nicht ermüden oder ihm Unbehagen bereiten. Dazu muß das Material
des Brillengestells eine hohe, jedoch genau einstellbare Elastizität haben.
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Das Brillengestell wird nahe und teilweise unmittelbar auf der Haut
des Trägers getragen und kommt deshalb häufig
mit korrosiven Substanzen
in Berührung, insbesondere Schweiß und Kosmetika im Gesicht des Trägers. Deshalb
muß das für die Herstellung der Brillengestelle verwendete Material gegen Angriffe
von korrosiven Substanzen ausreichend widerstandsfähig sein.
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Für praktische und modische Zwecke wurde das zur Herstellung für Brillengestellen
dienende Material schon auf vielfältigste Weise bearbeitet. Dabei sollte zur Erzielung
niedriger Herstellungskosten das Material so beschaffen sein, daß die erforderlichen
Arbeitsschritte leicht und frei durchgeführt werden können. Mit anderen Worten,
das Brillengestellmaterial sollte eine hohe Bearbeitbarkeit haben.
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Zur Erfüllung dieser Anforderungen sind bisher Materialzusammensetzungen
von die Herstellung für Brillengestellteilen verwendet worden, bei welchen ein deckendes
Metall aus Ni-Cr-Legierung auf ein Basismetall aufgezogen wurde, welches aus Nickel-Silber,
Beryllium-Kupfer, Phosphorbronze, rostfreiem Stahl, Bronze, Monelmetall oder Inconel-Legierung
bestand.
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Bei der herkömmlichen Art der Verwendung von Nickel-Silber, Phosphorbronze
oder Monelmetall für das Basismaterial kann nicht erwartet werden, daß die Materialzusammensetzung
eine ausreichende Elastizität hat. Die Verwendung von Beryllium-Kupfer als Basismetall
führt zu einer zu niedrigen Alterungstemperatur (300°- 4000) und einer zu geringen
Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion.
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Die Verwendung von rostfreiem Stahl oder Inconellegierung führt zu
einer merklichen Verhärtung des Materials und damit zu einer schlechteren Bearbeitbarkeit
dieses Materials
Ferner verschlechtert ein hoher Elastizitätsmodul
des Materials die weiche Berührungsfähigkeit des resultierenden Brillengestells
und führt deshalb zu einem größeren Unbehagen auf dem Gesicht des Brillenträgers.
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Bei der Verwendung von Bronze als Basismetall ist die Vergütungstemperatur
(5000C - 6000C) weit niedriger als die (8000C - 9000C) einer für das deckende Metall
verwendeten Ni-Cr-Legierung. Ein so großer Unterschied der Vergütungstemperatur
bringt die Gefahr einer Orangenhautbildung bzw. Oberflächenaufrauhung auf dem Produkt
mit sich.
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Durch die Erfindung soll eine ideale Materialzusammensetzung für Brillengestellteile
erzielt werden, welche hohe und genau definierbare Federeigenschaften, Widerstandsfähigkeit
gegen Korrosion und gute Bearbeitbarkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß das Basismetall
aus einer Cu-Ni-Mn-Legierung und das abdeckende Metall aus Ni-Cr-Legierung hergestellt
werden.
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Mehrere Ausführungsformen werden im folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen
als Beispiele beschrieben. Darin zeigen Figur 1 eine perspektivische Ansicht eines
Brillengestells aus einer Materialzusammensetzung gemäß der Erfindung, Figur 2 eine
Schnittansicht längs der Ebene 11-11 in Figur 1,
Figur 3 ein Flußdiagramm
des Verfahrens zur Herstellung der Materialzusammensetzung gemäß der Erfindung,
und Figur 4A und 4B Kurvendiagramme zur Darstellung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Material zusammensetzung und im Vergleich dazu herkömmliche Materialzusammensetzungen
hinsichtlich Rückfederungswinkel und Biegemoment bei Federtests.
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Das in Figur 1 gezeigte Brillengestell enthält ein Paar Rahmen 2,
die jeweils eine Linse L halten, und ein Paar Bügel 5, welche über Winkelstücke
3 und Scharniere 4 schwenkbar an dem Rahmen 2 befestigt sind. Gemäß der Erfindung
besteht jeder Bügel 5 aus einem Basismetall 6, welches aus Cu-Ni-Mn-Legierung hergestellt
ist, und einem deckenden Metall bzw. einem Hüllenmetall 7, welches aus Ni-Cr-Legierung
hergestellt und entsprechend Figur 2 dicht auf das Basismetall 6 aufgezogen ist.
Das Umhüllungsverhältnis sollte vorzugsweise im Bereich zwischen 2% und 20% liegen.
Mit "Umhüllungsverhältnis" ist hier ein Prozentsatz der Querschnittsfläche des Hüllenmetalls
7 mit Bezug auf die gesamte Querschnittsfläche des Bügels 5 gemeint.
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Eine Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer solchen
Material zusammensetzung nach der Erfindung ist in Figur 3 gezeigt. Demgemäß wird
ein Hohlzylinder aus Ni-Cr-Legierung über einen Stab aus Cu-Ni-Mn-Legierung geschoben.
Der Zylinder hat 45mm Durchmesser, 1,3mm Dicke und 400mm Länge. Der Stab hat 42,3mm
Durchmesser und 400mm Länge.
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Die Kombination wird zuerst einer Wärmediffusion bei 9000C während
2 Stunden in einer Wasserstoffatmosphäre
ausgesetzt.
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Die Kombination wird dann jeweils, beispielsweise auf einer Schleppzangenziehbank.
von 13% bis 15% gestreckt, bei 900°C eine Stunde lang in einer Stickstoff-oder Argonatmosphäre
vergütet und dann plötzlich abgeschreckL Diese Folge von Verfahrensschritten wird
zehnmal wiederholt Als nächstes wird die Kombination in einem Drahtzieh-Vorgang
jeweils von 13% bis 15S gestreckt, bei 9000C während einer Stunde in einer Stickstoff-
oder Argon umgebung vergütet und dann plötzlich abgeschreckt. Diese Folge von Verfahrensschritten
wird achtmal wiederholt Bei dem dann abschließenden Drahtziehvorgang mit einer Streckung
von 13% bis 15% wird der Durchmesser der Kombination auf 2,6mm reduziert. Die Kombination
wird dann zu einem länglichen rechteckigen Festkörper von 0,7mm Dicke und 4,Omm
Breite gepresst. Dieser Festkörperwird anschließend einer Wärmebehandlung bei 400
0C während zwei Stunden in einer Argonumgebung unterzogen.
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Wie bereits beschrieben, enthält die Materialzusammensetzung ein Basismetall
aus Cu-Ni-Mn-Legierung und ein Hüllenmetall aus Ni-Cr-Legierung, welches auf das
Basismetall aufgezogen bzw. aufplattiert ist Die für das Basismetall verwendete
Cu-Ni-Mn-Legierung sollte vorzugsweise 15 - 25 Gewichtsprozent Mn, 15 - 25 Gewichtsprozent
Ni, und 0 - 2,0 Gewichtsprozent mindestens eines Materials einer Materialgruppe
enthaltene die aus S, C, Mg, Si, Cr und Fe besteht. Die für das Hüllenmetall verwendete
Ni-Cr-Legierung sollte vorzugsweise 3 bis 20 Gewichtsprozent Cr, 0 bis 5.0 Gewichtsprozent
Cu und 0 bis 4.0 Gewichtsprozent mindestens eines Materials einer Materialgruppe
enthalten, welche aus Fe, Min, Si, Co, P, Al, Ti, Ca, Mg, C und S besteht.
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Beispiel: Zwei Arten von Materialzusammensetzungen wurden im wesentlichen
nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt. Ferner wurden sieben Arten
von bekannten Materialzusammensetzunqen für Vergleichszwecke hergestellt. Die wichtigen
Einzelheiten der Verfahren sind in der folgenden Tabelle angegeben.
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Bei der Herstellung der in der Tabelle angegebenen Materialien wurde
eine lOCr-Ni-Legierung für das Hüllenmetall und ein Umhüllungsverhältnis von 12%
verwendet.
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Aus den auf diese Weise hergestellten Materialien wurden einige representative
Teststücke Federtests unterworfen, deren Ergebnisse in den Figuren 4A und 4B graphisch
dargestellt sind.Bei dem Federtest wurde jedes Teststück auf eine Spannweite von
100mm eingespannt und einem einfachen Biegevorgang unterworfen.
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In den graphischen Darstellungen bedeuten # der Biegewinkel, Eo einen
Restbiegewinkel, (e - e0) einen Rückfederwinkel, T ein Biegemoment, und ID eine
ideale Kurve, bei welcher #o gleich e ist.
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Das Ergebnis des Federtests für die Materialzusammensetzung nach der
Erfindung, Teststück No.1, ist in Fig.4A durch eine mit weißen Kreisen (0) markierte
Kurve dargestellt. Da Cu-Ni-Mn-Legierung, d.h. eine Art Kupferbasislegierung, für
das Basismetall verwendet wurde, hat das Produkt einen sehr breiten Elastizitätsbereich.
Dies zeigt, daß das Federungsvermögen bzw. die Elastizität des Produkts relativ
hoch ist. Im Vergleich mit herkömmlichen Teststücken, bei welchen Bronze, rostfreier
Stahl oder Ni-Cr-Legierunq für das Basismetall verwendet wurde, hat
das
Teststück nach der Erfindung über den Bereich der Biegewinkel (s) größere Rückfederungswinkel
(e-@o).
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Das verhältnismäßig niedrige Biegemoment in Figur 4A kombiniert mit
dem niedrigen Vergütungseffekt der Ni-Cr-Legierung in Figur 4B erhöht noch die Elastizität
des Produkts. Dies deshalb, weil die Alterungskondition (3500 bis 5000) der für
das Basismetall verwendeten Cu-Ni-Mn-Legierung sehr nahe bei der Niedertemperatur-Vergütungskondition
der für das Hüllenmetall verwendeten Ni-Cr-Legierung liegt. Dieser kleine Unterschied
in der Alterungskondition ermöglicht gleichzeitig eine Verbesserung der Federeigenschaften
bzw. Elastizität sowohl des Basismetalls als auch des Umhüllungsmetalls.
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Ferner ist die Weichvergütungskondition (8990 bis 9000C) der für das
Basismetall verwendeten Cu-Ni-Mn-Legierung fast gleich wie diejenige der für das
Hüllenmetall verwendeten Ni-Cr-Legierung. Dieser äußerst geringe Unterschied in
der Weichvergütungsondition verhindert bestens die Entwicklung einer Orangenhautbildung
(Oberflächenhärtung), wie sie ansonsten durch Kristallvergrößerung verursacht werden
kann. Somit wird die Bearbeitbarkeit des Produkts merklich verbessert.
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Wenn die Materialzusammensetzung beim Formen von Brillengestellen
geschnitten wird, ergeben sich an den Schnittstellen freiliegende Basismetallbereiche.
Die hohe Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion des für das Basismetall verwendeten
Cu-Ni-Mn verhindert jedoch wirksam eine unerwünschte Rostbildung an den freiliegenden
Enden des Basismetalls.
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Vorstehend wurde aus dem Englischen "annealing temperatur" mit "Vergütungstemperatur"
undaging temperature" mit "Alterunstemperatur" übersetzt.
| Nr. Art Basismetall letzte Vergütungs- Alterungs- Härte Symbol |
| temp. (°C) temp. (°C) (hr.) im Dia- |
| gram |
| 1 Erfindung 2ONI-2OMn-Cu 800 420 452 # |
| 2 Erfindung 2oNi-21Mn-lCr 800 420 465 |
| -Cu |
| 3 konventio- |
| nell Bronze 2Ni-llZn-5Sn 550 - 205 |
| -Cu |
| 4 konventio- |
| nell Monel 30Cu-1Fe-Cu 820 - 252 |
| 5 konventio- |
| nell rost- |
| freier Stahl 18Cr-8Ni-Fe 1000 - 425 # |
| 6 konventio- |
| nell Nickel |
| Silber 12Ni-23Zn-Cu 650 ~ 185 |
| 7 kcnventio- |
| nell |
| Beryllium |
| Kupfer 2Be-Cu 740 370 251 |
| 8 konventio- |
| nell Nickel- |
| Chrom-Legierung 10Cr-Ni 900 - 350 # |
| 9 niedrig ver- |
| gütetes |
| Material lOCr-Ni 900 (420) 360 |
L e e r s e i t e