Hochwertige Fassungsmaterialien – eine Übersicht

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Fast immer interessiert sich der Konsument beim Brillenkauf zuerst für die Wahl der Brillenfassung. Welche Fassungsmaterialien sind derzeit eigentlich am Markt? Welche Vorteile hat Ihr Konsument beim Griff zur qualitativ hochwertigen Fassung? Wie äußerst sich überhaupt Qualität bei Brillenfassungen? Das optikum hat für diesen Artikel ausführlich recherchiert und stellt Ihnen Grundlagen und Argumentationshilfen bei der Fassungsberatung zur Verfügung.

Die Wünsche des Kunden stehen selbstverständlich im Vordergrund. Der kompetente Fachoptiker muss jedoch das Beratungsgespräch in einer Form steuern, dass schlussendlich eine Fassung gewählt wird, die nicht nur Ästhetik und Prestige befriedigt. Auch alle funktionalen, anatomischen, technologischen und augenoptischen Bedürfnisse müssen erfüllt werden.

Gleich vorweg: immer mehr Anbieter – auch bekannte Labels – lassen ihre Fassungen nicht mehr im eigenen Haus produzieren und entwickeln. Das Zauberwort Globalisierung macht auch vor unserer Branche nicht Halt. So werden immer mehr Produkte zugekauft. Die Auslagerung muss zwar nicht zwingend mit einem Qualitätsverlust einhergehen – allerdings ist aufgrund dieser Entwicklung der Fachoptiker bei der qualitativen Auswahl der Ware gefordert.

So sollten die Bauteile und Werkstoffe der Brillenfassung aufeinander abgestimmt sein. Gelenke, Backen und Brücken dürfen nicht zu weich sein, sonst verbiegen sich diese Teile nach nur kurzer Tragezeit nach außen. Bei den Bügeln gilt folgende Optimalstruktur: harter Bereich am Bügelansatz, Übergang zum elastischen Bereich im Anpass- und Biegebereich. Nur Bügel mit unterschiedlichen Materialquerschnitten lassen sich gut an das Ohr anpassen. Es sei denn man liebäugelt mit Steckbügeln.

Die Nasenstege von Metallfassungen sollten unbedingt dreidimensional an die jeweilige Nase anpassbar sein. Ein starres System sieht vielleicht für den Designer gut aus, wird allerdings in den meisten Fällen wohl Druckstellen verursachen.

Eine hochwertige Brillenfassung zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:

  • Verwendung hochwertiger Werkstoffe
  • Allergiefreiheit
  • Abstimmung der Werkstoffe auf die Bauteile
  • Gute Anpassbarkeit, insbesondere im Nasen- und Bügelbereich
  • Widerstandsfähigkeit, Elastizität und Langlebigkeit
  • Korrosionsbeständigkeit
  • Haltbarkeit der Lackbeschichtungen
  • Keine scharfen Teile, insbesondere bei der Glasnut von Metallfassungen
  • Lieferfähigkeit mehrerer Größen und Bügellängen – bzw. Kürzung der Bügel möglich

PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN

Dichte
Je niedriger das spezifische Gewicht (Dichte) eines Werkstoffes ist, desto leichter wird die daraus hergestellte Brillenfassung sein. Es wird in g/cm3 angegeben.

Härte
Je höher die Härte, desto mehr Wwiderstand bietet das Material gegen das Eindringen von Fremd- bzw. Prüfkörpern. Es wird in N/mm2 angegeben. Zur Anwendung kommen unterschiedliche Prüfverfahren: Rockwell, Shore, Brinell, Vickers. Hohe Härtewerte können unter Umständen zum Verlust der Elastizität führen.

Festigkeit
Je fester ein Material ist, desto weniger verformt sich der Werkstoff bei Krafteinwirkung. Festere Materialien brechen weniger leicht. Die Festigkeit wird ebenfalls in N/mm2 angegeben.

Elastizität
Materialien werden als elastisch bezeichnet, wenn ein Körper nach einer Krafteinwirkung wieder nahezu in den Ursprungszustand zurückgeht. Dies ist insbesondere bei Brillenbügeln wichtig.

Korrosion

Durch Korrosion beeinträchtigter Brillenbügel

Langlebigkeit
Korrosion und das Entweichen von Weichmachern können Brillenfassungen zusetzen und unbrauchbar machen.

MATERIALIEN – KUNSTSTOFFE

Kunststoffe sind Materialien, die durch Umwandlung von Naturstoffen oder durch Synthese hergestellt werden. Viele kleine Moleküle (Monomere) bilden durch Zusammenschluss ein Riesenmolekül bzw. Makromolekül (Polymer). Die Bildung von Makromolekülen kann durch drei verschiedene Arten chemischer Reaktionen erfolgen:

  • Polymerisation
  • Polyaddition
  • Polykondensation

Für den Augenoptiker ist die Einteilung der Polymere von Bedeutung:

  • Thermoplaste lassen sich bei Wärmezufuhr ohne chemische Veränderung beliebig oft verformen. Sie sind löslich und schmelzbar.
  • Duroplaste werden bei Wärmezufuhr zäh-elastisch. Sie sind im Gegensatz zu den Thermoplasten nicht löslich und schmelzbar.
  • Elastomere sind dauerelastisch. Sie sind ebenfalls nicht löslich und schmelzbar.

Weichmacher, UV-Absorber und Bisphanol (Ausgangsstoff für Expoxidharze), wie sie zum Beispiel in Zellulose-Acetat, Zellulose-Propionat, Polyamid und Expoxidharz vorkommen, können in seltenen Fällen Allergieprobleme verursachen.

Zellulose-Azetat
Das beliebte Material wird aus Baumwollflocken gewonnen und mit einem Weichmacher und Farbmitteln versehen. Zellulose-Acetat gehört zur Gruppe der Thermoplaste und weist neben der relativ guten Kratzfestigkeit eine gute Beständigkeit gegenüber Wasser, Fett und Öl auf. Es ist mit Azeton und Essigsäure löslich und daher gut bei Beschädigungen zu reparieren. Andererseits sollte aus dem gleichen Grund bei der Reinigung von Azetatfassungen auf Lösungsmittel verzichtet werden. Zellulose-Acetat zeichnet sich durch seine überaus gute Bearbeitbarkeit aus. Das Material kann wunderbar gesägt, gefeilt, geschmirgelt und poliert werden. Bei Erwärmung kann es nach Wunsch geformt werden, wie es zum Beispiel beim Kröpfen der Brücke notwendig ist. Ein weiterer Vorteil der Acetat- Brillenfassungen liegt in der riesigen Auswahl an Formen, Farben und Effekten.
Für die industrielle Fassungsfertigung werden Plattenmaterialen aus Zellulose-Azetat hergestellt. Die Herstellung der Fassungsteile erfolgt durch CNC-gesteuerte Fräsmaschinen. Nach dem Fräsen werden die einzelnen Teile in rotierende Trommeln eingefüllt. Die darin befindlichen Schleifteilchen sind mit Polierpaste versehen. Nach mehreren Stunden in unterschiedlichen Trommeln mit immer feiner werdender Polierteilchen bekommt die Fassung eine glänzende Oberfläche.

Zellulose-Propionat
Propionat hat sehr ähnliche Eigenschaften wie Zellulose-Acetat. Das Thermoplast besteht aus einer Zellulose-Kohlenwasserstoffverbindung mit Weichmachern und ist sowohl für die Plattenverarbeitung als auch für das Spritzgussverfahren geeignet. In der Regel liegt es als Granulat vor und wird mit der Spritzgusstechnik verarbeitet. Da es sehr dünnflüssig wird, kann es auch für das Füllen von sehr komplizierten Formen verwendet werden. Propionat punktet mit Elastizität und guter mechanischer Stabilität. Die Bruchfestigkeit ist höher als beim Zellulose-Acetat. Außerdem ist es sehr beständig gegenüber Alterung und Temperaturschwankungen. Ein weiterer Vorteil liegt im geringen spezifischen Gewicht des Werkstoffes. Auch bei diesem Werkstoff sollte die Anwendung von Lösungsmitteln bei der Reinigung vermieden werden.

Expoxidharz – „Optyl“
Expoxidharz wird im Spritzgussverfahren verarbeitet. Es verfügt über einen so genannten Memory-Effekt. Bei Erwärmung geht das Material wieder in die ursprünglich gespritzte Ausgangsform zurück. Optyl ist noch leichter als Zellulose-Acetat und Zellulose-Propionat. Die Kratzfestigkeit ist sehr hoch. Da dieses Duroplast keinen Weichmacher enthält – der sich bei anderen Materialien mit der Zeit verflüchtigen kann – tritt keine Versprödung auf.

Polyamid – „SPX“ – „Grilamid®
Das extrem elastisches Material kommt ohne Weichmacher aus und entsteht aus einer Mischung aus verschiedenen Kunststoffgranulaten, die in flüssigem Zustand in eine Form gespritzt werden. Es wird durch Polykondensation gebildet. Dieses Thermoplast ist transparent und verfügt über ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leichtigkeit und Festigkeit. Das spezifische Gewicht beträgt nur 1,06g/cm3. So eignet sich der Werkstoff unter anderem außerordentlich gut für Sportbrillen. Auch bei hoher Belastung garantiert das Material Formbeständigkeit und ist somit ausgezeichnet für hohe Beanspruchungen geeignet. Es ist äußert beständig gegenüber chemischen Einflüssen wie Lösungsmitteln und Kosmetika. Unter Spannung neigt Polyamid allerdings zu Rissbildung und Bruchgefahr. Das Material ist bei der Verglasung etwas gewöhnungsbedürftig, da es nur in einem sehr engen Temperaturbereich erweicht und sehr schnell wieder hart wird. Polyamid schrumpft und verzieht sich bei einer Erhitzung von über 70°C! Daher dürfen Brillengläser keinesfalls größer als die vorgegebene Glasform geschliffen werden. Das Einsprengen erfolgt im Temperaturbereich zwischen 50-70°C. Kunststoffgläser können eventuell auch kalt eingesprengt werden.

Trogamid®
Die amorphe Struktur von Trogamid® führt zu einigen Vorteilen bei der Verarbeitung zu Brillenfassungen. So ist Trogamid® glasklar, verfügt über eine hohe mechanische Festigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Zähigkeit. Im Vergleich zu anderen Kunststoffen besitzt Trogamid® eine gute Chemikalienbeständigkeit. Bei der Herstellung profitiert die Industrie von einem sehr geringen Schrumpfungsprozess.

Hytrel®
Hytrel® ist ein thermoplastisches Polyester-Elastomer. Es vereint die Flexibilität von Gummi mit der Formstabilität thermoplastischer Kunststoffe. Das Copolymer besteht aus einem harten, kristallinen Teil (Polybutylenterephthalat) und einem weichen, amorphen Teil (Polyester-Glykolen) mit langen Molekülketten. Hytrel® wird im Spritzgussverfahren verarbeitet. Es ist sehr reißbeständig und nutzt sich kaum ab. Zusätzliche mechanische Eigenschaften wie Formstabilität, Steifheit und die hervorragenden Härte machen Hytrel® zu einem ausgezeichneten Brillenmaterial. Das Material bleibt auch bei niederen und hohen Temperaturen sehr elastisch. Seine chemischen Eigenschaften bilden es in hohem Grade beständig gegen Kohlenwasserstoffe und viele andere Flüssigkeiten.

Santoprene®
Das Material ist ein kautschukähnlicher Werkstoff, der im Gegensatz zu konventionellen vulkanisierten Kautschuken sehr gut verarbeitet werden kann. Santoprene® wird durch einen dynamischen Vulkanisierungsprozess hergestellt. Der intensive Mischprozess findet mit einem thermoplastischen Polymer und einem kautschukartigen Polymer statt. In Folge entsteht ein Material, dessen Eigenschaften denen eines vulkanisierten Kautschuks sehr nahe kommen. Santoprene® ist extrem temperaturbeständig und hartnäckig gegenüber Lösungsmitteln.

Surlyn®
Die Molekularstruktur von Surlyn® besitzt eine hohe Zähigkeit. Das Material ist jedoch nur bedingt reißfest und wird in anderen Bereichen primär als Verpackungsmaterial eingesetzt. Lösungsmittel wie Aceton können dem Material Schaden zufügen. Aufgrund der leichten Verarbeitbarkeit wird es teilweise auch in der Fassungsherstellung eingesetzt.

MATERIALIEN – METALLE

Monel und Alpaka (Neusilber)
Diese beiden gebräuchlichen Werkstoffe sind gut zu bearbeiten und sehr elastisch. Monel besteht aus Kupfer, Nickel und Eisen (63-68%Ni, 30-35%Cu, 2%Fe). Alpaka – auch Neusilber genannt – ist aus Kupfer, Nickel und Zink (11-26%Ni, 30-77%Cu, 12-44%Zn) zusammengesetzt. Bei den Herstellern sind diese Materialien sehr beliebt, da man die Brillenteile Stanzen, Fräsen, und Prägen kann. Mechanische Vorgänge wie das Prägen machen das Material sowohl elastischer als auch härter. Monel und Alpaka sind ideal zum Polieren und Galvanisieren geeignet. Die beiden Werkstoffe lassen sich vom Fachoptiker sehr gut an die Anatomie des jeweiligen Trägers anpassen.
Schwachpunkt ist der zuweilen relativ hohe Nickelgehalt. Manche Legierungen können über 60% Nickelanteil aufweisen. Da helfen auf Dauer selbst die besten Nichtnickelbeschichtungen nichts. Bei Allergikern sollte auf diese Materialien – insbesondere auf Monel – auf jeden Fall verzichtet werden.

Bronzen
Bronze wurde bereits 6000v.Chr hergestellt. Die Zusammensetzung ist traditionell aus Kupfer und Zinn. Je höher der Zinngehalt, desto härter ist die Bronze. Bronzen in der Fassungsindustrie bestehen mittlerweile aus mindestens 85% Kupfer und einer oder mehreren Hauptkomponenten, nach denen sie meistens auch benannt werden, z.B. Aluminiumbronze oder Zinnbronze. Legierungen aus Kupfer mit dem Hauptbestandteil Zink bezeichnet man als Messinge. Aufgrund seiner Elastizität und Formstabilität werden Bronzen zumeist bei der Herstellung von Brillenbügeln eingesetzt. Die Oberfläche ist sehr gut zum mechanischen Polieren und Galvanisieren geeignet. Außerdem sind Brillenteile aus Bronze für Fachoptiker gut verbiegbar, respektive gut anatomisch anpassbar.

Edelstahl
Stahl ist eine Legierung aus Kohlenstoff, Silizium, Nickel, Chrom und Eisen. Stahl für Brillenfassungen enthält meist auch Mangan und Molybdän. Die für die Fassungsherstellung typische Zusammensetzung lautet 0,03-0,05%C, 0,5-2,0%Si, 7-14%Ni, 16-18%Cr, 0,5-2,0%Mn, 2-3%Mo, 62-71%Fe. Edelstahl zeichnet sich durch eine hervorragende Stabilität und Korrosionsbeständigkeit aus.
Beim in der Schmuck- Uhren- Medizin- Zahntechnik- und Fassungs-Industrie eingesetzten Chromstahl (AISI 316) bildet sich durch Oxydierung auf der Oberfläche eine einheitliche, kompakte Schutzschicht aus Chromoxyd, die mit den darunter liegenden Schichten fest verbunden ist. Diese Schichte fungiert als Schutzbarriere. Vor allem Dank des Molybdäns wird ein „Ausschwitzen“ des Nickelgehaltes verhindert.
Edelstahl wird sehr gerne aufgrund der hohen Elastizität als Fassungswerkstoff eingesetzt. Dadurch können die Dicken der Profildrähte reduziert werden. In Folge werden solche Brillenfassungen deutlich leichter und verbessern den Tragekomfort spürbar. Die Fassungsteile werden durch Schweißlöten verbunden.

Titan
Titan ist keine Legierung sondern ein chemisches Element. Fassungen aus Titan äußern sich durch eine Vielzahl von Vorteilen. So ist Titan nach Aluminium das zweitleichteste Metall der Erde. Der Werkstoff ermöglicht eine etwa 50%ige Gewichtsverringerung gegenüber herkömmlichen Fassungslegierungen. Zudem punktet Reintitan mit einer äußert mechanischen Widerstandsfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Die Biokompatibilität von Reintitan führt zum verstärkten Einsatz des Werkstoffes im medizinischen Bereich.

Titan Legierungen
Für Allergiker ist Titan der metallische Werkstoff der ersten Wahl. Unterschiedliche Titanlegierungen können die Eigenschaften des Werkstoffes weiter beeinflussen. So können Legierungen mit Vanadium, Aluminium und Zinn zu einer optimalen Elastizität führen ohne Allergien zu verursachen.
Legierungen wie Titan P und Shape Memory Alloy TiNi50 enthalten Nickel. Das extrem flexible Shape Memory Alloy TiNi50 ist trotz 50% Nickelanteil biokompatibel. Diese Flexfassungen sind jedoch häufig in Kombination von nickelhaltigen Komponenten gefertigt, welche die Biokompatibilität wieder herabsetzen können.
Der Werkstoff Titan P enthält eine Nickelschicht und kann daher allergieauslösend sein.

MATERIALIEN – NATURSTOFFE

Büffelhorn
Horn ist wie der Fingernagel ein Gerüst-Protein. Für die Fassungsherstellung kommen Hörner unterschiedlicher Rinderarten zur Verwendung. Die Träger von Büffelhornbrillen haben die Tiere übrigens nicht am Gewissen. Die Hörner sind fast immer „Abfallprodukte von Steaklieferanten“. Das Material ist manuell bearbeitbar und polierfähig. Die Plattenmaterialien sind kreuzweise schichtverleimt um eine bessere Flexibilität zu gewährleisten. Büffelhorn ist ein sehr schlechter Wärmeleiter. Zum Verglasen muss die Brille in 3 Intervallen jeweils je 10 Sekunden mit 60°C erwärmt und danach 10 Sekunden abgekühlt werden. Die Gläser sollten von nasal zu temporal und nicht über den oberen oder unteren Fassungsrand eingesprengt werden. Kunststoffgläser können eventuell kalt eingesprengt werden oder zuvor in das Gefrierfach gelegt werden.

Holz
Wie bei den Hornfassungen geht man mittlerweile zu kreuzförmig verleimten Schichtplatten über. Die Herstellung von Holzfassungen ist ebenso aufwendig wie Büffelhorn-Fassungen.

VEREDELUNGEN UND EFFEKTE

Gold
Das Edelmetall ist mit 19,3/cm3 spezifischem Gewicht sehr schwer. Reine Goldfassungen sind daher – nicht zuletzt wegen der hohen Kosten – sehr selten. Silberzusatz liefert gelbgrüne, Kupfer rote Goldtöne. So können alle Arten von Legierungen, von Weißgold bis Rotgold hergestellt werden. Zur Zeit findet Gold in der Fassungsindustrie primär als Double, in der Galvanik oder als Zierelement seinen Einsatz.

Silber
Werden Fassungen mit einer Silberschicht versehen, so müssen sie mit einer Deckschicht gegen Anlaufen (Oxidation) geschützt werden. Wenn die Deckschicht beeinträchtigt wird, entstehen unschöne schwarze Verfärbungen.

Platin – Iridium – Rhodium
Edelmetalle wie Platin, Iridium und Rhodium werden primär als Deckschicht oder für Zierelemente eingesetzt.

Oberflächenbeschichtungen
Die meisten metallischen Fassungsmaterialien sind bedingt durch die Schweißabsonderung korrosionsgefährdet. Um die Korrosionsgefahr zu minimieren werden Oberflächenbehandlungen wie Farbbeschichten, Galvanisieren, Gold- und Palladiumbeschichten vorgenommen. Über die letzte Schichte wird zumeist eine Epoxydharzlack-Schicht zum zusätzlichen Schutz angebracht.

Doublé
Auf ein unedles Kernmaterial wird eine edle Deckschicht aufgewalzt. Diese besteht zumeist aus einer Goldlegierung von 12-14 Karat. Als Kernmaterial dient zumeist Neusilber oder Monel. Der Doublégehalt wird in Tausendstel Teilen angegeben. Bei einer Angabe von 25/1000 befindet sich 25g reines Gold am Doublématerial.

Galvanisieren
Galvanisch aufgebrachte Schichten aus Gold sind genau so korrosionsbeständig wie im Doublé-Verfahren aufgebrachte Beschichtungen. Beim Galvanisieren werden Edelmetallatome in einem Säurebad gelöst. Beim Anlegen einer Spannung wandern diese Edelmetallatome zur eingetauchten Roh-Fassung und setzen sich dort fest. Durch dieses Verfahren entsteht eine sehr resistente und homogene Oberflächenversiegelung. Deckt man teile der Roh-Fassung ab, so lassen sich auch durch mehrere Durchgänge mehrfärbige Effekte erzielen.

China-Lack
China-Lack wird aus Bäumen im asiatischen Raum gewonnen und ist ein bernsteinfarbenes Naturharz. Nach Austritt aus dem Baum verfärbt es sich dunkelbraun bis schwarz. Nach mehreren Filterdurchgängen werden die Lackschichten händisch auf die Fassungsteile aufgebracht.

Mattieren und Sandstrahlen
Nicht immer sind glänzende Bauteile erwünscht. Mit hohem Luftdruck werden Schleifpartikelchen auf die gewünschten Fassungsteile geschossen und erzeugen dort einen anspruchsvollen satinierten Effekt.

Härtungen
Dem Trend zufolge immer minimalistischere und dünnere Fassungsränder herzustellen wurden Härtungsmethoden entwickelt um drohenden Verformungen entgegenzuwirken. So kann zum Beispiel Alpaka durch Hitzebehandlung gehärtet werden. Das Härten wird in einem Ofen mit Edelgas-Atmosphäre bei Temperaturen von etwa 400°C bewerkstelligt. Der Härtungsgrad steht im unmittelbaren Zusammenhang mit der Verweildauer im Ofen. Die Härtung im Ofen erfolgt in der Regel erst als Komplettfassung, respektive nach dem Zusammenlöten der Einzelteile.

ALLERGIEN

Allergikern sollten Fassungen aus reinem Titan oder aus Naturwerkstoffen wie Büffelhorn empfohlen werden.


Der Artikel erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. Die genannten Werkstoffe wurden aufgrund des häufigen Einsatzes in der Fassungstechnik gelistet.

Quellen:
[1] Grundkurs Chemie, Arnold Arnie, 1993
[2} DOZ 11/2000, Brille, Ursache für Allergien
[3] DOZ 12/2000, Ist auf Nasen und hinter den Ohren alles erlaubt?
[4] Handgeschriebene Skripten H. Belyus, Meisterschule Wien, Materialkunde
[5] Augenoptiker 7/2002, Brillenfassungen
[5] Augenoptiker 8/2002, Kunststoff-Fassungen
[6] Augenoptiker 9/2002, Metall-Fassungen
[7] Grilamidâ – Datenblatt EMS Grivory
[8] Trogamid – Degussa Datenblatt
[9] Hytrelâ – Produktinformationen von E.I. du Pont de Nemours and Company
[10] Advanced Elastomer Systems – Produktinformationen Santopreneâ TPE
[11] Presseinformation Du Pont – Surlynâ – Produktschutz und Convenience
[12] Werkstoffe und Hilfsstoffe – Handbuch für Augenoptik, Zeiss 1977