Brille Titangestell

Das, was den Kern von Titans Material zusammenhält. Anders sieht es bei den Titanen aus, Teil 3

Sie bestehen, der Titanrahmen - aus rundem Draht geformt - ohne Verbindung durch Lötung oder Schweisser. Daher fühlten sich die Japaner gezwungen, passende Fügeprozesse zu entwickeln und zu testen. Betrachtet man Tab. 4, so ist es nachvollziehbar, dass der Werkstoff mit hoher Aufschmelztemperatur, sehr geringer elektrischer und geringer thermischer Ableitung im Gegensatz zu den herkömmlichen Grundwerkstoffen für Brillenfassungen spezielle Verfahren erfordert.

Wird die Lötbarkeit von Metallmuffenwerkstoffen in drei Klassen eingeteilt, so zählen die Legierungen des Kupfers und des Nickels zur Klasse 1, der Chrom-Nickel-Stähle zur Klasse 2 und des Titans zur Klasse 3. Wenn sie dachten, sie hätten das Löten von Titandraht unter Kontrolle, die Rahmenproduktion läuft auf Hochtouren und die Kunden der Brille hatten sich von den positiven Verschleißeigenschaften überzeugen können, dann erwies sich der Werkstoff als rachsüchtig.

Bei fundierten Titan-Brillen brechen sie nach längerem Tragen abrupt an den Rändern der Augen neben den Lötpunkten. Abb. 10 stellt eine Verschlussblock-Augenrandlötung mit Rissbildung vom Ende der Lötstelle in die Kante dar. Auf der Außenseite ist die Galvanik zu sehen, die vielerorts vertikal zur Titan-Oberfläche durchbrochen wird.

Die tatsächliche Fraktur dieser Buchse trat in der Regel am Rand des Auges neben der Brückenverlötung auf. Wodurch könnte dieser unvorhersehbare Spätschaden an Titanrahmen verursacht worden sein? Das Hartlöten für die werkstoffschlüssige Verbindung von Titan-Brillenteilen ist hier, ohne der Begriffsbestimmung nach EN 8505 zu widersprechen, aus metallurgischer Sicht als Legierung durch Streuung anzusehen.

Für das Hartlöten ist eine passende Lötlegierung mit einer Verarbeitungstemperatur unterhalb der Schmelztemperaturen der Verbindungspartner, ein Salzmischgut als Flußmittel, das die Metalloberfläche oxydationsfrei macht und festhält, und ein Erwärmungsprozess zum Schmelzen des Lotes erforderlich. Silberlötungen, mit denen massive Lotverbindungen mit Nickelsilber erreicht werden können, wurden zunächst auch für das Titandrahtlöten erprobt, allerdings mit wenig erfolgreich.

Bindekräfte 900°C unter Sauerstoffausschluss[22, 23]. Bei Brillengestellen geschieht dies unter hochreinem Argonschutzgas mit geringem Drucktaupunkt, da es für den Einsatz von Titangas kein geeignetes Flußmittel gibt.

Voraussetzung dafür ist auch, dass die Titankomponenten frei von Fetten und Oxiden sind. Welcher Erwärmungsprozess ist nun für den Werkstoff geeignet? Traditionelle Materialien für Brillen sind sehr gute bis gute Leiter von Strömung und Wärme, während die Situation für den Werkstoff Titan relativ schlecht ist (siehe Tabelle 4). Bei konventionellem induktivem Lötprozess wird berührungslose Energie von aussen in die Verbindungszone eingebracht.

Das Induktionslöten ist daher für den Werkstoff Werkstoff Titan äußerst nachteilig. Die Lötung durch Widerstandsheizung ist kostengünstiger. Über zwei Kupfer-Elektroden, die die zu verklebenden Teile positiv empfangen, wird ein zeitverstellbarer Hochstrom geleitet, der an den Stromübergängen der Lötplatte mit dem Verbindungsteil die Hitze am Arbeitsort auslöst. Abbildung 12 zeigt diese Größenverhältnisse zusammen mit einem Zeitlötprozess.

Die Verwendung von amorphen Lötfolien hat einen weiteren Schritt in der Titan-Hochtemperaturlöttechnik gebracht[24]. Ist es nicht möglich, in diesem speziellen Fall Eutektika herzustellen? Sie können gebogen, geschnitten und gestanzt werden, so dass im Unterschied zu Kompositfolien besonders enge Lötabstände erzielt werden können, wie in Abb. 13 im Verhältnis zu Abb. 10 dargestellt.

Abbildung 14 zeigt, dass Lötstellen an Titan-Brillenfassungen einer kritischen Bewertung unterzogen werden müssen. Die Mikroabdruckhärte wurde über den Weg vom Augenkanten über die Lotnaht bis zum Verschlussblock auf einem metallografischen Längsschleifen durch den Kiefer mit Verschlussblock und Augenkante ermittelt und aufgebracht. Neben dem Unterschied in der Härte zwischen dem Rand des Auges und dem Verschlussblock fällt der extrem hohe Stellenwert in der mit 90 µm nicht gerade schmalen Lötstelle auf.

Wenn ein Brillengestell gerichtet wird, muss eine Biegung in der Lötstelle immer unterdrückt werden. In derselben Abb. 14 wird die Härte-Weg-Kurve Backen-Scharnierteil über eine Schweissnaht gezogen. Der Saum ist wesentlich enger und auf beiden Seiten ist keine strukturelle Erweichung zu erkennen. Warum wird nicht allgemein geschweisst, wenn es günstiger ist?

Anders als beim Lötprozess schmilzt beim Schweissen der beiden Verbindungspartner an der Oberfläche. Schweissnähte sind von aussen gut sichtbar, während Lötverbindungen von aussen nicht sichtbar sind und in ihrem Austritt attraktive Hohlräume sind. Das ist in der Brillenindustrie nicht zu vernachlässigen. Unter den vielen Heizmöglichkeiten, die auch für den Werkstoff Titan in der Schweisstechnik zur Verfügung stehen[25, 26], ist die bereits als lötvorteilhaft anerkannte Widerstandserwärmung von der Innenseite sinnvoll.

Abbildung 12 zeigt, dass die Stromübertragung und damit der Schmelzprozess an beliebigen Kontaktpunkten stattfindet. WÃ?hrend beim Löten einige hundert Stromschienen fÃ?r ca. 10s flieÃ?en, benötigen Sie beim SchweiÃ?en nur eine Geschwindigkeit von zigtausend Ampère. Durch den plötzlichen Schweissvorgang und die hohe Temperatur der Druckwellen wird die Abluft aus der Schweisszone verdrängt, so dass keine Schutzgas-Atmosphäre erforderlich ist.

Es ist unerlässlich, die Oberflächen von Verschmutzungen und Fetten (einschließlich Handschweiß) zu reinigen und die Oxidationsschicht direkt vor dem Verschweißen zu entfernen. Es ist in der Lage, sein eigenes Oxyd in der Metallschmelze aufzulösen und damit die Schweissnaht zu härten und zu spröde zu machen. Abb. 15 Bei einer Scharnierschweißnaht ist das Projektionsmaterial wegen ungenügendem Energieeinsatz nur weich wie Teig - also eine "kalte" Naht.

Nicht zu unterschätzen der nicht zu unterschätzende Vorteil beim Löt- und Schweißvorgang mit elektrischem Widerstand ist die Druckerhöhung bis zum Maximum der Temperatur. Die zu fügenden Teile werden weich und es kommt zu einer unerwünschten "Heißverformung", die sich auch auf die Umformelektroden auswirkt. Durch die Verwendung von höherfesten Beta-Titan-Legierungen konnten die Querschnitte der Brille verkleinert und empfindlichere Stege, Kiefer und Schläfen mit einer weiteren Gewichtsreduktion konstruiert werden.

Das Einkoppeln der Strahlenenergie in die Brillengläser geschieht durch lokale Aufnahme und Umwandlung in Wärme, wodurch der betroffene Raum sofort schmilzt und ggf. auch verdampft. Im Brillenbereich werden gepulste Halbleiterlaser (Nd:YAG-Einkristall) im Leistungsbereich 50.... 300 W eingesetzt. An den Gelenken sind die Teile der Brille kaum formgerecht angebracht.

Wenn zum Beispiel eine Steg von der Rückseite an den Rand des Auges geschweißt würde, um die Schweißnaht abzudecken, würde das abgerundete Kantenprofil einen keilförmigen Zwischenraum schaffen, den die entstandene Masse nicht füllen kann, Abb. 16 Dieser Zwischenraum ist der Ort, an dem sich schwer oder unmöglich zu entfernende Nachbehandlungsmittel wie z. B. Schleifmittel, Scheuermittel, Flüssigkeiten und dergleichen ansammeln.

Erst beim Durchschweißen auf beiden Seiten kommt es zu einer festen Schweißnaht, Abb. 18 - auch bei einer Verrundung.