PELLATONS GENIALE AUTOMATIK TRIFFT AUF MODERNE INGENIEURSKUNST

Eine Automatik-Uhr funktioniert allein durch die Bewegungsenergie des Arms. In den Automatik-Manufakturwerken der IWC treibt seit 60 Jahren der von Albert Pellaton entwickelte und seither ständig weiter optimierte Klinkenaufzug die Uhr an. In der neuen Kaliberfamilie 52000 macht er das dank modernster Keramik-Technologie jetzt praktisch verschleissfrei.

 

Der moderne Mensch verlässt das Haus nicht, ohne vorher sein Smartphone, Tablet oder Notebook mit Strom aufgeladen zu haben. Umso erstaunlicher sind in unserem digitalen Zeitalter mechanische Uhren mit Automatik-Funktion:

Sie ticken ohne Batterie scheinbar ewig. Natürlich ist die „immerwährende Uhr“ kein mirakulöses Perpetuum Mobile. Auch sie muss mit Energie versorgt werden, damit sich ihre Zeiger bewegen. Ihre Zugfeder wird aber nicht von Hand über die Krone gespannt, sondern ganz nebenbei durch die Armbewegungen ihres Trägers. „Beim Automatikaufzug wandelt eine Schwungmasse kinetische Energie in potenzielle Energie für die Feder um“, beschreibt Thomas Gäumann, Leiter der Manufakturwerk-Entwicklung bei der IWC, das Funktionsprinzip.

DIE SCHWERKRAFT ZWINGT DEN ROTOR NACH UNTEN

Möglich macht dies die Schwerkraft und die Masseträgheit. Der zentral gelagerte Rotor ist ein Halbkreissegment aus Messing, dessen äusserer Rand aus einem Schwermetall wie beispielsweise Wolfram besteht. Aufgrund seiner Unwucht zwingt ihn die Schwerkraft stets nach unten. Schon eine kleine Veränderung der horizontalen Lage bewirkt eine Drehung. Dazu kommt die Masseträgheit: Wird das Uhrengehäuse in einem bestimmten Winkel beschleunigt, bleibt die Schwungmasse zunächst im Raum stehen und erzeugt dann ein umso grösseres Drehmoment im Zentrum. Dieses wird mit einem Untersetzungsgetriebe zum Federhaus übertragen und wickelt dort die Zugfeder auf. Besonders effizient funktioniert dieser Mechanismus, wenn der Arm beim Gehen am Körper entlangschwingt.

 

—Die halbmondförmige Schwungmasse verwandelt die Bewegungsenergie des Trägers in potenzielle Energie für die Zugfeder.
Die automatik gehört zu den am stärksten beanspruchten baugruppen des uhrwerks.

Bei der IWC ist die Automatik untrennbar mit Albert Pellaton verknüpft. Der Spross einer Uhrmacherfamilie aus Le Locle wirkte ab 1944 als technischer Direktor der Schaffhauser Manufaktur und machte die Entwicklung eines effizienten Automatik-Aufzugs zur Chefsache. „Aus konstruktiver Sicht bestand die Schwierigkeit darin, die beidseitigen Rotationen der Schwungmasse in eine einseitige Aufziehbewegung für das Spannen der Feder zu übersetzen“, beschreibt Gäumann die Ausgangslage. Die meisten der damals bestehenden Systeme leiteten die Bewegungen des Rotors auf komplizierte Wechselgetriebe um, oder sie nutzen nur eine Drehrichtung für das Aufziehen. Entsprechend gross waren die Kraft- und Effizienzverluste.

DER KLINKENAUFZUG VERWERTET JEDE KLEINE BEWEGUNG

Pellaton kam auf eine überraschende Lösung: Er setzte nicht ein Kugellager oder ein Zahnrad ins Zentrum des Rotors, sondern eine herzförmige, exzentrisch gelagerte Scheibe. Sie verwandelt die Drehbewegungen des Rotors in Hin- und Her-Bewegungen einer Wippe. Die Schaukelbewegungen dieser Wippe werden dann von zwei Klinken auf das Aufzugsrad übertragen: Während die eine Klinke am Rad zieht, gleitet die andere darüber hinweg – und umgekehrt. Der im Jahr 1950 patentierte Mechanismus ist aussergewöhnlich effizient: „Jede noch so kleine Bewegung des Rotors in beide Richtungen wird für das Spannen der Feder genutzt“, präzisiert Gäumann.

 

Auch wenn seine Funktionsweise einfach ist, stellt ein automatischer Aufzug die Konstrukteure vor zahlreiche Herausforderungen. Einerseits muss die Mechanik für verschiedene Träger mit unterschiedlichen Bewegungsprofilen optimal funktionieren. Auf der anderen Seite gehört die Automatik zu den am stärksten beanspruchten Baugruppen des ganzen Uhrwerks. Rund 2600 Umdrehungen der Schwungmasse braucht es beispielsweise im neuen Kaliber 52850, bis die beiden Federhäuser der Portugieser Jahreskalender voll aufgeladen sind. Der Rotor wiegt zwar nur knapp 5 Gramm, bei schnellen Bewegungen wirken jedoch Kräfte von bis zum 5000-fachen der Erdbeschleunigung auf die Komponenten. Ein besonderes Augenmerk gilt deshalb dem wirksamen Schutz vor Verschleiss.

—Pellatons Automatik-Aufzug nutzt die Drehbewegungen des Rotors in beide Richtungen für das Spannen der Feder.

KERAMIK SCHÜTZT DEN MECHANISMUS VOR VERSCHLEISS

Dafür ist neben einer ausgeklügelten Mechanik vor allem auch das Material entscheidend. Die sogenannte technische Keramik, wie sie bei Uhren verwendet wird, ist leichter und härter als Stahl und extrem beständig. Die IWC blickt auf eine bald 30-jährige Erfahrung auf dem Gebiet dieses Werkstoffs zurück. Wie schon bei der Herstellung von Uhrengehäusen nimmt sie auch im Bereich von Werkskomponenten aus Keramik eine Vorreiterrolle in der Branche ein.

 

Die Herstellung von sehr klein dimensionierten Teile aus Keramik innerhalb der engen Toleranzen ist jedoch äusserst anspruchsvoll, denn das pulverförmige Ausgangsmaterial schrumpft während dem Brennprozess um rund einen Drittel. Nur ganz wenige Spezialisten beherrschen das hochkomplexe Herstellungsverfahren. Hinzu kommt, dass in der Regel auch konstruktive oder geometrische Anpassungen nötig sind, um eine Messing- oder Stahl-Komponente aus dem Hightech-Material fertigen zu können.

 

Aufgrund der hohen Belastung stand der Pellaton-Aufzug schon früh im Fokus für den Einsatz von Keramik. Beim Kaliber 51900 – dem Motor der Portugieser Tourbillon Mystère Rétrograde – gelang es 2009 zum ersten Mal, die Aufzugklinken anstatt aus Kupferberyllium aus Zirkonoxid zu fertigen. Dies trug bereits wesentlich dazu bei, den Verschleiss zu reduzieren. Es war deshalb naheliegend, auch das Aufzugsrad aus diesem Material herzustellen. Erste Versuche scheiterten jedoch: Beim Verpressen mit seinem Trieb aus Stahl zerbrach das Keramikrad regelmässig. Erst eine Neukonstruktion sowie Fortschritte in der Herstellungstechnik brachten den Durchbruch: In der Kaliberfamilie 52000 wird das Automatikrad nun mitsamt dem Trieb als ein einziges, integriertes Bauteil aus schwarzer Keramik hergestellt. „Der Eingriff der Klinken in das Rad erfolgt damit praktisch verschleissfrei“, hält Gäumann fest.

DAS MATERIAL DES EXZENTERS IST GLEICHZEITIG DIE LAGERSTELLE

Doch es gab noch mehr Potenzial für Verbesserungen. So wurde etwa die Exzenterscheibe des Pellaton-Aufzugs bisher als Stahlherz gefertigt, in dessen Mitte eine Lagerstelle aus Rubin eingepresst war. Diese Bauart bedingte jedoch eine zusätzliche Lagerung für die Schwungmasse. Auch hier wurde durch die Verwendung von Keramik eine überraschende Lösung möglich: „Die Exzenterscheibe wird heute vollständig aus weisser Keramik hergestellt und dient dabei gleichzeitig auch als Lagerung für die gesamte Schwungmasse“, erklärt Gäumann. Weil dies Platz spart, konnten die Konstrukteure die Rotorwelle grösser dimensionieren und auf eine federnde Lagerung der ganzen Baugruppe verzichten. Diese Befestigung an einer starren Brücke macht den Automatik-Mechanismus noch robuster.

Pellatons vor 60 jahren patentierte lösung ist auch heute noch modern.

„Der Pellaton-Aufzug ist eine technisch einzigartige Lösung und gehört wie der ewige Kalender von Kurt Klaus oder die Portugieser Minutenrepetition fest zum horologischen Erbe unserer Manufaktur“, unterstreicht Gäumann. Doch es liegt eben auch in der Tradition der IWC, das Bestehende immer wieder zu überdenken. Die in der Kaliberfamilie 52000 realisierten Verbesserungen betreffen zwar Details. Doch erst eine jahrelange und intensive Zusammenarbeit von Uhrmachern, Konstrukteuren und Materialspezialisten haben sie möglich gemacht. Beim Blick durch den Saphirglas-Boden auf die neuen Manufakturwerke werden die Besitzer nicht nur die optische Perfektion des überarbeiteten Aufzugs bewundern können. Sie werden auch täglich daran erinnert, wie leidenschaftlich der Engineering-Gedanke von IWC-Gründer Florentine Ariosto Jones in Schaffhausen gelebt wird.

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