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IWC Da Vinci Perpetual Calendar Sketch
Eine Ewigkeit für das Handgelenk

During his time as head watchmaker at IWC, Kurt Klaus translated the Gregorian calendar with all its many irregularities into a mechanical program that will continue running perfectly until 2499 with virtually no corrections from outside.

Ingenieur Constant-Force Tourbillon
Die Konstante ist die Kraft

Der Konstantkraft-Mechanismus der IWC sorgt für die Abgabe von absolut gleichmässigen Kraftimpulsen an die Hemmung – und damit für eine bisher ungekannte Präzision.

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Eine Kurve
erhöht die Präzision

In einigen Kalibern der IWC schwingt der Unruhreif an einer Breguet-Spirale hin und her. Die in aufwändiger Handarbeit angefertigte Endkurve trägt massgeblich zu den absolut zeitgleichen Schwingungen der Unruh bei – und erhöht so die Ganggenauigkeit der Uhr.

IWC Portugieser Tourbillon Mystère Rétrograde
Wo die Zeit im Flug vergeht

Wenn man Uhrmacher fragt, ist die Sache klar: Das Tourbillon ist ihre liebste Komplikation.

IWC 52010 calibre
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.

Den Herzschlag einstellen

An der Réglage arbeiten von der Assemblierung des Schwingsystems über die Werksmontage bis zur Feinregulierung Dutzende von erfahrenen Spezialisten.

IWC 52000 Calibre Movement
Die neue IWC-Manufaktur-
kaliberfamilie 52000

Die Manufakturwerke der neuen IWC-Kaliberfamilie 52000 zeichnen sich durch zahlreiche technische Weiterentwicklungen aus.

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Handwerkskunst lässt die Uhr über Generationen laufen

Besonders alte oder komplizierte Uhren werden im Stammhaus in Schaffhausen liebevoll repariert.

Entdeckungsreise

Fortschritt dank Stillstand

Text — Boris Schneider Datum2015-03-04T16:49:08

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Unruhreif_Spirale.jpg
—Die Unruh erfüllt im Prinzip die gleiche Funktion wie ein hängendes Pendel, funktioniert aber unabhängig von der Lage

Eine mechanische Uhr zeigt die Zeit immer exakt an, obwohl die Federspannung laufend abnimmt. Dafür sorgt ein im Verlauf von mehr als 300 Jahren ständig weiter perfektionierter Mechanismus – die Hemmung. Sie besteht im Prinzip aus einem ringförmigen Pendel und einem speziellen Hebel. Dieser stoppt und gibt das Räderwerk im Pendeltakt frei, damit sich die Zeiger stets in gleichen Schritten fortbewegen. Höchste Präzision wird jedoch erst durch die aufwändige Feineinstellung des Systems von Hand erreicht.

Beim Blick in ein mechanisches Uhrwerk zieht den Betrachter unweigerlich das schnelle Wechselspiel von Unruh und Anker in seinen Bann. Was das ungeübte Auge für den Antrieb des Zeitmessers halten könnte, ist jedoch vielmehr eine Bremse: „Die sogenannte Hemmung portioniert den Ablauf der Energie aus der Zugfeder in gleichmässige, kleine Abschnitte – ähnlich wie ein Drehkreuz an einem Eingang nur einzelne Personen einer grossen Menschenmenge passieren lässt“, fasst Raphael Frauenfelder, Uhrmacher und Projektleiter der Industrialisierung bei der IWC in Schaffhausen, prägnant zusammen.

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Das ringförmige Pendel gibt den Takt vor

Die gespannte Zugfeder treibt eine Kette von Zahnrädern an, auf denen auch die Zeiger sitzen. Die Hemmung bildet den Abschluss des sogenannten Räderwerks und bremst dessen Ablauf. Ohne sie würden die Zeiger rasend schnell über dem Zifferblatt kreisen und der Energiespeicher der Uhr wäre nach wenigen Sekunden leer. Die Hemmung bremst aber nicht nur einfach das Entspannen der Feder. Sie dosiert die Federkraft dabei auch in exakt gleiche Zeitimpulse. Als effizienteste physikalische Lösung, um die dafür notwendige Zeitinformation zu erhalten, hat sich das Pendel erwiesen. Sein grösster Vorteil ist, dass es weitgehend unabhängig von der in seinen Antrieb gesteckten Energie in nahezu zeitgleichen Abschnitten schwingt.

Bei Grossuhren liefert ein hängendes, gemächlich hin- und herschwingendes Pendel den nötigen Takt. Für tragbare Uhren, deren Lage ständig verändert wird und die starken Beschleunigungen ausgesetzt sind, ist dieses System jedoch ungeeignet. Der niederländische Mathematiker Christian Huygens kam um 1670 auf die Idee, einen Ring an einer Spiralfeder schwingen zu lassen. Der Reif ersetzt dabei den trägen Körper, die Spirale simuliert die Schwerkraft. Diese sogenannte Unruh erfüllt im Prinzip die gleiche Funktion wie ein hängendes Pendel, funktioniert aber unabhängig von der Lage. Sie bildet nach der Hemmung die letzte Baugruppe im Werk.

Spirale_Breguet-Endkurve
—Die Breguet-Spirale erhöht die Präzision zusätzlich

Die Hemmung bildet den Abschluss des sogenannten Räderwerks und bremst dessen Ablauf

Die Unruh darf nicht beeinflusst werden

Das Schwingsystem muss so konstruiert sein, dass es so wenig wie möglich durch äussere Einflüsse beeinträchtigt wird. Eine besondere Herausforderung sind dabei Temperaturveränderungen. Sie bewirken, dass sich bestimmte Metalle ausdehnen oder zusammenziehen. Bei der Unruh kann das einen negativen Einfluss auf die Ganggenauigkeit haben. Während vielen Jahren wurden beispielsweise die Spiralfedern aus Kohlenstoffstahl hergestellt. Bei diesem Material kann jedoch schon eine Veränderung von einem Grad Celsius eine Abweichung von etwa 10 Sekunden pro Tag zur Folge haben. Deshalb kam man auf die Idee, sogenannte Bimetall-Unruhen aus Messing und Stahl einzusetzen. „Sinkt dann beispielsweise die Temperatur, vergrössert sich der Durchmesser des Reifs und kompensiert das gestiegene Elastizitätsmoment der Spirale“, weiss Frauenfelder.

Seit dem Anfang des 20. Jahrhunderts haben Fortschritte in der Metallkunde die Entwicklung von neuen Werkstoffen vorangetrieben. Eine in den 1930er-Jahren entwickelte Legierung bildet noch heute die Basis für die Spiralfedern. Sie enthält vor allem Kobalt, Nickel, Molybdän, Wolfram und Beryllium. Als Material für die Unruh hat sich unter anderem eine harte Verbindung aus Kupfer und Beryllium etabliert. „Beide Werkstoffe reagieren kaum auf Temperaturveränderungen, rosten nicht und sind auch weniger anfällig auf Magnetismus als Stahl“, beschreibt Frauenfelder die Vorteile dieser Materialien. In jüngster Zeit wird auch mit Spiralfedern aus Silizium experimentiert. Ob sich das aus der Computertechnologie bekannte Halbmetall aber durchsetzen kann, muss sich erst noch zeigen.

Incabloc-Stosssicherung
—Ein spezielles Stosssicherungssystem – der INCABLOC (™) schützt die Unruhwelle vor Schlägen

Eine spezielle Biegung sorgt für mehr Präzision

Nicht nur Temperaturveränderungen können den empfindlichen Mechanismus stören. Um 1800 bemerkte der Schweizer Uhrmacher Abraham Louis Breguet, dass sich eine flache Spiralfeder beim Schwingen einseitig ausdehnt. Dieser Effekt wirkt sich vor allem bei Lageveränderungen des Zeitmessers negativ aus. Breguet kam auf die Idee, ein Ende der Spirale auf einem höheren Niveau zu befestigen, wodurch ein gleichmässigeres, konzentrisches „Atmen“ der Feder möglich wird. Der französische Mathematiker Edouard Phillips errechnete später eine spezielle Biegung des letzten Abschnitts und perfektionierte das Prinzip. Die sogenannte Breguet-Spirale wird bei der IWC noch heute aufwändig von Hand gebogen. Diese Arbeit verlangt vom Uhrmacher ein Höchstmass an Geschicklichkeit und Erfahrung.

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calibre_98295
—Die Unruh des IWC-Manufakturkalibers 98295 kann über den Rückerzeiger reguliert werden

Stossdämpfer schützen den empfindlichen Mechanismus

Ein besonderes Augenmerk gilt auch dem Schutz des Schwingsystems vor Erschütterungen. Die Unruh befindet sich dauernd in Bewegung und gehört zu den am stärksten beanspruchten Baugruppen des Werks. Bei einer Frequenz von 4 Hertz absolviert sie 28’800 Halbschwingungen pro Stunde. Der Reif mit einem Durchmesser von einem Zentimeter sitzt auf einer Welle mit Lagerzapfen, die weniger als ein Zehntelmillimeter dünn sind. „Damit Stösse den Ablauf nicht beeinflussen oder die filigranen Teile kaputtgehen, sind die Lagerungen der Unruhwelle mit speziellen Stosssicherungssystemen bestückt“, erklärt Frauenfelder.

Feinregulierung ist Handarbeit

Die Präzision der Uhr hängt von exakt gleichen Schwingungen ab. Das ringförmige Pendel muss deshalb aufwändig von Hand eingestellt werden. Der Uhrmacher kann die Unruh beispielsweise mittels des sogenannten Rückers justieren. Über diesen Mechanismus lässt sich die aktive Länge der Spiralfeder verändern. Schön zu sehen ist das auf der Rückseite des Manufakturkalibers 98295 der IWC mit seinem überlangen Rückerzeiger – dem Jones-Pfeil. Nach dem gleichen Prinzip funktioniert übrigens die Gitarre: Auch dort wird beim Greifen auf dem Hals die schwingende Länge der Saiten und damit die Tonhöhe verändert.

Je nach Konstruktionsart lässt sich das Schwingsystem auch über sogenannte Exzenter oder Regulierschrauben einstellen. Dreht man diese nach aussen, werden die Schwingungen langsamer, dreht man sie nach innen, werden die Bewegungen schneller – wie wenn wir auf einem Drehstuhl rotieren und die Arme zum Körper hinziehen oder ausstrecken. Damit die nur einen Millimeter langen Schräubchen trotz ihres geringen Volumens eine möglichst grosse Masse haben, sind sie aus purem Gold.

Die Präzision der Uhr hängt von exakt gleichen Schwingungen ab

Die Hemmung portioniert den Ablauf

Für die Übertragung des Taktes auf das Räderwerk ist die eigentliche Hemmung zuständig. Im Lauf der Jahrhunderte wurden dafür unzählige Systeme entwickelt. Durchgesetzt hat sich die Schweizer Ankerhemmung. Sie setzt sich aus Ankerrad, Anker und Hebelstein zusammen. Das Ankerrad ist das letzte Rad im Räderwerk und wird von der Zugfeder angetrieben. Der Anker ist ein aus Stahl oder Messing gefertigtes Teil in der Form eines Schiffsankers. Er stellt die Verbindung zur Unruh her. An seinen Armen sind winzige Rubinklötzchen – die Palettensteine – befestigt, welche in die Zähne des Ankerrads greifen. Der Hebelstein schliesslich sitzt auf einer Scheibe auf dem Unruhreif und bewegt sich mit diesem hin und her.

Schwingt nun die Unruh in eine Richtung aus, blockiert die eine Palette des Ankers das Räderwerk. Kehrt sie durch den Nullpunkt zurück, fällt der Hebelstein in die Ankergabel. Der Anker wird umgelegt und die Palette herausgezogen. Dadurch löst sich die Blockade und die Zeiger können sich fortbewegen. Für diesen kurzen Moment ist die Unruh die treibende Kraft im ganzen Prozess.

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—Die Schweizer Ankerhemmung hat sich als verlässliche Lösung erwiesen
Ankerpaletten.jpg
—Nur dank den winzigen Kraftstössen, die sie vom Anker erhält, bleibt die Unruh in Bewegung

Antrieb und Bremse zugleich

Jetzt aber kehren sich die Dinge um: Angetrieben vom Räderwerk, rutscht der freigewordene Ankerradzahn auf die Hebefläche der Palette und versetzt dem Anker einen Schubs. Über den Hebelstein wird der Impuls an die Unruh weitergegeben, die nun in die entgegengesetzte Richtung schwingt. Danach fällt die andere Palette in den Radius des Ankerrads und blockiert erneut das Räderwerk. Mit jeder Halbschwingung des Reifs wiederholt sich dieser Vorgang – abwechslungsweise in beide Richtungen. Das harte Aufschlagen der Palettensteine auf die metallenen Zähne des Ankerrads produziert auch das hörbare Ticken der Uhr. Ein Film von dickflüssigem Schmiermittel minimiert die Reibung und hält den Ablauf geschmeidig.

„Nur dank den regelmässigen Kraftstössen des Ankers bleibt die Unruh in Bewegung. Sonst würde sie aufgrund von Reibungsverlusten nach kurzer Zeit stillstehen und die Uhr würde aufhören zu laufen“, erklärt Frauenfelder. Mit abnehmender Federspannung werden die Impulse an die Unruh schwächer und ihre Schwingungsweite etwas kürzer. Die zeitlichen Abstände jedoch, in denen der Hebelstein den Nullpunkt passiert und der Anker die Zahnräder freigibt, bleiben nahezu exakt gleich.

Hochkomplexe Theorien und technische Kniffe

Um jedoch über die gesamte Gangdauer eine sehr hohe Präzision zu erreichen, ist das umfassende Verständnis einer Vielzahl von komplexen Theorien nötig. Der Uhrmacher der IWC muss teilweise auch tief in die Trickkiste greifen, um die Präzision des Mechanismus mit speziellen Kniffen noch weiter zu erhöhen. So kann beispielsweise das Spiel zwischen den beiden Stiften, mit denen der Rücker an der Spiralfeder befestigt ist, um wenige Tausendstelmillimeter verändert und der Ablauf des Schwingsystems dadurch optimiert werden.

Auch die Abstimmung von Anker und Ankerrad erfordert ein extremes handwerkliches Geschick, denn die Winkel müssen exakt passen. Die nur etwa einen Millimeter langen Paletten werden mit Schellack – einem aus dem Sekret von Lackschildläusen gewonnenen Klebstoff – in ihre Fassungen am Anker eingesetzt. Nur wenn die Uhrmacher in Schaffhausen diese Arbeit auf wenige Tausendstelmillimeter genau ausführen, funktioniert das Zusammenspiel und das Herz der kleinen Maschine beginnt stets im gleichen Takt zu schlagen.

„Während viele Prozesse in der Uhrenindustrie immer stärker industrialisiert werden, ist die Hemmung bis heute eine uneinnehmbare Festung der Handarbeit geblieben“, bilanziert Frauenfelder. Und vielleicht ist es genau dieser Umstand, der die Faszination der viele Jahrhunderte alten mechanischen Zeitmessung bis zum heutigen Tag ausmacht.

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