Mit ihren zahl­reichen sich in Bewegung befin­denden Kompo­nenten ist die mecha­­nische Armband­uhr wie ge­schaffen für die Tribologie.

Diese junge, zukunfts­weisende Wissenschaft beschäftigt sich mit Reibung – oder Friktion –, Verschleiß, Schmierung und wechsel­wirkenden Oberflächen in relativer Bewegung. Ohne die holistische Sichtweise der Tribologen und ihre Fähigkeit, Teile drehen, gleiten oder haften zu lassen, würden selbst die modernsten Präzisions­uhren ganz einfach stehen bleiben.

Tribologen sagen gern, die einzige Komponente einer Armbanduhr, die nicht durch ihre Hände gehe, sei das Zifferblatt. Dieses statische Teil kommt nicht mit anderen, sich bewegenden Komponenten in Berührung und ist gegen Verschleiß geschützt. Das Uhrwerk mit seinen winzigen Bauteilen jedoch, das Gehäuse, die Lünette, das Uhrglas, das Armband und die Schließe ebenso wie Produktions­verfahren und ‑maschinen, Werkzeug und Schmiermittel – sie alle werden von diesen Universalisten, in deren Wissenschaft sich das Wissen des Ingenieurs, des Chemikers und des Uhrmachers vereint, unter die Lupe genommen. Heute sind die Tribologen­teams von Rolex Garanten für ein bisher unerreichtes Niveau an Zuverlässigkeit, Gang­genauigkeit und Tragekomfort.

Tribologen

Eine junge Wissenschaft

Die Tribologie entstand zwischen den späten 1960er- und den 1980er-Jahren mit dem zunehmenden Verständnis der vielfältigen Bean­spruchungen, denen die in der Hightech­industrie eingesetzten Materialien unterliegen. Einige Grundsätze dieser multi­diszipli­nären Wissenschaft kamen jedoch seit Jahr­hunderten unwissentlich zur Anwendung. Als der Uhrmacher­pionier John Harrison im 18. Jahrhundert die ersten Zeitmesser mit hoher Gang­genauigkeit – Marine­chronometer – entwickelte, versuchte er bereits, den Einfluss der Reibung zu minimieren, und scheute keine Mühen, um die ersten Uhren­mechanismen zu bauen, die keinerlei Schmierung erforderten. Die damaligen Schmiermittel waren von minderer Qualität. Sie bestanden aus tierischen oder pflanzlichen Fetten, deren Eigenschaften sich rasch verschlechterten, wodurch sie für über­lebens­wichtige Navigations­instrumente zum Einsatz auf hoher See nur bedingt tauglich waren.

Erst gegen Ende des 20. Jahrhunderts kam diese neue Wissenschaft auf, die systematisch als Ergänzung in der Uhrmacherei eingesetzt werden konnte. Angewandt auf mechanische Uhrwerke, hat die Tribologie einen erheblichen Einfluss auf die Gang­genauigkeit, die Lebensdauer und die Funktion der Uhr im engeren Sinne.

Zusammenbau eines Kalibers

Angewandt auf Gehäuse und Armband, wirkt sie sich auf Tragekomfort, Qualität und Ästhetik aus. Der Träger einer Rolex merkt dies an dem deutlichen, beruhigenden Klick beim Öffnen und Schließen der Oysterlock-Schließe. Die Tribologie spielte auch eine bedeutende Rolle bei der Entwicklung der neuen Day‑Date und ihres Uhrwerks der neuen Generation, mit dem ein neuer Standard auf dem Gebiet der chrono­metrischen Präzision gesetzt wird.

Wochentags- und Datumsanzeige

Anfangs kamen die Tribologen häufig als Problemlöser zum Einsatz – eine undankbare Aufgabe, die unendlich viel Geduld erforderte, weil die betreffende Komponente durch den Verschleiß möglicherweise bereits zerstört und die Ursache so nicht mehr zu erkennen war. Der größte Fortschritt auf diesem Gebiet bestand in den letzten 15 Jahren darin, dass sie nun bereits in der Forschungs- und Entwicklungs­phase – bei der Auswahl des Materials und der Konstruktion der Komponenten – zurate gezogen werden.

Im Mikrometerbereich

Die neuesten Uhrwerke werden mit minimalen Toleranzen gebaut, wie sie in der Luft- und Raumfahrt­industrie zu finden sind. Übertragen auf den winzigen Maßstab der Wellen und Räder­werke einer Armbanduhr, wirken hier enorme Reib- und Verschleißkräfte.

Im Mikrometerbereich

Der Druck, der auf einem Rubin oder dem Zahn eines Zahnrads lastet, ist vergleichbar mit dem, den eine Lokomotive auf die Schienen ausübt. Jedes Ticken entspricht einem von der Hemmung generierten Impuls und damit einem momentanen Reib- und Verschleiß­vorgang, wie er in einer Rolex Armbanduhr circa 250 Millionen Mal im Jahr abläuft. Die Kontaktstellen zwischen den sich bewegenden Oberflächen können winzig sein, in der Größenordnung von einigen Mikrometern.

Im 18. Jahrhundert wurden in der Uhrmacherei erstmals (für ihre Härte bekannte) Rubine als Lager verwendet, um den reibungs­bedingten Verschleiß zu minimieren, durch den die Drehzapfen aus Messing beschädigt wurden. Und ohne hoch entwickelte, langlebige Schmiermittel wären heute die ultrapräzisen Uhrwerke mechanischer Armbanduhren innerhalb von zwei Wochen durch eine Unmenge von Metallspänen nicht mehr funktionsfähig.

Platzierung der Hemmung

Herstellung von Hightech­schmiermitteln

Diese unter der Kontrolle von Tribologen synthetisierten Hoch­leistungs­schmier­mittel ersetzen die aus Tierhufen hergestellten Öle und Fette, die vor etwa zehn Jahren noch im Handel zu finden waren. Rolex ist die einzige Uhrenmarke, die ihre gesamte Palette von Schmiermitteln im eigenen Spezial­labor entwickelt und herstellt. Jeder Öltyp ist für eine spezielle Anwendung vorgesehen und erfordert fast zehn Jahre Forschungs- und Entwicklungsarbeit. Niedrigviskose oder dünnflüssigere Schmiermittel werden bei Teilen wie dem Oszillator verwendet, deren Kontaktverhältnisse durch hohe Geschwindigkeiten gekennzeichnet sind. Hochviskose oder dickflüssigere Schmiermittel werden bei Teilen wie dem Räderwerk verwendet, die unter hoher Druck­belastung arbeiten.

Die eingesetzten Mengen sind außerordentlich gering. Der Bedarf der gesamten Schweizer Uhrenindustrie an Spezial­schmier­mitteln dürfte sich bei 100 Litern pro Jahr bewegen. Ein Rolex Uhrwerk enthält nur einige Mikroliter, die sich je nach Modell auf 50 bis 100 Schmierstellen verteilen. Seit dem Aufkommen der Tribologie wird jeder Tropfen wissenschaftlich bemessen und dann von qualifizierten Fachleuten mithilfe von Automatik­spritzen aufgetragen, die eine perfekte Dosierung ermöglichen. Zu viel Schmiermittel könnte dazu führen, dass die in Bewegung befindlichen Komponenten verkleben und langsamer arbeiten, eine zu kleine Dosis könnte Reibung und Verschleiß erhöhen.

Doch es gilt noch zahlreiche weitere Kriterien zu berücksichtigen. An Teilen von Komponenten kann eine nanometrische Beschichtung (Epilamisierung) vorgenommen werden, um die Ober­flächen­spannung zu verändern und das Schmiermittel ortsfest zu machen. Auch Parameter wie Form und Wölbung von mikroskopisch kleinen Öltropfen werden sorgfältig geprüft. Ein absolut kugelförmiges Tröpfchen beispielsweise könnte zwischen zwei Oberflächen abrollen, anstatt sie zu schmieren.

AUSGEWOGENE EINSTELLUNG

Bisweilen ist ein bestimmtes Maß an Reibung wünschenswert. Die Mechanik einer drehbaren Lünette zum Beispiel ist sorgfältig konstruiert und ausbalanciert. Sogar Form und Geometrie der charakteri­stischen Riffelung der Sky-Dweller Lünette wurden untersucht, um ihr eine für den Träger ideale Griffigkeit zu verleihen.

Tribologen haben einen derart geschärften Sinn für Präzision, dass sie Metall­ober­flächen selten als glatt bezeichnen und eher von deren Rauheit sprechen. Unter dem Elektronen­mikroskop betrachtet, sind sogar polierte Oberflächen nie so glatt, wie es sich mit dem bloßen Auge erkennen oder mit den Finger­spitzen erfühlen lässt. Auch satinierte Oberflächen nehmen die Tribologen unter die Lupe, um sicherzustellen, dass sie nicht durch Abnutzung poliert werden.

Das Armband ist vielleicht der beste Beweis für die positiven Effekte der Tribologie. Bei den Oyster-Bändern in Platin und Gold und beim President-Band, insbesondere dem der neuen Day-Date, werden Keramik­einsätze in jedes Band­element eingefügt, um den Verschleiß zu minimieren, der durch die Reibung der Oberflächen in Abhängigkeit von den jeweiligen Eigenschaften der Metalle entstehen kann. Die Einsätze verleihen dem Armband auch eine außer­gewöhnliche Geschmeidigkeit. Schmiermittel wären in diesem Falle nicht geeignet gewesen, da sie die Kleidung des Trägers der Armbanduhr hätten verschmutzen können.

Angesichts ihres umfangreichen Aufgaben­bereichs ist es nicht erstaunlich, dass es die meisten Tribologen in ihren Studien nicht bei einem einfachen Universitäts­abschluss belassen haben. Ihr Arbeitsalltag ist zwar von strenger methodischer Wissenschaft bestimmt, doch im Herzen sind sie Romantiker geblieben, die Materialien und sich bewegenden Teilen dazu verhelfen, perfekt miteinander zu harmonieren.

DER TRIBOLOGE VEREINT DAS WISSEN DES INGENIEURS, DES CHEMIKERS UND DES UHRMACHERS.

Rotes Schmiermittel

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