Met zijn grote aantal beweeglijke componenten, is het mechanische polshorloge een uitdaging voor de tribologie.

De wetenschap die zich bezighoudt met wrijving, slijtage, smering en met hoe beweeglijke oppervlakken met elkaar interageren. Zonder de holistische visie van de tribologen en hun talent om componenten te laten draaien, glijden of vastklemmen, zou zelfs het meest moderne precisie-uurwerk gewoon tot stilstand komen.

Wrijvingsdeskundigen zeggen vaak dat er maar één horloge-onderdeel is waar ze geen aandacht aan besteden: de wijzerplaat. Die is namelijk statisch, wordt niet geraakt door andere bewegende onderdelen en heeft geen last van slijtage. Al het andere, zoals het uurwerk met zijn minuscule bewegende delen, de kast, de bezel, het glas, de band en de sluiting, maar ook de productieprocessen, de apparatuur, het gereedschap en de smeermiddelen, ontkomt niet aan de kritische blik van deze veelzijdige slimmeriken. Hun wetenschap combineert namelijk de kennis van de technicus, de chemicus en de horlogemaker. Tegenwoordig zijn de gespecialiseerde tribologen-teams bij Rolex essentieel om de betrouwbaarheid, de nauwkeurigheid en het comfort naar ongekende hoogtes te brengen.

Wrijvingsdeskundigen

Nieuwe wetenschap

Tribologie kwam pas op tussen het einde van de jaren 60 en de jaren 80, naarmate men meer kennis kreeg van de meervoudige effecten van spanning op materialen die werden gebruikt in de hightechindustrie. Sommige principes van deze multidisciplinaire wetenschap werden echter onbewust al eeuwenlang toegepast. Toen de vooruitstrevende horlogemaker John Harrison in de 18e eeuw de eerste uurwerken met hoge nauwkeurigheid uitvond, de scheepschronometers, probeerde hij de invloed van wrijving te minimaliseren, en zette hij alles op alles om de allereerste uurwerkmechanismen te maken die niet gesmeerd hoefden te worden. In die tijd was olie van slechte kwaliteit, gemaakt van dierlijke of plantaardige vetten die snel slechter werden, waardoor hun effectiviteit voor de vitale navigatie­apparatuur op volle zee beperkt was.

Pas op de drempel van dit millennium kwam die nieuwe wetenschap tot ontwikkeling en werd het een systematische aanvulling op het horlogevakmanschap. Tribologie, die wordt toegepast op het mechanische uurwerk, heeft een fundamentele invloed op de nauwkeurigheid, levensduur en het goed functioneren van een horloge.

Montage van een kaliber

Als het wordt toegepast op de kast en de horlogeband, heeft het invloed op het comfort, de kwaliteit en de fraaie uitstraling. Die invloed is duidelijk voor de gebruiker en varieert van de vertrouwde klik en het gevoel van de Oysterlock-sluiting van een Rolex-horloge bij het openen en sluiten, tot de nieuwste generatie uurwerken, waarbij tribologie ingezet wordt om nieuwe nauwkeurigheidsnormen te bepalen.

Datum- en dagaanduiding

Oorspronkelijk werden tribologen vaak ingezet als probleemoplossers. Een lastige taak waar heel veel geduld voor nodig is, omdat het verdachte onderdeel zelf – en daarmee ook het bewijsmateriaal – mogelijk kapot is gegaan door slijtage. De belangrijkste ontwikkeling in de afgelopen 15 jaar is echter hun bemoeienis met research & development, bij de keuze van materialen en het ontwerpen van onderdelen.

Tot op de micron

De nieuwste horloge-uurwerken worden gemaakt met net zo extreem weinig speling als in de ruimtevaartindustrie. Wanneer iets zo klein is als draaiende staafjes of tandwielen in een horloge, zijn de krachten die samenhangen met wrijving en slijtage immens.

Tot op de micron

De druk op robijnlagers of de tanden van een tandwiel is vergelijkbaar met de druk die wordt uitgeoefend door een locomotief op de rails. Elke tik van een horloge correspondeert met een impuls die wordt gegeven door het echappement en is daarmee een moment van wrijving en slijtage: bij een Rolex-horloge zijn dat er zo’n 250 miljoen per jaar, De contactvlakken tussen bewegende oppervlakken kunnen echter enorm klein zijn, slechts een paar micron.

In de 18e eeuw werden harde robijnen voor het eerst als lagers gebruikt in de horlogewereld, om de destructieve slijtage die werd veroorzaakt door wrijving op koperen draaipennen te minimaliseren. En zonder de doorontwikkelde, duurzame oliën zou het zeer nauwkeurige mechanische horloge-uurwerk van tegenwoordig binnen twee weken vastlopen, en een massa metaalschaafsel achterlaten.

Plaatsing van het echappement

Hightech smeermiddelen maken

Deze hoogwaardige smeermiddelen zijn geproduceerd onder leiding van tribologen, en vervangen de oliën en vetten gemaakt van dierenhoeven, waarmee dat zo’n 10 jaar geleden nog gebeurde. Rolex is het enige horlogemerk dat zijn eigen lijn smeermiddelen inhouse, in een gespecialiseerd laboratorium ontwikkelt en produceert. Elk type olie heeft een specifieke toepassing en aan de ontwikkeling ervan is ongeveer 10 jaar aan onderzoek voorafgegaan. Smeermiddelen met een lage viscositeit of dunnere versies worden gebruikt voor contactpunten met hoge snelheden, zoals in de oscillator. De dikkere smeermiddelen, met een hoge viscositeit, worden toegepast bij contacten waar veel druk op komt, zoals de tandwieltrein.

De hoeveelheden die worden gebruikt zijn adembenemend klein. Per jaar worden slechts ongeveer 100 liter gespecialiseerde smeermiddelen verbruikt door de gehele Zwitserse horloge-industrie bij elkaar. Slechts enkele microliters smeermiddelen worden toegepast op elk Rolex-uurwerk verdeeld over, afhankelijk van het model, zo’n 50 tot 100 smeerpunten. Sinds tribologie meespeelt, wordt elk druppeltje wetenschappelijk berekend en toegepast door ervaren bedieners die gebruik maken van een soort geautomatiseerde injectiespuit om de juiste dosering toe te kunnen dienen. Door een teveel aan olie kunnen bewegende delen plakkerig worden of vertragen. Te weinig verhoogt weer de slijtage en de frictie.

Maar er zijn nog veel meer criteria waar rekening mee gehouden moet worden. Coatings op nanoschaal, ‘epilamen’ genoemd, kunnen worden gebruikt op een deel van een onderdeel om de oppervlaktespanning te wijzigen en te zorgen dat het smeermiddel op zijn plek of binnen een bepaalde zone blijft, Zelfs de vorm en de kromming van een microscopisch klein druppeltje olie wordt zorgvuldig bepaald. Zo kan bijvoorbeeld een zuiver bol druppeltje tussen twee oppervlakken in de loop der tijd wegrollen, in plaats van dat het een kussentje vormt.

De exacte match krijgen

Soms is een bepaalde mate van frictie gewenst. Zo is bijvoorbeeld de mechanica van een draaibare bezel zorgvuldig ontworpen en uitgebalanceerd. Zelfs de vorm en geometrie van de karakteristieke ribbels van de bezel van een Sky-Dweller zijn bestudeerd om te zorgen voor de ideale grip voor de gebruiker.

Tribologen hebben zo’n scherp gevoel voor precisie dat ze zelden spreken over de gladheid van metaal maar eerder over de ruwheid, omdat zij weten dat zelfs een gepolijst oppervlak dat wordt bestudeerd onder een elektronenmicroscoop nooit zo glad is als het voor het oog lijkt, en aanvoelt voor de vinger. Gesatineerd afgewerkte oppervlakken worden ook door tribologen geanalyseerd om er zeker van te zijn dat ze niet gepolijst worden door slijtage.

Maar het meest klaarblijkelijke resultaat van de komst van tribologie is te vinden in de horlogeband. Voor de platina en gouden Oyster-banden, en in de President-band, met name op de nieuwe Day-Date, zijn keramische inzetstukken ontwikkeld die binnenin elke schakel zijn geplaatst om de slijtage te verminderen die kan ontstaan wanneer de oppervlakken wrijven, als gevolg van de intrinsieke eigenschappen van elk metaal. De inzetstukken zorgen ook voor een uitzonderlijk soepele pasvorm van de band. Smeeroliën zouden onbevredigend zijn geweest, omdat ze uit zouden lopen van zo’n blootgesteld deel van het horloge, en vlekken zouden maken in de kleding van de drager.

Met zo’n bereik, is het geen verrassing dat veel van deze specialisten een academische graad hebben. Hun werkdag bestaat uit systematische en zorgvuldige wetenschap, maar tribologen zijn eigenlijk ware romantici: het zijn matchmakers, die materialen en bewegende delen samenbrengen om samen te werken in perfecte harmonie.

Een triboloog (wrijvingsdeskundige) combineert de kennis van de technicus, de chemicus en de horlogemaker.

Science Friction opleidingscentrum

Deze pagina delen