Ein Hoch auf die mächtige Triebfeder

Eine mechanische Uhr ist eine Sache der Schönheit

Selbst die einfachste mechanische Uhr beherbergt eine Vielzahl von Komponenten, die man nur als kleine Meisterwerke der Ingenieurskunst und kreativen Kühnheit bezeichnen kann. Doch eine ihrer wichtigsten Komponenten ist gleichzeitig eine der am wenigsten gewürdigten. Diese oft übersehene Komponente ist die Antriebsfeder – zu Unrecht, wenn man bedenkt, wie wichtig sie für jede mechanische Uhr ist. Schließlich ist die „magische Spirale“, die Antriebsfeder, das Herzstück jeder mechanischen Uhr.

Es gibt einen Grund, warum Bloomberg die Zugfeder in einem Artikel vom Februar 2020 als „wichtigste und am wenigsten geschätzte Komponente der Uhrmacherei“ bezeichnete. Wir bei LIV Watches sind so begeistert von mechanischen Uhren, dass wir es für angebracht hielten, dieser wertvollsten Komponente unsere Anerkennung zu zollen. Dieser Artikel gibt einen kurzen Einblick in die Geschichte und die grundlegende Mechanik der Zugfeder. Er beleuchtet außerdem einige Wartungsaspekte und räumt mit einigen typischen Mythen rund um die Zugfeder auf.

Schlüssel in verschiedenen Größen zum Aufziehen der Uhrfedern

DIE TRIEBFEDER: EINE KURZE GESCHICHTE

Um die Geschichte der Uhren zu verstehen, muss man sich mit ihrer Geschichte befassen. Die frühesten bekannten Uhren Europas wurden von Gewichten, nicht von Schlagfedern, angetrieben. Die Schwerkraft übernahm die gesamte Arbeit, um das zum Antrieb des Räderwerks einer Uhr nötige Drehmoment umzuwandeln. Der eigentliche Erfinder der „Spiralfeder“, der heutigen Schlagfeder, ist unbekannt. Man nimmt an, dass die Technologie aus Spiralfedern entwickelt wurde, die erstmals in mittelalterlichen Schlössern von Schlossern verwendet wurden. Bekannt ist jedoch die älteste noch existierende Uhr der Welt mit Schlagfederantrieb, die ein Geschenk an Philipp den Guten, Herzog von Burgund, aus dem Jahr 1430 war. Die Uhr befindet sich heute im Germanischen Nationalmuseum in Nürnberg und ist ein Beweis für die Komplexität der Zeitmessung, die bereits im 15. Jahrhundert weit verbreitet war.


Die enorme Komplexität der Herstellung einer Zugfeder damals und in den Jahrhunderten danach darf nicht unterschätzt werden. Der für eine Zugfeder benötigte Stahl musste ganz bestimmte Eigenschaften aufweisen, um seine einzigartige, gewundene Form zu erhalten, einschließlich der erforderlichen Zugfestigkeit. Darüber hinaus stellte die erforderliche Dünne der Zugfeder für die damaligen Stahlhersteller oft eine noch größere Herausforderung dar. Es wäre nicht übertrieben zu behaupten, dass die Herstellung der Zugfeder für eine Uhr aus dem 18. Jahrhundert tagelange, sorgfältige und harte Arbeit erfordern konnte. Diese immens komplexe Technik wurde in dem 1780 erschienenen Buch „The Art Of Making Watch Springs“ (oder „L'Art de Faire les Ressorts de Montres“ im französischen Original) des englischen Uhrmachers William Blakey in 69 verschiedenen Abschnitten ausführlich beschrieben. Die Massenproduktion von Zugfedern war erst fast ein Jahrhundert nach Erscheinen von Blakeys Buch möglich. Die Industrielle Revolution hatte Fräsmaschinen hervorgebracht, mit denen mehrere komplexe Komponenten in Massenproduktion hergestellt werden konnten. Zugfedern aus Kohlenstoffstahl stellten eine Verbesserung gegenüber früheren Stahlmodellen dar, hatten aber immer noch den Nachteil, dass sie mit der Zeit an Elastizität verloren. Nach dem Zweiten Weltkrieg entstanden metallurgisch präzisere Legierungen, die Zugfedern ermöglichten, die nicht so leicht „setzten“ (an Elastizität verloren) oder brachen. Sie waren jedoch weiterhin anfällig für übermäßige Reibung und Verschleiß. Um 1965 wurde Kohlenstoffstahl bei der Herstellung von Zugfedern durch kaltgewalzte Legierungen ersetzt, die weniger anfällig für Reibung und Verschleiß waren.

Zu den modernen Federlegierungen gehört Nivaflex des Schweizer Herstellers Nivarox, der zur Swatch Group gehört. Nivaflex besteht aus 45 % Kobalt, 21 % Nickel, 18 % Chrom, 5 % Eisen und 11 % anderen Metallen. Nivaflex-Federfedern bieten viele Vorteile, unter anderem sind sie antimagnetisch.

Entscheidend für eine Antriebsfeder ist außerdem ihre extrem hohe Zugfestigkeit von bis zu 3.000 Megapascal und ihre Härtewerte von 800 und mehr auf der Vickers-Skala (siehe Prinzipdarstellung unten). Zum Vergleich: Der 316L-Edelstahl, der in den Gehäusen und Armbändern vieler hochwertiger Uhren verwendet wird, weist Härtewerte zwischen 200 und 240 Vickers auf.

 

„Moderne Antriebsfedern sind tatsächlich viel härter, stärker und langlebiger als ihre Vorgänger aus Kohlenstoffstahl. Das Ergebnis sind Uhren, die langlebiger sind und länger halten sollten.“

DIE MECHANIK EINER ZUGFEDER

Eine Zugfeder ist im Wesentlichen ein flaches, dünnes, gewickeltes Blatt aus einer sehr flexiblen Stahllegierung. Sie ist der „Energiespeicher“ der Uhr. Diese Energie wird bei jedem Aufziehen der Uhr freigesetzt, egal ob automatisch oder manuell, da sich die Krümmung der eng gewickelten Zugfeder erhöht und so Energie gespeichert wird. Die gewickelte Form ermöglicht eine gleichmäßigere Energieverteilung. Diese gespeicherte Energie wird über das Räderwerk und die Hemmung auf den schwingenden Teil der Uhr, die Unruh, übertragen. Dieser feine Balanceakt zwischen diesen Komponenten und die freigesetzte Energie bestimmen den korrekten Gang der Uhr.

Bei einer Antriebsfeder kommt es vor allem auf das Drehmoment an, das sie erzeugen kann. Dieses ist direkt proportional zu ihrer Breite, weshalb sie so eng gewickelt sein muss. Aus diesem Grund hat eine Antriebsfeder eine maximale Dicke von lediglich 0,00295276 Zoll (das sind lediglich 75/1.000 mm). Je dicker die Antriebsfeder, desto größer ihr Drehmoment, und je länger sie ist, desto länger ist die Laufzeit der Uhr. Der Haken ist jedoch, dass mit jedem zusätzlichen Millimeter der Antriebsfeder Drehmoment verloren geht. Und darin liegt die größte Herausforderung für Uhrmacher in Bezug auf die Antriebsfeder: Sie lang genug zu machen, um längere Laufzeiten für eine mechanische Uhr zu gewährleisten und gleichzeitig sicherzustellen, dass das Drehmoment konstant und stark bleibt. Keine leichte Aufgabe!

Typischerweise ist eine Schlagfeder an einer Stahlstange (einer Welle) befestigt, die wiederum mit der Krone verbunden ist. Dadurch kann die Schlagfeder bei jedem Aufziehen der Uhr gespannt werden. Die Welle wird während des Uhrlaufs durch ein sogenanntes Klickgeräusch an Ort und Stelle gehalten. Nicht die Welle dreht sich, sondern das Federhaus, in dem die Schlagfeder untergebracht ist. Dieses verfügt über Zahnräder, die mit den Ritzel des Räderwerks (auch „Getriebesystem“ einer Uhr genannt) in Eingriff stehen.

Das Räderwerk besteht im Wesentlichen aus den vier Rädern: dem zentralen, dritten und vierten Rad sowie dem Ankerrad und dem Anker. Jedes Rad dreht sich mit einer anderen Geschwindigkeit, genauer gesagt: schneller als das davorliegende. Das erste Rad nach dem Federhaus ist das zentrale Rad. Es dreht sich alle 12 Stunden einmal um eine volle Umdrehung. Der Stundenzeiger ist daran befestigt. Das dritte Rad ist ein Zwischenrad. Ihm geht das vierte oder Sekundenrad voraus, das sich alle 60 Sekunden um eine volle Umdrehung dreht und an dem der Sekundenzeiger befestigt ist. Das letzte Rad, das Ankerrad, ist technisch gesehen kein Teil des Räderwerks, sondern die Hemmung. Seine Funktion besteht darin, Energie an den Anker abzugeben.

Fazit: Diese Energie im Räderwerk und den zugehörigen Komponenten wäre ohne die ständige Energiefreisetzung durch die straff gewickelte Antriebsfeder nicht möglich.

WARTUNG DER ANTRIEBSFEDER

Ein so dünnes, eng gewickeltes und zugfestes Bauteil wie eine Zugfeder kann selbst bei Verwendung der heute deutlich festeren und langlebigeren Legierungen Probleme bereiten. Da die Zugfeder das Energiekraftwerk einer mechanischen Uhr ist, ist eine ausreichende Energiezufuhr zum oder im Mechanismus von entscheidender Bedeutung. Manchmal scheitert die Energiezufuhr oder -abgabe zur oder von der Zugfeder aus verschiedenen Gründen.

Es ist wichtig zu beachten, dass ein Uhrwerk in ausgezeichnetem Zustand sein kann, die Uhr jedoch dennoch nicht einwandfrei funktioniert, einfach weil die Antriebsfeder nicht mehr die benötigte Energie für das Räderwerk liefern kann. Dies sind beispielsweise einige Anzeichen dafür, dass die Antriebsfeder einer mechanischen Uhr mit Handaufzug defekt sein könnte:

• Die Uhr läuft einfach nicht
• Die Uhr läuft langsam
• Die Uhr läuft unregelmäßig, d. h. zuerst vor und dann langsam und dann wieder vor usw.
• Die Krone dreht sich endlos

Die Ursache hierfür kann eine gebrochene oder rutschende Schlagfeder sein, genauer gesagt, ein Problem, bei dem der Haken bzw. die Welle des Federhauses beim Aufziehen nicht richtig einrastet.

Es versteht sich von selbst, dass die Wartung aller Uhrenkomponenten am besten von einem Fachmann durchgeführt wird. Die Wartung einer Aufzugsfeder sollte jedoch folgende Faktoren berücksichtigen:

• Durchmesser, Höhe, Dicke, Länge und Typ der Schlagfeder und ihres Federhauses müssen vor der Wartung bekannt sein. Aufgrund der engen Wicklung der Feder muss die Länge immer geschätzt werden.
• Eine gründliche Reinigung und Schmierung mit einem hochwertigen Federschmiermittel kann erforderlich sein. Wichtig ist, dass das Schmiermittel bzw. „Fett“ für das Kaliber der zu wartenden Uhr geeignet ist. Ist das Fett beispielsweise zu dickflüssig, verhindert es ein reibungsloses Abrollen der Feder im Federhaus. Dies führt zu unregelmäßiger Kraftverteilung, was die Leistung der Uhr mit ziemlicher Sicherheit beeinträchtigt.
• Zu den am häufigsten verwendeten Fetten für die Reinigung und Wartung von Schlagfedern, einschließlich der Innenseite des Federhauses, zählen das Naturfett Moebius 8217, das Naturöl 8141 und D-5 Microgliss.

Einige Uhrenexperten sind der Meinung, dass die beste Form der Wartung der Aufzugsfeder darin besteht, sie bei jeder Wartung der Uhr einfach auszutauschen, da Aufzugsfedern relativ günstig und einfach zu ersetzen sind. Dies ist auch in Online-Foren zur Uhrenreparatur der Fall. Außerdem werden beim Einbau einer neuen Aufzugsfeder keine teuren Aufzugsfederaufzieher benötigt. Dies spart erheblich Geld, da diese Werkzeuge teuer sind. Darüber hinaus werden Zeit und potenzielle Pannen vermieden, da bei einer neuen Aufzugsfeder das Reinigen, Schmieren und erneute Einbauen einer vorhandenen Aufzugsfeder entfällt.

MYTHEN ÜBER DIE TRIEBFEDER

Schlagfedern mögen hauchdünn, winzig und eng gewickelt sein, aber sie sind nicht gerade zerbrechlich. Sie sind auch nicht aus Porzellan (!) – denken Sie daran, Schlagfedern sind präzise gefertigt, um robust, langlebig und flexibel zu sein. Dieser Mythos der „Zerbrechlichkeit“ ist nur einer der Faktoren, die die vielen Mythen rund um Schlagfedern nähren. Hier sind nur vier dieser Mythen:

1 • Uhrenbeweger sind für Vintage-Uhren unverzichtbar: Falsch.
Dieser Mythos beruht auf der Annahme, dass Automatikwerke von ständiger Bewegung profitieren und daher Uhrenbeweger benötigen. Tatsächlich können Uhrenbeweger insbesondere bei Vintage-Uhren problematisch sein. Das ständige Aufziehen kann das Aufzugssystem der Uhr übermäßig beanspruchen und die Schmierung der Antriebsfeder schneller austrocknen lassen.

2 • Aus Gründen der „Integrität des Uhrwerks“ ist es am besten, eine alte Antriebsfeder drin zu lassen: Falsch.
Wie bereits oben im Wartungsabschnitt erläutert, ist der Austausch der Antriebsfeder in der Regel die beste Lösung bei der Reinigung oder Wartung eines Uhrwerks. Die „Integrität“ eines Uhrwerks ist selbst ein Mythos. Wie bei jedem mechanischen Gerät müssen auch bei einem Uhrwerk im Laufe seiner Lebensdauer zwangsläufig bestimmte Teile ausgetauscht werden. Fragen Sie jeden Autosammler danach! Dasselbe gilt für Uhren.

3 • Der Austausch einer Antriebsfeder mindert den Wert einer Vintage-Uhr: Falsch.
Siehe Punkt 2 oben. Jeder Uhrenexperte wird bestätigen, dass die genaue Herkunft eines Uhrwerks weitaus schwieriger zu bestimmen ist, als man denkt. Auch der Austausch einer Antriebsfeder mindert den Wert einer guten Uhr in keiner Weise.

4 • Sie müssen darauf achten, eine mechanische Uhr nicht zu oft aufzuziehen: Falsch.
Dies ist tatsächlich einer der hartnäckigsten Mythen über mechanische Uhren und damit auch über Aufzugsfedern. Uhrenexperten behaupten kategorisch, dass ein „Überziehen“ einer modernen mechanischen Uhr von guter Qualität nicht möglich ist. Der Aufzugsmechanismus einer mechanischen Uhr, egal ob manuell oder automatisch, entkoppelt sich einfach von der Aufzugsfeder, sobald diese vollständig aufgezogen ist. Danach kann die Uhr buchstäblich unendlich oft aufgezogen werden, ohne dass die Aufzugsfeder beschädigt wird.

Es gibt jedoch einen wichtigen Vorbehalt: Bei einer alten oder minderwertigen Uhr kann die Antriebsfeder beschädigt werden, wenn sie zu stark aufgezogen wird. Denken Sie also daran, wenn Sie Ihre Vintage- oder preiswerte mechanische Uhr aufziehen!

 

ABSCHLIESSEND

Vielleicht versteht man jetzt besser, warum wir es für notwendig hielten, einen ganzen Artikel einem winzigen, gewickelten Metallstück zu widmen, das in jeder mechanischen Uhr verbaut ist. Betrachten Sie es als „den kleinen Motor, der es konnte“ und ohne den es keine mechanische Uhr mehr gibt.

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