Technologie am Werktisch: Titan

Dies ist die zweite Folge unserer Serie „Technologie am Werktisch“. Wie der erste Beitrag, der die Innovationen von Breguet beim Einsatz von Silizium in Uhren behandelte, beweist auch der Blick auf die Pionierarbeit von Breguet mit Titan nicht nur einen ähnlichen Erfindungsreichtum und die Vielfalt der daraus resultierenden Patente, sondern auch den gleichen Geist, die Uhrmacherkunst mit Hilfe der Technologie weiterzuentwickeln und gleichzeitig den reichen handwerklichen Traditionen treu zu bleiben.

Für die Uhrmacherei interessant war Titan anfänglich wegen seiner einzigartigen Kombination von hoher Festigkeit und geringem Gewicht (oder genauer gesagt, geringer Dichte). Die Grenzen des Stärke-Gewicht-Verhältnisses durch die Wahl geeigneter Werkstoffe hinauszuschieben hat bei Breguet eine lange Tradition. Die bemerkenswertesten Anstrengungen in dieser Hinsicht fanden allerdings nicht in den Uhrenwerkstätten des Hauses, sondern in der Luftfahrtbranche statt. Louis Breguet, der Urenkel von Abraham-Louis, war nämlich eine überragende Gestalt in der Geschichte der Aviatik, mit einer Karriere von über einem halben Jahrhundert seit seinem ersten Gyroplane von 1907, dem Vorläufer der modernen Hubschrauber, bis zum Boom der Zivilluftfahrt nach 1945. Zuvor hatte er schon das im Ersten Weltkrieg eingesetzte zweisitzige Aufklärungsflugzeug Breguet XIV entwickelt und war führend beim Einsatz von Aluminium als sehr leichtem Metall im Flugzeugbau.

Bei Breguet gab die Uhr La Tradition Tourbillon den Anstoß, eine technische Lösung mit Hilfe eines leichten Werkstoffs zu finden. Dieser Zeitmesser wurde von Anfang an als uhrmacherischer Maßstab konzipiert, der die modernsten und weitsichtigsten Innovationen der Manufaktur mit den prägenden Erfindungen ihres Gründers wie dem Tourbillon, der Breguet-Spiralfeder mit ihrer Endkrümmung und dem Mechanismus für konstante Kraft verbinden sollte. Zur Kollektion Tradition passend galt es, die wichtigsten Elemente zifferblattseitig zu positionieren, damit man sie auch am Handgelenk bewundern kann. Vier Hauptkomponenten standen dabei im Rampenlicht: das Tourbillon, das Zifferblatt selbst, das Federhaus und die Übertragung der konstanten Kraft mittels Kette und Schnecke. Die Suche nach einem ästhetischen Gleichgewicht zwischen diesen Elementen führte zur Entwicklung des Armbanduhr-Tourbillongestells mit dem bisher größten Durchmesser in der Geschichte des Hauses.

Die klassischen Ansätze wurden schnell verworfen. Um die Herausforderung zu verstehen, vor der die Uhrwerkkonstrukteure von Breguet standen, genügt es, kurz auf den Aufbau eines Tourbillons zurückzukommen: Das Regulierorgan einer Uhr besteht aus der Unruh, ihrer Spiralfeder und der Hemmung. Der regelmäßige Wechsel von Stoppen und Freigeben der Antriebskraft durch die Hemmung, der die Ganggeschwindigkeit steuert, wird durch die Schwingungen der Unruh und ihrer Spiralfeder vorgegeben. Dabei spielt die Erdanziehungskraft eine Rolle, denn je nach vertikaler Lage der Komponenten kann der Gang der Uhr durch die Wirkung der Schwerkraft auf diese Bestandteile leicht beschleunigt oder verlangsamt werden. Das geniale Design des Tourbillons, das der Gründer Abraham-Louis Breguet 1801 patentierte, betraf dieses Problem der schwerkraftbedingten Gangabweichungen. Seine Lösung bestand darin, die Komponenten Unruh, Spiralfeder und Hemmung in einem Drehgestell zu montieren und diese Baugruppe ständig um 360 Grad rotieren zu lassen, was die Abweichungen gegenseitig aufhebt. Bei den meisten aktuellen Tourbillonmodellen dauert jede Umdrehung eine Minute, während Abraham-Louis Breguet seine Tourbillons mit verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten konzipierte.

In Zusammenhang mit dem Tourbillon-Drehgestell und der Unruh standen die Konstrukteure von Breguet vor beeindruckenden Herausforderungen. Wie konstruiert man ein robustes Drehgestell mit großem Radius und einer Unruh mit großem Durchmesser, das ohne Drehmoment und ohne zu hohen Energieverbrauch rotiert, ohne dass gleichzeitig die Rotationsreibung und die Stoßanfälligkeit übermäßig erhöht werden? Eine zusätzliche Schwierigkeit betraf das Trägheitsmoment der Unruh. Denn wie wir im folgenden Absatz sehen werden, verringert ein erhöhtes Trägheitsmoment der Unruh ihre Frequenz. Bei herkömmlichen Durchmessern – etwa denjenigen der beiden Tourbillonunruhen der Breguet-Kollektion Classique – funktionieren ein Drehgestell aus Stahl und eine Unruh aus Glucydur einwandfrei. Vergrößert sich jedoch, wie für das Modell Tradition Tourbillon vorgesehen, der Durchmesser des Gestells um 40 Prozent von 12 auf 16,8 mm und derjenige der Unruh von 9,95 auf 13,8 mm, würden bei Verwendung derselben Werkstoffe die Anforderungen an Drehmoment, Energieverbrauch, Steifigkeit, Gewicht, Reibung und Schlagfestigkeit dramatisch steigen. Also musste unbedingt eine Lösung gefunden worden, um die Masse beziehungsweise das Gewicht zu reduzieren.

Das sehr günstige Stärke-Gewicht-Verhältnis von Titan wies den Weg zur Lösung des Problems. Es ist gleichzeitig eine großartige Gelegenheit, uns mit der Konstruktion des mechanischen Uhrwerks zu beschäftigen. Dessen Bauweise wird vor allem von zwei Faktoren bestimmt: dem Trägheitsmoment der Unruh und der Steifigkeit der Spiralfeder. Da diese Eigenschaften der Feder normalerweise gegeben sind, konzentrieren sich die Hersteller auf das Trägheitsmoment. Ohne hier auf mathematische Berechnungen und die für die Konstruktion eingesetzten Computer zurückzugreifen, lassen sich die Prinzipien dieser Faktoren auch durch alltägliche Beobachtungen veranschaulichen. Wer hätte nicht schon Eiskunstläufer bei der Pirouette bewundert.

 Diese Figur wird mit ausgestreckten Armen in Angriff genommen. Dabei ist das Trägheitsmoment am höchsten und die Drehbewegung entsprechend langsam. Zieht die Tänzerin oder der Tänzer die Arme an den Körper zurück, nimmt das Trägheitsmoment ab, und die Rotationsgeschwindigkeit erhöht sich entsprechend. Für dieses Phänomen gibt es zwei physikalische Erklärungen: Zunächst einmal ist die Drehzahl umgekehrt proportional zur Summe des Trägheitsmoments.

 Nimmt letzteres ab, erhöht sich die Drehzahl entsprechend. Zweitens hängt das Trägheitsmoment sowohl von der Masse als auch vom Radius der Masse ab. Je größer die Masse, desto höher das Trägheitsmoment (deshalb kann sich ein leichter Eistänzer schneller drehen als ein schwerer), und je größer der Radius, desto höher das Trägheitsmoment, weshalb das Anziehen der Arme die Drehgeschwindigkeit steigert. Dieser Pirouetteneffekt gilt auch für die Unruh. 

Ihr Trägheitsmoment hängt sowohl von ihrem Radius als auch ihrem Gewicht ab (je größer und schwerer sie ist, desto größer ist ihr Trägheitsmoment). In Breguet-Uhrwerken wird dieses Phänomen für die Regulierung der Ganggeschwindigkeit genutzt: Der Unruhreif ist mit schweren Goldschrauben ausgestattet. Je tiefer diese in den Reif eingeschraubt werden, desto mehr nimmt das Trägheitsmoment ab und umgekehrt, so dass sich die gewünschte Geschwindigkeit sehr genau einstellen lässt.

Bei der Konzeption einer Unruh mit großem Durchmesser sowie eines Drehgestells, das groß genug ist, um sie aufzunehmen, setzten die Uhrwerkkonstrukteure von Breguet bei einem der Faktoren für ein bereits hohes Trägheitsmoment an: dem Radius. Unter Verwendung von Stahl und Glucydur wie bei den anderen Tourbillons müsste die Höhe der Unruh und des Drehgestells deutlich reduziert werden, um die Masse zu verringern, was wiederum die Robustheit dieser Teile beeinträchtigen könnte. Titan bot sich deshalb als ideale Lösung an.

Da seine Dichte nur die Hälfte derjenigen des üblicherweise für die Unruh verwendeten Glucydur beträgt und auch geringer ist als die des Stahls für das Drehgestell, kompensierte die geringere Masse den größeren Radius. Dieses stark verringerte Gewicht von Titan bei einem gegebenen Trägheitsmoment im Vergleich zu den früheren Tourbillonkonstruktionen erwies sich als besonders günstige Kombination, auch im Hinblick auf alle anderen Faktoren, die sich bei reduzierter Masse verbessern, wie Energieverbrauch, Reibung und Stoßfestigkeit. Deshalb wählte Breguet Titan für die Unruh und ihr Drehgestell. Außerdem bot Titan den zusätzlichen Vorteil, dass es im Gegensatz zu Stahl amagnetisch ist. Diese Pionierarbeit bei der Fertigung einer Unruh aus Titan wurde in der Folge patentiert und ist somit eine Exklusivität der Swatch Group, zu der Breguet gehört.

Das bereits erwähnte sehr günstige Verhältnis von Trägheitsmoment und Masse bot den Konstrukteuren jedoch keine fertige Lösung. Titan ist extrem hart und entsprechend schwierig zu bearbeiten, weshalb spezielle Drehmeißel entwickelt werden mussten. Trotzdem müssen diese häufig ausgetauscht werden, was die Fertigung der Komponenten teurer macht als etwa bei Stahl. Darüber hinaus erfordert die hohe Wärmeentwicklung beim Abspanen große Sorgfalt bei der Herstellung, damit sich das Bauteil nicht entzündet.

Die manuelle Endbearbeitung der Komponenten, für Breguet ein unverzichtbares Element der Qualität, führte zu weiteren Herausforderungen. Bei einem Spitzenmodell wie der Uhr La Tradition Tourbillon erhalten sowohl die planen Flächen als auch die Kanten von Werkteilen wie dem Tourbillongestell den letzten Schliff von Hand, und zwar mit Verfahren, die den herkömmlich verwendeten Metallen angepasst sind und von einer langen Uhrmachertradition zeugen. 

Dieser Dekor besteht aus fein gebürsteten und satinierten planen Oberflächen sowie anglierten und sorgfältig polierten Kanten und Winkeln, bei denen eine Abfolge von immer feineren Feilen und abschließend das Polierholz sowie ein feinstes Schleifmittel zum Einsatz kommen. All diese Traditionen wurden für das viel härtere Titan komplett überarbeitet und angepasst. Für plane Oberflächen entwickelte Breguet eine Sandstrahltechnik, die viele Anpassungen erforderte, um die Materialien und Drücke auszuwählen, dank denen die angestrebte Ästhetik ohne unerwünschte Rückstände erzielt werden kann. 

Das Anglieren oder Abschrägen der Kanten und Winkel war noch komplexer. Um den traditionellen Grundlagen des manuellen Feilens und Polierens Rechnung zu tragen, suchten die Endbearbeitungsspezialisten von Breguet nach Feilen und Schleifmitteln, mit denen Titan wirksam angliert und abschließend mit dem Polierstab bearbeitet werden konnte. Herausforderungen stellte nicht nur die Härte des Titans, es galt auch die manuellen Techniken zu perfektionieren und dabei die größere Flexibilität von Titan im Vergleich zu herkömmlichen Metallen zu berücksichtigen. Das Ergebnis ist eine gelungene Verbindung des modernen Werkstoffs Titan mit den großen Traditionen der Endbearbeitung im Vallée de Joux.

Die manuelle Endbearbeitung der Komponenten, für Breguet ein unverzichtbares Element der Qualität, führte zu weiteren Herausforderungen. Bei einem Spitzenmodell wie der Uhr La Tradition Tourbillon erhalten sowohl die planen Flächen als auch die Kanten von Werkteilen wie dem Tourbillongestell den letzten Schliff von Hand, und zwar mit Verfahren, die den herkömmlich verwendeten Metallen angepasst sind und von einer langen Uhrmachertradition zeugen. Dieser Dekor besteht aus fein gebürsteten und satinierten planen Oberflächen sowie anglierten und sorgfältig polierten Kanten und Winkeln, bei denen eine Abfolge von immer feineren Feilen und abschließend das Polierholz sowie ein feinstes Schleifmittel zum Einsatz kommen. All diese Traditionen wurden für das viel härtere Titan komplett überarbeitet und angepasst. 

Für plane Oberflächen entwickelte Breguet eine Sandstrahltechnik, die viele Anpassungen erforderte, um die Materialien und Drücke auszuwählen, dank denen die angestrebte Ästhetik ohne unerwünschte Rückstände erzielt werden kann. Das Anglieren oder Abschrägen der Kanten und Winkel war noch komplexer. Um den traditionellen Grundlagen des manuellen Feilens und Polierens Rechnung zu tragen, suchten die Endbearbeitungsspezialisten von Breguet nach Feilen und Schleifmitteln, mit denen Titan wirksam angliert und abschließend mit dem Polierstab bearbeitet werden konnte. 

Herausforderungen stellte nicht nur die Härte des Titans, es galt auch die manuellen Techniken zu perfektionieren und dabei die größere Flexibilität von Titan im Vergleich zu herkömmlichen Metallen zu berücksichtigen. Das Ergebnis ist eine gelungene Verbindung des modernen Werkstoffs Titan mit den großen Traditionen der Endbearbeitung im Vallée de Joux.

Titan erwies sich auch bei den Damenuhren als Material der Wahl. Für das Modell Reine de Naples Jour / Nuit kreierte Breguet ein wirklich einzigartiges Tag / Nacht-Drehzifferblatt mit Appliken des Mondes und der goldenen Sterne als Symbolen für die Nacht, während die Unruh für die Sonne und damit für die Tageshälfte steht, beidseits begleitet von Wolken aus Perlmutt. 

Dabei dient ihre goldene obere Brücke gleichzeitig als 24-Stunden-Zeiger. Die Scheibe dieser Tag / Nacht-Anzeige selbst ist mit Lapislazuli überzogen. Neben diesen relativ schweren Dekorelementen nimmt sie auch die Unruh und die Hemmung als wichtigste Zeitgeberelemente auf. Das Ganze wird vom Federhaus angetrieben und dreht sich konstant über 24 Stunden. Mit seinem geringen Gewicht eignet sich Titan gut für die tragenden Elemente dieses aufwendigen Displays. 

Die Konstrukteure von Breguet verwendeten es deshalb für die rotierenden Komponenten der Werkplatte. Zum Einsatz kam Titan wegen seines einzigartigen Glanzes aber auch als dekoratives Element bei der Darstellung des Mondes. Für die Scheibe mit dem Lapislazuli-Dekor, ein nicht strukturelles Element, wurde Aluminium als zweites Leichtmetall gewählt.