“26 Jewels” & Co: Über Juwelen und Lagersteine bei mechanischen Uhren

Der Hinweis auf die Anzahl “Jewels” (zum Beispiel “26 Twenty-Six Jewels” beim Sellita SW-200-1 oder “Twenty-Four Jewels” beim Seiko NH35A), auf deutsch Juwelen oder Rubine, gehört beim Blick auf ein mechanisches Uhrwerk fast immer dazu (meistens auf dem Rotor in Form einer Gravur zu finden). Da immer öfter die Frage kommt, ob die Anzahl der Juwelen eine hochwertigere Uhr ausmachen, wollen wir uns heute mit dem Thema Juwelen bzw. Lagersteine in einer mechanischen Armbanduhr beschäftigen. Grundlegend kann man sagen, dass die Anzahl der Steine nur dann ein Qualitätsmerkmal ist, wenn sie funktionsbedingt eingebaut sind. Denn es gibt tatsächlich auch Uhren, bei denen schönheitsbedingte Steine verbaut sind, um den Irrglauben zu erwecken, dass es sich um ein hochwertigeres Werk handelt…

[Beitrag von Leon Zihang, Uhrmacher und Kopf hinter ChronoRestore.com]

Geschichtliches zu Juwelen und Lagersteine bei Uhren

Es wurden nicht schon immer Lagersteine in Kleinuhren verwendet. Erst Anfang des 18. Jahrhunderts hat Nicolas Fatio erstmalig Rubine für die Lagerung der Zapfen des Räderwerks verwendet. Im Jahre 1704 brachte Duillier erstmalig auch Unruhlager aus Rubinen ins Spiel. 1720 entstand dann die erste komplette Uhr mit vollständiger Rubinlagerung.

Doch warum genau kommen solche Lagersteine zur Verwendung? Diese bringen einfach einige Schönheits- und Funktionsmerkmale mit sich, die auch uns Uhrmachern das Leben erleichtern – und die möchte ich euch im Folgenden erläutern…

Das Material: Synthetischer Rubin

Lagersteine in mechanischen Armbanduhren bestehen heute fast ausnahmslos aus synthetischem Rubin. Diese Rubine unterscheiden sich vom weißen bzw. farblosen Saphir (heute kaum noch verwendet) nur durch ihre rote Färbung, welche durch Beimischung von Chromoxid bei der Herstellung entsteht.

Der Rubin ist nach dem Diamanten (Mohshärte 10) das härteste Mineral (Mohshärte 9) und somit besonders verschleißfest, aber auch sehr spröde. Vorteilhaft ist noch die Resistenz gegenüber Temperaturschwankungen (bezüglich der Ausdehnung des Materials) und gegenüber Säure.

In der Praxis ist der künstliche Rubin dem natürlichen überlegen, da er noch reiner und homogener ist. Wegen ihrer hohen Oberflächengüte weisen sie sehr gute Gleiteigenschaften auf und ermöglichen den Aufbau von Uhrenlagerungen mit geringsten Reibungsverlusten.

Für das Räderwerk verwendet man meist zylindrische Lochsteine mit einer Ölsenkung, die gleichzeitig eine Begrenzung des Höhenspiels zulassen. Sie können zudem durch verändern der Einpresstiefe zur Einstellung des optimalen Höhenspiels verwendet werden. Je nach Hersteller werden lediglich für das Federhaus und/oder der Lagerung des Minutenrades in der Grundplatine zylindrische Lochsteine ohne Ölsenkung verwendet. Für die Formen haben sich international übliche Bezeichnungen herausgebildet, die von fast allen Lagersteinherstellern einheitlich benutzt werden. (Abbildung 1 und 2: Einige wenige Formen der Lagersteine einer Uhr)

Zu Abbildung 1:

1. Lochstein flach, zylindrische Bohrung mit Ölsenkung
2. Lochstein bombiert, zylindrische Bohrung mit Ölsenkung
3. Lochstein Flach, zylindrische Bohrung mit Ölsenkung
4. Lochstein bombiert, olivierte Bohrung mit Ölsenkung
5. Deckstein bombiert (Verwendung bei Stoßsicherung)
6. Lochstein bombiert, olivierte Bohrung mit Ölsenkung (Verwendung bei Stoßsicherung)

Aufbau der Lagersteine bei mechanischen Uhren

Für die einzelnen Anwendungsfälle in der Uhr gibt es unterschiedliche Formen von Lagersteinen. Für das Federhaus werden zum Beispiel zylindrische Lagersteine ohne Ölsenkung mit einem Zylindrischen Loch verwendet, während die feineren Zapfen des Räderwerks in einem zylindrischen Lagerstein mit Ölsenkung und oliviertem Loch gelagert werden. Die Olivierung des Lagerlochs ist dabei nicht für die Minimierung der Reibung, sondern um die physikalischen Vorteile des Kapillareffekt zu nutzen und das Öl zur Reibstelle zu ziehen. (Abbildung 3)

Sinn und Zweck von Lagersteinen bei Uhren

Grundlegend wird der Rubin als verschleißarme, glatte Oberfläche für die Lagerung und Ölspeicherung des darin drehenden Zapfens verwendet. Die Ölsenkungen fungieren dabei als Ölspeicher und das olivierte Loch, in dem der Zapfen sitzt, führt das Öl durch den Kapillareffekt dort hin wo es benötigt wird. Durch die dadurch reduzierte Reibung läuft ein mechanisches Uhrwerk genauer.

Außerdem verwenden wir die Lagersteine für die Einstellung der Höhenspiele der einzelnen Räder. Sowohl zu großes als auch ein zu geringes Höhenspiel verbraucht Kraft oder kann diese nicht genügend weiterleiten und verursacht somit Gangungenauigkeiten der Uhr. Es gibt keine verbindlichen Regeln über die Größe der Höhenspiele! Die Höhenspiele können auch nicht gemessen werden. Wir prüfen das, indem wir die Räder an den Schenkeln mit der Pinzette anfassen und nach oben und unten bewegen. Die Höhenspiele beruhen also rein auf Augenmaß.

Zwischenzeitlich gehen aber mehr und mehr Uhren- und Werkhersteller dazu über, zu neu entwickelten Kalibern spezifische Informationen bezüglich der Höhenspiele anzugeben. Allgemein kann man sagen: „Stets so klein wie möglich, aber noch deutlich spürbar vorhanden.“

Dies ist jedoch ein sehr spezifischer Satz, da ich als Uhrmacher sagen muss, dass ein vorgegebenes Höhenspiel von 1-2/100 mm für beispielsweise den Anker oder die Unruh kaum noch spürbar ist und ein wirklich ruhiges Händchen zur Kontrolle oder Einstellung erfordert. Das größte Höhenspiel besitzt dann natürlich der Anfang der Energiekette, das Federhaus (mit ca. 3-5/100 mm) und wird bis zum Schwingsystem stückweise kleiner gehalten.

Zum Einstellen dieser Höhenspiele werden sogenannte Steinpressapparate verwendet (Abbildung 4). Dabei empfiehlt sich die linke Variante mit Presshebel für die Serienfertigung von Uhren, da die Einstellung der Mikrometerschraube (funktioniert wie der Anschlag einer Tischbohrmaschine) beim Loslassen des Hebels nicht verstellt wird. Beim rechten Typ geht das Einstellmaß durch die indirekte Führung der Spindel über die Mikrometerschraube nach jedem Pressvorgang verloren. Die Feinstellung ermöglicht jedoch ein sehr genaues Schieben der Steine.

Außerdem muss beim Verwenden dieser Steinpressapparate genaustens auf die Verwendung der Richtigen Einsätze (Stempel) geachtet werden, da sonst die Platinen beschädigt werden können oder der Stein aufgrund seiner spröden Beschaffenheit zerspringen kann.

Befestigungsmöglichkeiten der Lagersteine

Die Lagersteine können unterschiedlich befestigt werden. Heute üblich sind die verpressten Steine. Hier wird einfach ein Loch an der Stelle, wo sich das Lager befinden soll, vorgebohrt und auf die gewünschte Größe ausgedreht. Der Lagerstein muss dabei ca. 1/100 mm größer als die Bohrung sein, um einen festen Sitz zu garantieren. Mit einem Steinpressapparat kann dieser dann eingepresst und in der Höhe verschoben werden. Bis in die 1930er Jahre war es allerdings üblich die Steine zu fassen. Dies hat den Vorteil, dass die Steine spannungsfrei sind und bei einem Schlag nicht so schnell platzen können. Hierbei wird der Stein von umgeschlagenem Material gehalten. Man unterscheidet dabei die Glashütter Fassung, wo der Stein von oben eingelegt wird, und die Schweizer Fassung, bei der das Lager von unten eingelegt wird. (Abbildung 5)

Diese Art der Befestigungsmöglichkeit hat jedoch den Nachteil, dass die Höhenspiele nachträglich nicht mehr veränderbar sind, sondern die Ausarbeitung der Fassung maßgebend ist.

Da die Uhrmacherei nicht immer nur von Funktionalität, sondern von der meist geschätzten Handarbeit und dem Können dominiert wird, gibt es noch eine exklusive Variante der Steinfassung: Die Fassung in goldenen Schraubchatons. Dabei wird der Lagerstein in ein aus Gold bestehendes Futter eingesetzt (Abbildung 6).

Dieses ist außen dann so angepasst, dass es einfach in die Platine oder Brücke des Uhrwerks eingelegt werden muss und mit meist drei Schrauben darin befestigt wird (Abbildung 7). Dies hat aber keinen funktionalen, sondern nur einen ästhetischen Grund und gleichzeitig wieder den Nachteil, dass die Höhenspiele nicht angepasst werden können.

Die Lagerung der Unruh (Stoßsicherung)

Die Unruh ist in der Lagerung ein spezieller Fall. Die Unruh besitzt aufgrund der Reibungsminimierung einen Zapfendurchmesser von weniger als 0,1 mm. Dazu kommt, dass die Unruhwelle mit den verhältnismäßig großen Anbauten, wie dem Unruhreif auch noch recht schwer ist. Die Gefahr, dass dieser dünne Zapfen wegbricht, ist also sehr hoch. Um diesen Zapfen so stabil wie möglich zu gestalten, wurde er zum nächst dickeren Ansatz wie eine Trompete geformt. Weiterhin hat Abraham Louis Breguet als erster eine Stoßsicherung in eine Uhr eingebaut. Heute sind diese Stoßsicherungen deutlich ausgereifter und eine Uhr muss mehrere Faktoren erfüllen, um als stoßsicher bezeichnet zu werden.

Die Stoßsicherung der Unruh muss Kräfte aus allen Richtungen abfangen können. Sie muss die Unruh nach jedem Stoß wieder genau zentrieren. Es muss eine leichte Handhabung bei der Montage und dem Ölen gegeben sein. Eine gute Ölhaltung und geringe Bauhöhe sind erstrebenswert. Außerdem darf die Uhr bei einem Fall aus einem Meter Fallhöhe auf einen Hartholzboden eine maximale Abweichung von 60 s/d aufweisen, damit sich eine Uhr “stoßgesichert” nennen darf.

Exkurs: Funktionsweise einer Stoßsicherung

Abbildung 8 zeigt den Aufbau einer Stoßsicherung. Bei einer Revision beginnt man damit, den Deckstein auf der flachen Seite mit einem Ölpunkt zu versehen und dann das Steinfutter mit dem eingepressten Lochstein verkehrt herum aufzulegen. Dabei ist drauf zu achten, dass der Lochstein genau mittig und flach aufgelegt wird, damit der Ölpunkt mittig über dem Loch des Lochsteins bleibt und die Stelle, an der der Zapfen später liegen wird, geschmiert ist. Durch den Kapillareffekt verbinden sich der Deckstein und die Steinfassung mit dem Lochstein zu einem Objekt. Diese wird nun in die Stoßsicherungsgehäuse, welche in dem Unruhkloben und der Grundplatine des Werkes verpresst sind, eingesetzt und von oben die Stoßsicherungsfeder (meist Lyrafeder) verschlossen und damit die Stoßsicherung einsatzbereit gemacht.

Durch die perfekt angepasste Steinfassung und dem Stoßsicherungsgehäuse kann nun, im Falle eines Stoßes (als F in der Abbildung bezeichnete Stoßkraft), der dünne Trompetenzapfen die Loch- und Decksteinkombination durch den Halt mit der Lyrafeder verschieben. Dies geht genau soweit, bis der nächstdickere Ansatz (Wellbaum) an das Stoßsicherungsgehäuse anstoßen kann und somit die Kraft abbremsen kann. Somit wird der dünne Zapfen der Unruh geschützt und die Kraft des Stoßes an den dickeren Wellbaum weitergegeben.

Auch bei der Stoßsicherung muss man bedenken, dass diese natürlich beim normalen Tragen nicht zum Einsatz kommt. Deshalb sollte man natürlich wieder die empfohlenen Servicezeiten von 3-5 Jahren für eine mechanische Uhr nicht überschreiten.

Durch das ständige Aufeinanderpressen des Steinfutters in das Stoßsicherungsgehäuse kann es zu Verklebungen kommen, die verhindern, dass sich die Steinfassung-Deckstein-Kombination im Falle eines Stoßes nicht bewegt und die gesamte Kraft von dem dünnen Zapfen abgefangen werden muss. Je nach Stärke des Stoßes kann dieser dann wegbrechen. Eine Reparatur kann nur durch das Ersetzen der Unruhwelle erfolgen, was sehr aufwändig ist und damit auch teuer werden kann. Die Reinigung und Funktionskontrolle bei einer Revision können dies verhindern.

Viele Juwelen = höhere Qualität?

Nun aber nochmal zurück zu der Anzahl der Juwelen: Wie schon gesagt sind diese Angaben nur dann ein Anzeichen für die Qualität, wenn die Steine auch wirklich funktional sind und nicht nur für Schönheitszwecke verbaut wurden. Grundlegend würde ich diese Anzahl für keine Kaufentscheidung in Betracht ziehen, wenn es sich im direkten Vergleich mehrerer Kaliber um einen Unterschied von ein oder zwei Steinen handelt. Ich sehe diese Angabe nicht wirklich als Qualitätsmerkmal, da auch die Uhren, bei denen das Federhaus „nur“ in der Platine gelagert sind, genauso gut laufen. Zusätzliche Steine, wie z.B. Steine zur Lagerung des Federhauses, tragen lediglich zur Langlebigkeit der Uhr bei.

Das war auch schon alles zu den Juwelen einer Uhr und deren Funktion. Bei offenen Fragen einfach gern per E-Mail melden oder ab in die Kommentare damit! Ich werde schnellstmöglich antworten.

LG euer Leon von ChronoRestore!

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