Die Schweizer Ankerhemmung
ist eine seit 100 Jahren bewährte Hemmung für Kleinuhren. Jedoch
benötigt sie für ihre einwandfreie Funktion regelmäßig
Öl an den Ankerpaletten und an den Ankerradzähnen. Aus diesem
Grund wird von den meisten Uhrenherstellern ein Wartungsintervall von
zwei bis drei Jahren empfohlen. Nach dieser Zeit sollte die Uhr gereinigt
und frisch geölt werden. Eine ungenügend oder gar nicht geölte
Hemmung führt in der Regel zu starken Gangabweichungen, und nach
wenigen Wochen zum Stillstand der Uhr.
Aus diesem Grund beschäftigt man sich bei Damasko seit 1998 mit Beschichtungen
die einen sehr niedrigen Verlustreibungskoeffizienten aufweisen.
Als derzeit unübertroffen in dieser Hinsicht haben sich Schichten
aus amorphen, diamantartigen Kohlenstoff, kurz DLC ( Diamond Like Carbon)
herausgestellt. Diese Schicht hat als Grundstruktur ein amorphes, wasserstoffhaltiges
Kohlenstoffnetzwerk, das durch Zugabe von verschiedenen Dotierstoffen
, welche sich nochmals reibungsmindernd auswirken, aus einer Plasma aktivierten
Gasphase abgeschieden wird, kurz PACVD- Prozess ( Plasma Aktivated Chemical
Vapour Deposition ). Die Beschichtungstemperatur liegt dabei unter 200
Grad Celsius. Die erzeugte Schicht ist ab einem Mikron Schichtstärke
schwarz glänzend. Diese Hartstoffschicht zeichnet sich durch nachstehende
Eigenschaften aus:
- Hohe Härte 1800 HV bis 3000 HV
- Hohe Verschleißfestigkeit
- Beste Chemische Innertanz
- Beste Oberflächenqualität
- Äußerst niedriger Reibungskoeffizient DLC zu Stahl 0,07 (trocken)
- Niedrige Beschichtungstemperatur < 200 Grad Celsius
Dieses relativ neue Schichtsystem hat durch seine einzigartigen
Eigenschaften sehr schnell vielfältigste Anwendungsgebiete erschlossen:
Sie wird eingesetzt zur Beschichtung von Metallumformwerkzeugen, von Bauteilen
für die Luft- und Raumfahrt, von medizinischen Implantaten bis hin
zu Formel 1 Rennmotoren.
Für den Einsatz in der Uhrenindustrie ist vor allem die hohe Härte
und somit abzuleitende Verschleißfestigkeit sowie der äußerst
niedrige Trockenreibungskoeffizient der DLC Schicht interessant.
Unsere ersten Versuche gingen dahin, nur das Ankerrad eines Standard-
Chronographenwerkes ETA 7750 mit einer amorphen Kohlenstoffschicht zu
beschichten. Durch den schon angesprochenen niedrigen Trockenreibungskoeffizienten
der Kohlenstoffschicht und den polierten Ankerpaletten aus synthetischen
Rubin ( AL2O3), gelang es bereits den Anker zum Ankerrad trocken laufen
zu lassen. Die erreichten Gangwerte von 2 Sek/ Tag und eine Amplitutenschwingungsweite
von 290-325 Grad waren bereits enorm, jedoch unserer Meinung nach noch
zu verbessern. Da der Reibungskoeffizient der uns vorliegenden Schicht
sehr niedrig war, stellte sich nun die Frage, ob er nochmals geringer
würde, wenn DLC-Schicht zu DLC- Schicht liefe. Aus diesem Grund wurde
angedacht, beide Bauteile, also Ankerrad und Anker zu beschichten. Um
eine objektive Aussage treffen zu können, sollte auch der Anker einstückig
aus Metall, ebenso wie das Ankerrad, hergestellt werden, und nachfolgend
mit der DLC- Schicht überzogen sein. Aus diesem Grund wurde ein Anker
mit neuer Geometrie entworfen und einteilig gefertigt. Danach folgten
diverse Nachbearbeitungen, wie polieren, oberflächenhärten,
nochmals polieren und letztendlich DLC beschichten.
Beide Bauteile waren nun mit einer Schicht beschichtet, die einen bisher
in der Technik nicht gekannten, niedrigen Trockenreibungskoeffizienten
hat.
Nach dem Einbau wurden unsere Annahmen bestätigt:
Die Amplitute der Unruh lag zwischen 300 und 347 Grad !!
Die Gangwerte lagen bei 2 Sek/ Tag
Somit konnte bewiesen werden, dass durch die DLC- Beschichtung beider
Reibpartner, die Verluste durch Reibung an der Hemmung, nochmals verringert
werden können.
Es muss jedoch sichergestellt werden, dass an den Arbeitsflächen
des Ankers, und des Ankerrades eine optimale Oberflächenbeschaffenheit
(poliert) vorliegt, da nach dem Beschichten die gleiche Oberflächenrauhigkeit
vorliegt, wie vor dem Beschichten.
Eventuelle größere Rautiefen werden nicht eingeebnet, wie beim
Lackieren, sondern nur nachgeformt. Es gibt zwar ein gewisses Einlaufen
der Schicht, dieses spielt sich aber eher im atomaren Bereich ab.
Nach nun 2- jährigem Testlauf an verschiedenen Werken, konnten wir
bisher noch keinen merklichen Verschleiß erkennen.
Zusammenfassend kann man feststellen, dass es bei der uns heute vorliegenden
Schweizer Ankerhemmung schon genügen kann, nur einen Reibpartner,
wie z. B. das Ankerrad mit der DLC Schicht zu beschichten, da die roten
hochglanzpolierten Ankerpaletten, aus synthetischen Rubin, einen idealen
Reibpartner gegenüber der DLC Schicht darstellen. Es hat sich aber
auch gezeigt, das durch das
Beschichten beider Reibpartner, also Anker und Ankerrad, die Werte der
Amplitute und das Gangverhalten stabiler werden.
Da sich aus anderen industriellen Anwendungen in letzter Zeit Siliziumkarbid
auch als idealer Reibpartner zur DLC-Schicht hervorgetan hat, wie bei
Lagergehäusen aus SiC, wäre es eventuell denkbar, die Ankerpaletten
aus diesem Material zu fertigen.
Nachstehend ermittelte Reibungskoeffizienten bei Trockenreibung:
- DLC zu Stahl 0,07
- DLC zu synth. Rubin 0,05 - 0,06
- DLC zu DLC 0,04 - 0,05
- DLC zu SiC 0,03 - 0,04
- Zum Vergleich die „ normale Hemmung “:
- Stahl zu synth. Rubin (geölt) 0,04 – 0,05
Diese Erkenntnisse bzw. die neuartige Ausbildung der Hemmung wurden von unserem Haus zum Patent angemeldet.
Wir haben bewusst vermieden auf bestimmte Parameter und
Rahmenbedingungen in weiteren Ausführungen näher einzugehen,
da es seit der Offenlegung unserer Patentschriften bereits zu Nachahmungen
gekommen ist.
Mit der Beschichtung von Uhrwerksplatinen wurde im Jahr 2001 ein weiterer
Schritt zum trockenen Uhrwerk begonnen.
Aufgabenstellung war, die kleinen Bohrungen, in denen die Achsen der Zahnräder
oder ähnliche bewegte Teile gelagert sind, an ihrer Innenwandung
vollflächig zu beschichten. Auch der Innenraum des Federhauses wurde
beschichtet, damit die Zugfeder noch reibungsfreier ablaufen kann. Da
auch diese Versuche positiv ausgefallen sind, werden wir in Kürze
vom komplett ölfreien Uhrwerk berichten können.
