5. Die Werkstofffamilien

1. Eisenbasis (Fe): Stähle & Wärmebehandlungen

Mit Kohlenstoff legiertes Eisen bildet das Rückgrat der Komponenten, die Reibung und mechanischen Belastungen ausgesetzt sind:

• Stahl (Fe + Kohlenstoff 1 bis 2% C):

  Der in der Uhrmacherei verwendete Stahl durchläuft zwingend einen vollständigen thermischen Zyklus in zwei Schritten:

  • I. Härten (Abschrecken): Der Stahl wird auf 800°C erhitzt, bis er kirschrot glüht, und dann durch Abschrecken in Wasser oder Öl sofort abgekühlt.
    ➔ Ergebnis: Extreme Materialhärte, aber das Teil wird sehr spröde und zerbrechlich.
  • II. Anlassen: Das Teil wird auf ca. 280°C erwärmt, um innere Spannungen abzubauen, ohne die Oberflächenhärte zu verlieren.
    ➔ Ergebnis: Beseitigung der Sprödigkeit bei gleichzeitiger Erhaltung einer optimalen Festigkeit.

• Teile aus gehärtetem Stahl: Unruhwelle, Triebe, Sperrrad, Kronrad, Schrauben, Aufzugswelle.
• Durnico® (600 Hv): Hochfester legierter Stahl (Fe + C + Ni + Co). Sehr widerstandsfähiges und hartes Material, aber schwer zu bearbeiten. Verwendet für beanspruchte Federn, Winkeletagen und Aufzugssperräder.

📷 ORIGINALER HANDSCHRIFTLICHER ZETTEL (01-25) — Werkstofffamilien & Eisenbasis (Stahl, Härten, Anlassen, Durnico)

2. Kupferlegierungen (Kupferbasis)

Kupferlegierungen werden wegen ihrer guten Bearbeitbarkeit und antimagnetischen Eigenschaften bevorzugt für die Herstellung von Gestellen (Platinen, Brücken) und Rädern eingesetzt:

• Messing (180 Hv) — Kupfer-Zink-Legierung (Cu + Zn):
  • Vorteile: Gut zu bearbeiten, leicht zerspanbar, antimagnetisch, guter natürlicher Gleitkoeffizient.
  • Nachteil: Oxidiert an der Luft! Muss unbedingt durch eine galvanische Oberflächenbehandlung geschützt werden: Vergolden, Rhodinieren, Vernickeln (klassische Schichtdicke 1 µm; über 5 µm = Plattieren).
  • Teile: Radkörper, Brücken, Platinen, Federhaustrommel und -deckel.
• Neusilber / Maillechort (220 Hv) — Kupfer-Nickel-Zink-Legierung (Cu + Ni + Zn):
  • Eigenschaften: Härter und mechanisch widerstandsfähiger als Messing, praktisch rostfrei, verändert sich im Laufe der Zeit nicht.
  • Geschichte & Verwendung: Zwischen 1840 und 1910 wurde es roh ohne galvanische Behandlung verwendet. Heute ist es traditionellen High-End-Kalibern mit dekorativer Oberflächenbehandlung vorbehalten. Die Kosten liegen höher als bei Messing.
  • Teile: Platinen, High-End-Brücken, Unruhreif.
• Bronze — Kupfer-Zinn-Legierung (Cu + Sn):
  • Eigenschaften: Hartes und sprödes Material mit einem außergewöhnlichen Gleitkoeffizienten gegenüber gehärtetem Stahl.
  • Akustik: Hervorragende akustische Resonanz, traditionell verwendet für Gongfedern und Glocken von Schlaguhren.
  • Teile: Verschleißfeste mechanische Teile, Lagerbuchsen, Hauptmechanismen.
• Glucydur® (380 Hv) — Kupfer-Beryllium-Legierung (Cu + Be):
  • Eigenschaften: Beryllium-Bronze-Legierung mit sehr hoher Härte und Elastizität, antimagnetisch, aber sehr schwer zu bearbeiten.
  • Teile: Chronometer-Unruhen, Spezialfedern, Mitnehmerfinger (wird nicht für die Spiralfeder verwendet).

📷 ORIGINALER HANDSCHRIFTLICHER ZETTEL (01-26) — Kupferlegierungen (Messing, Neusilber, Bronze, Glucydur)

3. Korund, Nickelbasis (LIGA) & Reines Silizium

3. Synthetischer Korund (Al₂O₃ - Aluminiumoxid)

• Extreme Härte: 2200 bis 2400 Hv (liegt auf der Mohs-Skala direkt unter dem Diamanten).
• Eigenschaften: Nahezu null Reibungskoeffizient im Kontakt mit poliertem, gehärtetem Stahl. Die Farbe wird durch Zugabe von Metalloxiden während der thermischen Schmelze erzeugt:
  • Rot: Rubin (Ankerpaletten, Hebestein, Lagersteine).
  • Blau / Transparent: Saphir (Schutzgläser für Gehäuse und Saphirglasböden).
• Historische Meilensteine:
  • 1704: Erfindung des Bohrverfahrens für natürliche Rubine für Uhrenlager.
  • 1904: Erfindung des Verfahrens zur synthetischen Rubinschmelze (Verneuil-Verfahren).

4. Nickelbasis & Mimotec®-Technologie (580 Hv)

• Zusammensetzung: Reines Nickel oder Nickel-Phosphor-Legierung (Ni + P).
• Herstellungsverfahren: Präzises galvanisches Wachstum durch Mikrobearbeitung (LIGA-Technologie / Galvanoformung).
• Eigenschaften: Extrem hart, leicht, vollkommen antimagnetisch. Ermöglicht die Konstruktion komplexer, massiver oder stark durchbrochener Komponenten.
• Teile: Chronographen-Herzhebel/-kurven, komplexe Federn, retrograde Anzeigeräder.

5. Reines Silizium (Si)

• Dichte und Leichtigkeit: Dichte von 2.3 kg/dm³ (Vergleich: Aluminium 2.7, Titan 4.5, Stahl 7.9, Gold 19.3).
• Bearbeitung: Plasmastrahlätzen (DRIE-Technologie).
• Eigenschaften: Ultraleicht, extrem hart, sehr spröde, 100% antimagnetisch. Es erträgt zyklische elastische Ermüdung hervorragend, toleriert jedoch keine plastische Verformung.
• Teile: Unruhe-Spiralfedern, Anker, Hemmungsräder, innovative Unruhen.

📷 ORIGINALER HANDSCHRIFTLICHER ZETTEL (01-27) — Korund, Rubin, Mimotec® LIGA & Reines Silizium

Werkstatt-Vergleichstabelle: Härten & Dichten

Werkstoff	Formel / Legierung	Vickers-Härte	Dichte (kg/dm³)	Typische Uhrenkomponenten
Messing	Cu + Zn	180 Hv	8.4 – 8.7	Platinen, Brücken, Räder, Federhäuser
Neusilber	Cu + Ni + Zn	220 Hv	8.7	High-End-Gestelle, traditionelle Brücken
Glucydur®	Cu + Be	380 Hv	8.25	Präzisionsunruhen, Mitnehmer, Federn
Mimotec® (LIGA)	Ni + P	580 Hv	2.3 – 8.9	Präzisionskurven, retrograde Räderwerke
Durnico®	Fe + C + Ni + Co	600 Hv	8.0	Widerstandsfähige Federn, Sperrräder, Winkeletagen
Gehärteter Stahl	Fe + C (1 bis 2% C)	700 – 800 Hv	7.85	Unruhwellen, Triebe, Schrauben, Wellen
Reines Silizium	Reines Si	1100 Hv	2.3	Antimagnetische Spiralen, moderne Hemmungen
Korund (Rubin)	Al₂O₃	2200 – 2400 Hv	4.0	Lagersteine, Ankerpaletten, Ellipse