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Spiralfedern: im Uhrwerk der springende Punkt

Dünner als ein Haar, nur wenige Milligramm schwer und für ein funktionierendes Uhrwerk unverzichtbar: Spiralfedern zählen zu den filigransten Komponenten eines modernen Zeitanzeigers. Sie blicken auf eine jahrhundertealte Geschichte voller technischer Innovationen zurück und werden bis heute stetig weiterentwickelt, um die Präzision automatischer Uhren zu maximieren. Wir erklären die Bedeutung der Spiralfeder im Uhrwerk, worauf es bei der Herstellung ankommt und wie das mikroskopisch kleine Bauteil durch modernste Methoden immer besser wird.

Der Weg zur Perfektion – Geschichte der Spiralfeder

Mechanische Uhren erhalten ihren periodischen Takt durch das sogenannte Unruh-Spiralsystem, das erstmals im Jahr 1675 vom niederländischen Physiker Christiaan Huygens entwickelt wurde. Er realisierte, dass die Unruh ihre Funktion als Gangregler erst dann zuverlässig ausführen kann, wenn eine sich konzentrisch auf- und abwindende Spiralfeder für einen gleichmäßigen Rhythmus sorgt. Das Spiel ist immer das gleiche: Durch einen Impuls wird die Unruh in Schwingung versetzt, anschließend von der Spirale gebremst, zurückgezogen und in die entgegengesetzte Richtung ausgeschwenkt. Die Spiralfeder ist nicht mit den sogenannten Aufzugsfedern (auch Triebfedern genannt) zu verwechseln, die die Antriebsenergie für das Uhrwerk liefern.

Bei den in Armbanduhren verwendeten Spiralfedern handelt es sich um sogenannte Flachspiralen, da beide Enden ihres dünnen Stahlbands auf einer Ebene fixiert sind und somit nur wenig Platz beanspruchen. Der berühmte Schweizer Uhrmacher Abraham Louis Breguet verbesserte dieses System um 1796 entscheidend, indem er die äußerste Windung seiner Spiralfedern in einer speziell berechneten Kurve nach oben bog. Aufgrund dieses unscheinbaren Details arbeitete diese „Breguet-Spirale“ merklich präziser und wird in ihrem Grundprinzip noch heute verwendet. Spätere Berechnungen des französischen Mathematikers Eduard Phillips ermöglichten ab 1860 die Konstruktion der physikalisch perfekten Endkurve. Eine weitere Eigenschaft von Spiralfedern sollte sich jedoch als noch entscheidender herausstellen: Ihr Material.

Material und Herstellung: Feinste Details entscheiden

Nachdem die optimale Zusammensetzung der winzigen Spirale jahrzehntelang erforscht wurde, gelang dem Schweizer Ingenieur und Unternehmer Reinhard Straumann im Jahr 1931 schließlich der Durchbruch: Seine Legierung „Nivarox“, deren Name für „nicht variabel, nicht oxidierend“ steht, erreichte die bis dahin besten Präzisionswerte. Obwohl der ungefähre Materialmix gemeinhin bekannt ist (neben Eisen, Nickel und Chrom beinhaltet sie auch Beryllium), sind die exakten Details zum Aufbau des Stoffes nur der Firma Nivarox-FAR bekannt.

Das Swatch-Tochterunternehmen ist der mit Abstand größte Hersteller von Spiralfedern der gesamten Uhrenbranche.

Doch wie wird das kleine Bauteil eigentlich produziert? Zu Beginn des Prozesses erfolgt die Herstellung eines etwa 0,5 mm dicken Nivarox-Drahtes, dessen Durchmesser allerdings Welten über der geeigneten Größe für Spiralen liegt. Deshalb wird er durch mehrere Ziehsteine gezogen, die seine äußeren Schichten solange abtragen, bis der Durchmesser auf rund zehn Prozent seines ursprünglichen Wertes geschrumpft ist. Dabei steht Gleichmäßigkeit an erster Stelle: Bereits eine Abweichung von einem Tausendstel eines Millimeters genügt, um den Draht untauglich zu machen. Ist das Band fertiggestellt, wird es in speziell bemessene Stücke geschnitten, die mittels eines Wickelblocks in die Form einer Spirale gebracht werden.

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Die anschließende Wärmebehandlung im Vakuumofen verleiht den Rohlingen ein zusätzliches Maß an Stabilität. Bevor die Spiralfedern in automatische Uhren verbaut werden können, muss noch die präzise Biegung der Endkurve erfolgen. Eine Klassifizierung von Spiralen und Unruhen in 20 Klassen ermöglicht dabei die exakte Abstimmung beider Komponenten aufeinander – nur wenn beide Bauteile derselben Kategorie entsprechen, können sie gepaart werden.

Die Branche: Wo entstehen die feinen Spiralen?

Betrachtet man den Markt für Spiralfedern, so fällt die fast schon erschlagende Dominanz der bereits erwähnten Nivarox-FAR ins Auge: Etwa 90 bis 95 Prozent aller Schweizer Uhrenhersteller beziehen dort ihre Komponenten. Im Vergleich zu Aufzugsfedern oder Triebfedern, die häufig im eigenen Hause hergestellt werden, liegt somit ein stark monopolisierter Wettbewerb vor. Was erst einmal negativ klingt, stellt sich in Wahrheit als Win-Win-Situation heraus: Denn die hohe Spezialisierung des Unternehmens ermöglicht nicht nur eine erstklassige Produktqualität, sondern sorgt auch für günstige Preise. Dennoch existieren einige Beispiele für Marken, bei denen die Spiralfedern im Uhrwerk aus eigener Produktion stammen.

Vor allem Rolex hat sich in diesem Bereich als erfolgreich erwiesen, da die Genfer Manufaktur eine besonders widerstandsfähige Niob-Zirkonium-Legierung als Materialgrundlage verwendet. Auch automatische Uhren aus dem Hause Montblanc werden mit eigenen Federn versehen. Blickt man nach Deutschland, so sticht vor allem die sächsische Manufaktur A. Lange & Söhne ins Auge. Das technische Wissen rund um Spiralfedern ist in Glashütte so ausgeprägt, dass auch andere Mitglieder des Richemont-Konzerns davon profitieren – so wird beispielsweise Jaeger-LeCoultre mit den Komponenten aus der traditionsreichen Kleinstadt beliefert.

Einen Schritt voraus: Mechanische Uhren der Zukunft

Der Wille zur stetigen Verbesserung ist seit Jahrhunderten eine der treibenden Kräfte der Uhrmacherei. Es verwundert daher kaum, dass die Spiralfeder auch im 21. Jahrhundert kontinuierlich weiterentwickelt wird. Eine entscheidende Innovation ist die Spiralfeder aus Silizium: In Kooperation von Rolex, Patek Philippe und der Swatch Group entstanden, gewährleistet sie dank einer Schicht aus Siliziumoxid eine noch geringere Beeinflussung der Ganggenauigkeit durch Temperaturschwankungen.

Diese ist nur eine von vielen aktuellen Leistungen auf dem Fachgebiet der Spiralfedern: So präsentierte die Precision Engineering AG, ein Zulieferer der Schweizer Uhrenindustrie, erst im Jahr 2018 eine zylindrische, extrem präzise Ausführung des Bauteils. Sie ermöglicht eine noch gleichmäßigere Schwingung, unterliegt aber einem sehr komplexen Produktionsprozess und wird vorerst nur in High-End-Modellen zu finden sein. Tag Heuer hingegen stellte erst kürzlich seine eigene Graphen-Spiralfeder vor, die im Wesentlichen aus Kohlenstoff besteht und mit einer außergewöhnlichen Robustheit punkten soll. Angesichts dieser kreativen Entwicklungsarbeiten können wir gespannt sein, welche Innovationen uns in Zukunft noch erwarten werden.

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