Das Genie des Dr. Straumann 

Die Vorgeschichte des Werkstoffs geht bis ins Jahr 1675 zurück, als der niederländische Physiker Christiaan Huygens die weltweit erste Spiralfeder konzipierte. Sie verbesserte den gleichmäßigen Gang mechanischer Uhrwerke erheblich, setzte aber auch einen jahrhundertelangen Prozess der Optimierung in Gang. Während sich anfängliche Pioniere wie Abraham Louis Breguet auf die Form der hauchdünnen Feder konzentrierten (Stichwort Breguet-Spirale), richteten spätere Ingenieure ihren Fokus auf das Material. Denn trotz der besten Ausformung wurde klar, dass der ursprünglich verwendete, meist unlegierte Stahl mit einer hohen Rostanfälligkeit und dem Verlust der Spannkraft bei steigenden Temperaturen einhergeht. Dadurch ist Ungenauigkeit vorprogrammiert. 

Einen ersten Lösungsversuch gab es 1919, als der französisch-schweizerische Physik-Nobelpreisträger Charles Édouard Guillaume den Werkstoff Elinvar (élasticité invariable) patentierte. Doch die innovative Legierung aus Stahl, Nickel und Chrom stellte sich schon bald als zu weich heraus, was für Unpräzision aufgrund einer niedrigen Unruh-Amplitude sorgte. Erst 1933 gelang dem Schweizer Uhrentechniker und Feinmechaniker Dr. Reinhard Straumann (1892-1967) der entscheidende Durchbruch: Seine Nivarox-Mischung ist bis heute der Favorit in der Uhrenherstellung und glänzt mit einer Reihe wertvoller Eigenschaften für Unruhspiralen. Nicht nur die hohe Robustheit und der stabile Gang, sondern auch eine hohe Resistenz gegenüber Magnetfeldern begründet die Überlegenheit des Materials gegenüber früheren Mischungen.  

Das Geheimnis der Zusammensetzung 

Obwohl Straumanns grundlegende Rezeptur im entsprechenden Patent nachzulesen ist, hielt er wichtige Einzelheiten der Zusammensetzung unter Verschluss. Details, die heute nur dem Schweizer Unternehmen Nivarox-FAR bekannt sind. Die Swatch-Tochter ist mit Abstand der wichtigste Hersteller von Spiralfedern und dürfte (verständlicherweise) kein Interesse an der Veröffentlichung des Materialmixes haben. Nichtsdestotrotz kennt man heute den größten Teil des Geheimnisses, weil Forscher in den letzten Jahrzehnten beinahe perfekte Nachbildungen des Werkstoffes erzielen konnten. So sind nicht nur die Klassiker Stahl und Nickel, sondern auch Titan, Beryllium, Kobalt, Molybdän und Wolfram enthalten.  

Temperaturkoeffizient: Wo der Werkstoff punktet 

Warum diese Mischung so gut ist, zeigt ein Blick auf ihren Temperaturkoeffizienten. Dabei handelt es sich um eine zentrale Kennziffer bei Unruhspiralen, die deren Gangabweichung in Abhängigkeit von äußeren Temperaturschwankungen angibt. Perfekt wäre ein Temperaturkoeffizient von null Sekunden, also ein vollkommen isochron laufendes und von äußeren Einflüssen unabhängiges Uhrwerk. Klassische Spiralfedern aus Stahl oder Bronze sind weit davon entfernt: Hier kann eine Absenkung der Außentemperatur um ein Grad Celsius bereits zu zehn Sekunden Gangabweichung pro Tag führen. Straumanns Werkstoff hingegen erreicht einen Temperaturkoeffizienten von etwa 0,5 Sekunden pro Tag, was ihn rund zwanzig Mal (!) so präzise wie herkömmliche Spiralfedern macht. Wenn das mal kein Wort ist.  

In welchen Uhren finden wir das innovative Material? 

Seit diese Überlegenheit der Nivarox-Mischung bekannt ist, hat eine stetige Weiterentwicklung zu sinkenden Herstellungskosten und damit einer hohen Massentauglichkeit geführt. Nicht nur Luxusuhren, sondern auch mechanische Einsteigermodelle können deshalb von den Vorzügen des Werkstoffes profitieren. Wie verbreitet die Mischung in der Uhrenherstellung ist, verdeutlicht die enorme Marktmacht des Großproduzenten Nivarox-FAR: 1984 entstanden und heute zur Swatch Group gehörend, beliefert er über 90% der Schweizer Uhrenindustrie mit seinen filigranen Komponenten und kann damit als faktischer Monopolist betrachtet werden. Was zunächst nach mangelndem Wettbewerb und somit eher unvorteilhaft klingt, ist in Wahrheit eine Win-Win-Situation: Die lange Erfahrung und das vollständige Wissen um Straumanns Erfindung erlauben dem Hersteller eine äußerst günstige Produktion der fortschrittlichen Unruh-Spiralen-Kombinationen.  

Die Ablösung durch Silizium: Nur eine Frage der Zeit 

So hervorragend die Eigenschaften der metallenen Legierung auch sein mögen – die Zukunft gehört ihr nicht. Bereits vor zwei Jahrzehnten musste sie ihre Vorreiterrolle an das Halbmetall Silizium abgeben, welches nahezu alle Vorzüge der Nivaroxmischung übertrifft. Temperaturkoeffizient? Niedriger. Stabilität und Elastizität? Höher. Schutz vor Magnetfeldern und Stoßsicherheit? Noch besser. Bis vor wenigen Jahren waren diese Vorteile jedoch irrelevant, weil Siliziumspiralen einem viel zu aufwendigen Herstellungsverfahren unterlagen und nur wenige Luxusuhren – wie etwa die Ref. 5350 aus der Manufaktur Patek Philippe von 2006 – mit ihnen ausgestattet waren. Doch die Zeiten haben sich geändert. Heute verfügen etwa 90% der mechanischen Uhren Patek Philippes über eine Siliziumspirale und die innovative Erfindung dringt in immer tiefere Preissegmente vor.  

Waren die Co-Axial-Modelle von Omega wie etwa die Moonwatch Co-Axial, Seamaster Aqua Terra Co-Axial  oder De Ville Prestige Co-Axial vor wenigen Jahren noch der günstigste Weg zum Silizium, ist der Werkstoff inzwischen im dreistelligen Preisbereich angekommen. Das beste Beispiel ist die Tissot Gentleman Powermatic 80 Silicium: Den Vorzügen ihrer Spiralfeder stehen 80 Stunden Gangreserve zum Herstellerpreis von 790 Euro gegenüber.

Damit gibt sie den Ton für zukünftige Materialien in der Uhrenherstellung an: Straumanns Patent wird allmählich verschwinden, während neue Entwicklungen seinen Platz einnehmen. Die Ära der metallenen Spiralfeder sieht ihrem Ende entgegen. Nicht nur Silizium, sondern auch weitere Ideen wie etwa künstliche Diamanten oder der Glaskeramik-Werkstoff Zerodur werden diesen Prozess beschleunigen. Enthusiasten dürfen sich also auf eine Uhrenwelt freuen, die präziser und fortschrittlicher sein wird als je zuvor. 

Der Beitrag Nivarox – Werkstoff der Uhrenherstellung erschien zuerst auf Uhrinstinkt Magazin.