10.03.2020
 5 Minuten

Edelsteine und ihre Funktion in Uhrwerken

Von Tim Breining
Edelsteine und ihre Funktion in Uhrwerken

Edelsteine und ihre Funktion in Uhrwerken

Uhren und Schmuck gehören irgendwie zusammen – zumindest dann, wenn man den Schildern und Auslagen der meisten Juweliere Glauben schenkt. Man nennt die Herrenuhr auch das „einzige Schmuckstück für den Mann“, und die klassische Damenuhr wird nicht selten durch gefasste Edelsteine, Zifferblätter aus Perlmutt oder anderweitige kostbare Materialien aufgewertet. Langsam, aber stetig kämpft sich die Damenuhr aus dieser Nische der Schmuckuhr heraus, doch Edelsteine und Uhren verbindet noch viel mehr als die bloße Zierwirkung, egal ob in Damen- oder Herrenmodellen: Schon seit hunderten Jahren verstehen sich Uhrmacher darauf, Edelsteine aufgrund ihrer Materialeigenschaften in Uhrwerken einzusetzen. In diesem Artikel stellen wir verschiedene Anwendungen in Uhrwerken vor, erklären die Funktion und Motivation dahinter und hinterfragen gängige Mythen.

7, 17 oder 21 Jewels – muss ich darauf achten?

Ob 7, 17, 21 oder mehr „Jewels“ beziehungsweise Steine: Gerade bei älteren Uhren wird mit einer gewissen Anzahl an „Steinen“ direkt auf dem Zifferblatt geworben. Heutzutage findet sich diese Information meist als Gravur auf dem Uhrwerk. Die Tatsache, dass dies so stolz beworben wird, legt nahe, dass eine höhere Anzahl dieser ominösen Steine nur von Vorteil sein kann. Der Glaube daran, dass mehr nur besser sein kann, wurde von der Uhrenindustrie entsprechend im Marketing ausgeschlachtet. Das Ergebnis waren historische Auswüchse wie Modelle der Marke Waltham, die mit 100 Steinen in der Uhr warben. Tatsächlich erfüllten nur 17 davon eine Funktion, während die restlichen Steine im Rotor montiert waren, ohne einen erkennbaren Zweck zu erfüllen. Dieses zumindest irreführende Marketing führte zur Einführung einer ISO-Norm, welche das Bewerben von funktionslosen Steinen in Uhrwerken untersagt. Seitdem hat die beworbene Anzahl Steine tatsächlich eine verlässlichere Aussage über das Uhrwerk.

Welchen Zweck erfüllen die „Steine“?

Die wichtigste Frage wurde bisher noch nicht beantwortet: Um was für Steine handelt es sich hierbei und wofür verbaut man sie in einem Uhrwerk? Es handelt sich mit wenigen Ausnahmen um sogenannte Lagersteine. In diesen flachen, zylindrischen und durchbohrten Steinen drehen sich die Zapfen von Rädern oder Hebeln. Ebenfalls aus Edelstein, aber mit einer anderen Funktion versehen, sind drei Komponenten in der Hemmung der Uhr. Das sind zum einen die sogenannten Paletten am Anker, die mit den Zähnen des Ankerrads in Kontakt treten. Und dann ist da noch der Hebelstein, über den die Ankergabel ihren Impuls an die Unruhe der Uhr weitergibt.

Während zu den Zeiten der historischen Uhrmacher noch seltene, echte Edelsteine wie Rubine, Saphire (beide Farbvarianten des Korundes) oder Diamanten bearbeitet werden mussten, wird heute synthetischer Korund verwendet. Die Farbgebung wird durch die Zugabe von färbenden Oxiden erreicht. Der Stein wird aus dem Rohstoff Aluminiumoxid erschmolzen. Ein roter, synthetischer Korund, wie er gewöhnlicherweise für Lagersteine in Uhren verwendet wird, wird entsprechend als synthetischer Rubin analog zur Farbe echter Rubine bezeichnet. Da diese Einfärbung optional ist, finden sich in Uhren auch farblose Lagersteine, zum Beispiel in Zeitmessern von Moritz Grossmann. Auch das beliebte Saphirglas ist nichts anderes als eine farblose Variante des Korundes. Weil die Verwendung von Steinen in Uhren funktionsgetrieben ist, und synthetische Steine diesen Zweck zu einem Bruchteil des Preises erfüllen, hat sich hier nie eine Nachfrage nach dem Einsatz natürlicher, echter Edelsteine etabliert, wie es bei hochwertigem Schmuck der Fall ist.

Moritz Grossmann Atum

Abhängig von der Anzahl an Rädern, die einer Lagerung bedürfen, ergibt sich eine sinnvolle maximale Anzahl an Steinen im Uhrwerk. Während sich sieben Steine als das absolute Minimum bei günstigen Werken etablieren konnte, ist mit 21 Steinen bei einem modernen Dreizeiger-Automatikwerk eine vernünftige Anzahl erreicht. Stattet man zusätzliche Drehachsen wie etwa die des Federhauses ebenfalls mit Steinen aus, steigt die Anzahl weiter. Erheblich höhere Mengen von Steinen sind lediglich in komplizierteren Werken sinnvoll beziehungsweise notwendig, da neu hinzugekommen Räder und Hebel auch neue Lagerstellen im Werk schaffen.

Die Vorteile von (synthetischen) Edelsteinen

Um zu verstehen, wieso Edelsteine ihren Zweck als Lagerung so gut erfüllen, stellt sich die Frage, wie man die Wellen der Räder anderweitig im Uhrwerk lagern kann. Eine sehr einfache Form ist das sogenannte Spitzenlager, benannt nach einer beidseitig spitz zulaufenden Welle. In der Platine des Uhrwerks findet sich eine entsprechende Bohrung, die etwas stärker aufgeweitet ist als die Spitze der Welle. Diese Form der Lagerung findet man noch oft als Unruhlagerung bei betagten Weckern. Da beide Reibpartner hier metallisch sind und sich hohe Kräfte durch das sehr spitze Wellenende ergeben, nutzt sich ein solches Lager mit der Zeit stark ab, und ist für hochwertige, langlebige Uhren nicht geeignet.

Die auftretenden Kräfte lassen sich reduzieren, indem man vom Spitzenlager zum Zapfenlager wechselt, bei dem die Enden der Wellen zylindrisch sind. Da die Minimierung der Reibung immer zu den obersten Zielen zählt, sind sie jedoch wesentlich dünner als der Rest der Welle, den mit dem Durchmesser nehmen auch die Reibkräfte zu. Durch eine zylindrische Bohrung in der Platine ergibt sich ein simples Zapfenlager, wobei die Welle aus Stahl, die Lagerfläche aus dem Material der Uhrwerksplatine, was zum Beispiel Messing sein kann, ist. Für langsam laufende Räder im Zeigerwerk kann eine derartige Lagerung schon ausreichend sein. Im Bereich der schnelllaufenden Unruh, des Ankerrads und auch der restlichen Räder des Laufwerks ist es notwendig, Reibung und Verschleiß drastischer zu reduzieren. Daher greift man hier auf Zapfenlager zurück, die nicht in die Platine gebohrt werden, sondern aus mit Löchern versehenen, synthetischen Edelsteinen bestehen. Diese werden einmalig in die Platine eingepresst und verbleiben gewöhnlich über die gesamte Lebensdauer der Uhr an ihrem Platz. Da die Steine um ein Vielfaches härter und verschleißbeständiger sind als die Wellen, müssen allenfalls die stählernen Wellen ausgetauscht werden, was problemlos im Rahmen einer Revision geschehen kann. Würde das Lager selbst verschleißen, was vor der Einführung von Steinlagern oft der Fall war, wären aufwendige Reparaturen an der Platine oder sogar deren Austausch fällig.

Durch eine spezielle Formgebung erfüllen die Steine noch eine Zusatzfunktion: Eine Wölbung dient als Ölreservoir, so dass auch nach jahrelangem Betrieb der Uhr noch Schmiermittel an den relevanten Stellen vorhanden ist. All diese Vorteile, zusammen mit der günstigen Massenfertigung durch automatisierte Schleifmaschinen und Laserbohrverfahren, ermöglichen es, dass selbst günstigste mechanische Werke aus chinesischer Massenfertigung vollausgestattet mit Lagersteinen auf dem Markt zu finden sind. Um sich von billigen Uhren abzugrenzen, wird in der Haute Horlogerie deshalb gerne auf das Einbetten von Lagersteinen in verschraubten, goldenen Fassungen, sogenannten Goldchatons, zurückgegriffen. Historischen Uhrmachern dienten diese Fassungen aus dem weichen Edelmetall zur Montage und nachträglichen Justierung des Steins, da diese noch handgefertigt und somit nicht geometrisch perfekt waren. Heute ist das funktional nicht mehr nötig, dafür wertet es die Uhr handwerklich und optisch auf, und wird insbesondere von Manufakturen mit traditioneller Gestaltungsphilosophie wie A. Lange & Söhne praktiziert.

Wofür Lagersteine nicht geeignet sind

Wie bereits erwähnt sind Lagerstein nicht für jede Welle oder anderweitig in Bewegung befindliche Komponenten notwendig. Tatsächlich sind sie in manchen Fällen sogar suboptimal. Das lässt sich leicht an dem wohl auffälligsten Lager von Automatikuhren erkennen: dem Rotorlager. Hier lassen sich fast ausnahmslos winzige Kugellager unter den Saphirgläsern ausmachen. Kugellager bieten hier ein besseres Anlaufverhalten, da sich bei einem Gleitlager aus Korund der Schmierfilm immer wieder neu aufbauen muss, wenn sich der Rotor in Bewegung setzt. Ein Kugellager kann durch seinen großen Durchmesser den Rotor besser gegen Verkippen und Aufschlagen auf das Werk schützen. Bei einem Steinlager müsste dieser derart groß sein, dass das Anlaufverhalten beeinträchtigt wäre.

Im Zusammenhang mit der Stabilität zeigt sich ein weiterer Vorteil des Kugellagers: Während beim Gleitlager aus Korund ein gewisses Spiel für die Funktion vorgesehen werden muss, das die Wellen minimal kippen lässt, kann ein Kugellager vorgespannt sein und erlaubt die einseitige Lagerung, auch fliegende Lagerung genannt. Diese nutzt man beispielsweise bei fliegenden Tourbillons, und kann so eine optisch störende Brücke auf der Oberseite des Mechanismus einsparen. Auf die gleiche Art und Weise ermöglichen Kugellager bei ultradünnen Uhren wie der Piaget Altiplano Ultimate Concept die vollständige Einsparung einer Platine, da zahlreiche Wellen nur gehäuseseitig in Kugellagern geführt werden.

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Über den Autor

Tim Breining

Etwa 2014, während meines Ingenieurstudiums, begann ich mich für Uhren zu interessieren. Mit der Zeit wurde aus der anfänglichen Neugier eine Leidenschaft. Da …

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