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DAS SEKUNDENRAD

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Abbildung 1

Plan eines Sekundenrads (mit Zeiger)

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1. Allgemeine Beschreibung

Das Sekundenrad ist ein Bauteil, das zum Zähl- und Übertragungsorgan gehört, das die Unterteilung der Zeit in elementare Einheiten gewährleistet und je nach Konstruktion die Anzeige der Sekunden ermöglicht. Angetrieben vom Mittelrad, überträgt es die empfangene Energie auf das Hemmungstrieb.

2. Typologie der Sekundenräder (Verzahnung und Drehgeschwindigkeit)

Uhr ohne Sekundenzeiger

Wenn die Uhr die Sekunden nicht anzeigt, ist ihre Drehgeschwindigkeit nicht vorgegeben. Ihre Aufgabe besteht dann darin, die Geschwindigkeit des Räderwerks so zu takten, dass das Minutenrad eine Umdrehung pro Stunde macht, indem es sich in das gesamte Übersetzungsverhältnis des Minutenräderwerks einfügt. Das Zifferblatt beschränkt sich auf die Anzeige der Stunden und Minuten.

Sekundenrad mit Sekundenzeiger

Wenn das Uhrwerk so konzipiert ist, dass es die Sekunden anzeigt, ist das Sekundenrad gezwungen, eine Umdrehung pro Minute auszuführen. Somit sind zwei Konfigurationen der Anzeige möglich:

• Exzentrische Sekunde (kleine Sekunde)
  Bei dieser Konfiguration ist der Sekundenzeiger gegenüber dem Uhrwerk sowie der Anzeige von Stunden und Minuten dezentriert. Das Zifferblatt weist dann einen kleinen Zähler auf, der in der Regel bei 6 Uhr dezentriert, manchmal aber auch anderswo (bei 9 Uhr oder 3 Uhr) platziert ist. Die Konstruktion ist einfach: Das Trieb des Sekundenrads, das bereits im normalen Räderwerk vorhanden ist, wird lediglich durch einen Zapfen verlängert, der die Werkplatte durchquert, um den Sekundenzeiger zu tragen. Es ist keine zusätzliche Übertragung erforderlich. Lediglich die Positionierung des Sekundenrads muss so gewählt werden, dass die Sekunden genau an der gewünschten Stelle angezeigt werden.
• Zentralsekunde (Mittelsekunde)
  Die zentrale Anzeige der Sekunden erfordert eine aufwendigere Änderung des Räderwerks. Da sich das Sekundenrad nicht im Zentrum des Uhrwerks befindet, müssen zusätzliche Räderwerke hinzugefügt werden, um die Sekundenanzeige zum Zentrum des Uhrwerks zurückzuführen. Die gängigste Lösung besteht darin, die Achse des Sekundentriebs mit einem Zapfen zu verlängern, sodass sie aus ihrer Brücke. Eine Radscheibe, sogenanntes Kantenrad, wird einfach auf den Zapfen des Sekundentriebs aufgepresst. Das Kantenrad treibt ein Zwischenrad an, das seinerseits das zentrale Sekundenrad antreibt. Das zentrale Sekundenrad durchquert vollständig das Minutenrad, in dessen Innerem es sich dreht. Eine einfache Getriebeberechnung zwischen dem Kantenrad und dem zentralen Sekundenrad ermöglicht es, Letzteres mit der gewünschten Geschwindigkeit von 1 U/min drehen zu lassen. Dieser Aufbau erfordert eine sorgfältige Stapelung und einen zusätzlichen Räder-Satz, was die Zusammenbauschwierigkeit und die Reibungsempfindlichkeit erhöht.

3. Bauteile

Das Sekundenrad besteht aus zwei untrennbaren Teilen:

• Der Sekundentrieb, er wird vom Mittelrad angetrieben.

Abbildung 2

Plan eines Sekundentriebs (mit Zeiger bei 6 Uhr)

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• Das Sekundenrad, es treibt den Hemmungstrieb an

Abbildung 3

Plan eines Sekundenrads

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4. Materialien

Wie die anderen Räder im Räderwerk besteht das Sekundenrad im Allgemeinen aus Messing, das vergoldet, mit hoher Präzision bearbeitet oder gestanzt und anschließend je nach gewünschtem Veredelungsgrad weichgeglüht und angliert wird. Der Trieb aus gehärtetem Stahl und poliert bildet die Achse des Triebs. Das Rad ist fest mit dem Ritzel vernietet, um eine vollständig feste Einheit zu bilden.

5. Handwerkliche Herstellung eines Rades (der Sekunden)

In der Einzel- oder Kleinserienfertigung wird die Platte für das Rad aus Messing in Uhrmacherqualität hergestellt, typischerweise eine gewalzte Kupfer-Zink-Legierung (CuZn37), ausgewählt aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften, ihrer Bearbeitbarkeit und ihrer Kompatibilität mit nachfolgenden Oberflächenbehandlungen.

Die Herstellung beginnt mit dem Drehen einer rohen Scheibe aus einer Stange oder einem Band aus Messing. Auf einer Drehbank d’horloger, le tourneur procède successivement au dressage des deux faces, au chariotage du diamètre extérieur (diamètre total de la future denture) et au perçage du trou central. Ce trou est ensuite alésé avec soin : son diamètre est maintenu légèrement inférieur à celui du collet du pignon en Stahl sur lequel la roue sera rivetée, de façon à garantir un ajustement serré et une transmission du couple sans glissement. En fonction du profil et de la qualité de la roue, une moulure peut être tournée sur une face de la roue ou les deux.

Afin d’ajourer les bras de la roue (généralement au nombre de cinq) des trous de dégagement sont percés dans les intervalles, puis la matière est évidée au Laubsäge. Die Speichen werden anschließend von Hand gefeilt und ausgeglichen. Dieser zeitaufwendige Arbeitsschritt trägt dazu bei, die Trägheit des Rades zu verringern, und ist zugleich ein ästhetisches Kriterium.

Die so vorbereitete Platte wird anschließend auf das Spannfutter einer Drehbank oder die Spindeln einer Rund- oder Fräsmaschine montiert. Handelt es sich um eine Drehbank, so ist diese mit einer Teilscheibe ausgestattet, die es ermöglicht, jede Winkelposition entsprechend der gewünschten Zähnezahl präzise zu indexieren. Ein Fräser mit Modul — dessen Profil auf den Modul und den Eingriffswinkel der Verzahnung abgestimmt ist — fräst die Zähne einzeln in aufeinanderfolgenden Durchgängen. Für das Räderwerk der Feinregulierung sind die Module in der Regel sehr klein (in der Größenordnung von 0,07 bis 0,15 mm), was hochpräzise Fräser und eine strenge Einspannung des Werkstücks erfordert.

Die Endbearbeitung umfasst das Entgraten der scharfen Kanten, den Kreisschliff der Flächen, das eventuelle Polieren der Profile, dasAnglieren eventuell, dann eine Oberflächenbehandlung durch galvanische Vergoldung. Diese Goldschicht mit kontrollierter Dicke verbessert die Korrosionsbeständigkeit und verleiht der Platine ihr charakteristisches goldenes Aussehen. Das Vernieten des Stahltriebs erfolgt mithilfe eines Nietständers.

6. Industrielle Herstellung eines Rades (Sekundenrad)

In der industriellen Fertigung wird die Herstellung der Radscheibe in einem kontinuierlichen Fluss ausgehend von einem Band aus Messing gewalzt (CuZn37 oder ähnlich), das in Rollen bereitgestellt wird, organisiert. Der erste Arbeitsschritt ist der fortschreitende Ausschnitt (Stanzen) auf einer Presse mit kombinierten Werkzeugen: In einem einzigen Hub wird das Band vorgestanzt, entsprechend der Zeichnung des Rads durchbrochen und auf seinen endgültigen Umriss geschnitten (einschließlich Durchbrechen der Speichen). Diese Technik ermöglicht es, mehrere hundert Scheiben pro Minute mit hoher Reproduzierbarkeit zu erhalten.

Die zentrale Bohrung, die zum Vernieten auf das Trieb aus Stahl, wird beim Ausschneiden erzielt, unterliegt jedoch in der Regel einem nachträglichen Ausreiben. Die Maßtoleranz des Innendurchmessers ist eng gefasst, um eine kontrollierte und über die gesamte Serie der Triebe hinweg gleichmäßige Presspassung zu gewährleisten. Auch die Ebenheit der Platte wird in diesem Stadium überprüft, wobei jede verbleibende Verwerfung durch Richten beseitigt wird.

Die Verzahnung wird auf CNC-Verzahnungsmaschinen ausgeführt. Für die gängigen Module des Räderwerks der Kleinbodenrad-Stufe wird das Verzahnen im Abwälzfräsverfahren mit dem Mutterfräser (Hobbing) angewendet, das ein Evolventenprofil von großer geometrischer Regelmäßigkeit erzeugt. Für die feinsten Module, unter 0,07 mm, greifen manche Hersteller auf dieElektroerosion mit Draht oder das Laserverzahnen zurück, wodurch Präzisionsgrade erreicht werden, die durch konventionelle Materialabtragung nur schwer zu erzielen wären.

Je nach erforderlichem Qualitätsniveau erfolgt das Entgraten kontinuierlich durch Trommeln in Vibrationsbehältern, die mit geeigneten Schleifmedien beladen sind, wodurch Schnittgrate entfernt werden, ohne die Zahnflanken zu beeinträchtigen. Traditionelle Oberflächenveredelungen (Kreisschliff, Anglieren, Politur) sind in der Haute Horlogerie Standard. Die Oberflächenbehandlung – in der Regel eine Vergoldung galvanische – wird auf lose Platten aufgebracht und sorgt für eine gleichmäßige Schichtdicke auf allen Teilen.

Die Qualitätskontrolle ist in den Produktionsablauf integriert. Bildverarbeitungssysteme messen online das Profil des Rads, die Zahnteilung, den Durchmesser der Presslochbohrung und erkennen Oberflächenfehler. Der Nietvorgang am Ritzel aus Stahl wird anschließend auf einer automatischen Presse mit kontrollierter Kraft durchgeführt, wobei die Kraft-Weg-Kurve für jeden Zusammenbau aufgezeichnet wird, um die Rückverfolgbarkeit und die Passgenauigkeit sicherzustellen.

7. Handwerkliche Herstellung eines Sekundentriebs

Bei der Einzel- oder Kleinserienfertigung wird das Ritzel des Finissage-Räderwerks hergestellt aus Stahl Uhrmacher, Uhrmacherin von „Décolletage“, eine Legierung mit hoher Zerspanbarkeit, deren Zusammensetzung an die mechanischen Beanspruchungen und die Wärmebehandlungen die für Uhrwerktriebe typisch sind. Das Teil besitzt beidseitig des gezahnten Körpers zwei Zapfen und an der für die Radscheibe vorgesehenen Stelle einen zylindrischen Sitz, über dem sich ein zu vernietender Absatz befindet.

Das Drehen erfolgt auf einer Drehbank für die Feinwerktechnik. Der Uhrmacher, die Uhrmacherin dreht nacheinander die verschiedenen Durchmesser des Triebs und arbeitet die beiden Zapfen vor, deren geometrische Qualität und Oberflächenbeschaffenheit die Funktion des Räderwerks direkt bestimmen. Der Sitz, der die Radscheibe aufnehmen soll, wird mit einer Gleitpassung zum Durchmesser der Bohrung der Radscheibe bearbeitet, damit sich das Rad vor dem Vernieten frei darauf positionieren lässt. Über den Sitz hinaus wird ein dünner Absatz — die eigentliche Nietstelle — vorstehend belassen; dieser wird beim Zusammenbau gestaucht, um die Radscheibe zu fixieren. Die vorgearbeiteten Zapfen werden abgedreht (Feindrehen) und ihre Oberfläche anschließend durch Rollieren verfestigt.

Das Verzahnen der Flügel des Trieblings erfolgt auf einer Drehbank, die mit einem Teilapparat ausgestattet ist. Ein Fräser zum Verzahnen von Trieben, mit einem dem Modul und der Anzahl der Flügel entsprechenden Profil (in der Regel sechs bis zwölf für das Räderwerk der Feinregulierung), fräst jeden Flügel in aufeinanderfolgenden Durchgängen. Dieses Verzahnungsverfahren durch direkte Teilung ergibt je nach verwendetem Werkzeug ein Profil, das der Epizykloide oder der Evolvente nahekommt. Die präzise Einstellung der Zustelltiefe ist entscheidend für den späteren Eingriff mit der Messing-Radscheibe des vorhergehenden Rades (hier des Mittelrads).

Nach dem Verzahnen wird der Trieb einer Wärmebehandlung unterzogen: Härten in Öl oder Luft, gefolgt von einem Anlassen, um den Flügeln die für die Verschleißfestigkeit erforderliche Härte zu verleihen. Die vorgearbeiteten Zapfen werden dann fein gedreht und ihre Oberfläche anschließend durch Rollieren verfestigt.

Der Zusammenbau der Radscheibe auf dem Sitz erfolgt mithilfe eines Nietständers: Der Ansatz wird mit einem Formniethammer unter visueller Kontrolle gestaucht, bis eine gleichmäßige Vernietung erreicht ist, die bündig mit der Radfläche abschließt.

8. Industrielle Herstellung eines Sekundentriebs

In der Serienproduktion wird das Trieb des Räderwerks des Minutenrads durch automatisches „Décolletage“ aus einer Stange aus Uhrmacher-Stahl für „Décolletage“ hergestellt. Dieses Verfahren ermöglicht es, in einer einzigen Aufspannung das Drehen der Zapfen, der Welle und sämtlicher Durchmesser des Triebs mit hohen Taktraten und präziser Maßwiederholbarkeit durchzuführen. Die Toleranzen werden bereits bei der Programmierung festgelegt, was die Austauschbarkeit der Triebe in den Zusammenbau-Ketten und im Kundendienst gewährleistet.

Die Geometrie der Radpassung wird mit einer Gleitpassung im Verhältnis zum Durchmesser der Bohrung der Radscheibe bearbeitet, sodass sich das Rad ohne spürbares Spiel, aber ohne Kraftaufwand positioniert. Die Nietung ist in Durchmesser und Höhe kalibriert, damit der anschließende Nietvorgang eine gleichmäßige Stauchung erzeugt, ohne Gefahr einer Verformung der Verzahnung oder der Radscheibe.

Das Schneiden der Flügel erfolgt auf CNC-Verzahnungsmaschinen mit Abwälzfräsen durch Wälzfräser (Abwälzfräsen), die ein Evolventenprofil mit höherer geometrischer Regelmäßigkeit erzeugen als das Verzahnen durch direkte Teilung.

Die Wärmebehandlung — gefolgt von einem kontrollierten Anlassen — erfolgt im Ofen unter Schutzatmosphäre, um jegliche Entkohlung der Funktionsflächen zu vermeiden. Die Zapfen werden anschließend auf einer CNC-Rundschleifmaschine mit Hilfe von Diamant- oder Korund-Schleifscheiben geschliffen.

Die Qualitätskontrolle (maßlich und ästhetisch) ist in der Regel in die Linie integriert. Der Vernietungsvorgang der Radscheibe wird auf einer automatischen Presse durchgeführt, deren Kraftprofil für jedes Teil aufgezeichnet wird: Die Kraft-Weg-Kurve gewährleistet die Konformität des Stauchens und stellt ein Element der Rückverfolgbarkeit des Zusammenbaus dar.

9. Technische Besonderheiten

• Die Radscheibe ist fest mit dem Trieb vernietet. So bildet das Rad eine vollständig fest verbundene Einheit.
• Das Verzahnungsverhältnis des Sekundenrads und des gesamten Räderwerks des Zeigerwerks wird so berechnet, dass eine vollständige Umdrehung des Minutenrads in sechzig Minuten und, bei Anzeige der Sekunden, des Sekundenrads in einer Minute gewährleistet ist. Diese Bedingungen sind wesentlich für den direkten Antrieb des Minutenrohrs und des Minutenzeigers sowie, durch Untersetzung, des Stundenzeigers und des Sekundenzeigers. (siehe Berechnungen zum Zähl- und Übertragungsorgan).