DAS FEDERHAUS
Das Federhaus besteht aus mehreren Komponenten, in der Regel vier: das Trommelfederhaus, der Deckel des Trommelfederhauses, die Federhauswelle und die Federhausfeder. Die Funktion des Federhauses besteht darin, die beim Aufziehen (manuell oder automatisch) der Uhr gespeicherte Energie zu speichern und sie allmählich an die Bewegung abzugeben.
Um das Federhaus zu montieren, wird die entspannte Feder in die Trommel gelegt. Die Federhausfeder ist eine in Spiralen gewickelte Stahlklinge, die trotz ihrer geringen Größe eine beträchtliche Kraft entwickeln kann. Dann wird die Federhauswelle in die Mitte der Trommel gelegt. Die innere Spirale der Federhausfeder wird durch ein Hakensystem (an der Welle) und eine Kerbe (Federhausfeder) an der Welle befestigt. Das Ganze wird dann mit dem Deckel geschlossen, der sich an die Trommel des Federhauses anpasst. Die Federhauswelle hat eine doppelte Funktion. Sie ermöglicht es, während des Aufziehens die Feder um ihren Umfang zu wickeln (und somit in der Mitte der Trommel) und der Uhr ihre volle Autonomie zu verleihen. Beim Aufziehen der Uhr treibt der Aufzugmechanismus das Räderwerk an, das auf einem an einem Ende der Welle bearbeiteten Quadrat eingestellt ist. Die Federhauswelle dient auch als Achse und Drehpunkt für das Federhaus, das so frei drehen kann. Die Federhausfeder wird also durch ein Hakensystem an der Federhauswelle gehalten, und ihr anderes Ende ist (durch ein System von Kerbe und Klammer) an der Innenwand des Federhausgehäuses befestigt, wodurch die Feder gespannt wird.
Die Kraft, die die Feder auf die Wand der Trommel ausübt, wenn sie gespannt ist, neigt dazu, das gesamte Federhaus um seine Achse zu drehen, wenn die Feder versucht, sich zu entspannen, indem sie sich abwickelt. Auf dem größten Durchmesser der Trommel wird eine Verzahnung gefräst. Diese Verzahnung ermöglicht es, das Zentrumrad und damit die gesamte Kinematikkette der Bewegung anzutreiben. Wenn die Feder vollständig gespannt (aufgezogen) ist, erreicht die Feder ihre maximale Spannung. Wenn dann der Aufzugmechanismus gewaltsam betätigt wird, führt dies zwangsläufig zum Bruch der Federhausfeder. Schon im 17. Jahrhundert finden sich Mechanismen zur Begrenzung des Aufziehens (Finger, Malteserkreuz usw.). Dies ist ein System, das den Aufzugmechanismus kurz vor Erreichen der maximalen Spannung der Federhausfeder blockiert.
Leider ist ein solches System nicht auf Uhren mit automatischem Aufzug anwendbar. Der Mechanismus des automatischen Systems ist nicht in der Lage, die Überlastung der Federhausfeder zu erkennen oder die Zufuhr zu stoppen, wenn die Feder ihre maximale Spannung erreicht. Um den Bruch der Federhausfeder in einer solchen Situation zu vermeiden, sind die Federhäuser von Automatikuhren mit einer gleitenden Klammer ausgestattet. Diese Klammer, die sich am äußersten Ende der Federhausfeder befindet, greift in eine Kerbe an der Innenwand des Federhausgehäuses ein. Wenn die Feder etwas über ihre maximale Spannung hinausgeht, verlässt die Klammer durch ihre Konstruktion und die Form der Kerbe in der Trommel ihre Position und gleitet entlang der Innenwand der Trommel, bevor sie in die nächste Kerbe greift (mehrere Kerben sind an der Innenwand der Trommel vorhanden). Sobald die Uhr vollständig aufgezogen ist, halten die Bewegungen des Trägers einer Automatikuhr die Feder in maximaler Spannung. Das Federhaus gibt somit eine maximale und konstante Energie ab, was eine bessere Gangqualität gewährleistet.
Um das Risiko eines Bruchs der Federhausfeder zu vermeiden, sind viele manuell aufgezogene Uhren heute mit einer „automatischen“ Feder ausgestattet, die ein endloses und gefahrloses Aufziehen ermöglicht.
Obwohl die Herstellung der Trommel, ihres Deckels und der Federhauswelle keine großen Schwierigkeiten aufweist, erfordert die Produktion der Federn spezielle Ausrüstung und Know-how. Ihre Produktion wird systematisch ausgelagert, und nur wenige Hersteller teilen sich diesen Markt. Die Qualität eines Federhauses hängt daher im Wesentlichen von seiner Feder ab. Diese muss eine optimale Leistung haben (so wenig Energieverlust wie möglich für eine erhöhte Gangreserve) und über die gesamte Entwicklung hinweg eine möglichst konstante Kraft entwickeln (Präzision des Laufs). Durch genaue Berechnungen unter Berücksichtigung der Art der Legierung, ihrer Abmessungen und ihrer Wärmebehandlungen kann ein leistungsfähiges und geeignetes Federhaus erhalten werden.
Um die Gangreserve zu erhöhen und/oder eine konstantere Kraft während der gesamten Gangreserve zu erzielen, kann die Anzahl der Federhäuser vervielfacht werden. Ähnlich wie in einem elektrischen Schaltkreis wird eine Reihenschaltung der Federhäuser die Gangreserve erhöhen, während ihr paralleler Betrieb eine konstantere Energieverteilung während der gesamten Laufdauer ermöglichen wird.
Durch die Robustheit und die komfortablen Abmessungen seiner Welle eignet sich das Federhaus leicht für eine aufgehängte Konstruktion. Unter einer aufgehängten Konstruktion versteht man, dass das Federhaus an einem Ende seiner Achse an der Platine gehalten wird. Die Verwendung eines Federhausbrücke ist daher nicht mehr erforderlich und ermöglicht es oft, die Dicke des Uhrwerks zu minimieren und die Ästhetik zu verbessern. Die jüngste Entwicklung von Mikro-Kugellagern aus Keramik ermöglicht es, durch diese Art von Konstruktion durchaus zufriedenstellende Wirkungsgrade zu erzielen.
Das Federhaus existiert seit den ersten Uhren und stellt seit jeher die wesentliche Energiequelle mechanischer Uhren dar. Vor der Erfindung des Aufzugmechanismus wurde das Aufziehen mit einem Schlüssel durchgeführt, der direkt auf die Federhauswelle gesetzt wurde und es ermöglichte, sie durch ein Quadrat anzutreiben. Im 18. und 19. Jahrhundert findet man häufig aufgehängte Federhäuser ohne ihre übliche Brücke. Mit großzügigen Abmessungen wird die Trommel des Federhauses dann zu einem bevorzugten Ausdrucksträger für Dekorateure (Graveure, Emailleure, Fasser usw.). Im Laufe der Zeit werden sich die Federhäuser und insbesondere die Federhausfedern ständig verbessern. Ihre Legierung wird an Leistung gewinnen (Elastizität, gleichmäßige Entwicklung, Reibungsbegrenzung usw.), ihre Berechnung (gute Dimensionierung für festgelegte Kriterien) wird sich verbessern, ebenso wie ihre Herstellungsverfahren und -werkzeuge.
Federhausfedern wurden schon immer von Handwerkern und dann von spezialisierten Unternehmen hergestellt. Heutzutage werden sie nur noch mit industriellen Verfahren hergestellt. Der heutige Handwerker wird daher die Federhausfeder von einem spezialisierten Hersteller beziehen. Er kann jedoch leicht die drei anderen Komponenten des Federhauses (die Stahlwelle, die Trommel und ihren Deckel, normalerweise aus Messing) auf einer einfachen Drehbank bearbeiten, mit der er auch die Verzahnung der Trommel schneiden und die drei Komponenten dekorieren kann.
Unabhängig von der Herstellungsmethode der Uhrwerke und der Uhren, für die sie bestimmt sind, wurden Federhausfedern schon immer von Handwerkern und dann von spezialisierten Unternehmen hergestellt. Heutzutage werden sie nur noch mit industriellen Verfahren hergestellt. Die Federhausfeder wird aus Bändern von Material (Stahllegierung) hergestellt. Diese Stahlbänder durchlaufen zunächst viele Walz- und Wärmebehandlungsprozesse (Glühvorgänge). Diese Operationen ermöglichen es der Feder, ihre endgültigen Abmessungen (Länge, Höhe, Dicke) zu erreichen und ihr mechanische Eigenschaften (Elastizität, Flexibilität, Härte) zu verleihen. Die Nut für die Federhauswelle wird gestanzt, und die Klammer wird am anderen Ende der Klinge genietet. Der nächste Schritt besteht darin, der Feder ihre endgültige Form zu geben. Sie wird dann um eine Achse gewickelt (gestreckt) und unterzieht sich erneut Wärmebehandlungsprozessen, um diese Form zu fixieren.
Die anderen Komponenten des Federhauses können leicht mit einer Drehmaschine hergestellt werden, auf der auch die Verzahnung der Trommel geschnitten werden kann. Für eine bessere Leistung bevorzugt man jedoch das Schneiden auf einer spezialisierten Maschine (Zahnradschneidemaschine), die ein präziseres Schneiden durch Generationen ermöglicht. Sobald die Komponenten fertig und dekoriert sind, kann das Federhaus montiert werden. Eine Operation, die auf industrieller Ebene durchgeführt wird (T-0).