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DAS KLEINBODENRAD

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Abbildung 1

Plan eines Kleinbodenrads

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1. Allgemeine Beschreibung

Das Kleinbodenrad (manchmal auch als kleines Mittelrad bezeichnet) gehört zum Übertragungs- und Zählorgan. Es ist ein wesentliches Element des Räderwerks des Finissage. Es befindet sich zwischen dem Minutenrad (Zentrumrad), das die Energie direkt vom Federhaus erhält, und dem Sekundenrad, an das es diese Energie überträgt. Durch seine Zwischenposition übernimmt es die Funktion eines Drehzahlminderers und Relais, wodurch dem Minutenrad eine langsamere Drehgeschwindigkeit verliehen werden kann als dem Sekundenrad, das näher am Regulierorgan liegt.

2. Positionierung und Drehzahl

Da es keinen Zeiger trägt, muss das Kleinbodenrad nicht mit einer bestimmten Geschwindigkeit drehen, wie es beim Minutenrad (Zentrumrad) (1 U/h) und beim Sekundenrad (1 U/min, wenn es einen Sekundenzeiger trägt) der Fall ist. Ebenso ist die Position seiner Verzahnung frei, was es ermöglicht, bei der Entwicklung des Uhrwerks, diese zu definieren, um den Platzbedarf des Uhrwerks und in gewissem Maße den Wirkungsgrad des Feinräderwerks zu optimieren.

Seine Hauptfunktion ist zweifach:

1. Energieübertragung: Es empfängt die Antriebsenergie über das Minutenrad (Zentrumrad) und überträgt sie auf das Sekundentrieb.
2. Reduzierung des Rotationsverhältnisses: Es trägt zum globalen Übersetzungsverhältnis des Räderwerks des Minutenzählwerks bei, indem es je nach Frequenz des Regulierorgans die korrekte Umdrehungsgeschwindigkeit des Minutenrads (Zentrumrad) und des Sekundenrads (wenn dieses einen Sekundenzeiger trägt) gewährleistet. (siehe Berechnungen des Zähl- und Übertragungsorgans.

3. Bauteile

Wie die anderen Räder des Räderwerks des Minutenzählwerks besteht das Kleinbodenrad aus zwei Bauteilen:

• Ein Rad, das das Trieb des Sekundenrads (angetrieben) antreibt (antreibend).

Abbildung 2

Plan eines Mittelrads

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• Ein Trieb, der die Achse des Triebs bildet. Er wird durch das Rad des Minutenrads (treibend) angetrieben (geführt).

Abbildung 3

Plan eines Mittelradtriebs

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4. Materialien

Traditionell wird das Mittelrad aus Messing vergoldet gefertigt. Der Trieb ist aus gehärtetem Stahl, spiegelpoliert, um insbesondere seine mechanische Festigkeit zu erhöhen. Die Zapfen sind gerollt (Oberflächen-Kaltverfestigung). Sie drehen sich in synthetischen Steinen (Rubin) und werden geschmiert, um Reibung und Verschleiß zu minimieren.

Das Tandem aus einem Rad aus Messing und einem Trieb aus Stahl ist optimal, um die Reibung in den Getrieben eines Uhrwerks zu minimieren. Es wird bei den meisten übersetzenden oder untersetzenden Räderwerken einer Uhr angewendet (Räderwerke des Finissierens, des Zeigerstellens usw.).

5. Handwerkliche Herstellung eines Rades (Mittelrad)

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

Die Herstellung beginnt mit dem Drehen einer Rohscheibe aus einer Stange oder einem Band aus Messing. Auf einer Drehbank für Uhrmacher führt der Dreher nacheinander das Planen beider Flächen, das Abdrehen des Außendurchmessers (Gesamtdurchmesser der zukünftigen Verzahnung) und das Bohren des zentralen Lochs durch. Dieses Loch wird anschließend sorgfältig ausgerieben: Sein Durchmesser wird geringfügig kleiner gehalten als der des Trieblagers in Stahl , auf dem das Rad vernietet wird, um einen festen Sitz und eine schlupffreie Drehmomentübertragung zu gewährleisten. Je nach Profil und Qualität des Rades kann auf einer oder beiden Seiten des Rades eine Zierleiste gedreht werden.

Um die Speichen des Rades (in der Regel fünf an der Zahl) zu durchbrechen, werden in den Zwischenräumen Auslösungslöcher gebohrt, anschließend wird das Material ausgehöhlt mit der Laubsäge. Die Speichen werden anschließend von Hand gefeilt und egalisiert. Dieser zeitaufwendige Arbeitsschritt trägt dazu bei, die Trägheit des Rades zu verringern, und stellt ein ästhetisches Kriterium dar.

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

Die Endbearbeitung umfasst das Entgraten der scharfen Kanten, den Kreisschliff der Flächen, die eventuelle Politur der Profile, das eventuelleAnglieren , dann eine Oberflächenbehandlung durch galvanische Vergoldung. Diese Ablagerung vonGold, mit kontrollierter Dicke, verbessert die Korrosionsbeständigkeit und verleiht der Scheibe ihr charakteristisches goldenes Aussehen. Der Nietvorgang am Stahltrieb wird mithilfe eines Nietstocks durchgeführt.

6. Industrielle Herstellung eines Rades (Mittelrad)

In der industriellen Fertigung ist die Herstellung der Radscheibe als kontinuierlicher Fluss ausgehend von einem Band aus Messing gewalztem (CuZn37 oder ähnlich), das in Rollen bereitgestellt wird. Der erste Arbeitsschritt ist der Folgeschnitt (Stanzen) wird auf einer Presse mit kombinierten Werkzeugen durchgeführt: In einem einzigen Hub wird das Band vorgelocht, gemäß der Zeichnung des Rades 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 Nieten auf dem Trieb aus Stahl, wird beim Stanzen erhalten, wird jedoch in der Regel einem nachträglichen Ausreiben unterzogen. Die Maßtoleranz des Innendurchmessers ist eng gefasst, um eine kontrollierte und einheitliche Presspassung bei allen Trieben derselben Serie zu gewährleisten. Die Ebenheit der Platte wird zu diesem Zeitpunkt ebenfalls überprüft, wobei jeglicher Restverzug durch Richten beseitigt wird.

Die Verzahnung wird auf CNC-Verzahnungsmaschinen hergestellt. Für die gängigen Module des Finissage-Räderwerks ist das gewählte Verfahren das Abwälzfräsen mit dem Mutterfräser (Hobbing), das ein Zahnprofil in Evolventenform von hoher geometrischer Regelmäßigkeit erzeugt. Für die feinsten Module unter 0,07 mm greifen manche Hersteller auf dieElektroerosion per Draht oder Laserverzahnung, die Präzisionsgrade ermöglichen, die durch konventionellen Materialabtrag ansonsten schwer zu erreichen sind.

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 Finish-Bearbeitungen (Kreisschliff, Anglieren, Politur) sind in der Haute Horlogerie Standard. Die Oberflächenbehandlung — in der Regel eine Vergoldung galvanisch — wird auf lose Platinen aufgebracht und sorgt für eine gleichmäßige Schichtdicke auf allen Teilen.

Die Qualitätskontrolle ist in den Produktionsablauf integriert. Bildverarbeitungssysteme messen inline das Radprofil, die Zahnteilung, den Durchmesser der Aufziehbohrung und erkennen Oberflächenfehler. Der Nietvorgang am Trieb aus Stahl wird anschließend auf einer automatischen Presse mit kontrollierter Kraft durchgeführt, wobei die Kraft-Weg-Kurve für jeden Zusammenbau aufgezeichnet wird, was die Rückverfolgbarkeit und die Konformität der Passung gewährleistet.

7. Handwerkliche Fertigung eines Triebs (Mittelradtrieb)

Bei der Einzel- oder Kleinserienfertigung wird das Trieb des Räderwerks aus Stahl für den „Décolletage“-Prozess von Uhrmachern gefertigt, einer Legierung mit hoher Bearbeitbarkeit, deren Zusammensetzung an die mechanischen Beanspruchungen angepasst ist und an die Wärmebehandlungen speziell für Uhrwerktriebe. Das Teil besitzt beidseitig des verzahnten Körpers zwei Zapfen und an der für die Radplatte vorgesehenen Stelle einen zylindrischen Sitz, überragt von einem zu vernietenden Absatz.

Das Drehen wird auf einer Drehbank für Präzisionsuhrmacherei ausgeführt. Der Uhrmacher, die Uhrmacherin dreht nacheinander die verschiedenen Durchmesser des Triebs und schruppt die beiden Zapfen vor, deren geometrische Qualität und Oberflächenzustand die Funktion des Räderwerks direkt beeinflussen. Der zur Aufnahme der Radplatte bestimmte Sitz wird mit einer Gleitpassung zum Lochdurchmesser der Platte bearbeitet, damit sich das Rad vor dem Vernieten frei darauf positionieren kann. Über den Sitz hinaus bleibt ein dünner Absatz — die eigentliche Nietstelle — stehen; dieser wird beim Zusammenbau gestaucht, um die Radplatte zu fixieren. Die vorgeschruppten Zapfen werden abgedreht (Feindrehen) und ihre Oberfläche anschließend durch Walzen kaltverfestigt.

Das Schneiden der Flügel des Triebs erfolgt auf einer Drehbank, die mit einem Teilapparat ausgestattet ist. Ein Fräser zum Schneiden von Trieben, mit einem für den Modul und die Anzahl der Flügel geeigneten Profil (im Allgemeinen sechs bis zwölf für das Räderwerk des Minutenwerks), schneidet jeden Flügel in aufeinanderfolgenden Durchgängen. Dieses Schneidverfahren mit direkter Teilung ergibt je nach verwendetem Werkzeug ein Profil nahe der Epizykloide oder der Evolvente. Die präzise Einstellung der Schnitttiefe ist entscheidend für das spätere Eingreifen mit der Messing-Radscheibe des vorherigen Rades (hier das Minutenrad (Zentrumrad)).

Nach dem Schneiden wird das Trieb einer Wärmebehandlung unterzogen: Härtung in Öl oder Luft, gefolgt von einem Anlassen, um den Flügeln die für die Verschleißfestigkeit erforderliche Härte zu verleihen. Die vorgearbeiteten Zapfen werden anschließend gedreht (Feindrehen), und ihre Oberfläche wird durch Walzen kaltverfestigt.

Der Zusammenbau der Radscheibe auf dem Sitz erfolgt mithilfe eines Nietständers: Der Zapfenkopf wird mit einem Formnietwerkzeug unter visueller Kontrolle gestaucht, bis eine gleichmäßige, mit der Radfläche bündige Nietung erreicht ist.

8. Industrielle Herstellung eines Triebs (Mittelradtrieb)

In der Serienproduktion wird das Trieb des Räderwerks mittels automatischem „Décolletage“ aus einer Stange aus Uhrmacher-„Décolletage“-Stahl hergestellt. Dieses Verfahren ermöglicht es, das Drehen der Zapfen, der Welle und sämtlicher Durchmesser des Trieblings in einer einzigen Aufspannung mit hohen Taktraten und präziser dimensionaler Wiederholgenauigkeit durchzuführen. Die Toleranzen werden bereits bei der Programmierung festgelegt, was die Austauschbarkeit der Triebe in den Montagelinien 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 spürbaren Satz, aber auch ohne Kraftaufwand positioniert. Die Nietung ist in Durchmesser und Höhe so kalibriert, dass der nachfolgende Nietvorgang eine gleichmäßige Verdrängung erzeugt, ohne Gefahr einer Verformung der Verzahnung oder der Radscheibe.

Das Verzahnen der Flügel erfolgt auf CNC-Verzahnungsmaschinen mittels Abwälzfräsen mit Wälzfräser (Abwälzfräsen), die ein Evolventenprofil mit einer geometrischen Regelmäßigkeit erzeugen, die dem Verzahnen durch direkte Teilung überlegen ist.

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

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

9. Technische Besonderheiten

• Die Radscheibe ist fest mit dem Trieb vernietet. Somit bildet das Mobile eine vollkommen fest verbundene Einheit.
• Das Verzahnungsverhältnis des Mittelradtriebs und des gesamten Räderwerks des Finissage wird so berechnet, dass eine vollständige Umdrehung des Minutenrads (Zentrumrad) in sechzig Minuten gewährleistet ist – eine wesentliche Voraussetzung für den direkten Antrieb des Minutenrohrs und des Minutenzeigers sowie, durch Untersetzung, des Stundenzeigers. (vgl. Berechnungen des Zähl- und Übertragungsorgans).