Bevor das eigentliche Thema angeschnitten wird, soll zuerst einmal die Voraussetzung für eine ordentliche Schmierung, nämlich die exakte Reinigung der Uhr angesprochen werden. Ohne diese Reinigung hat eine Schmierung in der Uhr keinen Sinn. Ein Nachschmieren, wie es oft bei Grossuhren vorgenommen wird, schadet mehr, als es nutzt.
Diesem Artikel wurden mit freundlicher Genehmigung Firmenpublikationen der Fa. H. MOEBIUS & FILSCH- CH-4123 Allschwil zu Grunde gelegt.
Die Uhren-Reinigung
Die sorgfältige Reinigung der Uhr ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für die optimale Wirksamkeit des Schmiermittels. Um es einmal deutlich zu sagen: Schmieren ohne vorherige gründliche Reinigung führt häufig zu vorzeitigem Verschleiss in der Uhr und damit zu umfangreichen und kostspieligen Reklamationen. Dabei bleibt die Ursache des vorzeitigen Verschleisses dem Uhrmacher oft ein Rätsel. Eins ist jedoch gewiss: Verflüchtigt hat sich das Öl bei normalem Einsatz nie – es ist schon eher breitgelaufen, ohne dass dies unter der Lupe erkennbar ist!
Uhren sind hauptsächlich verunreinigt durch
Öle und Fette, die von flüssig bis völlig verharzt alle Zwischenstufen aufweisen können,
durch feste Partikel wie Abrieb von Gleitstellen, abgelöste Lackschichten oder Klebstoffe, Polierpasten, Staubteile unterschiedlicher Korngrösse, Textilfasern, Spritzfäden von Plastikteilen,
durch Korrosionsprodukte wie Rost, Grünspan usw. sowie
durch Rückstände aus galvanischen oder Reinigungs-Bädern.
Während der Hersteller von Uhren bei der Reinigung selten mit mehreren dieser Verunreinigungen gleichzeitig zu tun hat, steht der Reparateur häufig vor der Frage, wie er verharztes Öl in den Lagern und ihm unbekannte Flecken auf den Platinen in einem wirtschaftlich vertretbaren Arbeitsgang gleichzeitig entfernen kann.Bei Verwendung der handelsüblichen Reinigungs- und Spülmittel kann der Uhrmacher davon ausgehen, dass die meisten der vorkommenden Verunreinigungen gelöst oder abgespült werden, zumal wenn die Reinigung in einer Anlage stattfindet, die durch ihre mechanische Wirkung (Drehung, Vibration, Ultraschall, Vakuum) den Reinigungsvorgang unterstützt.Seine Aufgabe ist es aber, den Verschmutzungsgrad der Bäder zu überwachen und sorgfältig darauf zu achten, dass das letzte Spülbad – es sollen grundsätzlich drei Spülbäder sein – rechtzeitig ausgewechselt wird.Von ihm aus bleiben, je nach Verschmutzungsgrad, unsichtbare bis sichtbare Filme auf den Oberflächen der gereinigten Teile haften. Die Verunreinigungen im letzten Spülbad beeinflussen das später aufgebrachte Öl. Sie können das Öl chemisch verändern und seine Neigung zum Breitlaufen fördern. So wird auch die wichtigste Aufgabe des Öls, eine fest anhaftende Schicht auf den Gleitpartnern zu bilden, beeinflusst.
Hier wird der enge Zusammenhang zwischen Reinigung und Schmierung deutlich. Die Auswirkungen beeinflussen den Gang der Uhr und den Verschleiss in ihr.
Die Schmierung der Uhr
Die Uhrmacher hatten schon sehr früh erkannt, welche Bedeutung dem Schmiermittel in der Uhr zukommt. Sie mussten das Öl selbst herstellen, denn es gab weder allgemein verbreitete Kenntnisse, noch die Möglichkeit, es fertig zu kaufen.Zwar waren die Uhrmacher hervorragende Könner auf ihrem Gebiet, aber kaum einer konnte sich mit einer Entwicklung in dieser Richtung befassen, zumal chemische Kenntnisse im heutigen Sinne noch gar nicht vorhanden waren. So blieb das Schmiermittel in der Uhrmacherei lange Zeit ein Stiefkind.
Einer der ersten, die hier die Notwendigkeit einer Änderung erkannten, war Hermann Moebius. Er begann in der Mitte des 19. Jahrhunderts (1855 in Hannover, ab 1892 Zweigbetrieb in Basel, ab 1951 in Allschwil) mit systematischen Versuchen und einer auf Verkauf gerichteten Fertigung. 2008 ging die Firma in der Swatch-Group auf.
Warum braucht man nun für Uhren besondere Schmiermittel?
Dazu ist es notwendig, einen Blick auf die wesentlichen Unterschiede zu werfen, die zwischen Uhren und vergleichbaren mikromechanischen Geräten einerseits und der Grossmechanik andererseits bestehen.
Aufgrund der kleinen Abmessungen werden in der Mikromechanik nur sehr geringe Schmiermittelmengen gebraucht. Sie müssen oft über Jahre ohne jede Wartung unter sehr unterschiedlichen Umweltbedingungen ihren Dienst tun. Dabei sollen sich keine ändernden Auswirkungen auf den Mechanismus zeigen. Das Schmiermittel muß unbedingt folgende Anforderungen erfüllen:
es soll an der Gleitstelle bleiben
es darf sich nicht ausbreiten oder verflüchtigen
es darf nicht altern, also dicker werden (verharzen)
Die Anforderungen an das Schmiermittel in der Mikromechanik sind also sehr hoch.
In der Grossmechanik haben wir dagegen ganz andere Verhältnisse:
die Gleitstellen laufen sehr häufig in Ölbädern, die oft gewechselt werden
die Wartung ist in bestimmten Abständen vorgeschrieben
das Schmiermittel kann sich ausbreiten
die Flüchtigkeit des Schmiermittels spielt eine untergeordnete Rolle
Einer der wichtigsten Unterschiede besteht jedoch in den verschiedenen Geschwindigkeiten und Drücken in Lagerstellen. Während in der Uhr und in vergleichbaren Mechanismen die Reibungspartner gegeneinander sehr geringe Geschwindigkeiten haben (d. h. bei theoretisch hydrodynamischer Lagerung/Schmierung kommt es aufgrund der niedrigen Umfangsgeschwindigkeit an der Welle nie zu reiner Flüssigkeitsreibung, sondern im besten Fall zu Mischreibung bzw. Festkörperreibung), sind die Drücke in den Lagern sehr hoch.
Man spricht daher von einer Grenzschmierung. Das heisst, dass sich das Schmiermittel an die Oberfläche mindestens eines der beiden Reibungspartner so fest anlegt, dass es auch den extrem hohen Drücken widersteht, die auf den Spitzen der Oberflächenrauhheiten liegen. Sie können 200 N/mm2 betragen – trotzdem soll die verschleissfördernde Festkörperreibung unterbunden werden. Diese Eigenschaft ist nur ein Teil der schwierig zu definierenden Schmierfähigkeit eines Öles.
Im Gegensatz dazu steht die hydrodynamische Schmierung. Für sie sind mittlere bis sehr hohe Geschwindigkeiten charakteristisch. Dafür herrschen in den Lagern nur geringe Drücke. Beim Laufen bildet sich zwischen den Reibungspartnern ein beständiger Film, der beide Teile voneinander trennt. Daher geringer Verschleiss. Die Viskosität des Öls spielt bei dieser Art der Schmierung eine wichtigere Rolle als bei der Grenzschmierung.
Bei der Uhr oder ähnlichen Mechanismen muss vor allem darauf geachtet werden, dass die Abhängigkeit der Viskosität von der Umgebungstemperatur den Anforderungen genügt.
Welche Öle verwendet man nun in Uhren?
Man unterteilt sie zunächst in zwei grosse Hauptgruppen: die sogenannten klassischen Öle und die synthetischen Öle.
Die klassischen Öle sind Gemische aus tierischen (meist Klauenöl) oder pflanzlichen und Mineralölen. Ihre besonderen Eigenschaften sind die gute Schmierfähigkeit, die Fähigkeit, einen hochdruckbeständigen Film zu bilden und die geringe Neigung zum Breitlaufen. Diese Eigenschaften hängen wesentlich vom Anteil des Klauenöls im Gemisch ab.
Ihr grosser Nachteil besteht in der begrenzten Alterungsstabilität. Das heisst, sie beginnen, abhängig von ihren Umgebungsbedingungen, zum Teil schon nach kurzer Zeit zu verdicken und schliesslich zu verharzen. Durch Zugabe bestimmter Stabilisatoren kann man diese Entwicklung verzögern, aber nicht aufhalten. Dafür sind zwei Vorgänge hauptsächlich verantwortlich: die Reaktion mit dem Luftsauerstoff und die katalytische Wirkung des Kupfers in abgeriebenen Messingteilchen der Lager. Bei Versuchen im Baader-Gerät konnte man feststellen, dass der Alterungsverlauf bei klassischen Ölen in Gegenwart alterungshemmender Stabilisatoren linear in teilweise recht flacher Kurve verläuft, während beim Fehlen der Stabilisatoren der Alterungsverlauf deutlich progressiv ist. Stabilisiertes klassisches Öl verhält sich also am Anfang über einen gewissen Zeitraum relativ alterungsstabil. Da die Menge der Stabilisatoren, die man einbauen kann, jedoch begrenzt ist und diese beim Verhindern der Alterung abgebaut werden, wird zwangsläufig der Zeitpunkt erreicht, bei dem die Alterung progressiv verläuft.
Um diese unerwünschte Eigenschaft auszuschalten, begann man vor ca. 50 Jahren mit der Suche nach alterungsbeständigen Schmiermitteln. Sie führte zu zwei vorläufigen Endgruppen, den Estern und den Äther-Alkoholen. Beide haben im chemischen Sinn nichts mehr mit klassischen Ölen gemein und es sind vor allem die Äther-Alkohole, die die Überlegenheit der synthetischen Öle gegenüber den klassischen ins Bewusstsein des Uhrmachers gerückt haben.
Synthetische Öle besitzen eine hohe Alterungsbeständigkeit, zum Teil ist eine Alterung auch unter schwierigsten Bedingungen nicht feststellbar, wie bei den Synt-A-Lube-Ölen. Dagegen sind ihre Schmierfähigkeit und Druckaufnahmefähigkeit geringer, jedoch hat man hier durch Zugabe von Additiven Verbesserungen erreicht, die auch den Reibungsverhältnissen in Metall-Lagern durchaus genügen. Steinlager sind wegen ihres niedrigeren Reibungskoeffizienten weniger problematisch.
Eine weitere gute Eigenschaft der Äther-Alkohole ist ihre gute Verträglichkeit mit fast allen Kunststoffen. Sie gewinnt bei der zunehmenden Verwendung von Kunststoffen in mikro- und feinmechanischen Geräten verschiedenster Art und auch in Uhren mehr und mehr an Bedeutung.
Bei Versuchen hat sich hier gezeigt, dass bei Kunststoff-Kunststoffpaarung und bei Kunststoff-Metallpaarung die sogenannten Selbstschmiereigenschaften der Kunststoffe nicht genügen, um eine ausreichende Reibungsminderung zu gewährleisten. In solchen Fällen hat die Schmierung mit diesen Ölen ausreichende bis gute Ergebnisse gebracht. Allerdings ist hier – zumindest an bestimmten Stellen – die Verwendung eines Epilams zu empfehlen, um eine unerwünschte Ausbreitung des Öls zu verhindern.
Epilamisieren ist eine Oberflächenbehandlung, welche die Oberflächenspannung des Trägermaterials reduziert, um das Breitlaufen flüssiger Schmierstoffe zu verhindern.
In Uhren sollte sie dort angewendet werden, wo für die Ölhaltung geometrisch ungünstige Bedingungen herrschen. Das sind vor allem die Hebeflächen der Gangradzähne und der Paletten und oft stossgesicherte Unruhlager. Für die Hemmung wird generell eine Epilamisierung empfohlen.
Die Epilamisierung soll verhindern, dass das Öl durch die Gleitbewegung der Gangradzähne über die Hebeflächen der Paletten in Bereiche des Ankers geschoben wird, aus denen es von selbst nicht mehr zurückfliessen kann. Es kann sich dann, eventuell begünstigt durch die oben erwähnten, von der Reinigung zurückgebliebenen Schichten, so ausbreiten, dass es auch mit der Lupe nicht mehr erkennbar ist. Dieser Vorgang führt immer wieder zu der Reklamation, das Öl sei verdampft. Die Verdunstungszahl von Synt-A-Lube zum Beispiel liegt aber so niedrig, dass sie bei hohen Temperaturen (100ºC) über mehrere Tage ein Prozent Gewichtsverlust nicht überschreitet und bei Normalwerten gar nicht messbar ist. Das heisst, dass eine Verdunstung gar nicht stattfinden kann, sondern in Wahrheit ist der oben geschilderte Vorgang abgelaufen. In der folgenden Skizze ist unter Punkt 3. der beschriebene Vorgang erkennbar.
Der Öltropfen auf der Lagerfläche ohne Benetzung (nur Kohäsionskräfte), Öl haftet nicht;
Öltropfen ohne Epilamisierung (fast nur Adhäsionskräfte);
Öltropfen mit Epilamisierung (Kohäsionskräfte und Adhäsionskräfte im Gleichgewicht)
In diesen Fällen muss immer wieder die Verwendung eines Epilams empfohlen werden, das wie das Moebius Fixodrop FK/BS -10 problemlos in der Anwendung ist und eine Ölhaltung nahezu unbegrenzt garantiert. Leider wird dieses doch sehr einfach und problemlos durchzuführende Verfahren von den Uhrmachern in der Reparatur vernachlässigt.
Beim Epilamisieren wird auf das Trägermaterial eine sehr dünne, unsichtbare Schicht aufgezogen (Eintauchen in die Lösung 10-20 sec., Trocknen, 1-2 min Trockenlauf, Ölen), die die Oberflächenspannung des Trägers gegenüber der Oberflächenspannung des Öls so verändert, dass das Öl nicht mehr auseinander gezogen werden kann.
Früher wurden dafür hauptsächlich feste Fettsäuren, z.B. Stearinsäure verwendet. Sie waren jedoch nicht stabil, das heisst resistent gegenüber einer Reinigung. Heute benützt man dazu Kunststoffe, so zum Beispiel einen perfluorierten Kunststoff beim Moebius Fixodrop FK/BS-10. Er ist in einem leicht flüchtigen Lösungsmittel gelöst, wobei die Konzentration nach Bedarf eingestellt werden kann.
Durch einfaches Tauchen der gereinigten Teile erhält man eine unsichtbare, sehr dünne, gleichmässige Schicht, die an kritischen Stellen der Uhr oder anderer mikro- und feinmechanischer Geräte die Voraussetzung für eine gute Ölhaftung liefert. Danach sollte die Schmierstelle vor dem Ölen kurz trocken einlaufen (s. Bedienungsanleitungen).
Wieviel Öl gibt man?
Eine Empfehlung der Fa. MOEBIUS soll diese kleine Skizze deutlich machen. Das Öl sollte in der Ölsenkung neben dem Lager gerade noch sichtbar sein! Dies gilt für Gross- und Kleinuhren:
Welche Schmierstoffe werden in der Uhrmacherwerkstatt benötigt?
Die Fa. MOEBIUS empfiehlt folgende minimale Auswahl mit Anwendungsbeispiel:
9000 Universalöl für das Räderwerk bei Quarzuhren (vollsynthetisch, gut verträglich mit Kunststoffen)
9010 Hemmungen und Sekundenrad bei Kleinuhren (vollsynthetisch)
9020 Hemmung, Windfang und Folgerad bei Grossuhren (vollsynthetisch)
9415 Hebesteine bei Kleinuhren (vollsynthetisch)
9501 Friktion der Zeigerstellung (Fett, vollsynthetisch)
8200 Feder (Fett, halbflüssig)
8300 Aufzug (Fett, fest)
8212 Federhauswand für Schleppfedern (Fett, weich)
8513 für O-Ringe bei wasserdichten Uhren (Silikon-Dichtungsfett)
Die Original – Ölfläschchen stets gut verschließen und vor Einwirkung des Lichtes schützen.
Nur saubere Ölnäpfchen mit eingesetzten, wenig ausgehöhlten Achat (oder dunkel gefärbtes Glas) verwenden.
In das Ölnäpfchen soll nur soviel Öl gegeben werden, dass es für maximal acht Tage ausreicht. Nochmaliger Schutz vor Lichteinwirkung ist geboten.
Das Öl soll nur mit einem Glasstöpsel dem Fläschchen entnommen werden, nie mit einem Messing- oder Kupferdraht.
Die Ölgeber sollen lanzenförmig und aus gut poliertem Stahldraht gearbeitet sein. Sie sind in verschiedenen Größen erhältlich. Es empfiehlt sich, die Ölgeber nach jedem Gebrauch in hartes Holundermark zu stecken, um jederzeit sauber und gebrauchsbereit zu sein.
Das Ölen selbst soll mit einem Ölgeber passender Größe geschehen. Man kann nicht mit demselben Geber dem Großbodenradzapfen und den Ankerklauen Öl geben. Das eine würde zuviel und das andere zu wenig erhalten.
Beim Ölen der Steinlager hat sich folgende Methode am besten bewährt: In das Steinreservoir ist ein Tröpfchen Öl zu geben. Bei dieser Arbeit ist darauf zu achten, daß das Öl nicht mit der Messingfassung in Berührung kommt, denn ein Weglaufen des Öles wäre sonst die Folge.
Eine haardünne Glättahle bringt das Öl durch das Steinloch hindurch auf den Deckstein. Die Spitze dieser Ahle muß abgeflacht sein, damit das Öl leichter durchgestossen werden kann. Diese kleine Mehrarbeit sollte nie unterlassen werden, da sonst das Öl dem konischen Teil des Wellenzapfens entlang aufsteigen könnte. Mit einer Lupe soll das Öl als konzentrischer Ring sichtbar sein. Der äußere Durchmesser dieses Ringes sollte 2/3 vom Durchmesser des Decksteines nicht überschreiten; somit hat man Gewähr, daß für längere Zeit genügend Öl vorhanden ist.
Sehr wichtig ist das Ölen der Hemmung. Ein kleiner Tropfen Öl ist auf die Hebefläche der äußeren Ankerklaue zu geben, dann lasse man 3–4 Zähne passieren und gebe zum zweitenmal einen kleinen Tropfen Öl auf die innere Ankerklaue. Mit dieser Methode werden alle Zähne an ihren Kolben leicht geölt. Das Öl bleibt so haften und verteilt sich nicht über das ganze Rad, wie es der Fall ist, wenn auf einmal ein großer Tropfen gegeben wird.
Nicht unwesentlich ist das Aufbewahren der Öle. Uhrenöl soll nie in die Nähe von Säuren, ätzenden Putzmitteln, Kitten etc. gebracht werden. Ebenso soll der Werkplatz von erwähnten Stoffen frei sein.
PS.
10.01.2008: Die Swatch Group übernimmt mit sofortiger Wirkung die geschäftliche Tätigkeit der Firma H. Moebius & Sohn, Inhaber Gallian & Cie mit Sitz in Allschwil. Jetzt finden Sie auch alle Produkte auf den Seiten von “The Swatch Group, Forschungs- und Entwicklungs AG, Division Moebius“
