Zenith Defy Lab – into the technical details


Am 14. September 2017 präsentierte die LVMH Watch Division einen echten Meilenstein im Bau mechanischer Uhren.

Die Zenith Defy Lab, genauer gesagt ihr revolutionärer und vollkommen neuartiger Gangregler, stellt die erste wirklich serienreife Entwicklung dar, welche nicht auf den vor 342 Jahren vorgestellten und bis heute in nahezu jeder mechanischen Uhr zu findenden Grundprinzipien einer Hemmung basierend auf einer Unruh samt einer Spiralfeder und Anker plus Ankerrad basiert.

Diese Grundprinzipien gehen maßgeblich auf Christiaan Huygens zurück, der zusammen mit anderen genialen Köpfen seiner Zeit wie dem Mechanicus Pardies die Grundlagen unserer mechanischen Uhren gelegt und 1673 in seinem Werk „Horologium Oscillatorium“ niedergeschrieben hat.

Huygens veröffentlichte seine Theorien einschließlich der Nutzung von Spiralfedern im Journal des Sçavants am 25. Februar 1675. Dieses Datum gilt seither als Tag der Erstbeschreibung eines Gangreglers, wie er im Prinzip noch heute in jeder mechanischen Uhr zu finden ist.

Selbstverständlich wurde dieser Mechanismus an die immer kleineren Gehäuse der Taschen- und später auch Armbanduhren angepasst. Und es wurden auch neue Materialien z.B. für die Unruh und Spirale genutzt, zuletzt auch vermehrt Silizium. Aber die Grundprinzipien der Funktion eines Gangreglers sind seit 1675 die gleichen.

Dieser an sich sehr gut funktionierende Mechanismus wurde noch niemals grundlegend überdacht und in Form einer serienreifen Lösung vorgestellt. Bis zum 14. September 2017.

Guy Sémon, ebenso ein Naturwissenschaftler und Ingenieur (und eben kein Uhrmacher) wie seinerzeit Huygens, nutzte konsequent seinen vollkommen anderen Blick auf die mechanische Uhr.

(Quelle: LVMH Watch Division)

Und so erkannte er zusammen mit seinem Team aus Ingenieuren, Mathematikern und Physikern schnell die Schwachstellen einer herkömmlichen mechanischen Uhr.

Ihm war schnell klar, dass eine bloße Optimierung des bestehenden Grundprinzips nach Huygens nicht die Lösung für all diese Probleme bringen kann. Die technischen Möglichkeiten des Huygens-Prinzips waren schlicht ausgeschöpft.

Und so entwickelte er, abseits der in der Uhrenindurstrie gängigen Technologien, Verfahren und Materialien, einen vollkommen neuartigen Gangregler, der alle Schwachstellen herkömmlicher mechanischer Uhren auflöst.

Herausgekommen ist mit der Zenith Defy Lab die genaueste und gangstabilste mechanische Uhr aller Zeiten, der auch Temperaturschwankungen, Magnetfelder und Schwerkrafteinflüsse nichts anhaben können.

Und so verwundert es nicht, dass die Präsentation dieser Uhr und des neuen Gangreglers am 14. September 2017 weltweit für großes Aufsehen gesorgt hat.

Doch wie funktioniert nun dieser neuartiger Gangregler?

Zunächst sei gesagt, dass bei der neuen Lösung lediglich zwei Bauteile die über 30 Bauteile eines herkömmlichen Gangreglers ersetzen. Beide Bauteile sind jeweils aus einem Stück monokristallinem Silizium gefertigt.

Der Oszillator an sich ist eine hochkomplexe Struktur mit Anteilen, die weit dünner sind als ein menschliches Haar. Die folgenden Bilder zeigen den Oszillator neben einer 1/2 Franken Münze, die von der Größe her in etwa eine 5 Cent Münze entspricht.

Die Besonderheit dieses aus drei beweglichen Segmenten bestehenden Oszillators ist dass er aufgrund seiner Konstruktion in der Horizontalen sehr effektiv schwingen kann, aber in allen anderen räumlichen Dimensionen absolut steif ist und sich so nicht verformt oder verwindet.

Das zweite Bauteil ist das ebenfalls aus Silizium bestehende Ankerrad.

Beim Eingriff zeigen beide Bauteile keinerlei Reibung. Das bedeutet, dass dieser Gangregler auch keine Schmierung benötigt und infolge dessen auch keine Wartung im herkömmlichen Sinne.

Wir sprechen hier also auch von einem Vorteil in puncto Revisionsaufwand, der sich für den Träger der Uhr auch in barer Münze niederschlägt.

Doch wie genau schafft es Guy Sémon, die über 30 Einzelteile eines herkömmlichen Gangreglers gegen nur zwei Bauteile zu ersetzen? Über jede Menge durchdachte und jahrelang erforschte Technologie. Hier noch einmal der neue Oszillator.

Die Funktion des Unruhreifs übernimmt der im folgenden Bild gelb markierte Anteil des Oszillators.

(Quelle: LVMH Watch Division)

Dabei handelt es sich nicht um einen starren Ring. Vielmehr ist der Oszillator in drei Segmente aufgeteilt, die jeweils in der Horizontalen beweglich sind. Auf dem folgenden Bild ist der Übergang zwischen zwei dieser Segmente zu erkennen.

Beim Schwingen können sich die Segmente über die langen, weniger als ein Haar breiten parallelen Lamellen verformen.

(Quelle: LVMH Watch Division)

Die Funktion des herkömmlichen Ankers übernimmt im obigen Bild der rote Anteil. Es handelt sich um ein ein selbstständiges Segment (neben den drei gleichartigen Oszillator-Segmenten).

In der folgenden Makroaufnahme sind die beiden Zähne des Ankeranteils zu erkennen, die in das Ankerrad eingreifen.

Die folgende Aufnahme zeigt dieses Ankersegment in einem Modell.

Und hier der eingebaute Oszillator in einem Prototypen (bei dem die obere Brücke des Oszillators der besseren Sichtbarkeit halber abgenommen wurde).

Reguliert wird der neuen Gangregler der Defy Lab über den grün markierten Bereich im folgenden Bild.

(Quelle: LVMH Watch Division)

Hier dieser Anteil des Oszillators in der Realität.

Die Regulierung des Sémon-Oszillators erfolgt über die Veränderung der Steifigkeit des Bauteils und damit der Schwingung insgesamt. Die Amplitude von +/- 6 Grad bei beeindruckenden 15 Hertz Frequenz lässt da nicht viel Spielraum. Aber die grundsä Präzision des Bauteils lässt den Aufwand der Regulierung massiv schwinden.

Last but not least fehlt uns noch die Spirale herkömmlicher Gangregler.

(Quelle: LVMH Watch Division)

Diese Aufgabe übernehmen die haarfeinen Lamellen, die im oberen Bild blau markiert sind. Und so schauen diese Anteile des Oszillators in der Realität aus (wieder im Größenvergleich zu einer 1/2 Franken Münze).

Noch etwas näher

Der Gangregler wird gehalten von einer unteren und von einer oberen Platine. Das folgende Bild zeigt das Werk eines Prototypen der Defy Lab komplett montiert.

Hier nun die abgenommene obere Platine…

…die untere Platine…

… und das Werk ohne diese obere Platine.

Diese Baugruppe bestehend aus den beiden Platinen, dem Oszillator und dem Ankerrad kann komplett auf ein bestehendes Uhrwerk (mit Räderwerk, Aufzug und Federhaus) aufgesetzt werden.

Beeindruckend ist auch, dass dieser Gangregler nur 0,5 mm Bauhöhe aufweist (im Vergleich zu den üblichen ca. 5 mm herkömmlicher Gangregler).

Die Positionierung der gesamten Gangregler-Baugruppe wird über zwei ovale Aufnahmen vorgenommen (im zweiten Bild links neben dem Ankerrad).

Die folgenden Videos zeigen einen frühen Prototypen der Defy Lab in Funktion. Das erste Video ist in normaler Geschwindigkeit gefilmt.


Das zweite Video zeigt den Prototypen in Slow Motion.

Das dritte Video zeigt die Funktion des Oszillators bei abgenommener oberer Platine in Slow Motion.

Vollkommen neue Wege geht man somit auch bei der Fertigung des neuen Oszillators. Die heute üblichen, riesigen, lauten und nach Öl riechende Maschinen sind nicht mehr notwendig.

Eher schon erinnert die Fertigung an jene von Computerchips unter Reinraumbedingungen.

Die Oszillatoren wie auch die Ankerräder werden aus Silizium-Wafern höchst präzise heraus geätzt. 13 Oszillatoren und 49 Ankerräder entstehen auf einem Wafer, der nach ca. drei Stunden fertig ist. Man vergleiche diese Fertigungszeit für 13 vollständige Gangregler z.B, mit dem Aufwand der Fertigung herkömmlicher Spiralfedern.

Die Bauteile sind dann bereits fertig für den Einbau und bedürfen keinerlei Nachbearbeitung.

Es gut nachzuvollziehen dass diese neue Technologie auch die Fertigung mechanischer Uhren vollständig revolutioniert. Und so ist diese Technologie auch kein High Level Thema, sondern eher die Basis für den Bau der mechanischen Uhr in der Zukunft. Theoretisch können solche Bauteile auch von Robotern zu Baugruppen montiert werden. Die heute noch übliche und auch notwendige Nachbearbeitung der Teile durch einen Menschen ist ebenso wenig notwendig wie auch die aufwändige Justierung.

Die derzeitige Generation der Zenith Defy Lab wird allerdings noch von Hand zusammengebaut.

Einer der Hauptvorteile des neuen Gangreglers und damit auch der Defy Lab ist, neben der Unempfindlichkeit gegenüber Magnetfeldern, Temperaturschwankungen und Schwerkrafteinflüssen, die Ganggenauigkeit.

(Quelle: LVMH Watch Division)

Im oberen Bild stellt die durchgehende grüne Linie den Gang der Defy Lab dar, die gepunkteten blauen und roten Linien die herkömmlicher Schweizer Ankerhemmungen. Die Defy Lab hält ihre überragende Präzision, die in der Realität am Arm bei < 1 Sekunde pro Tag betragen soll, über den gesamten Zeitraum der Gangreserve und nicht nur in den ersten 24 Stunden, wie üblicherweise gemessen.

Das so entstandene Zenith-Kaliber SO 342 (als Hinweis auf den Zeitraum von 342 Jahren, der zwischen der Präsentation von Huygens Prinzip 1675 und der Präsentation der Defy Lab in 2017) wird zunächst in einer auf zehn Uhren limitierten Serie verbaut, die innerhalb kürzester Zeit an eingefleischte Zenith-Aficionados verkauft worden ist.

Die Explosionszeichnung zeigt den Aufbau des Kalibers.

(Quelle: LVMH Watch Division)

Die Zenith Defy Lab wird dreifach zertifiziert.

  1. als „Tête de vipere“ Chronometer vom Observatorium Besançon im Auftrag des Internationalen Büros für Maße und Gewichte.
  2. Die Magnetfeldresistenz des Regulierorgans der Defy Lab wird nach ISO-764 zertifiziert. Die fertige Uhr übertrifft dabei die Anforderungen der ISO-764 um das 18fache. Anders ausgedrückt verfügt die Defy Lab über eine Magnetfeldresistenz von 88.000 Ampere/Meter oder 1.100 Gauss. Und dass, obwohl Zenith gänzlich auf das sonst bei magnetfeldresistenten mechanischen Uhren übliche spezielle Innengehäuse zur Abschirmung des Uhrwerks verzichtet.
  3. Die Unempfindlichkeit der Defy Lab gegenüber Temperaturschwankungen wird nach ISO-3159 zertifiziert. Dabei zeigt die Defy Lab maximale Abweichungen von 0,3 Sekunden pro Tag und pro Grad Celsius. Diese Abweichungen sind weniger als halb so hoch als in der ISO-3159 zulässig. Zenith prüft die Defy Lab zudem in einem deutlich erweiterten Temperaturspektrum von -7°C bis +53°C (im Gegensatz zu den üblichen +8°C bis +38°C).

Auch beim Gehäusematerial geht man bei den ersten zehn Uhren neue Wege.

Aeronith ist ein bei Hublot entwickeltes Aluminium-Composite. Es ist wesentlich leichter als Titan und Aluminium und immer noch 10 % leichter als Kohlefaser-Verbundwerkstoff bei dennoch beeindruckenden mechanischen Eigenschaften.

Dieses Material bietet zudem eine höchst interessante Optik.

Die Defy Lab ist eine Entwicklung des LVMH Watch Division Research & Development Institutes, in dem die klügsten Köpfe der drei Uhrenmarken Hublot, Zenith und TAG Heuer mit namhaften Universitäten u.a. in Delft, Utah und Harvard wie auch in der Schweiz zusammenarbeiten.

Und so kann die Zenith Defy Lab, von der es in 2018 auch eine unlimitierte Serienversion geben wird, als ein erster Schritt in die Zukunft der mechanischen Uhr gesehen werden. Der vollkommen neue Ansatz, die neuen Technologien aus dem Bereich der Advanced und Compliant Mechanics, die neuen Materialien sowie die vollständig andersartige Fertigung zeigen, wie die Zukunft aussehen wird.

Meiner Meinung nach wird es in Zukunft auch weiterhin Uhren aus klassischer Fertigung geben, die dann vor allem der schönen Optik wegen und auch mit Blick auf die notwendige Handarbeit Liebhaberstücke darstellen werden. Der weitaus größere Anteil an Zeitmessern, die Gebrauchsuhren, werden allerdings unter Nutzung solcher neuen Technologien und Materialien entstehen. Die Vorteile auch für den Nutzer und Besitzer einer solchen Uhr sind eindeutig und werde sich  über den gesteigerten Gebrauchswert durchsetzen.

Jean-Claude Biver kündigte bei der Präsentation der Defy Lab an, dass ein Großteil der neuen Oszillatoren an andere Uhrenmarken außerhalb der LVMH Watch Division verkauft werden sollen. Damit geht diese Technologie auch in die Fläche.

Die Zukunft der mechanischen Uhr (Gott sei Dank gibt es eine…!) hat also begonnen und es wird spannend zu beobachten sein, was da noch alles an fantastischen Entwicklungen präsentiert wird. Ich werde auf jeden Fall darüber berichten!

 

 

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