Fertigung von Mikrokomponenten

Klein und Fein

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März 2021 In einem Uhrwerk arbeitet ein ganzes Orchester an Komponenten, die perfekt zusammenspielen müssen. Insbesondere die Herstellung der kleinsten Teile erfordert daher Präzision und Können sowie unterschiedliche Verfahren.
Nomos Glashütte DUW 3001
Zusammenbau der 157 Teile des Automatikkalibers DUW 3001 von Nomos-Glashütte.

Ein gutes Auge, unendliche Geduld, technisches Verständnis – es gibt viele Eigenschaften, die man Uhrmachern und Uhrmacherinnen im Allgemeinen zuschreibt. An eine denkt man dabei nicht, doch auch sie ist unverzichtbar: Das Handwerk bedarf zärtlicher Hände.

Immerhin muss mit bisweilen hauchdünnen und winzigen Komponenten hantiert werden, die beim Einpassen in das Uhrwerk bestimmt und dennoch unbeschädigt ihren Platz finden sollen. Um dort wie vorgesehen wirken zu können, müssen enge Toleranzen eingehalten werden.

Bei Uhrwerkskomponenten geht es um Mikrometer, also um Tausendstelmillimeter. Nur moderne Technik ermöglicht so große Präzision: Maschinen, die mit höchster Genauigkeit arbeiten können, machen letztlich die Serienfertigung von komplexen Kalibern möglich.

Spanabhebende Bearbeitung

Lehmann Fräsen
Bei Lehmann werden Uhrwerkskomponenten gefräst.

Bei der Herstellung mikromechanischer Komponenten kommen heute moderne Verfahren zum Einsatz, die andere Techniken verdrängt haben. Von großer Bedeutung ist die spanabhebenden Fertigung mittels Drehen und Fräsen auf computergesteuerten CNC-Bearbeitungszentren – gern genutzt für «große» Teile wie die Platine und auch für kleinere Teile wie Brücken oder Kloben.

Ein Prinzip des Fräsens besteht darin, dass beim Bearbeiten das Werkzeug rotiert. Die herzustellende Kontur wird entweder durch das Werkzeug abgefahren oder durch die entsprechende Bewegung des Werkstücks hergestellt.

Im Gegensatz dazu rotiert beim Drehen das Werkstück um seine eigene Achse, während das Werkzeug die zu erzeugende Kontur abfährt – ebenfalls computergesteuert. Die Hauptschnittbewegung wird also durch die Rotation des Werkstücks ausgeführt, während das Werkzeug mithilfe eines Werkzeugschlittens bewegt wird. Zu den kleinsten auf diese Weise gefertigten Uhrwerkskomponenten gehören die Schrauben. Manche haben einen Gewindedurchmesser von nur 0,3 Millimeter.

Ausschneiden mit Energie

Lange & Söhne Drahterosion
In den Werkstätten von A. Lange & Söhne können kleine Teile mittels Drahterosion hergestellt werden.

Wenn es um besonders flache Komponenten geht, die eine geringe Materialstärke mit einem präzisen Umriss verbinden, stehen bei der Herstellung weitere Verfahren zur Wahl: Rasten oder Hebel lassen sich zum Beispiel per Elektroerosion (auch: Drahterodieren) herstellen. Dabei werden die Komponenten anhand elektrischer Entladevorgänge aus dem Metall geschnitten – ein Verfahren, das sich vor allem bei Stahlteilen bewährt hat.

Auch Laserschneiden ist für Uhrwerkskomponenten möglich, um zum Beispiel Zahnräder herzustellen. Ein hochenergetischer Laserstrahl wirkt dabei auf das Metall ein, sodass Metalldampf, Schmelze (die ausgeblasen wird) und schließlich die Schnittkante entstehen. Innovative Materialien

Arbeit mit Licht

Ulysse Nardin gehört zu den Pionieren der fotolithografischen Herstellungstechnik zur Fertigung von komplexen Mikrokomponenten.

Neue Materialien haben zu weiteren neuen Verfahren geführt. Silizium-Komponenten werden anhand eines einzigartig präzisen Herstellungsprozesses gefertigt, dem DRIE-Verfahren (Deep Reactive Ion Etching, auf Deutsch: reaktives Ionentiefenätzen).

Dabei werden Umrisse einer Komponente anhand fotolithografischer Belichtung auf eine dünne Silizium-Platte (Wafer) übertragen und das umliegende Material durch Ätzung entfernt. Es handelt sich folglich um ein subtraktives Verfahren – Material wird abgetragen, um die Form sozusagen auszuschneiden.

Eine weitere fotolithografische Herstellungstechnik ist das LiGA-Verfahren. Die Abkürzung steht für Lithografie, Galvanik und Abformung, denn auch hier wird das Design von Teilen auf eine Platte übertragen. Allerdings werden dann die Formen dieser Komponente abgetragen und die Vertiefung in einem galvanischen Prozess aufgefüllt.

LiGA ist demnach ein additives Verfahren, mit dem man Werkstücke aus Metall, Keramik oder Kunststoff herstellen kann. Beide Verfahren bieten Vorteile: Alle Komponenten einer Serie bieten eine gleichbleibende Qualität und müssen zumeist nicht einmal nachbearbeitet werden. Alles im Sinne totaler Perfektion – auch in kleinsten Dimensionen.

Text: Iris Wimmer-Olbort

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