Patek Philippe – Advanced Research

by Sascha Glistau

Das bessere ist der Feind des Guten. Diesem Leitsatz begegnet man bei Patek Philippe allerorts.

Das Patek Philippe Siegel, dem ich einen eigenen Artikel in diesem Blog gewidmet habe (siehe hier: Patek Philippe – Sein oder Nichtsein ) ist ein schönes Beispiel dafür.

Doch was kann eine der besten, wenn nicht gar die beste Uhrenmarke der Welt, noch optimieren? Eine Uhrenmarke, welche Uhrwerke wie das oben gezeigte hervorbringt und ausschließlich eigene Kaliber entwickelt und verwendet? Eine Marke, die seit jeher die kompliziertesten Uhren zu bauen vermag?

In der Fertigung von Uhren und Uhrwerken ist nahezu alles schon einmal gebaut worden. Jede denkbare Komplikation existiert und die meisten Kombinationen von Komplikationen ebenfalls.

Nun könnte eine Uhrenmarke wie Patek Philippe einfach so weiter machen, also Hochwertige und begehrte Uhren in bester Qualität herstellen. Doch die Familie Stern, Inhaber von Patek Philippe, ist nicht gerade bekannt dafür, die einfachsten Wege zu gehen.

Der Anspruch der Marke ist ein gänzlich anderer. Man versucht die Qualität der gesamten Uhr im Sinne des Kunden stetig weiter zu entwickeln. Und so begann man im Hause Patek Philippe bereits zu Beginn des neuen Jahrtausends über neuartige Materialien nachzudenken.

Die bisher verwendeten Materialien waren nahezu ausgereizt, Veränderungen bzw. Optimierungen wirkten sich nur noch minimal aus. Also suchte man neue Wege. Und man fand diese Wege auch und beschreitet sie seitdem konsequent.

Bereits im Jahr 2001 startete das Universalgenie Ludwig Oechslin, der gleichzeitig Uhrmacher ist, seine Zusammenarbeit mit dem Centre Suisse d´ Électroniqe et de Microtecnique (CESM).

Es ging ihm um die Entwicklung von vornehmlich Silizium als neuem Material für den Uhrenbau.

Etwas später kamen die Uhrenmarken Patek Philippe und Rolex, wie auch die Swatch Group als Partner hinzu und beteiligten sich an der Entwicklung dieser neuen Materialien und Technologien.

Das reine Silizium war für den Uhrenbau ungeeignet. Zwar bestach das Material mit für den Uhrenbau sehr vorteilhaften Eigenschaften. Silizium ist sehr hart, sehr leicht, antimagnetisch und es korrodiert nicht. Das Matarial hat zudem eine sehr glatte Oberfläche, die eine Schmierung aufgrund der geringen Reibung entbehrlich macht. Allerdings ist Silizium auch sehr fragil. Die ersten Bauteile aus reinem Silizium brachen regelmäßig. Ein weiterer Nachteil ist, das Silizium Temperaturschwankungen nicht kompensieren kann.

Also forschte man am CESM intensiv weiter. Das Ergebnis dieser intensiven Bemühungen war ein neuartiges Material, welches all die nachteiligen Eigenschaften des Silizium nicht mehr aufwies: Silinvar.

Silinvar ist eine Wortschöpfung aus Silizium und Invariabel. Invariabel meint, dass Silinvar Temperaturschwankungen zu kompensieren vermag, eine sehr wichtige Eigenschaft für Bauteile, die in Uhren Verwendung finden sollen. Dimensionsveränderungen des Bauteils infolge von Temperaturänderungen beeinflussen die Präzision der Teile nachhaltig. Zudem ist Silinvar nicht so fragil wie es das reine Silizium ist. Das perfekte Ausgangsmaterial also, um es in Uhren einzusetzen. Es wird in einem Vakuum-Oxidationsprozess aus Silizium gewonnen.

Die Bauteile an sich werden aus sog. Runden Wavern, wie sie aus der Mikrochipfertigung bekannt sind, mittels Tiefenätzverfahren (DRIE = Deep Reactive Ion Etching) in höchster, gleichbleibender Präzision gewonnen.

Mit dem Material begannen nun die beteiligten Partner Patek Philippe, Rolex und die Swatch Group unabhängig voneinander, das Material und seine hervorragenden Eigenschaften zu nutzen. Bei Patek Philippe entstand die „Advanced Research“ Abteilung, die sich ganz der Entwicklung dieser neuen Technologien widmet.

Eine weitere große Triebkraft in der Erforschung neuer Materialien im Uhrenbau war Ulysse Nardin, die eine Partnerschaft mit Mimotec betrieben. Die Konkurrenz lebte einige Jahre bis 2013, als man sich auf beiden Seiten entschied, die Patente gegenseitig frei zu geben, was die Erforschung neuer Materialien erheblich voran brachte.

Patek Philippe stiftete im Jahr 2012 einen Lehrstuhl an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). Die Besonderheit der EPEL ist, dass die Forschungsergebnisse nicht exklusiv einem Unternehmen zur Verfügung gestellt werden, sondern offen für alle zugänglich sind.

Darüber hinaus kooperiert Patek Philippe auch mit dem Institute des Microtechnique de l´Université Neuchatel (IMT). Über diese Zusammenarbeit entstanden z.B. die Keramikkugellager der PP-Rotoren.

Doch zurück zu Patek Philippe und dem Advanced Research Projekt.

Das Silinvar-Ankerrad

Das erste „lebendige“ Ergebnis der Bemühungen von Pateks Zukunfts-Abteilung , die im Jahr 2001 gegründet worden ist, wurde im Jahr 2005 präsentiert. Es handelte sich um einen Jahreskalender mit der Referenz 5250G, der auf 100 Uhren limitiert war.

Auf den ersten Blick fällt einem an dieser Referenz in Weißgold nichts Ungewöhnliches auf.

Wendet man die Uhr jedoch, dann erkennt man, neben einen Schriftzug auf dem Safirglasboden, eine Lupe in eben diesem Safirglas. Und sogar eine Brücke wurde aus skelettiert, damit man das Ankerrad besser beobachten kann.

Blickt man nun durch diese Lupe dann kann man das erste von Patek Philippe verbaute Silinvar-Teil entdecken: das Ankerrad.

Die Vorteile dieses Ankerrades liegen auf der Hand, wenn man die Eigenschaften von Silinvar kennt:

1. keine Schmierung notwendig
2. kein Verschleiß
3. weniger Masse (mit einem Einfluss auf die Ganggenauigkeit, da leichte Bauteile z.B. weniger) auf Erschütterungen reagieren)

Die Spiromax-Spirale

Im Jahr 2006 dann folgte eine weitere Uhr aus dem Advanced Research Projekt, die Ref. 5350R.

Dabei handelt es sich wieder um einen auf 300 Uhren limitierten Jahreskalender, dieses Mal in ein Roségold-Gehäuse eingeschalt.

Und auch bei dieser Referenz findet man die spannenden technologischen Details auf der Rückseite. Patek Philippe hat, wie bereits bei der Ref. 5250G, über eine Lupe im Safirglasboden deutlich signalisiert, wohin man schauen muss.

Erstmals hat Patek Philippe in der Ref. 5350R eine Spirale aus Silinvar verwendet. Diese trägt den Namen Spiromax, wie auf einer Platine (im Bild oben: links neben der Lupe) des Uhrwerks zu lesen ist.

Die Vorteile der Spiromax-Spirale liegen auf der Hand:

1. gleichmäßigere Schwingung (da der Massenschwerpunkt dieser sehr leichten Spirale konstant auf der Welle liegt; das Ergebnis ist eine sehr gleichmäßige Schwingung der Spirale, ergo eine höhere Präzision der Uhr)
2. antimagnetisches Material
3. Temperatur kompensiert (die Spirale reagiert nicht auf Temperaturschwankungen)
4. sehr leichtes Bauteil (= reagiert weniger auf Krafteinwirkungen z.B. bei Erschütterungen)

Die Pulsomax-Hemmung

Zwei Jahre später, also im Jahr 2008, präsentierte Patek Philippe den nächsten konsequenten Schritt, die Pulsomax-Hemmung. Diese neuartige, vollständig aus Silinvar gefertigte Hemmung wurde in der Referenz 5450P verbaut.

Unschwer zu erkennen ist, dass Patek Philippe auch bei der dritten Advanced Research Edition auf einen Jahreskalender, dieses Mal im Platin-Gehäuse, zurückgegriffen hat. Auch diese Referenz wurde auf 300 Uhren limitiert.

Die Pulosmax-Hemmung besteht aus einem neuartigen Ankerrad, aus einem vollständig neu konstruierten Anker, beide aus Silinvar, und aus einer Gyromax-Unruh samt Spiromax-Spirale.

Patek wandte sich dabei nicht vom Grundprinzip der Schweizer Ankerhemmung, wie andere Marken dies taten, ab.

Vielmehr optimierte man die Hemmung über neue Materialien und eine neue Geometrie.

Die Silinvar-Bauteile weisen einen weiteren Vorteil auf: sie sind sog. Monoblock-Bauteile, d.h. sie bestehen vollständig und in einem Stück aus dem gleichen Material. In diesem Fall ist es Silinvar.

Der Anker wurde hinsichtlich der Geometrie vollkommen neu konstruiert. Die Monoblockbauweise macht separat mit Schelllack eingeklebte Rubinpaletten entbehrlich. Damit entfällt eine weitere potenzielle Quelle suboptimaler Funktion und Präzision, da hier nichts nachträglich justiert werden muss. Das hochpräzise DRIE-Fertigungsverfahren lässt Bauteile entstehen, die sämtlich perfekt dimensioniert und auf einander abgestimmt sind.

Die Ankerpaletten, mit bloßem Auge kaum zu erkennen, sind nicht mehr identisch, wie es bei der klassischen Schweizer Ankerhemmung der Fall war. Die integrierten Paletten des Silinvar-Ankers sind jeweils optimal in der Formgebung auf ihren Eingriff in das Ankerrad gestaltet und somit nicht beide identisch.

Hinsichtlich der Begrenzung der Winkelbewegung des Ankers, die üblicherweise mittels Stahlstiften oder bei Uhren mit der Genfer Punze mittels aufwändigeren Lösungen (z.B. in die Platine eingelassene Wände) realisiert wird beschreitet Patek Philippe neue Wege. Der Anker, genauer die Paletten, begrenzen über ihre Geometrie und den Eingriff im Ankerrad die Winkelbewegung. Weitere Bauteile entfallen somit.

Auch der Eingriff an der Hebelscheibe, die der Anker an seinem hinteren Ende ansteuert, wurde vollständig neu konstruiert. Nach bisheriger Bauart (im obigen Bild links) befand sich zwischen den Ankergabeln ein Sicherheitsstift. Dieser verhinderte das ungewollte Verschieben der Ankergabel z.B. bei Erschütterungen. Beim Silinvar-Anker von Patek Philippe übernimmt dies eine aus dem Material herausgeätzte Brücke am Ankerende, die sich in einer horizontalen Ebene zu den Ankergabeln befindet und diese zusätzlich verstärkt.

Das neue Ankerrad wurde vollständig in der Formgebung verändert und im Sinne einer optimalen Funktion auf den Anker angepasst. Es besitzt nun nur noch 16 anstelle der bisher üblichen 20 Zähne. Die Kontaktzeit der Paletten am Ankerrad wurde erheblich verkürzt.

Dies spart Energie, was zu einer merkbaren Steigerung der Gangreserve der Uhr führt. Immerhin konnten durch diese konstruktiven Maßnahmen die Energieübertragung der Hemmung um 15 Prozent gesteigert werden, was zu einer Steigerung der Gangreserve einer Uhr um 30 Prozent führt. Bildlich gesprochen wurde der Energiefluss innerhalb der Hemmung verbessert. Im Fall einer Uhr, die mit einer herkömmlichen Patek Philippe Hemmung 48 Stunden Gangreserve aufwies steigert sich diese auf über 60 Stunden, nur über die Verwendung der neuen Pulsomax Hemmung. Daher hat Patek Philippe die Geometrie der übrigen Räder des verwendeten Automatikkalibers 324 SIRMQALU ebenfalls optimiert. Der Effekt dieser Optimierung zeigt sich in einer über 40 Stunden stabilen Amplitude.

 

Zusätzlich sei noch einmal darauf hingewiesen, dass die Pulsomax-Hemmung absolut schmierungs- und damit auch wartungsfrei funktioniert. Die absolut glatten und dichten Silinvar-Oberflächen erzeugen kaum Reibung und gar keinen Abrieb.

Das folgende Bild zeigt noch einmal den Vergleich der Pulsomax-Hemmung (im Bild oben) mit der klassischen schweizer Ankerhemmung (im Bild unten).

Die GyromaxSi Unruh

Der nächste und sehr konsequente Evolutionsschritt erfolgte im Jahr 2011, in dem als Ergebnis weiterführender Forschungen der Advanced Research-Abteilung von Patek Philippe eine vollkommen neuartige Unruh präsentiert worden ist.

Nun war das noch fehlende Bauteil für eine perfekt auf einander abgestimmte und optimierte Hemmung, die Unruh, vorhanden.

Neben den Bauteilen der Pulsomax-Hemmung verfügte man nun über eine exakt dazu passende, ja dafür konstruierte Unruh. Bis dahin hatte man die Gyromax-Unruhen auch für die Advanced Research Uhren verwendet. Man behielt bei der Konstruktion der neuen GyromaxSi Unruh die Vorteile der alten Gyromax-Unruh bei und kombinierte diese mit den Vorteilen des neuen Werkstoffs Silinvar. Aus Massegründen, Silinvar ist ja ein sehr leichtes Material, besitzt die neue Unruh Goldgewichte im Reif, der nicht kreisrund verläuft, sondern zweimal unterbrochen ist..

Umgesetzt wurde diese neuartige Technologie in der Referenz 5550, die im Jahr 2011 präsentiert worden ist. Dieser, auf 300 Exemplare limitierte Ewige Kalender im Platingehäuse zeigt nun erstmal mit einem Schriftzug auf dem Zifferblatt seine Besonderheit, auf wenn man nicht auf die Rückseite schaut.

Pulsomax + Spiromax+ GyromaxSi = Oscillomax

Beim Blick auf die Rückseite der Ref. 5550P kann man im wunderbaren Uhrwerk die neue, Oscillomax genannte Baugruppe deutlich erkennen.

Auch die Ref. 5550P zeigt dem Betrachter über eine in den Safirglasboden eingelassene Lupe deutlich, wo die interessanten Bauteile zu finden sind.

Wobei das gesamte Uhrwerk zu begeistern weiß.

Das neue Design der GyromaxSi Unruh hat natürlich seinen Grund. Wenn man weiß, dass bei einer herkömmlichen Unruh gut 60 Prozent Energie alleine über den Luftwiderstand bei der Schwingung verloren gehen dann erkennt man, wie sich Optimierungen in diesem Bereich auswirken können.

Die Masseverteilung wurde bei der neuen Unruh dahingehend verändert, dass die größten Massen in der Peripherie der Unruh, sprich am Reif liegen und im Bereich der Welle wesentlich weniger Masse vorhanden ist. Das reduziert Reibung und damit Energieverlust. Das neuartige Design der Gyromax-Si Unruh reduziert den bereits angesprochenen Luftwiderstand erheblich. Daraus resultiert ein mehr als 20 prozentiger Energiegewinn.

Reguliert wird die Gyromax-Si Unruh über Reguliergewichte, die aerodynamisch günstig positioniert worden sind.

Auch die Pulsomax-Hemmung erfuhr weitere geometrische Optimierungen, so dass die Ref. 5550 nun über 70 Stunden Gangreserve verfügt. Die gleiche Uhr mit herkömmlicher Hemmung und Unruh käme nur auf 48 Stunden.

Die Gegenwart

Mittlerweile verbaut Patek Philippe die Silinvar-Bauteile in vielen, auch nicht limitierten Modellen.

Ohne viel Aufheben darum zu machen. Beispielsweise finden sich in nahezu allen neuen Uhren mit dem Grundkaliber 324 sowie in den Referenzen mit dem Kaliber CH28-520PS die Spiromax-Spiralen.

Die Pulsomax Baugruppe findet sich auch im Kaliber R CH 27 PS QI eines der Spitzenmodelle von Patek Philippe, der Grande Complication Referenz 5208.

Etwas später wurde sie auch in der Referenz 5235 verwendet.

Silinvar hat seine Alltagstauglichkeit mittlerweile ebenso anschaulich bewiesen wie auch seine erheblichen Vorteile. Wenn man bedenkt, dass dieser Technologie-Sprung mit Fokus auf eine optimierte energiesparende Kraftübertragung in weniger als 15 Jahren realisiert worden ist dann regt das zumindest meine Fantasie an, was Pateks Advanced Research-Abteilung eines Tages an weiteren Entwicklungen präsentieren könnte…!

Patek Philippe nutzt die vier bisher erschienenen Advanced Research Referenzen auch als Langzeittest unter Realbedingungen. Die Käufer einer solchen Uhr wissen, dass sie so zu sagen auch an einem Test partizipieren. Eine Überprüfung z.B. der Ref. 5250 nach mehreren Jahren ergab z.B. , dass über 75 Prozent der im Rahmen von Revisionen überprüften Uhren noch exakt die gleiche Amplitude hatten wie bei der Auslieferung. Und das ohne Schmierung des Silinvar-Ankerrades. Die restlichen knapp 25 Prozent bewegten sich im Rahmen der erwarteten geringen Toleranzen. Bei den anderem Referenzen sind die Ergebnisse noch besser. Diese Technologie funktioniert also und sie ist ein echter, spürbarer Fortschritt für uns Kunden.

Interessant ist auch interessant, was die drei an der Entwicklung von Silinvar beteiligten Partner, Patek Philippe, Rolex und die
Swatch Group, jeweils aus dem gleichen Ausgangsmaterial Silinvar hervorgebracht haben. Patek Philippe ist da ganz klar vorne.

Die Zukunft

Patek Philippe hat sich bislang hinsichtlich des Einsatzes neuer Materialien auf die Optimierung bekannter und erprobter Baugruppen wie der Schweizer Ankerhemmung konzentriert und diese durch vollkommen neu konstruierte Bauteile wie die Gyromax-Si Unruh sinnvoll ergänzt. Andere Marken, die ebenfalls mit Silizium-Bauteilen arbeiten haben z.T. vollkommen neue Hemmungskonzepte entworfen. Doch Patek Philippe verbaut ausschließlich Technologien, die auch sicher funktionieren (siehe hierzu auch mein Beitrag zum PP-Siegel in diesem Blog).

IsoSpring

Aufsehen erregte im Jahr die Ankündigung des von Patek Philippe an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) gestifteten Lehrstuhls, dass man an einer vollkommen neuartigen Hemmung arbeiten würde. Das Projekt trägt den Namen IsoSpring.

(Quelle: EPFL)

Hierbei schwingt keine Unruh mit einer Spirale mehr, kein Anker greift in ein Ankerrad und auch das uhrentypische „tick tack“ wird es nicht mehr geben.

(Quelle: EPFL)

Vom Prinzip her wird bei der neuen Hemmung, die sie sich noch im experimentellen Stadium befindet, eine Masse konstant um ein Zentrum rotieren, ähnlich, wie es Planeten um eine Sonne tun.

Realisiert werden kann das auf zweierlei Wegen. Zum einen kann eine Masse, befestigt an zwei dünnen Blattfedern (siehe das folgende Bild) rotieren, wenn sie stetig dazu angeregt wird.

(Quelle: EPFL)

Die Zweite Möglichkeit besteht in der Nutzung einer zentralen Feder aus z.B. Silinvar. Im folgenden Bild erkennt man eine zentrale Masse, die an zwei dünnen Federn mit dem Korpus des Bauteils verbunden ist.

(Quelle: EPFL)

Dabei kann sich das zentrale Masseelement sowohl auf der Y-Achse als auch auf der X-Achse bewegen. Auf der Z-Achse ist die Feder starr.

Angetrieben wird diese Feder von einer Welle, die am Punkt P (Bild oben) des zentralen Masseelements ansetzt.

(Quelle: EPFL)

Von einer solchen Hemmung erwartet sich Prof. Simon Henein, der Inhaber des von Patek Philippe gestifteten Lehrstuhls an der EPFL, eine weitere Energieeinsparung um mehr als 50 Prozent!

Wohlgemerkt stehen die Entwicklungen der EPFL allen Marken gleichermaßen zur Verfügung!

Wir sind also bereits in der Zukunft angekommen und es bleibt mit Spannung abzuwarten, was Patek Philippe´s Advanced Research-Abteilung aus den Entwicklungen des CSEM und der EPFL hervorbringen wird. Im Uhrenbau ist also noch längst nicht alles erfunden! Es bleibt spannend!