Mechanische Uhr: zerlegte Ansicht
(fellerts.no)- Das Projekt ist von Bartosz Ciechanowskis Artikel über mechanische Uhrwerke und der interaktiven Explosionsdarstellung inspiriert und überträgt die Struktur auf dem Bildschirm in ein reales zerlegtes Ausstellungsobjekt, das man in die Hand nehmen kann
- Ziel war nicht bloß dekorative Anordnung von Teilen oder ein flacher Guss, sondern ein Verfahren, bei dem die Bauteile im 3D-Raum schwebend gemäß ihren tatsächlichen Montagebeziehungen angeordnet werden
- UV-Harz und schichtweises Gießen hatten große Grenzen wegen Vergilbung, langsamer Aushärtung, sichtbarer Schichtgrenzen, Luftblasen und Schrumpfung, weshalb schließlich auf ein Verfahren umgestellt wurde, bei dem das gesamte Modell in einem Durchgang gegossen wird
- Der finale Prozess fixiert rund 50 bis 100 kleine Teile mit 0,7-mm-Monofilament-Angelschnur und CA-Kleber, entfernt Luftblasen in einer Vakuumkammer und bettet alles in klares Epoxidharz ein
- Später wurde das Verfahren sogar auf ein PT5000-basiertes Armbanduhrwerk angewandt; Schutz lackierter Flächen, Formgröße und Ausrichtungsprobleme wurden verbessert, und das gesamte Experiment dauerte etwa 2,5 Jahre
Eine interaktive Explosionsdarstellung in ein reales Objekt übertragen
- Das Projekt nahm seinen Ausgang bei der interaktiven Explosionsdarstellung in Bartosz Ciechanowskis Erklärtext zu mechanischen Uhrwerken
- Diese Illustration zeigt ein laufendes mechanisches Uhrwerk in zerlegter Form, sodass sich alle Teile aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten lassen
- Das Ziel war, die Explosionsdarstellung auf dem Bildschirm als zerlegtes Modell einer mechanischen Uhr umzusetzen, das man tatsächlich in die Hand nehmen kann
- Bereits existierende Beispiele auf eBay gingen meist in eine andere Richtung
- Steampunk-Art, bei der zufällige Uhrenteile in Harzwürfel eingebettet werden
- „Buffetartige“ Harzgüsse, bei denen die Teile flach auf einer Ebene ausgelegt sind
- Eine 3D-Zerlegungsstruktur, die die reale Montagefolge und räumliche Beziehung beibehält, war kaum zu finden
Welches Uhrwerk soll verwendet werden?
- Bartosz Ciechanowskis Artikel schien auf dem ETA-Kaliber 2824-2 oder einem Klonwerk wie dem chinesischen PT5000 zu basieren
- Das ETA 2824-2 ist ein beliebtes Automatik-Armbanduhrwerk, aber für frühe Prototypen wegen seiner sehr kleinen und zahlreichen Teile ungeeignet
- Für die ersten Experimente eignete sich ein Taschenuhrwerk besser
- meist ohne Datumsfunktion
- kein Automatikaufzug
- oft auch ohne zentrale Sekunde
- daher ein typisches Übungswerk für Einsteiger in die Uhrenreparatur
- Taschenuhrwerke aus dem frühen 20. Jahrhundert mit handwerklicher Verzierung waren auf eBay günstig zu bekommen; als Beispiel wurde ein Werk aus den frühen 1900ern für 20 US-Dollar verwendet
Das Scheitern des schichtweisen Harzgusses
- Der erste Ansatz bestand darin, die Teile auf mehrere Ebenen zu verteilen und in klares Epoxidharz einzubetten, wobei nach dem Aushärten jeder Schicht die nächste aufgebaut wurde
- Bei UV-härtendem Harz traten drei große Probleme auf
- nach dem Aushärten ein starker Gelbstich
- selbst mit einer schwachen UV-Taschenlampe dauerte die Aushärtung schon in 1 mm Tiefe sehr lange
- die Grenzen zwischen den Schichten waren deutlich sichtbar
- In der Resin-Art reduziert man solche Grenzen oft, indem man die nächste Schicht vor vollständiger Aushärtung der vorherigen gießt; bei UV-Harz, das von außen nach innen aushärtet, war dafür jedoch gewöhnliches 2-Komponenten-Epoxid nötig
- Da das Taschenuhrwerk etwa 20 Schichten benötigt hätte, wurde auch experimentiert, alle Schichten gleichzeitig als dünne Scheiben zu gießen und sie im halbgehärteten Zustand zu stapeln
- Die Kombination aus Silikonform und Harzscheiben verringerte zwar Vergilbung und Aushärtungsprobleme, erwies sich aber wegen Schichtgrenzen, Luftblasen, verlaufendem Harz und dem Durchhängen halbgehärteter Scheiben als ungeeignet für die endgültige Methode
Teile mit Angelschnur in der Luft fixieren
- Um das gesamte Modell in einem Durchgang gießen zu können, mussten alle Teile während des Eingießens stabil und präzise in ihrer Position gehalten werden
- Als Trägermaterial fiel die Wahl auf monofile Nylonvorfächer aus dem Fliegenfischen
- in verschiedenen Stärken erhältlich
- mit einem dem Epoxidharz ähnlichen Brechungsindex
- preiswert
- Die Angelschnur war durch das Aufwickeln leicht gebogen; durch wiederholtes Einhängen in ein Ofengitter und etwa eine Stunde Backen bei 150 °C wurde sie gerader und steifer
- Der Montageprozess ähnelte dem Zusammenbau einer Uhr
- Mit dem Kopf einer Stecknadel wurde eine winzige Menge CA-Kleber auf die Teile aufgetragen
- Das erinnerte an das Aufbringen von Öl auf Lagerflächen und Steine in der Uhrenreparatur
- nur dass CA-Kleber vom Charakter her das genaue Gegenteil eines Schmiermittels ist
- Mit selbstschließenden Pinzetten und Hilfsklemmen wurde das zerlegte Modell eines defekten Uhrwerks Stück für Stück aufgebaut
Harzguss im Heimverfahren
- Verschiedene klare Epoxidharze waren alle recht transparent, unterschieden sich aber in Viskosität, Aushärtezeit und der Menge eingefangener Luft beim Mischen
- Für einen vollständig klaren Guss musste die Luft entweder mit einer Vakuumkammer entfernt oder mit einer Druckkammer komprimiert werden
- Gewählt wurde eine Vakuumpumpe
- der Guss musste nicht während der gesamten Aushärtezeit in der Kammer bleiben
- sie war nützlich, um eingeschlossene Luft aus den Hohlräumen rund um das Uhrwerk zu ziehen
- Das verwendete Verfahren war wie folgt
- 10–15 % mehr A/B-Harz vorbereiten, als das Formvolumen erfordert
- 3 Minuten mischen
- in ein anderes Gefäß umfüllen, um unvermischtes Harz von den Wänden zu vermeiden
- mit einem neuen Stab nochmals 3 Minuten mischen
- etwa 30 Minuten bei rund -0,96 bar Vakuum halten
- da Schaum überlaufen kann, Vakuum und Lufteinlass wiederholt wechseln, um Blasen platzen zu lassen
- in die Form gießen und erneut vakuumieren
Prototyp 1: Grenzen des Zylindergusses
- Der erste vielversprechende Guss erfolgte in einem Zylinder aus Borosilikatglas
- In diesem Schritt wurden drei Dinge bestätigt
- die Angelschnur war im Endprodukt bei bestimmtem Licht sichtbar, ansonsten aber meist kaum zu erkennen
- ob CA-Kleber die Harzhärtung beeinflusst, ließ sich mit diesem Test nicht klären
- durch die Lichtbrechung an der gekrümmten Oberfläche erschwerte der Zylinderguss das Verständnis der inneren Struktur
- Daraus folgte die Schlussfolgerung, dass statt eines Zylinders besser eine Würfelform verwendet werden sollte
- Später zerbrach der Zylinder durch Harzschrumpfung, und es ging zum nächsten Prototyp über
Prototyp 2: Strukturierter Prozess und Verbesserungen
- Im zweiten Prototyp kam ein stärker strukturierter Prozess zum Einsatz
-
Zerlegen und Reinigen
- Ausgangspunkt war ein sauber zerlegtes Uhrwerk
- Der Räderzug wurde zusammen mit den Brücken montiert und dann mit einer kleinen Menge CA-Kleber an den Trieben fixiert
- Kleine Klebertropfen wurden mit einer Nadel mit abgeflachter Stelle übertragen und durch Kapillarwirkung zwischen die Teile ziehen gelassen
- Je sparsamer der CA-Kleber verwendet wurde, desto stärker hielt die Verbindung; auch ohne Aktivator härtete er in etwa 30 Sekunden aus
-
Montage der Räderwerksseite
- Begonnen wurde auf der komplexeren Uhrmacherseite
- Lange Angelschnüre wurden an den Enden der Brückenschrauben befestigt, die Brücke über der Hauptplatine schwebend ausgerichtet und durch die Schraubenlöcher positioniert
- Baugruppen wie Keyless Works, Motion Works und die Unruh wurden separat vorbereitet und dann als Einheit fixiert
-
Montage der Zifferblattseite und die Form
- Nach dem Umdrehen wurde auch die Zifferblattseite nach demselben Prinzip montiert
- Die Hauptplatine wurde mit dünnem transparentem Nylonfaden an Holzstäben aufgehängt und über der Form schwebend gehalten
- Für die Form wurden 2 mm starke Acrylplatten im Format 20 × 30 cm in Rechtecke von 7 × 10 cm geschnitten und mit formtrennendem Tape beklebt
- Prototyp 2 zeigte Potenzial, aber folgende Verbesserungen blieben offen
- der Abstand zwischen Baugruppen und Hauptplatine ließ sich nur schwer kontrollieren
- das Harz schrumpfte beim Aushärten stark und konnte überhitzen
- zwischen den Teilen war zu wenig sichtbar, daher musste das nächste Modell stärker zerlegt werden
- die Stellung der Zeiger ergab keine sinnvolle Uhrzeit; 10:10 wäre besser gewesen
Prototyp 3: Präzision und Inszenierung des Unruhrads
- In der dritten Iteration wurden ein kleiner Scheren-Lab Jack und Hilfsklemmen eingesetzt, um die Teile präziser und rechtwinklig auszurichten
- In die Spitzen der selbstschließenden Pinzetten wurden kleine Magnete eingesetzt, um winzige Schrauben sanft greifen zu können
- Bei mechanischen Uhren kann Magnetismus zwar Gangfehler verursachen, doch dieses Modell musste nicht funktionieren und war daher unproblematisch
- Auch ein CA-Aktivator kam zum Einsatz
- Da Sprühen zu unsauber war, wurde der Aktivator in einen Behälter mit Deckel gesprüht und dann mit einer Pinzette tropfenweise übertragen
- Am wirksamsten war es, auf eine Seite CA-Kleber und auf die andere Aktivator zu geben und beide dann schnell zusammenzuführen
- Das Unruhrad wurde so gegossen, dass es an der Spiralfeder aufgehängt erschien
- Das Unruhrad gibt am Ende des Räderzugs die Energie der Zugfeder 18.000 Mal pro Stunde frei
- Die Unruh ist das Herz des Uhrwerks und zugleich sein empfindlichstes Bauteil
- Um die Form der Spiralfeder sichtbar zu machen, wurde das Unruhrad frei aufgehängt; dafür musste die gesamte Baugruppe auf dem Kopf gegossen werden
Prototyp 4: PT5000-Armbanduhrwerk
- Der vierte Prototyp verwendete ein Armbanduhrwerk aus der ETA-2824-Familie, wie es auch in Bartosz’ Artikel zu sehen war
- Statt 300 € für ein originales ETA 2824 auszugeben, wurde ein chinesischer PT5000-Klon verwendet
- Das PT5000 kam aus China in ordentlichem Betriebszustand an, mit geringer Abweichung zwischen horizontaler und vertikaler Lage sowie guter Amplitude
- Beim Reinigen vor dem Zerlegen verschlechterte sich der Eindruck
- das Werk war stark mit Öl durchtränkt
- an mehreren Brücken fanden sich scharfe Grate, die sich während des Reinigens lösten
- beschädigte Teile gab es nicht
- vor tatsächlichem Gebrauch hätte das Werk nach Einschätzung des Autors einen ordentlichen Service gebraucht
- Die kleinen Teile ließen sich leichter handhaben als befürchtet, und 0,7-mm-Nylonangelschnur passte in die meisten Schraubenlöcher
- Besondere Vorsicht erforderte die Stoßsicherungsfeder der Unruh, die den Zapfen der Unruhwelle vor Stößen schützt
- ein Bauteil, das bei alten Taschenuhren normalerweise fehlt
- die Stoßfeder wurde flach auf Silikon gelegt und mit einem Tropfen CA-Kleber gefüllt, sodass die innere Scheibe ausgefüllt wurde
- nach dem Aushärten ließ sich die Feder mit ihrem transparenten Inneren anheben
- das ist derselbe Trick wie beim Auftragen von Leuchtmasse auf Uhrzeiger
- Der Zusammenbau verlief gut, aber der Guss war fast ein Fehlschlag
- die Form war etwas zu groß, um bequem in die Vakuumkammer zu passen
- bei einer eiligen Änderung der Stützkonstruktion geriet das Modell schief
- das Harz löste die Farbe des Datumsrings an und erzeugte milchige Streifen
- Zerlegen, Reinigen und Zusammenbau der Explosionsdarstellung des PT5000 dauerten etwa 18 Stunden; mit Prozessverbesserungen wäre wohl eine Reduktion auf unter 15 Stunden möglich
Das endgültige Armbanduhrmodell
- Nach dem vierten Prototyp blieben vor allem zwei Aufgaben: das Versiegeln lackierter Flächen und das Beachten der Größenbegrenzung der Vakuumkammer
- Es wurde eine weitere fertige PT5000-Uhr mit Gehäuse und Metallband gekauft, um den Schutz lackierter Flächen zu testen
- Die folgenden Methoden scheiterten
- CA-Kleber löste die Farbe wie Epoxidharz an
- UV-härtender CA-Kleber härtete auf der Farbe nicht aus
- UV-härtendes Epoxidharz ebenso wenig
- Ein transparenter Sprühlack aus dem Baumarkt löste die Farbe nicht an
- im finalen Guss vergilbte er zwar, lieferte aber ein akzeptables Ergebnis
- Außerdem wurde eine bessere Vorrichtung gebaut, um Angelschnüre mit gleicher Länge und rechtwinkligen Endflächen zu schneiden
- Bei der Endmontage wurde zuerst die Uhrmacherseite des Uhrwerks zusammengesetzt und im Gehäuse fixiert; anschließend wurde mit einem steifen Papierschlauch die halbfertige Baugruppe schwebend gehalten, während die Zifferblattseite weiter aufgebaut wurde
- Die fertige Baugruppe war zu fragil, um unverändert zu bleiben, und wurde deshalb abschließend in Harz gegossen
Endergebnis und verbleibendes Potenzial
- Für den finalen Guss fehlten zwar Werkzeuge und Wissen für ein vollkommen spiegelglattes Finish durch Schleifen, doch das ursprüngliche Ziel eines in die Hand nehmbaren zerlegten Ausstellungsstücks einer echten mechanischen Uhr wurde erreicht
- Der gesamte Prozess dauerte rund 2,5 Jahre, und das Ergebnis ist etwas, das sich fotografisch nur schwer einfangen lässt
- Da es noch komplexere Armbanduhrwerke gibt, ist es möglich, dass die Arbeit in Zukunft fortgesetzt wird
- Ohne den Blogbeitrag von Bartosz Ciechanowski wäre dieses Projekt nie begonnen worden, und der Autor würde ihm den finalen Guss gern zuschicken
1 Kommentare
Hacker-News-Kommentare
Ich habe mich gefreut zu sehen, dass der Autor PT5000 verwendet hat, eines meiner Lieblingswerke.
Wie im Artikel erwähnt, ist es ein chinesischer Klon des verbreiteten ETA 2824-2 und steckt oft in günstigen Uhren von AliExpress. Man kann für 100 Dollar eine Submariner-Hommage mit Saphirglas, Keramiklünette, Leuchtmasse und echter Wasserdichtigkeit kaufen, und die Ganggenauigkeit liegt innerhalb der COSC-Toleranz wie bei Schweizer Uhren. Bevor ich sie verkauft habe, lief meine mit +5 Sekunden pro Tag, und die chinesische Uhrenindustrie ist wirklich sehenswert
Gerade ist ein Werk mit ST19 unterwegs; das ist ebenfalls ein sehr preiswertes und zuverlässiges vollmechanisches Säulenrad-Chronographenwerk. Das nötigt mir Respekt vor China ab
Du hast vermutlich schon daran gedacht, aber wenn es eine Möglichkeit gäbe, den Brechungsindex des Resins zu verändern, könnte man die Angelschnur vielleicht vollständig unsichtbar machen
Edit: Nach kurzer Recherche scheint es in der Optik schon einiges an Vorarbeit dazu zu geben. Verdammt, vielleicht ist das doch noch nicht vorbei
Mir gefiel die abschließende Geste: „Bartosz, falls du das hier siehst, melde dich bitte bei mir. Ich schicke dir den finalen Guss. Ohne deinen Blogpost wäre dieses Projekt nie gestartet.“ Auch die Verarbeitungsqualität des Ergebnisses des Side Projects ist beeindruckend
Ich habe auch schon einmal einen ähnlichen „Rand“ bei einem Resinguss gehabt. Ich habe einen LGA-CPU-Sockel in einen Untersetzer verwandelt und konnte ihn mit normalem Schleifpapier, immer feiner werdender Körnung, ziemlich leicht abschleifen, bis fast ein perfekter Quader entstand.
Die Ebenheit habe ich erreicht, indem ich das Schleifpapier auf eine plane Fläche geklebt und das Teil darüber bewegt habe. Es ist lange her, daher weiß ich nicht mehr, ob ich am Ende Poliermittel verwendet habe oder ob Schleifpapier allein schon ein ausreichend gutes Finish ergab
Danach müsste man die Oberfläche noch polieren, was entweder enorme Handarbeit oder Polier-/Buffing-Werkzeug erfordert. Wenn ich eine Werkstatt für Werkzeug und Staub hätte, würde ich es versuchen, aber im Moment arbeite ich im Wohnzimmer einer kleinen Wohnung.
Ein Prozess, den ein vertrauenswürdiger Epoxidharz-Verkäufer erklärt, ist hier: https://www.youtube.com/watch?v=9-WYOK90KNo
Quelle: So kann man Messer absurd scharf bekommen
Großartig. Es erinnert mich an einen Künstler, der Dinge wie Kameras in Resin eingebettet und dann mit einem Waterjet-Cutter geschnitten hat, sodass sie wie eine andere Version einer Explosionsdarstellung aussahen. Den Link finde ich leider nicht
Der Autor hat Querschnitte verschiedener Elektronikbauteile angefertigt und die empfindlicheren zuvor in Resin gegossen. Der Herstellungsprozess ist genauso faszinierend wie das Endergebnis
Ein Teil von mir möchte es irgendwie als Blasphemie empfinden. Das sind erstaunliche Maschinen, und die Magie liegt nicht nur darin, ihre Funktionsweise zu sehen, sondern auch darin, dass sie über Jahrzehnte hinweg zuverlässig weiterlaufen und im Fall eines Defekts an Orten wie https://www.youtube.com/@WristwatchRevival wieder repariert werden.
Trotzdem ist das hier wirklich toll. Als Kind hat mein Geschwisterteil oft kleine Resinstücke gemacht, die mit Sand, Muscheln und kleinen Pflanzen wie Unterwasserlandschaften aussahen. Ich selbst wollte dieses Hobby mehrfach ausprobieren, war aber immer zu ungeduldig und endete mit Werken voller Fingerabdrücke, weil sie noch nicht richtig ausgehärtet waren
Es gibt wohl zehnmal mehr Taschenuhren als interessierte Besitzer. Es sind fantastische Maschinen, aber ihr größter Nutzen ist wohl Übungsmaterial für Uhrmacherlehrlinge.
Reparaturen sind teuer, weil nur wenige Menschen die Fähigkeiten und Werkzeuge besitzen, und die Nachfrage ist ebenfalls sehr gering. Ich habe selbst zwei davon
Gibt es kein transparentes Material, das eine Zeit lang gelartig bleibt und dann fest wird? Dann könnte man Teile darin aufhängen und sie mit der Hand leicht in ihre endgültige Position schieben.
Ähnlich wie ein 3D-Drucker mit Gel-Suspension, nur dass das Gel am Ende nicht ausgewaschen wird, sondern aushärtet. https://www.youtube.com/watch?v=swB5-GzX3nQ
Ich weiß nicht, wie viskos das Harz von SLA-3D-Druckern ist, aber wenn man es ausreichend zäh einstellen könnte, müsste man die Teile darin schweben lassen, beliebig positionieren und dann alles mit genug UV-Licht auf einmal aushärten können
In Schichten zu gießen ist der gängigste Ansatz, aber wie im Artikel erwähnt ist es schwierig, selbst kleine Unstetigkeiten im Brechungsindex zu vermeiden
Vielleicht könnte aber ein Verfahren funktionieren, bei dem man Kugeln oder Ähnliches mit demselben Brechungsindex verwendet und erst Resin eingießt, wenn alles an seinem Platz ist. Zumindest habe ich dekorative Methoden dieser Art schon im Zusammenhang mit Wasser gesehen.
Ein beliebiges Video, das zeigt, was ich meine: https://www.youtube.com/shorts/LuTlY6DkHQw
Das Ergebnis ist wirklich großartig. Ich könnte mir vorstellen, dass auch ein Museum so etwas ausstellen möchte.
Und https://ciechanow.ski/ ist an sich schon eine riesige Inspiration
Wenn die Stützen denselben Brechungsindex haben, sollten sie unsichtbar sein