Mechanische Uhr: zerlegte Ansicht

• Ein Beitrag, der den Entstehungsprozess eines Modells dokumentiert, bei dem die Teile eines mechanischen Uhrwerks zerlegt und räumlich ausgestellt werden
• Bislang waren zerlegte Ausstellungsstücke, die die tatsächliche Reihenfolge der Montage und die räumliche Anordnung beibehalten, kommerziell nicht zu finden
• Es gab mehrere Versuche mit Kunstharz (Epoxidharz), die jedoch wegen Brechungsindex-Unterschieden zwischen den Schichten und Luftblasen auf Schwierigkeiten stießen
• Die endgültige Lösung bestand darin, die Teile mit Angelschnur (Monofilament) zu tragen und alles in einem einzigen Guss einzubetten
• Nach zahlreichen Prototypen wurde durch Verbesserungen wie präzise Positionskontrolle und Oberflächenbeschichtung ein hochwertiges Ergebnis erreicht

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Einleitung

• Der Ausgangspunkt war eine Erfahrung aus dem Mai 2022, als der Autor über einen Blogbeitrag von Bartosz Ciechanowski auf die Funktionsweise mechanischer Uhrwerke stieß
• In diesem Beitrag fiel besonders auf, dass man mit interaktiven Illustrationen die Struktur der einzelnen Teile eines Uhrwerks visuell „zerlegen“ und drehbar betrachten konnte
• Im Unterschied zu solcher Online-Visualisierung entstand daraus die langjährige Neugier, wie es wäre, ein tatsächlich zerlegtes Uhrenmodell real in die Hand nehmen zu können

Kein zerlegtes Modell in der realen Welt zu finden

• Im Handel werden zwar gelegentlich Steampunk-Kunstwerke angeboten, bei denen Uhrenteile beliebig in Harzblöcken angeordnet sind, doch mit der tatsächlichen Struktur eines Uhrwerks haben sie wenig zu tun
• Es gibt auch „Buffet-Style“-Ausstellungsstücke, bei denen Teile flach in Harz eingebettet sind, doch sie erhalten weder die gewünschte räumliche Montagereihenfolge noch die Abstände
• Alle Teile eines Uhrwerks in exakten Positionsbeziehungen „explodiert“ aufzufächern und zu fixieren, ist äußerst mühsam
• Deshalb ist eine saubere Umsetzung für Menschen ohne Erfahrung in der Uhrenmontage (Watchmaker) nur schwer möglich

Wie lässt sich das herstellen?

• Das im Blog von Bartosz Ciechanowski referenzierte ETA-2824-2-Uhrwerk besitzt zu viele winzige Teile und eignet sich daher nicht für frühe Prototypen
• Taschenuhrwerke haben weniger Teile und eine einfachere Struktur und eignen sich daher gut für erste Experimente
• Verschiedene Vintage-Taschenuhrwerke sind gebraucht günstig zu bekommen und dienen zudem oft als Übungsobjekte für angehende Uhrmacher

Versuche mit geschichtetem Harzguss

• Da das physische Modell stabil genug sein musste, um in der Hand gehalten zu werden, wurde eine Strategie entworfen, bei der die Teile schichtweise in transparentes Epoxidharz eingebettet werden
• Wenn nach dem Aushärten einer Schicht die nächste gegossen wird, bleiben die Schichtgrenzen deutlich sichtbar; außerdem traten Gelbverfärbung und Probleme mit der Aushärtezeit auf
• Durch Unterschiede im Brechungsindex zwischen den Schichten wirkte das Ergebnis optisch uneinheitlich, und halb ausgehärtetes Harz ließ sich schlecht handhaben und erzeugte viele Luftblasen
• Das Verfahren, jede Schicht separat herzustellen und dann zu stapeln, verschlang zu viel Zeit und Aufwand und wurde deshalb aufgegeben

Aufhängung der Teile mit Angelschnur

• Statt transparenter Kunststoffstäbe fiel die Wahl auf Monofilament-Angelschnur (für Fliegenfischen), da ihr Brechungsindex dem von Epoxidharz ähnelt und sie dadurch weniger auffällt
• Da die Angelschnur ihre aufgewickelte Form behält, wurde sie wiederholt in einem heißen Ofen gespannt und begradigt, bis sie gerade war
• Für das präzise Befestigen von Teilen und Angelschnur waren Tweezers, Pinzetten und Sekundenkleber (CA glue) erforderlich

Epoxidharzguss im Heimgebrauch

• Es wurden mehrere Arten von transparentem Epoxidharz ausprobiert; grundsätzliche Transparenz war gut, doch Viskosität, Aushärtezeit und Blasenbildung unterschieden sich
• Für vollständige Transparenz wurde eine Vakuumkammer eingesetzt, um Luftblasen zu entfernen
• Dabei wurden Harz mischen, Vakuumbehandlung, Einfüllen in die Form und anschließendes erneutes Vakuumieren nacheinander durchgeführt

Ergebnisse des ersten Prototypen

• Es zeigte sich, dass zylinderförmige Formen die innere Struktur schwer erkennbar machen, während würfelförmige Formen besser geeignet sind
• Die Angelschnur war fast unsichtbar, und es gab keine besonderen Probleme durch Wechselwirkungen zwischen Sekundenkleber und Harz
• Während des Aushärtens schrumpfte das Harz und verursachte das Brechen des Zylinders

Zweiter Prototyp und Verbesserungen bei der Montage

Zerlegung und Reinigung

• Das Uhrwerk wurde vollständig zerlegt, gereinigt und anschließend in sorgfältiger Klebemontage wieder aufgebaut
• Mit Pinzetten, Sekundenkleber und einer Schneidevorrichtung für Angelschnur wurde die Position der Teile präzise ausgerichtet

Montage der Werksseite (Train-Wheel-Seite)

• Die Arbeit begann mit dem komplexeren Räderwerksbereich des Uhrwerks; größere Teile wie Brücken wurden durch an Schrauben befestigte Angelschnur ausgerichtet
• Kleinere Teile wurden an separaten Angelschnur-Enden befestigt und aufrecht fixiert

Umdrehen zur Zifferblattseite und Montage

• Es wurde eine Hilfsvorrichtung gebaut, die die fertige halbe Baugruppe hält, sodass auch die Arbeit an der Gegenseite stabil ausgeführt werden konnte

Form und Harz vorbereiten

• Mit Acrylplatten, Epoxid-Schutzband und strukturellem Klebstoff wurde eine würfelförmige Form gebaut
• Aus den Prototypenergebnissen ergaben sich als nächste Verbesserungsziele präzisere Höhenkontrolle, eine stärker explodierte Anordnung und einfachere Teileausrichtung

Dritter Prototyp: feine Positionskontrolle

• Mit Scherenhubtisch (Lab Jack) und magnetgestützten Pinzetten wurde die Präzision bei der Feinjustierung verbessert
• Ein Beschleuniger für Sekundenkleber wurde mit einem Tropfwerkzeug sehr gezielt aufgetragen, um die Effizienz des Klebens zu steigern
• Unruh und Spiralfeder wurden natürlich aufgefächert, um das Herz der Uhr visuell zu betonen
• Aufgrund der Gesamtstruktur der Baugruppe wurde der Guss auf dem Kopf ausgeführt, damit die Teile korrekt aufgehängt blieben

Vierter Prototyp: ETA-2824 / PT5000-Uhrwerk

• Experimente wurden mit dem eigentlichen Zielobjekt, dem ETA-2824-Uhrwerk (PT5000-kompatibles Modell), durchgeführt
• Trotz Schwierigkeiten durch die kleineren Teile, Öl- und Verarbeitungsprobleme sowie beschädigte Beschichtungen konnte der grundlegende Montageprozess unverändert angewendet werden
• Die Aufhängung empfindlicher Teile wie Stoßsicherungsfeder und Unruhbaugruppe wurde mit separatem Know-how umgesetzt
• Durch Größenbeschränkungen der Form veränderte sich der Winkel der Baugruppe unnatürlich, und es gab auch Fehler wie das Ablösen von Beschichtung durch das Harz; dennoch wurde nach etwa 18 Stunden ein Ergebnis fertiggestellt

Herstellung des Endprodukts und Erhalt der Beschichtung

• Aus der Erkenntnis, dass Epoxidharz und Sekundenkleber Beschichtungen anlösen, ergab sich eine Lack-Sprühbeschichtung als endgültige Lösung
• Durch die Entwicklung einer Schneidevorrichtung für Angelschnur und von Montagehilfen wurde die Wiederholbarkeit der Herstellung verbessert
• Detaillierte Abläufe wurden für jede Phase von Montage, Beschichtung und Assembly durchgeführt

Endergebnis und Eindrücke

• Eine perfekte Oberflächenqualität ist schwer zu erreichen, doch nach 2,5 Jahren Versuchen wurde die gewünschte Struktur schließlich greifbar
• Es wird betont, dass der Blogbeitrag der Auslöser für die ernsthafte Umsetzung war, und es besteht die Erwartung, das Konzept auf räumliche Zerlegungsmodelle verschiedener Uhrwerke auszuweiten

[GN⁺]

Hacker-News-Kommentare

• Ich halte den Blogbeitrag von Bartosz Ciechanowski für den besten Content, den man derzeit im Internet finden kann Link
  • Er hat bereits mehrere Projekte mit demselben Detailgrad umgesetzt Archiv-Link
  • Dieses Thema wurde schon vor 3 Jahren auf Hacker News diskutiert, bekam über 4.000 Punkte und ist als echter Klassiker zum achtbeliebtesten Beitrag aller Zeiten geworden zugehörige Diskussion
• Wirklich großartige Arbeit. Das erinnert mich an einen Künstler, der Objekte wie Kameras in Resin eingekapselt und dann mit einem Wasserstrahlschneider zerschnitten hat, um eine besondere „Explosionsdarstellung“ zu erzeugen. Ich finde den Link aber nicht
  • Fabian Oefner hat so eine Arbeit tatsächlich gemacht
• Ich habe darüber nachgedacht, dass die Angelschnur-Aufhängung komplett verschwinden könnte, wenn man eine Möglichkeit hätte, den Brechungsindex des Resins anzupassen
  • Ich habe nicht ernsthaft darüber nachgedacht, aber ich frage mich, welche Zusatzstoffe man dafür bräuchte. Bei der Suche scheint es in der Optik schon ziemlich viel Vorarbeit dazu zu geben. Fühlt sich immer noch wie ein Thema mit Potenzial an
• Ich kann gut nachvollziehen, dass es ohne Werkzeug oder Erfahrung schwer ist, ein völlig makelloses Mirror Finish hinzubekommen. Ich habe früher einmal einen LGA-CPU-Sockel zu einem Untersetzer gemacht und konnte durch Schleifen mit normalem Schleifpapier in immer höheren Körnungen eine fast perfekte Quaderform herstellen. Ich habe das Schleifpapier auf einer Glasfläche befestigt und das Stück darüber bewegt; ob ich am Ende Polierpaste verwendet habe, weiß ich nicht mehr
  • Das Schleifen dauert lange und dürfte ziemlich ermüdend sein, deshalb hätte ich gern einen Exzenterschleifer. Auch Oberflächenpolitur wäre nötig, und wenn ich Zeit und Platz hätte, würde ich gern verschiedene Schleif- und Polierwerkzeuge verwenden. In einem echten Video eines vertrauenswürdigen Epoxidharz-Anbieters kann man den Prozess sehen Video-Link
  • Wenn man Schleifpapier auf Glas klebt oder mit Klebeband fixiert, kann man wirklich sehr plane Flächen schleifen. Ich habe selbst erlebt, wie scharf man Messer mit dieser Methode bekommen kann
• Es freut mich, dass hier ein PT5000-Werk verwendet wurde. Das ist eines meiner Lieblingskaliber. Dieses Werk ist ein chinesischer Klon des ETA 2824-2 und wird häufig in günstigen Uhren von AliExpress verbaut. Man kann eine Submariner-Hommage für 100 Dollar kaufen, mit Saphirglas, Keramiklünette, Leuchtmasse, vollständig wasserdicht und ähnlichen Spezifikationen, und sie erreicht mit diesem Werk eine Genauigkeit nahe an Schweizer Uhren (bei mir innerhalb der COSC-Grenzen). Eine Uhr, die ich früher besaß, lief mit +5 Sekunden pro Tag, und daran merkt man, wie sehr sich die chinesische Uhrenindustrie entwickelt hat
  • Falls jemand gute Ressourcen oder Tipps zum Kauf mechanischer Uhrenklone auf AliExpress hat, würde ich mich über Empfehlungen freuen. Ich möchte erst das Preis-Leistungs-Verhältnis einschätzen und dann kaufen
  • Ich denke, dass die Erfahrung mit Fertigungs- und Montagetechniken aus der Unterhaltungselektronik eine große Rolle für das Wachstum des chinesischen Uhrenmarkts gespielt hat
  • Wirklich erstaunlich. Wenn ich nicht gerade Uhren mit Resin ruiniere, gehe ich meinem Hobby nach, Uhren zu überholen, und als Nächstes will ich den Chronographen-Mechanismus lernen. Ein ST19-Werk sollte bald ankommen; auch das ist günstig, zuverlässig, vollständig mechanisch und hat eine Schaltrad-Konstruktion. Applaus für die chinesische Uhrenindustrie
• Für manche hat diese Arbeit etwas von „Blasphemie“. Der Reiz solch erstaunlicher Maschinen liegt nicht nur im inneren Aufbau, sondern auch darin, dass sie über Jahrzehnte gut funktionieren und nach einem Defekt durch eine Reparatur wieder zum Leben erweckt werden — das ist die wahre Magie. Wristwatch Revival auf YouTube. Ich erinnere mich daran, wie meine Schwester als Kind kleine Dekostücke aus Resin gemacht hat, die wie Unterwasserwelten aussahen. Ich war immer zu ungeduldig und habe sie angefasst, bevor sie vollständig ausgehärtet waren, weshalb es jedes Mal schiefging
  • In Antiquitätengeschäften sieht man leicht Taschenuhren zum gleichen Preis angeboten. Es ist ziemlich einfach, Exemplare zu finden, die komplett intakt sind und nach Reinigung und neuem Öl wieder laufen. Es gibt wohl zehnmal mehr Taschenuhren als Besitzer, daher taugen sie gut als Übungsmaterial. Reparaturen sind teuer, aber die Nachfrage ist gering, weil es an Fachleuten und Werkzeugen mangelt (ich selbst besitze auch zwei Stück)
  • Wenn man es als Lehrmittel betrachtet, hilft das vielleicht mehr. Tatsächlich hatte auch die digitale Version, die dieses Projekt inspiriert hat, einen pädagogischen Zweck
  • Die Magie des Reparaturprozesses ist großartig, aber genauso faszinierend ist es, zu verstehen, wie der Mechanismus funktioniert. Es ist nur natürlich, von beidem angezogen zu sein
• Ich frage mich, ob es kein transparentes Material gibt, das bis zum vollständigen Aushärten gelartig bleibt und dessen Position man mit der Hand anpassen kann. Eine Art Gel-Aufhängung, in der man die Teile wie bei einem 3D-Druck schweben lässt und am Ende alles vollständig aushärtet. Wenn Resin für SLA-3D-Drucker viskos genug ist, könnte man sich vorstellen, alles an die gewünschte Position zu bringen und dann komplett mit UV auszuhärten zugehöriges Video
  • Es gibt zwar Gel-Resin, aber wegen der Blasenbildung ist die Umsetzung schwierig, und üblich ist eher ein Gussverfahren, bei dem in mehreren Schritten schichtweise gegossen wird. Dass wegen minimal unterschiedlicher Brechungsindizes Grenzlinien sichtbar bleiben, lässt sich nicht leicht vermeiden
  • Wenn das Material fließfähig ist, werden die Teile wegen Auftrieb/Dichte immer aufsteigen oder absinken. Man könnte auch darüber nachdenken, sie vorübergehend mit kleinen Perlen desselben Brechungsindex zu fixieren und dann das ganze Resin einzugießen, damit die Position erhalten bleibt. Eine ähnliche Methode wird tatsächlich etwa bei Aquariendekoration verwendet zugehöriges Video
• Bartosz, falls du diesen Beitrag siehst, melde dich bitte direkt bei mir. Ich konnte die Arbeit dank deines Blogs umsetzen und würde dir das fertige Stück gern schicken. Selbst für ein Nebenprojekt ist die Qualität und die Sorgfalt im Finish beeindruckend
• Wenn die Aufhängung beziehungsweise Stützen aus einem Material mit demselben Brechungsindex bestehen, sollten sie unsichtbar sein
  • Nylon und Epoxidharz haben zwar ähnliche Brechungsindizes, aber nicht exakt dieselben. Ich habe versucht, statt Nylon dünne Stäbe direkt aus Epoxid herzustellen, aber nicht das gewünschte Ergebnis erzielt
• Das fertige Objekt sieht beeindruckend aus. Es wäre vermutlich auch als Museumsstück sehr beliebt. Außerdem ist die Website ciechanow.ski immer eine große Inspirationsquelle