„Ein neues Material, das Uhren revolutioniert hat“: Eine neue Generation von Kohlenstoff, die der Alterung im Laufe der Zeit trotzt, und verschiedene Methoden

In den letzten Jahren haben sich „neue Materialien“ auf dem Uhrenmarkt stark verbreitet. Der Einsatz unkonventioneller Werkstoffe für Gehäuse und Uhrwerk hat nicht nur das Design – etwa Form und Farbe –, sondern auch die Leistung grundlegend verändert. In Ausgabe 112 von Chronos Japan wurde dieses Thema unter dem Titel „Neue Materialien, die die Uhrenwelt verändert haben“ behandelt, und wir haben diesen Artikel auf webChronos erneut veröffentlicht. Diesmal stellen wir Marken vor, die sich mit dem Problem der Kohlefaser auseinandergesetzt haben – einem Material, das zwar für Uhrengehäuse verwendet wird, aber mit der Zeit korrodiert – und die Methoden, mit denen sie diese Herausforderung gemeistert haben.

„Ein neues Material, das die Welt der Uhren veränderte“: Besuch in der Werkstatt von Stila, einem Hersteller luxuriöser Goldgehäuse

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„Ein neues Material, das die Welt der Uhren veränderte“: Hublots alchemistische Kunst, die Zusammensetzung von 18-karätigem Gold frei zu gestalten.

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„Ein neues Material, das die Uhrenindustrie revolutionierte“: Die Verbreitung und Weiterentwicklung von Titan erregte Aufmerksamkeit

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„Ein neues Material, das die Uhrenherstellung revolutionierte“: Chanel, Hublot und Tudor leisteten Pionierarbeit mit dem schwer zu verarbeitenden Keramikmaterial.

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Probleme mit Carbongehäusen

　Kohlenstoffverbundwerkstoffe, ursprünglich aus der Luft- und Raumfahrt sowie dem Motorsport, werden heute für Fahrradrahmen und Sportgeräte verwendet. Erst Ende der 1990er und Anfang der 2000er Jahre hielten sie Einzug in die Luxusuhrenindustrie. Anfänglich litten Kohlenstoffgehäuse unter der materialbedingten Alterung. Dieses Problem ist jedoch mittlerweile gelöst, und Kohlenstoffverbundwerkstoffe gewinnen als Alternative zu herkömmlichen Materialien, die Uhrengehäusen einen besonderen Charakter verleihen, zunehmend an Beliebtheit.

Arbeitsplattenmaterial, das das Problem der Abnutzung im Laufe der Zeit überwindet

　Kohlenstoffbasierte Verbundwerkstoffe werden seit etwa den 1970er Jahren in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Ihr Rohmaterial, die Kohlenstofffaser, wird durch Karbonisierung von Acrylfasern oder Pech bei hohen Temperaturen hergestellt. Sie wird jedoch selten allein verwendet, sondern meist als Verbundwerkstoff in Kombination mit einem Basismaterial wie Kunstharz. Kohlenstofffaser ist mit einer Dichte von 2.25 g/cm³ sehr leicht und weist eine ausgezeichnete Zugfestigkeit in Faserrichtung auf. Daher ist sie als Strukturwerkstoff für Flugzeuge und Formel-1-Rennwagen weit verbreitet.

　Das Verfahren zur Gewinnung von Kohlenstofffasern, dem wichtigsten Rohstoff, wurde 1959 von der amerikanischen Firma National Carbon entwickelt. Diese Firma hatte eine Technologie zur Graphitisierung von Viskose erfunden. Dieses Verfahren ist jedoch mittlerweile überholt. Heute werden hauptsächlich die bereits erwähnten, auf Acrylfasern basierenden (PAN-basierte Kohlenstofffasern) oder auf Pech basierenden (pechbasierte Kohlenstofffasern) Verfahren eingesetzt. Beide Technologien wurden in Japan entwickelt, und japanische Unternehmen, allen voran Toray und Teijin, halten den größten Marktanteil.

　Die gängigste Methode zur Herstellung von Kohlenstofffaser-Verbundwerkstoffen ist die sogenannte „laminierte Kohlenstofffaser“. Dabei werden Prepregs (gewebte, mit Harz imprägnierte Kohlenstofffaserbahnen) übereinandergelegt und miteinander verklebt. Wenn man allgemein von CFK (kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff) spricht, ist meist diese laminierte Kohlenstofffaser gemeint. Sie wurde Ende der 1990er- und Anfang der 2000er-Jahre in der Schweizer Uhrenindustrie eingeführt und erfreut sich aufgrund ihrer einzigartigen Oberflächenstruktur und ihres geringen Gewichts stetig wachsender Beliebtheit. Allerdings zeigten die allerersten Gehäuse aus Kohlenstofffaser deutliche Alterungserscheinungen wie Oberflächenausfransungen und Vergilbung. Wer den Grund dafür sofort erkennt, ist vermutlich ein echter Autoliebhaber.

　Das ist zwar ein kleiner Exkurs, aber wenn man die Alterung von Carbonteilen betrachtet, ist die Motorhaube eines Autos wohl das bekannteste Beispiel. Viele Zubehörteile für Autos und Motorräder bestehen aus Trockencarbonfaser-Außenschichten, um Gewicht zu sparen. Werden diese jedoch als unbeschichtete Carbonfaser verbaut, zersetzen sie sich innerhalb weniger Jahre. Der Grund dafür ist, dass UV-Strahlung das Basisharz schnell zersetzt. Die Alterung von Carbonfaserteilen entspricht der Zersetzung des Harzes, und das gilt auch für Uhrengehäuse. Richard Mille erkannte dies als einer der Ersten und begann, die Qualität von Carbonfasermaterialien zu verbessern.

　Von Beginn der Entwicklung an stand fest, dass Richard Milles erstes Modell, die RM 001 Tourbillon, mit einer Carbon-Grundplatte ausgestattet sein sollte. Bekanntlich war diese Carbon-Grundplatte jedoch nicht rechtzeitig zur Markteinführung fertig und erschien später als V2. Warum verzögerte sich die Produktion der Carbon-Grundplatte? Giulio Papi von APRP (heute Audemars Piguet Le Locle), der die Uhr mitentwickelte, erklärte dies 2015 in einem Interview mit dieser Zeitschrift:

„Wir hatten uns frühzeitig für ein Uhrwerk entschieden, das wie ein schwarzer Formel-1-Motor aussehen sollte. Das Problem war jedoch, ob es überhaupt für Luxusuhren geeignete Kohlefaser gab. Normale Kohlefaser enthält etwa 20 % Harz. Bei einem zu hohen Harzanteil besteht die Sorge, dass sie durch UV-Strahlung zersetzt wird. Außerdem mussten wir die Verträglichkeit mit der Reinigungslösung für die Revisionen prüfen. Zwar lässt sich eine Grundplatte aus Kohlefaser mit 20 % Harzanteil herstellen, doch ist dies bei Luxusuhren unüblich. Wir suchten rund fünf Jahre nach dem richtigen Material und stießen schließlich auf eine Kohlefaser mit nur 2 % Harzanteil, die damals in den USA produziert wurde.“

　Richard Mille arbeitete anschließend mit dem Schweizer Unternehmen North Thin Ply Technology (NTPT) zusammen, um die Qualität von laminierten Kohlenstofffasern grundlegend zu verbessern. Den Anfang machte „NTPT® Carbon“ (heute Carbon TPT®), dessen theoretische Festigkeit durch das Stapeln unidirektionaler Kohlenstofffaserbänder, sogenannter UD-Bänder, um 45 Grad versetzt, deutlich erhöht wurde. Parallel dazu entwickelte das Unternehmen eine Technologie zum Laminieren von UD-Bändern aus anderen Materialien wie Quarzfasern und diversifizierte so erfolgreich das Erscheinungsbild von Kohlenstoffverbundwerkstoffen. Das als Bindemittel verwendete Harz stellte eine Herausforderung dar, doch NTPT entwickelte damals ein neues, UV-beständiges „weißes Harz“, das das Problem der Alterung löste. Richard Mille experimentiert zudem mit der Integration fortschrittlicher Materialien wie Kohlenstoffnanoröhren und Graphen, um die Kohlenstofffaser selbst weiter zu optimieren.

　Ein weiterer in der Uhrenindustrie häufig verwendeter kohlenstoffbasierter Verbundwerkstoff ist „geschmiedeter Kohlenstoff“. Dieses Verfahren zeichnet sich durch die Verwendung von Formen zur Herstellung des Gehäuserohlings aus. Fein geschnittene Kohlenstofffasern werden mit Harz getränkt, anschließend zufällig in einer Form angeordnet und unter hohem Druck gebrannt. Die zufällige Ausrichtung der Kohlenstofffasern führt zu hoher Festigkeit. Durch die Beimischung verschiedener Materialien lässt sich Gehäuse und Lünette strukturieren. Beispiele hierfür sind die Leuchtmasse Super-LumiNova, die von Zenith und Corum verwendet wird, das Mikrofaservlies, das Hublot zur Erhöhung der Gehäusefestigkeit einsetzt, und Corums 18-Karat-Goldpulver. Sowohl laminierter als auch geschmiedeter Kohlenstoff sind zudem extrem harte Materialien, deren Verarbeitung hochentwickelte Schneidtechniken erfordert.

　Abschließend möchte ich noch erwähnen, dass der Oris ProPilot Altimeter, obwohl ich die Uhr selbst noch nicht gesehen habe, einen faszinierenden neuen Trend darstellt. Das PEKK-Harz, ein hochmolekulares Polymer, wird mithilfe einer vom Schweizer Labor 9T entwickelten 3D-Drucktechnologie geschichtet, um eine Textur zu erzeugen, die an das sogenannte „Kohlefaserauge“ erinnert. Selbst die Uhrwerkshalterung ist in einem Stück geformt, was auf die hohe Präzision des 3D-Druckers schließen lässt. Mich interessiert, wie die Kohlefaser verwendet wird; vermutlich wird pulverförmige Kohlefaser dem PEKK-Material beigemischt. Der Vorteil von Kohlefaser als Strukturmaterial liegt in ihrer hohen Zugfestigkeit im Verhältnis zu ihrer Dichte, was jedoch nur in Faserform möglich wäre. Für ein Uhrengehäuse ist diese Festigkeit jedoch nicht notwendig; eine harte, leichte Oberfläche genügt. Dies deutet darauf hin, dass kohlenstoffbasierte Verbundwerkstoffe und 3D-Drucker hervorragend zusammenpassen, insbesondere in der Uhrenindustrie.