Girard-Perregaux Neo Constant Escapement: Wenn Präzision neu gedacht wird

Im Jahr 2008 stellte Girard-Perregaux die erste Konzeptuhr mit einer einzigartigen Siliziumfeder vor. Im Jahr 2013 stellte das Uhrenhaus dann seine erste Uhr in Kleinserie vor, die Constant Escapement L.M. Im Jahr 2023 überarbeitete Girard-Perregaux die Hemmung mit der Neo Constant Escapement. Die Grundfunktion blieb unverändert. Die Geometrie der Hemmungsräder wurde jedoch modifiziert, wodurch eine höhere Effizienz erreicht werden konnte.

Girard-Perregaux´s zwei neuen „Neo Constant Escapement“-Modelle in Roségold und Karbon-Silizium-Verbundwerkstoff ergänzen die bestehende Version aus Titan. Doch bevor wir uns die Uhren genauer ansehen, wollen wir erstmal im Detail auf die innovative Hemmung und ihre Vorzüge eingehen.

Vorbild Fahrkarte

Der entscheidende Geistesblitz kam dem Entwickler Nicolas Déhon bei einer Bahnfahrt Ende der 1990er Jahre. Der damals bei Rolex angestellte Konstrukteur spielte mit einer Fahrkarte in seiner Hand. Er drückte die Karte zusammen und sie spannte sich in einem Bogen. Mit der anderen Hand drückte er gegen den Bogen bis die Karte in die andere Richtung sprang. Egal ob er die Karte langsam und vorsichtig bewegte, oder einen kraftvollen Stoß gab, ab einem gewissen Punkt sprang sie offenbar immer mit der gleichen Kraft um. Könnte man mit so einer bistabilen Klinge nicht eine Hemmung mit konstanter Kraft entwickeln?

Es entstand ein erstes Patent bei Rolex, aber mit den bestehenden metallischen Materialien ließ sich keine funktionssichere Hemmung bauen. Die Idee wurde nicht weiterverfolgt. Aber was war eigentlich das Problem, das den Konstrukteur umtrieb?

Das Problem: Nachlassende Kraft

Bei der Genauigkeit einer Uhr gibt es mehrere Herausforderungen: Selbst wenn die Abweichung im Augenblick nahezu Null ist, können sich ändernde Bedingungen wie schwankende Temperaturen, andere Lagen, Erschütterungen oder Magnetfelder schnell dafür sorgen, dass die Präzision nachlässt.

Eine weitere dieser negativen Veränderungen ist das Drehmoment der Aufzugsfeder. Die Kraft der Aufzugsfeder ist bei Vollaufzug besonders hoch, je mehr die Feder sich im Laufe der Zeit entspannt, desto schwächer wird sie. Die Folge: am anderen Ende des Uhrwerks, bei der Unruh kommt weniger Kraft an. Der Impuls wird geringer, die Schwingungsweite der Unruh nimmt ab und die Ganggenauigkeit ist dahin.

Mit einigen Tricks wie bestimmten Endkurven der Unruhspirale lässt sich der Isochronismus, also die Unabhängigkeit der Genauigkeit von der Schwingungsweite, zwar verbessern, es bleibt aber grundsätzlich dabei: Der Gang ändert sich mit der Schwingungsweite der Unruh. Die Ganggenauigkeit nimmt also mit nachlassender Kraft der Aufzugsfeder ab.

Die Lösung: Gleichbleibende Kraft

In der Geschichte der Uhrmacherei gab es verschiedene Ansätze, um die Unruh mit gleichbleibender Kraft zu versorgen: Aufzug mit Kette und Schnecke, Nachspannwerk oder Malteserkreuz. Die unter Uhrmachern Constant Force genannten Systeme haben allerdings auch erhebliche Nachteile: Vor allem sind sie aufwendig zu fertigen, komplex und damit fehleranfällig, oder verkürzen die Gangreserve. Bis heute werden sie daher nur in Ausnahmefällen in Uhren realisiert.

Die Hemmung von Girard-Perregaux: Constant Escapement

Girard-Perregaux hat sich in seiner Geschichte schon früh und dauerhaft der Präzision gewidmet. Dazu gehört das Drei-Brücken-Tourbillon von Constant Girard aus dem Jahr 1867. 1966 gewann die Marke den Jahrhundertpreis des Neuenburger Observatoriums für ihr Schnellschwingerwerk mit 36.000 Halbschwingungen. 1970 baute die Marke die erste industriell gefertigte Quarzuhr. Und setzte mit der Schwingfrequenz von 32.768 Hz bis heute den Standard für Quarzwerke.

Das Problem der Abweichung durch Lagefehler behob das Tourbillon, der Einfluss der Erschütterungen konnte mit Schnellschwingerwerken reduziert werden, neue Materialien wie Silizium nahmen den Temperaturschwankungen und Magnetfeldern den Schrecken. Nur für den negativen Effekt der nachlassenden Federspannung auf die Ganggenauigkeit gab es keine gute technische Lösung.

Als Nicolas Déhon Jahre später bei Girard-Perregaux arbeitete und die ersten Uhrwerkteile und Spiralfedern aus Silizium in die Uhren fanden, nahm der Entwickler daher seine Arbeit wieder auf und verfolgte seine ursprüngliche Idee weiter. Allerdings musste er echte Pionierarbeit leisten und die komplexe Constant Escapement Hemmung von Grund auf konstruieren. Für die Form der Hemmungsfeder aus Silizium gab es kein historisches Vorbild oder Erfahrungen.

2008 war es soweit und Girard-Perregaux zeigte die erste Konzeptuhr mit dem einzigartigen Siliziumfederblatt. Die Idee ließ sich tatsächlich verwirklichen und eine Hemmung mit konstanter Kraft realisieren. Aber es gab noch einige technische Herausforderungen zu lösen, damit die Konstruktion auch im Alltag unter allen Bedingungen perfekt funktionierte.

2013 stellte Girard-Perregaux die erste Kleinserie vor, die Constant Escapement L.M. Die Initialen standen für den kurz zuvor verstorbenen Firmenchef Luigi Macaluso, der das Projekt immer unterstützt hatte. Die untere Hälfte der Vorderseite nahm die Siliziumhemmungsfeder ein, deren Form an einen Schmetterling erinnert. In der oberen Hälfte zeigte ein dezentrales Zifferblatt Stunden und Minuten an, während der Sekundenzeiger im Zentrum positioniert war. Eine lineare Gangreserveanzeige gab an, wieviel der maximal sechs Tage Gangautonomie noch verfügbar war. Die Brücken für die Unruh und die Hemmräder waren im Stil des berühmten Drei-Brücken-Tourbillons von Girard-Perregaux ausgeführt. Das Modell besaß ein 48 Millimeter großes Gehäuse aus Weißgold.

Die innovative Uhr wurde von der Fachwelt gefeiert und gewann beim prestigeträchtigen Grand Prix d’Horlogerie de Genève den Aiguille d’Or, die höchste Auszeichnung. 2023 hat Girard-Perregaux die Hemmung mit der Neo Constant Escapement überarbeitet. Grundsätzlich blieb die Funktionsweise gleich. Die Hemmungsräder wurden in der Geometrie aber modifiziert, wodurch ein höherer Wirkungsgrad erreicht werden konnte. Außerdem war das neue Modell mit 45 Millimetern Durchmesser deutlich alltagstauglicher als der 48 Millimeter große Vorgänger.

So funktioniert die Neo Constant Escapement

Unruh und Spiralfeder sind bei diesem Werk relativ konventionell gestaltet. Die Hemmung hingegen fällt deutlich komplexer aus als die übliche Schweizer Ankerhemmung. Grundsätzlich erfüllt sie die gleichen Aufgaben: Sie bremst das Räderwerk und gibt es in gleichmäßigen Zeitabschnitten frei. Außerdem überträgt sie einen Impuls auf die Unruh, damit diese weiterschwingt.

Der entscheidende Unterschied liegt in der Art der Impulsübertragung. Bei einer herkömmlichen Ankerhemmung wirkt die aktuelle Federkraft direkt auf das Ankerrad und von dort über den Anker auf die Unruh. Ist die Feder voll gespannt, kommt ein starker Impuls an. Ist sie fast abgelaufen, ein schwacher.

Bei der Constant Escapement ist ein Zwischenspeicher eingebaut: das Siliziumfederblatt. Eines der beiden Hemmungsräder drückt das Federblatt über den Hemmhebel langsam zusammen. Dabei ist es egal, ob die Aufzugsfeder viel oder wenig Kraft liefert. Sobald ein bestimmter Punkt erreicht ist, springt das Federblatt schlagartig in die Gegenrichtung um, genau wie Déhons Fahrkarte. Diese Sprungbewegung erfolgt immer mit der gleichen Kraft.

Der Impuls wird über den Hemmhebel an die Unruh weitergegeben. Schwingt die Unruh zurück, löst sie über einen kleinen Anker den Hemmhebel. Die Hemmungsräder drehen sich um ein Drittel weiter und drücken nun die andere Seite des Federblatts zusammen, bis es erneut umspringt und einen Impuls in die entgegengesetzte Richtung abgibt. Das Prinzip ist im Grunde simpel: Eine Blattfeder, die immer mit der gleichen Kraft umspringt, egal wie stark man drückt. Die technische Umsetzung in einem Uhrwerk erforderte allerdings jahrzehntelange Entwicklung und neuartige Materialien wie Silizium.

Das Ergebnis: Die Schwingungsweite der Unruh bleibt über die gesamte Gangreserve konstant. Der Gang ändert sich nicht mehr mit dem Zustand der Aufzugsfeder. Diese Hemmung ist eine historische Leistung, denn das System ist die bislang beste Lösung für eine konstante Kraft. Möglich wurde das alles erst durch neuartige Materialien wie Silizium und extrem präzise Herstellungsverfahren.

So entsteht das Siliziumfederblatt

Die Herstellung des Siliziumfederblatts, dem Herzstück der neuen Hemmung, erfolgt unter Laborbedingungen im Reinraum bei Sigatec, dem größten Hersteller von Siliziumkomponenten für die Uhrenindustrie in Sion.

Es beginnt damit, dass ein großer Siliziumkristall in hauchdünne Scheiben zersägt wird. Diese sogenannten Wafer bilden die Grundlage für den weiteren Prozess. Mittels Fotolithografie werden anschließend geometrische Formen auf die Wafer übertragen. Der Siliziumwafer ist über eine Oxidationsschicht mit einem Siliziumträger verbunden. Diese Schicht dient später als Referenz, um beim Ätzen die exakte Tiefengrenze zu bestimmen. Im nächsten Schritt wird ein flüssiges Polymer auf die Oberfläche aufgetragen, während der Wafer mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Die dabei entstehende Zentrifugalkraft verdrängt überschüssige Flüssigkeit und hinterlässt eine glatte, dünne und gleichmäßige Schicht aus Fotolack.

Nun kommt eine Maske zum Einsatz, die der Form der Hemmungsfeder entspricht und wie eine Schablone auf dem Wafer positioniert wird. Intensive UV-Bestrahlung löst eine chemische Reaktion aus, bevor eine spezielle Lösung sämtliche Rückstände des Fotolacks entfernt. Nach dieser Reinigung zeichnen sich auf der Oberfläche des Wafers die Konturen mehrerer Hemmungsfedern ab. Diese werden durch reaktives Ionentiefenätzen (DRIE) aus dem Wafer herausgelöst. Das Verfahren funktioniert wie ein umgekehrter 3D-Druck: Silizium wird Mikroschicht für Mikroschicht abgetragen, bis die Oxidationsschicht erreicht ist.

Im Anschluss werden der Siliziumträger und die Oxidationsschicht durch einen als „Strippen“ bezeichneten Prozess entfernt. Eine thermische Behandlung erzeugt dann eine neue Oxidationsschicht auf den Siliziumkomponenten. Dies erhöht die mechanische Widerstandsfähigkeit des Bauteils und verleiht ihm eine charakteristische Färbung zwischen Blau und Violett. Zum Schluss wird jede einzelne Hemmungsfeder mit dem zentralen Federblatt vorsichtig von Hand aus dem Wafer gelöst.

Der Aufwand für dieses Verfahren ist erheblich: Während bei herkömmlichen Spiralfedern 500 Stück auf einem einzigen Wafer Platz finden, lassen sich bei der Constant Escapement lediglich 30 Hemmungsfedern pro Wafer fertigen. Das schlägt sich entsprechend in den Produktionskosten nieder. Das fertige Bauteil ist 120 Mikrometer dick und die Hemmungsfeder misst nur 14 Mikrometer in der Breite. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist mit 50 bis 90 Mikrometern bis zu sechsmal dicker.

Neue Neo Constant Escapement Modelle

Die Schweizer Manufaktur präsentiert eine Version in Roségold sowie eine auf zwei Exemplare limitierte Variante mit einem Gehäuse aus Karbon und Silizium. Die neuen Modelle basieren auf der 2023 vorgestellten Neo Constant Escapement mit der überarbeiteten Hemmung.

Die Version in 18 Karat Roségold wird Teil der regulären Kollektion. Das 45 Millimeter große Gehäuse zeigt unter den roségoldenen Neo-Brücken die schwingende Unruh und das purpurfarbene Siliziumfederblatt. Die skelettierten Stunden- und Minutenzeiger tragen eine lumineszierende Beschichtung für bessere Ablesbarkeit im Dunkeln. Das Kautschukband mit Textileffekt schließt mit einer Dreifach-Faltschließe aus Roségold. Die zweite Variante ist auf zwei nummerierte Stücke limitiert. Das Gehäuse besteht aus einem Verbundwerkstoff aus Karbon, Siliziumkarbid und Silizium. Dieses Material ist extrem hart, dabei aber nur halb so schwer wie Titan. Da es schwer zu bearbeiten ist, kommt es selten in der Uhrenbranche zum Einsatz.

Für diese Version wurde der Gehäusedurchmesser auf 45,35 Millimeter leicht vergrößert. Die Oberfläche zeigt dezente Schwarz- und Grautöne mit feinen Sprenkeln, die mit dem Licht spielen. Ein bemerkenswertes Detail: Das Siliziumfederblatt schimmert hier grün statt purpurfarben, ein zufälliges Ergebnis des Herstellungsprozesses. Die Krone aus schwarz DLC-beschichtetem Titan und eine Gravur mit der Nummerierung auf der Rückseite unterscheiden dieses Modell zusätzlich.

Beide Modelle nutzen das COSC-zertifizierte Handaufzugskaliber GP09200. Das Werk besteht aus 266 Einzelteilen und 29 Lagersteinen. Im Gegensatz zur ersten Constant Escapement L.M. von 2013 konnte die Teilezahl um 16 reduziert werden. Für die Innovationen des Kalibers beantragte Girard-Perregaux 15 Patente. Das Werk arbeitet mit 21.600 Halbschwingungen pro Stunde und liefert dank Doppelfederhaus mindestens sieben Tage Gangreserve. Eine lineare Anzeige informiert über den verbleibenden Energievorrat.

Durch den Saphirglasboden kann man auch die symmetrische Rückseite des Werks betrachten. Die charakteristischen Neo-Brücken sind bei der Roségold-Version in warmem Goldton gehalten, bei der Karbon-Silizium-Variante in dunklem Anthrazit.

Die Roségoldversion der revolutionären Uhr kostet 140.000,00€. Den Preis der auf zwei Exemplare limitierten Karbon-Silizium-Variante nennt Girard-Perregaux allerdings nur auf Anfrage.

girard-perregaux.com