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Der Frust lauert überall


Manchmal kann es vorkommen, dass selbst der beste Fachmann mit seinem Latein am Ende ist und entnervt das Handtuch wirft. Besonders ärgerlich ist dies für einen Uhrenrestaurator immer dann, wenn es sich um schöne und seltene Exemplare der Uhrmacherkunst handelt. Und nicht selten steckt bereits eine Menge wertvoller Zeit und intensiver Arbeit in einem solchen Stück, bevor sich herausstellt, dass man die Rechnung ohne den Wirt, oder besser gesagt, die Folgen der Zeit gemacht hat. So etwas tut doppelt weh. Wer hat das noch nicht erlebt?

Am schlimmsten wirken sich bei Uhren Schäden durch Verschleiß, Materialermüdung und Korrosion aus. Sie sind die Ursache für fast 100% aller ernsthaften Schäden an alten Uhrwerken und deren Bauteilen. Verursacht werden sie in den meisten Fällen durch mangelnde Wartung. Die Folge sind Schäden an Lagern, Zapfen, Verzahnungen, Ankern u.dgl.

Wenngleich in vielen Fällen erfolgreich getrickst werden kann und der Verschleiß erfindungsreich überlistet wird, ist die Kunst des ausführenden Uhrmachers da unweigerlich am Ende, wo es kein Material mehr gibt. Ist z.B. ein Zahnkranz schon mehrfach versetzt worden um auf unverschlissene Bereiche eines Triebes auszuweichen, oder gar irgendwann schon einmal umgedreht worden um die noch intakte Rückseite zu nutzen, so kommt doch unweigerlich einmal der Moment, an dem das Werk nicht mehr will. Und da die sagenumwobene "Ran-Feile" bereits in grauer Vorzeit verschollen ist, bleibt nur die Hoffnung auf ein passendes Bauteil. Aber das ist dann meist so, wie die Suche nach der berühmten Nadel im Heuhaufen.

Im Folgenden möchte ich einen Ausweg vorstellen, der zerschundene Bauteile wieder genesen lässt:


Das Laser-Auftragsschweißen

 

Hierbei handelt es sich um ein Schweißverfahren, bei welchem die erforderliche Energie in Form von unsichtbarem Infrarotlicht eingebracht wird. Die erzielbare Energiedichte ist sehr groß, so dass die Zeitdauer, die zum Erhitzen und Aufschmelzen des Materials benötigt wird, sehr kurz gehalten werden kann. In aller Regel sind die einzelnen Energieimpulse, nur wenige Millisekunden lang. Da die zu schweißenden Teile nicht im Ganzen erwärmt werden müssen, weil die Ableitung der eingebrachten Wärmeenergie von der Heizstelle sehr viel langsamer als deren Zufuhr erfolgt, führt dies zu einem Wärmestau, der das Aufschmelzen des zu schweißenden Materials an der Heizstelle bewirkt.

Wie wir wissen, handelt es sich bei dieser Energieform um Licht. Langwelliges Licht tritt als Wärmestrahlung, als so genanntes infrarotes Licht auf. Dieses kann durch Linsensysteme oder Spiegel, abgelenkt und gebündelt werden. Bei Nd-YAG- Lasern, lässt sich die Energie sogar durch Glasfaserkabel leiten, was bei der Anwendung von großem Vorteil sein kann. Ein Laserkopf kann beispielsweise beliebig bewegt werden, wenn er an einem Glasfaserkabel hängt. Die Fokussierbarkeit des Laserlichtes durch entsprechende Linsensysteme, ist außerordentlich gut. So sind Schweißnähte von einem Zehntel mm überhaupt kein Problem. Selbstverständlich können Laserschweißungen auch unter Sauerstoffabschluss (Schutzgas etc) vorgenommen werden, so dass störende Oxidationen vermieden werden können. Die ist vor allem im Stahlbereich, aber auch bei vielen anderen Metallen von grundlegender Bedeutung

Die Handhabung

 

Zuerst werden die schadhaften Teile gereinigt und so weit möglich von Oxiden befreit. Danach muss festgestellt werden um welchen Stahltyp es sich handelt, denn dies ist für die Auswahl der Zusatzmaterialien von größter Wichtigkeit. Weiterhin sind die Abmessungen des Zusatzmaterials wichtig. So kann für eine Schweißnaht von 0,2 mm kein Zusatzmaterial von 0,5 mm genommen werden. Aus diesem Grund muss eine Vielzahl verschiedenster Materialien und feinster Drähte bereit gehalten werden. Wir verwenden Schweißdrähte von 0,1 mm bis etwa 0,6 mm. Mitunter sind aber selbst Drähte von 0,1 mm noch viel zu dick. In diese Fällen muss das Material, entsprechend der Aufgabenstellung, speziell aufbereitet und zugerichtet werden.

Sind alle erforderlichen Vorbereitungen getroffen, kann mit dem eigentlichen Schweißen begonnen werden. Dabei ist unter allen Umständen darauf zu achten, dass das verwendete Schutzgas den zu bearbeitenden Bereich vollkommen, also auch von der Rückseite(!) abdeckt und der vorhandene athmosphärische Sauerstoff sicher verdrängt wird. Dies muss unbedingt durch einige Probeimpulse auf sauerstoffempfindliches Material getestet und eingestellt werden. Da derartig feine Schweißarbeiten notwendigerweise unter einem Mikroskop vorgenommen werden, muss die Optik den Augen des jeweiligen Nutzers angepasst, also Augenabstand und Sehschärfe richtig eingestellt werden.


Am Beispiel eines verschlissenen Triebes, soll hier der Ablauf verdeutlicht werden:

 

Zuerst werden die schadhaften Teile gereinigt und so weit möglich von Oxiden befreit. Danach muss festgestellt werden um welchen Stahltyp es sich handelt, denn dies ist für die Auswahl der Zusatzmaterialien von größter Wichtigkeit. Weiterhin sind die Abmessungen des Zusatzmaterials wichtig. So kann für eine Schweißnaht von 0,2 mm kein Zusatzmaterial von 0,5 mm genommen werden. Aus diesem Grund muss eine Vielzahl verschiedenster Materialien und feinster Drähte bereit gehalten werden. Wir verwenden Schweißdrähte von 0,1 mm bis etwa 0,6 mm. Mitunter sind aber selbst Drähte von 0,1 mm noch viel zu dick. In diese Fällen muss das Material, entsprechend der Aufgabenstellung, speziell aufbereitet und zugerichtet werden.

Sind alle erforderlichen Vorbereitungen getroffen, kann mit dem eigentlichen Schweißen begonnen werden. Dabei ist unter allen Umständen darauf zu achten, dass das verwendete Schutzgas den zu bearbeitenden Bereich vollkommen, also auch von der Rückseite(!) abdeckt und der vorhandene athmosphärische Sauerstoff sicher verdrängt wird. Dies muss unbedingt durch einige Probeimpulse auf sauerstoffempfindliches Material getestet und eingestellt werden. Da derartig feine Schweißarbeiten notwendigerweise unter einem Mikroskop vorgenommen werden, muss die Optik den Augen des jeweiligen Nutzers angepasst, also Augenabstand und Sehschärfe richtig eingestellt werden.


Am Beispiel eines verschlissenen Triebes, soll hier der Ablauf verdeutlicht werden:

Das beschädigte Teil wird vor dem Laserobjektiv positioniert. Dies kann entweder durch Ablegen auf einer geeigneten Unterlage, in einer Spannvorrichtung, oder auch einfach in der Hand erfolgen. Dadurch, dass sowohl der Laserstrahl, als auch das Arbeitsmikroskop, ein-und das gleiche Objektiv benutzen, ist der Laser automatisch auf der richtigen Arbeitsposition, wenn das zu bearbeitende Objekt im Mikroskop scharf erkennbar ist. Der richtige Zielpunkt wird mit einem Fadenkreuz ermittelt, ganz ähnlich, wie es bei vielen Schusswaffen der Fall ist. Ist der richtige Punkt gefunden, kann mit einem Fußpedal zunächst das Schutzgas eingeschaltet und danach der Impuls ausgelöst werden.

Sind Energiedichte und Belichtungsdauer richtig gewählt, erscheint auf dem zu bearbeitenden Stück, in der Mitte des aufprojezierten Fadenkreuzes, ein kreisrunder Punkt aus aufgeschmolzenem und sofort wieder erstarrtem Material. Mit den Laserimpulsen wird nun, Schuss für Schuss, das aufzubringende Zusatzmaterial auf die verschlissene Stelle aufgeschmolzen. Dabei ist unbedingt darauf zu achten, dass das Bauteil nicht zu heiß wird. Nach einigen Impulsen muss bei Teilen mit geringem Querschnitt, unbedingt eine Abkühlpause eingelegt werden, damit die Härtung nicht verloren geht. Auch werden so Materialspannungen vermieden.

Wie eine derartig bearbeitete Stelle aussieht, sieht man auf dem obigen Foto. Im Folgenden, ein fertiger, vormals vollkommen durch Verschleiß zerstörten Ankerrad-Trieb. Darunter, ein teilweise wieder hergesteller Trieb, bei dem zu Demonstrationszwecken zwei seiner Zähne im Originalzustand belassen wurden.

In der nächsten Folge werde ich die Anwendung des Schweiß-Lasers im Kleinuhrenbereich ansprechen. Weiterhin werde ich seine Verwendung bei der Schmuckreparatur besprechen.