Schmierstoffe in Uhren

Ein ganzes Uhrwerk kommt mit zwei bis vier Mikrolitern Schmierstoff aus, das ist kaum ein Zehntel eines Wassertropfens. Diese winzige Menge muss über Jahre an Dutzenden Stellen genau dort bleiben, wo Metall auf Rubin oder auf Metall reibt.

Früher scheiterte das vor allem an der Alterung: Das Öl verharzte und bildete mit dem Abrieb eine Schleifpaste. Heutige Öle halten chemisch ein Vielfaches länger, ihr Problem ist das Wegkriechen. Ein abgewanderter Tropfen hinterlässt ein trockenes Lager, während das Werk ringsum noch ölig glänzt. Kurz gesagt: früher Alterung, heute Wegkriechen.

Welche Last trägt eine Schmierstelle, wie schnell bewegt sie sich, bleibt das Öl dort und wie lange hält es? Die Bezeichnung auf dem Ölfläschchen allein beantwortet diese Fragen nicht. Die folgenden Abschnitte erklären die Zusammenhänge ohne physikalische Vorkenntnisse.

Direkt zur Schmierstofftabelle, zur Physik der Schmierung mit Formeln, Rechenbeispielen und Fragen für den Meisterkurs oder zu den Alternativen für Rolex-Schmierstoffe.

Was in der Schmierstelle passiert

Ein Zapfen ist das dünne, zylindrische Ende einer Radwelle, in einer Armbanduhr oft nur 0,1 mm stark. Er läuft in der Bohrung eines Lochsteins aus synthetischem Rubin. Auf der Außenseite hat der Stein eine Ölsenkung, eine flache Mulde, die als Ölvorrat dient. Das Öl setzt man mit dem Ölgeber, einem feinen, am Ende abgeflachten Draht, an dem ein winziger Tropfen haftet. Je nach Schmierstelle ist bei Armbanduhren das Ende ca. 0,14 bis 0,7 mm breit. Berührt der Tropfen die Senkung, geht er über, und die Kapillarwirkung zieht das Öl in den Spalt zwischen Zapfen und Stein.

Öl ist flüssig und erreicht dadurch auch den engsten Spalt. Fett ist dagegen Öl in einem Schwamm: Ein Verdicker, meist eine Metallseife, hält das Grundöl fest und gibt es an der Reibstelle nach und nach ab. Fett bleibt deshalb auch dort, wo Öl wegfließen würde.

Als Faustregel kann man sich merken: Zapfen, die sich drehen, bekommen Öl. Flächen, die gleiten, rasten oder hoch belastet sind, bekommen Fett, zum Beispiel Aufzugwelle, Kupplungstrieb, Wippe und Zeigerwerk.

Eine Sonderstellung haben thixotrope Fette. Sie sind in Ruhe fest, werden bei Bewegung flüssig und erstarren danach wieder. Das Hemmungsfett 9415 nutzt das: Auf der Hebefläche der Ankerpalette schmiert es wie ein Öl, daneben bleibt es stehen und kann nicht spreiten.

Fast jeder Schmierstoff enthält Additive. Sie schützen vor Oxidation, Korrosion und Verschleiß. Festschmierstoffe wie Molybdändisulfid (MoS₂), Graphit oder Bornitrid tragen dort, wo der Ölfilm reißt. Moebius setzt MoS₂ zum Beispiel im Fett 8201 ein, Graphit in 8207 und Bornitrid in 9504. Die Microgliss-Öle der Reihe D enthalten ein Hochdruckadditiv auf Molybdänbasis.

Viskosität: Wie zäh ist das Öl?

Wasser fließt leicht, Honig zäh. Diesen inneren Widerstand einer Flüssigkeit nennt man Viskosität. Dreht sich ein Zapfen im Lager, müssen die Ölschichten aneinander vorbeigleiten, und das kostet Kraft.

Als Faustregel gilt: Je zäher ein Öl, desto druckfester ist es und desto mehr bremst es selbst. Die schnellen, leicht belasteten Teile bekommen deshalb dünnes Öl, allen voran Unruh, Anker und Ankerrad, die meist mit 9010 geschmiert werden. Das Räderwerk mit seinem höheren Zapfendruck bekommt Hochdrucköle wie HP 1000 oder HP 1300, die sieben- bis achtmal so zäh sind.

Die dynamische Viskosität η beschreibt den Scherwiderstand direkt. Teilt man sie durch die Dichte ρ, erhält man die kinematische Viskosität ν, die bei Uhrenölen häufig in cSt (sprich „Centi-Stokes“) angegeben wird. 1 cSt entspricht 1 mm²/s, der Viskosität von Wasser bei 20 °C. Das Uhrenöl 9010 mit 150 cSt ist also rund 150-mal so zäh wie Wasser.

Öl wird bei Wärme dünner und bei Kälte zäher. Viskositätsangaben gelten deshalb für eine bestimmte Temperatur, bei Uhrenölen für 20 °C. Für Uhren, die große Kälte aushalten müssen, gibt es besonders dünne Öle: 9030 mit 60 cSt bis −40 °C und 9040 mit 24 cSt bis −52 °C. Dünnes Öl kriecht schneller, deshalb gehören diese Öle auf epilamisierte Teile.

Benetzung und Spreitung: Warum Öl breitläuft

Die Moleküle eines Öls ziehen sich gegenseitig an, das nennt man Kohäsion. Zugleich zieht die Oberfläche des Bauteils an den Ölmolekülen, das ist die Adhäsion. Überwiegt die Kohäsion, bleibt ein Tropfen stehen. Überwiegt die Adhäsion, läuft das Öl breit, bis nur noch ein hauchdünner Film übrig ist. Dieses Breitlaufen nennt man Spreiten oder Spreitung.

Messen lässt sich das über die Oberflächenspannung der Flüssigkeit und die Oberflächenenergie des Festkörpers, beide in Millinewton pro Meter (mN/m). Wasser hat 72 mN/m, Polyglykolöle etwa 38, Mineralöl 30 und Silikonöl 21 mN/m. Sauberer Stahl, Messing und Rubin liegen deutlich höher als jedes Öl.

Merksatz: Öl spreitet auf jeder Fläche, deren Oberflächenenergie höher ist als seine eigene Oberflächenspannung.

Genau hier setzt die Epilamisierung an. Das Epilam überzieht das Bauteil mit einer nur wenige Nanometer dünnen Schicht von rund 20 mN/m. Ein Uhrenöl mit rund 30 mN/m kann darauf nicht mehr spreiten und bleibt als Tropfen stehen. Das Öl selbst bleibt dabei unverändert.

Wie stark ein Tropfen benetzt, zeigt der Kontaktwinkel zwischen Oberfläche und Tropfenrand. Auf sauberem Stahl liegt er bei Uhrenöl nahe 0°, das Öl spreitet. Auf einer guten Epilamschicht steht der Tropfen mit 55° bis 70°.

Auch die Oberfläche selbst spielt mit. Riefen und Rauheit wirken auf einer benetzbaren Fläche wie winzige Kanäle, in denen das Öl davonkriecht. Eine gut polierte Fläche hält das Öl besser.

Ein Film aus altem Öl, Fingerfett oder Reinigungsrückständen bildet eine Brücke, über die frisches Öl davonkriecht, auch über Epilam hinweg. Darum beginnt jede gute Schmierung mit einer gründlichen Reinigung.

Kapillarität: Wie Öl in Spalten wandert

In einem engen Spalt zieht die Oberflächenspannung eine benetzende Flüssigkeit nach oben, gegen die Schwerkraft. Das kennen wir vom Zuckerwürfel im Kaffee. Diese Wirkung heißt Kapillarität, und sie ist umso stärker, je enger der Spalt ist. In einem Spalt von 0,02 mm könnte Uhrenöl rechnerisch über 30 cm hoch steigen.

In der Uhr ist diese Kraft stärker als die Schwerkraft. Ein Öltropfen von 0,5 mm wird von den Oberflächenkräften rund 15-mal stärker gezogen als von seinem Gewicht. Er läuft deshalb nicht einfach nach unten, sondern dorthin, wo der Spalt enger und die Oberfläche benetzbarer ist.

Die Kapillarität hält das Öl im Lager, denn der Spalt zwischen Zapfen und Stein saugt den Tropfen an. Dieselbe Kraft zieht das Öl aber auch in jeden anderen engen Spalt: zwischen Zapfenansatz und Stein, zwischen zwei aufeinanderliegende Teile oder entlang einer Faser. Konstrukteure nutzen das gezielt. Ein Spalt, der sich zur Schmierstelle hin verengt, führt das Öl dorthin. Eine scharfe, nach außen springende Kante wirkt als Ölbarriere, über die der Tropfen nicht hinwegläuft. Die Ölsenkung dient als Vorrat.

Für die Werkstatt folgen daraus zwei Regeln. Nicht überfüllen: Ein zu großer Tropfen erreicht die nächste Kante oder den nächsten Spalt und läuft ab. Und keine Fasern: Ein einziges Fädchen wirkt wie ein Docht und saugt die Schmierstelle leer. Dies ist auch der Grund, wieso selbst die beste Schmierung einer Armbanduhr irgendwann versagt: Durch Abrieb der ungeschmierten Verzahnung, Partikel von Dichtungen oder eindringenden Schmutz bildet sich irgendwann eine dünne Staubschicht überall auf dem Uhrwerk, die eine Brücke für die Schmierstoffe bildet.

Die Viskosität bestimmt dabei nur das Tempo. Ein dünnes Öl kriecht schneller, ein zähes langsamer. 9010 dringt in derselben Zeit fast dreimal so weit in einen Spalt vor wie HP 1300. Gegen das Wegkriechen hilft deshalb kein zäheres Öl, sondern nur eine Oberfläche, auf der es nicht spreitet.

Merksatz: Die Viskosität bestimmt das Tempo, auch dickflüssige (Hochviskose) Öle spreiten.

Reibung: Was der Schmierfilm leisten kann

Wie gut ein Schmierfilm die Flächen trennt, hängt von Geschwindigkeit, Last und Viskosität ab. Man unterscheidet drei Zustände:

• Grenzreibung: Die Flächen berühren sich an ihren Rauheitsspitzen. Es schützen nur eine dünne, am Metall haftende Molekülschicht und die Additive.
• Mischreibung: Der Ölfilm trägt einen Teil der Last, an einzelnen Stellen berühren sich die Flächen noch.
• Flüssigkeitsreibung: Ein tragender Ölfilm trennt die Flächen vollständig, gerieben wird nur noch im Öl.

Den Übergang kann man sich wie beim Wasserskifahren vorstellen. Steht das Boot, sinkt der Fahrer ein. Erst ab einer gewissen Geschwindigkeit baut sich unter den Skiern genug Druck auf, der ihn trägt. Ein Gleitlager schwimmt genauso erst ab einer Mindestgeschwindigkeit auf seinem Ölfilm auf. Die Stribeck-Kurve zeigt diesen Verlauf: Mit steigender Geschwindigkeit fällt die Reibung zunächst, erreicht beim Aufschwimmen ihr Minimum und steigt danach durch die Scherung des Öls wieder an.

Für das Aufschwimmen ist ein Uhrwerk viel zu langsam. Selbst die Unruhzapfen, die schnellsten Lager der Uhr, erreichen kaum 7 mm pro Sekunde und kehren achtmal in der Sekunde ihre Richtung um. Das Sekundenrad dreht sich einmal in der Minute. Uhrenlager arbeiten deshalb in Grenz- oder Mischreibung, und der Schmierstoff hat dort eine andere Aufgabe: Er senkt die Reibung und schützt vor Verschleiß und Korrosion.

Weil kein tragender Film entsteht, zählt die Festkörperreibung. Ihr Moment ist Reibkraft mal Hebelarm, und der Hebelarm ist der Zapfenradius. Darum sind Uhrzapfen so dünn: Ein Zapfen von 0,1 mm Durchmesser hat bei gleicher Last nur ein Zehntel des Reibmoments eines 1-mm-Zapfens.

Liegt die Uhr, steht die Unruh auf der leicht gewölbten Stirnfläche eines Zapfens, die auf dem Deckstein aufliegt. Die Berührfläche hat nur etwa 1 µm Radius statt der 50 µm des Zapfens. Die Reibung sinkt dadurch auf rund ein Sechzigstel, und die Uhr hat liegend mehr Amplitude als hängend.

Bei langsamen, flächigen Bewegungen droht Stick-Slip: Das Teil haftet, löst sich ruckartig und haftet wieder. Beim Zeigerstellen spürt man das als Rucken. Abhilfe schaffen Fette, bei denen Haft- und Gleitreibung nahe beieinanderliegen, und Fließfette mit definierter Fließgrenze.

Merksatz: Uhrenlager schwimmen nie auf. Der Schmierstoff trennt die Flächen nicht, er schützt sie.

Alterung: Wie Öl verbraucht wird

Öl altert vor allem durch Sauerstoff. Die Oxidation bildet Säuren und harzige Rückstände, das Öl wird dunkel, zäh und schließlich klebrig. Kupfer und Messing beschleunigen diese Reaktion als Katalysator, und die Säuren greifen das Metall an. Dabei entstehen Kupferseifen, die man als grünliche Verfärbung im alten Öl erkennt. Zusammen mit dem Abrieb wird daraus die gefürchtete Schleifpaste.

Wie schnell das geht, zeigt ein beschleunigter Alterungstest aus dem Schulskript von Tillwich: Eine dünne Ölschicht liegt bei 120 °C auf Messing und Stahl, bis sie unbrauchbar ist. Eine additivierte PAO-Probe war nach 32 Tagen zwar noch flüssig, ihre Viskosität aber um 250 % gestiegen. Auch Ausgasungen von Klebstoffen und Lacken beschleunigten die Alterung.

Für die Hochrechnung auf die Uhr nutzt man die Faustregel, dass eine chemische Reaktion je 10 °C Abkühlung nur noch halb so schnell läuft. Von 120 °C auf 30 °C am Handgelenk sind das neun Halbierungen, also der Faktor 512. Ein klassisches Uhrenöl, das im Ofen nach 5 Tagen ausfällt, hält damit etwa 7 Jahre. Heutige Instrumentenöle halten im Ofen 48 Tage und kommen rechnerisch auf 67 Jahre, vollsynthetische Uhrenöle mit 78 Tagen auf 109 Jahre.

Merksatz: Die chemische Alterung begrenzt das Revisionsintervall heute kaum noch. Begrenzt wird es durch Wegkriechen, Schmutz und Verschleiß.

Wer in einer trockenen Uhr nach dem Öl sucht, vermutet oft, es sei verdunstet. Uhrenöle verlieren aber selbst bei 100 °C über mehrere Tage weniger als 1 % ihres Gewichts. Das Öl ist nicht verdunstet, sondern abgewandert.

Natürlich, mineralisch, synthetisch: Wie Uhrenöle entstehen

Die ersten Uhrenöle waren natürliche Öle aus Pflanzen und Tieren. Besonders geschätzt war Klauenöl, das aus Rinderfüßen ausgekocht wird und auch bei Kälte flüssig bleibt. Auf dieser Grundlage gründete der Uhrmacher Hermann Moebius 1855 in Hannover seine Ölherstellung, aus der die heutige Firma Moebius hervorging. Chemisch sind pflanzliche und tierische Öle Triglyceride: drei Fettsäuren an einem Glycerinmolekül. Ihre Doppelbindungen sind Angriffspunkte für den Sauerstoff, deshalb verharzen sie schnell.

Mineralöle werden aus Erdöl destilliert. Für Uhrenöle wählt man eine passende Fraktion und reinigt sie aufwendig: Raffination und Hydrierung entfernen Schwefel, Aromaten und reaktive Doppelbindungen. Das Ergebnis bleibt ein Gemisch tausender verschiedener Kohlenwasserstoffe.

Synthetische Öle baut man dagegen aus kleinen Molekülen gezielt auf. Für Polyalphaolefine (PAO) verknüpft man das Gas Ethylen zunächst zu 1-Decen und dieses zu größeren Molekülen, die anschließend hydriert werden. Weil alle Moleküle aus demselben Baustein entstehen, lassen sich Viskosität und Kälteverhalten genau einstellen. Ester entstehen aus Alkoholen und Säuren. Sie sind polar und haften dadurch gut auf Metall; das Bremsfett 9500 von Moebius basiert zum Beispiel auf einem Polyolester. Die synthetischen Moebius-Öle wie 9010 sind nach Herstellerangabe aus Verbindungen mit Ether- und Alkoholgruppen aufgebaut.

Perfluorpolyether (PFPE) und Silikonöle sind chemisch nahezu unverwüstlich, schmieren Stahl aber schlecht. Silikonöl kriecht mit seinen 21 mN/m zudem über fast jede Oberfläche, sogar über Epilam. In der Uhr findet man Silikon deshalb in Dichtungsfetten, nicht im Lager.

Teilsynthetische Schmierstoffe mischen synthetische mit mineralischen oder natürlichen Grundölen, etwa die Tillwich-Produkte Sorte 1 bis 3 und B52. Die klassischen Moebius-Öle wie 8000 und die Microgliss-Reihe bestehen heute aus hochraffinierten Pflanzenölen, speziellen Mineralölen und Additiven.

Wie groß die Unterschiede der Grundöle sind, zeigt der Ofentest bei 120 °C:

Klauenöl, BSE und warum heute synthetisch

Bis in die 1990er-Jahre steckte in vielen klassischen Uhrenölen noch Klauenöl. Mit der BSE-Krise Ende der 1990er-Jahre verschwand es: Rohstoffe vom Rind wurden zum Risiko, und die Hersteller ersetzten den tierischen Anteil. Heute bestehen auch die klassischen Moebius-Öle aus Pflanzenöl, Mineralöl und Additiven.

Den nächsten Schritt ging die ETA. Ab Januar 2005 ersetzte sie an zahlreichen Schmierstellen das klassische Microgliss D5 durch das vollsynthetische HP 1300, wegen der besseren Alterungsbeständigkeit bei mindestens gleichwertigen Schmiereigenschaften. Quelle: ETA Specific Information 54.

Übrigens ist das synthetische Uhrenöl älter als sein Durchbruch: Moebius brachte bereits 1952 zusammen mit dem Schweizerischen Uhrenforschungsinstitut das synthetische Synt-A-Lube heraus. Unter diesem Namen läuft bis heute das 9010.

Warum also heute synthetisch? Die Ofentests sind eindeutig: Vollsynthetische Uhrenöle altern rund 15-mal langsamer als klassische. Zusammen mit dem Epilam, das sie an Ort und Stelle hält, bleibt eine Schmierstelle damit viele Jahre funktionsfähig.

Gängige Schmierstoffe im Überblick

Die Tabellen fassen die verbreiteten Uhrenöle und -fette zusammen. Viskositäten und Temperaturbereiche sind Herstellerangaben, Stand Oktober 2026.

Öle

Öl	cSt bei 20 °C	Temperatur in °C	Einsatz
Moebius 9010 (Synt-A-Lube)	150	−30 bis +70	Unruh, Anker, Ankerrad, schnelle Räder mit kleinem Moment
Moebius 9020	270	−25 bis +80	langsamere Räder mit höherer Last, Großuhren
Moebius 9030	60	−40 bis +60	Unruh bei Kälte, auf Epilam
Moebius 9040	24	−52 bis +120	extreme Kälte, auf Epilam
Moebius 941	105	−35 bis +70	Hebeflächen der Hemmung
Synt-HP 500 (9101)	500	−30 bis +100	Räderwerk mit mittlerem Moment
Synt-HP 750 (9102)	750	−35 bis +100	Räderwerk
Synt-HP 1000 (9103)	1000	−30 bis +100	Räderwerk und Automatik, bei Rolex im Räderwerk
Synt-HP 1300 (9104)	1250	−25 bis +100	Räderwerk mit hohem Moment, ETA-Ersatz für D5
Microgliss D-4	330	−15 bis +80	Messinglager
Microgliss D-5	1200	−5 bis +80	Räderwerk und Messinglager, mit Molybdänadditiv
Moebius 8000	95	−15 bis +80	klassisches Universalöl für mäßigen Druck
Moebius 8141	1250	−4 bis +100	zähes klassisches Öl, Zugfeder
Moebius 9000	100	−35 bis +65	Quarzwerke

Die Synt-HP-Öle gehören laut Moebius bevorzugt in Rubinlager, für Messinglager empfiehlt Moebius Microgliss D-4 oder D-5. Welche Viskosität im Räderwerk passt, richtet sich nach Moment und Gangreserve. Die Zahl im Namen der Synt-HP-Öle entspricht etwa ihrer Viskosität, HP 1300 hat laut Katalog 1250 cSt.

Fette

Bei Fetten gibt der Hersteller statt der Viskosität die Penetration an: Ein genormter Kegel sinkt bei 20 °C in das Fett ein, gemessen in Zehntelmillimetern. Je größer der Wert, desto weicher das Fett. Ein Federhaus hat spezielle Anforderungen: Schmierung von Feder und Federkern sowie gegebenenfalls eine definierte Bremswirkung an der Schleppfeder.

Fett	Penetration in 1/10 mm	Einsatz
Moebius 9415	405	thixotropes Hemmungsfett für Ankerpaletten und Ankerrad, Grundöl 110 cSt
Moebius 9501	400	leicht thixotrop; Zeigerstellung, Zeigerfriktion, Stahlteile mit hoher Reibung; Grundöl 176 cSt
Moebius 9504	330	formstabil unter hoher Pressung, mit Bornitrid; Zeigerfriktion, Hebel, Chronographenteile; Grundöl 305 cSt
Moebius 9500	185	Bremsfett auf Polyolester-Basis für die Federhauswand
Moebius 8217 (Glissalube 20)	330	weiches Bremsfett für alle Federhäuser
Moebius 8212 (Glissalube B)	185	Bremsfett für Federhauswände aus Aluminium
Moebius 8213	75	sehr festes Bremsfett für Federhauswände aus Messing
Moebius 8200	halbflüssig	thixotrop; Zugfeder, große Reibflächen; Grundöl 20 cSt
Moebius 8201	400	wie 8200, mit MoS2 druckfester
Moebius 8300	270	sehr fest; Aufzug, Federn, Drücker
Molykote DX	–	Mineralöl, Lithiumseife und weiße Festschmierstoffe; hoch belastete Kontakte Stahl auf Stahl
Tillwich B52	–	teilsynthetisches Präzisionsfett; Aufzug und Zeigerstellung
Moebius 8513 / 8516	180 / 200	Silikonfette für Dichtungen, nicht für Lager

Aus unserer Werkstatt: Für die Zeigerfriktion ist 9501 gemacht, das verbreitetere 9504 eignet sich genauso. 9501 ersetzt außerdem Jismaa 124 und Rolex MR 4 und ist dabei etwas druckstabiler. 8200 eignet sich pur für Zugfedern, nicht aber für die Federhauswand. Mit 30 % Molykote DX gemischt entsteht daraus ein druckstabileres Fett ähnlich MR 4. Im Lemania 5100 war früher 8200 vorgesehen; an diesen Stellen nimmt man heute HP 1300. DX selbst nimmt man für stark belastete Kontakte von Stahl auf Stahl.

Für Großuhren bietet Tillwich das vollsynthetische Öl Clock 859 mit 150 cSt und das Fließfett Clock 859-8 an.

Epilame wie Fixodrop, Episurf oder Antispread sind keine Schmierstoffe. Sie verändern die Oberfläche, damit der Schmierstoff an seinem Platz bleibt. Mehr dazu im Artikel Epilame.

Werkstattregeln

1. Zuerst: Zapfen, Lager, Spiel und Oberflächen müssen in Ordnung sein.
2. Gründlich reinigen: Altes Öl, Abrieb und Reinigungsrückstände entfernen, anschließend sauber trocknen.
3. Ölhaltung optimieren: Die passenden Bauteile mit einem geeigneten Epilam behandeln.
4. Passenden Schmierstoff dosieren: Schmierplan, Einbringmethode und Ölmenge beachten. Mehr Schmierstoff ist nicht automatisch eine längere Reserve.
5. Prüfung: Lage des Schmierstoffs und Verhalten in Funktion beobachten oder prüfen.
6. Sauber lagern und arbeiten: Fläschchen schließen, Öffnungsdatum notieren, Ölgeber und Ölnäpfchen vor Staub schützen. Einmal entnommenes Öl kommt nicht zurück in die Vorratsflasche.

Moebius empfiehlt saubere, trockene, lichtgeschützte Lagerung in der Originalverpackung bei möglichst 15–26 °C und nach dem Öffnen eine Aufbewahrung von höchstens zwölf Monaten. Andere Hersteller können eigene Vorgaben haben.

Physik der Schmierung

Dieser Teil vertieft die Zusammenhänge für Meisterschüler, Physiker und Ingenieure. Die Rechenbeispiele sind vereinfacht und nutzen typische Werte eines Armbanduhrwerks: Unruhzapfen mit 0,10 mm Durchmesser und 0,15 mm Länge, 5 µm radiales Lagerspiel, Unruh mit Spirale 0,5 g, 28 800 Halbschwingungen pro Stunde (4 Hz) und 300° Amplitude.

Viskosität und Scherung

τ ist die Schubspannung in Pa, η die dynamische Viskosität in Pa·s, du/dy das Geschwindigkeitsgefälle quer zur Strömung in 1/s, ν die kinematische Viskosität in m²/s und ρ die Dichte in kg/m³. Öle folgen diesem Gesetz von Newton; Fette fließen erst oberhalb ihrer Fließgrenze.

Beispiel: 9010 hat ν = 150 cSt. Mit ρ ≈ 900 kg/m³ folgt η = ρ · ν = 900 kg/m³ · 150 · 10⁻⁶ m²/s = 0,135 Pa·s.

Im Lagerspalt der Höhe h fällt die Geschwindigkeit von U an der Zapfenoberfläche auf null an der Steinwand. Die Schubspannung wirkt auf die Mantelfläche π · d · L des Zapfens, mit dem Hebelarm d/2. M_η ist das Moment, das die Scherung des Öls kostet.

Beispiel Unruhzapfen: Die größte Winkelgeschwindigkeit der Unruh beträgt ω = 2π · f · φ₀ = 2π · 4 Hz · 5,24 rad ≈ 132 rad/s. Am Zapfenumfang sind das U = ω · d/2 ≈ 6,6 mm/s. Mit h = 5 µm wird τ = 0,135 Pa·s · 6,6 · 10⁻³ m/s / (5 · 10⁻⁶ m) ≈ 178 Pa und M_η = 178 Pa · π · 0,10 mm · 0,15 mm · 0,05 mm ≈ 4,2 · 10⁻⁷ N·mm je Zapfen.

Die Festkörperreibung am hängenden Zapfen ist mit 1,5 · 10⁻⁵ N·mm rund 35-mal größer (siehe Reibung und Schmierfilm). Mit HP 1300 (1250 cSt) statt 9010 stiege der Scheranteil aber auf 3,5 · 10⁻⁶ N·mm, ein Viertel der Reibung. Liegend, wo die Festkörperreibung fast verschwindet, wäre er der größte Verlust. Darum bekommt die Unruh dünnes Öl.

Benetzung und Spreitung

Die Young-Gleichung beschreibt das Gleichgewicht der drei Grenzflächenspannungen an der Kontaktlinie des Tropfens (siehe Bild im Abschnitt Benetzung). γ_SV gehört zur Grenze Festkörper/Luft, γ_SL zu Festkörper/Öl und γ_LV zu Öl/Luft, jeweils in N/m = J/m². θ wird durch die Flüssigkeit gemessen.

Der Spreitungskoeffizient S vergleicht die trockene mit der benetzten Oberfläche. Bei S ≥ 0 ist die benetzte Fläche energetisch günstiger, und der Tropfen spreitet zum Film. Bei S < 0 bleibt ein Tropfen mit endlichem Kontaktwinkel stehen.

Zisman fand empirisch, dass jede Oberfläche eine kritische Oberflächenspannung γ_c hat. Flüssigkeiten mit γ_LV ≤ γ_c spreiten vollständig, darüber wächst der Kontaktwinkel nahezu linear. b ist eine Konstante von etwa 0,03 bis 0,04 m/mN. Das ist die Merkregel aus dem ersten Teil in exakter Form.

Beispiel: Uhrenöl mit γ_LV = 32 mN/m auf Epilam mit γ_c = 20 mN/m und b = 0,035 m/mN: cos θ ≈ 1 − 0,035 · 12 = 0,58, also θ ≈ 55°. Auf sauberem Stahl liegt γ_c über der Oberflächenspannung jedes Uhrenöls, das Öl spreitet.

Rauheit verstärkt das jeweilige Verhalten (Wenzel-Modell): Auf einer benetzbaren Fläche spreitet Öl auf der rauen Oberfläche noch stärker, zusätzlich wirken Riefen als Kapillaren.

Kapillarität

An einer gekrümmten Flüssigkeitsoberfläche springt der Druck um Δp (Young-Laplace). R₁ und R₂ sind die beiden Hauptkrümmungsradien der Oberfläche.

Im Rohr mit dem Radius r ist der Meniskus kugelförmig gekrümmt (R₁ = R₂ = r/cos θ), im ebenen Spalt der Weite s nur in einer Richtung (R₁ = s/(2 cos θ), R₂ → ∞). Ein Spalt der Weite s saugt deshalb so stark wie ein Rohr mit dem Radius s. g = 9,81 m/s² ist die Erdbeschleunigung.

Beispiel: Uhrenöl mit γ = 0,032 N/m, θ = 20° und ρ = 900 kg/m³ im Spalt s = 0,02 mm: h_Spalt = 2 · 0,032 · 0,94 / (900 · 9,81 · 2 · 10⁻⁵) m ≈ 0,34 m. In der Uhr fehlt dafür nur der Vorrat, die Kraft ist da.

Die Bond-Zahl vergleicht Schwerkraft und Oberflächenkräfte. L ist hier die typische Länge, etwa der Tropfendurchmesser. Für Bo ≪ 1 bestimmen die Oberflächenkräfte Form und Weg des Öls.

Beispiel: Tropfen mit L = 0,5 mm: Bo = 900 · 9,81 · (5 · 10⁻⁴)² / 0,032 ≈ 0,07. Die Oberflächenkräfte sind rund 15-mal stärker als das Gewicht, bei L = 0,1 mm rund 360-mal. Die Schwerkraft wirkt in der Uhr nur noch als schwacher, aber dauerhafter Zug in eine Richtung.

Die Lucas-Washburn-Gleichung beschreibt, wie weit eine Flüssigkeit nach der Zeit t in eine waagerechte Kapillare mit dem Radius r eingedrungen ist. Die Viskosität steht nur hier, nicht in der Steighöhe: Sie bestimmt das Tempo, nicht das Ziel. Vierfache Zeit ergibt die doppelte Strecke.

Beispiel: 9010 (150 cSt) gegen HP 1300 (1250 cSt) bei sonst gleichen Bedingungen: l₉₀₁₀ / l_{HP 1300} = √(1250/150) ≈ 2,9.

Reibung und Schmierfilm

μ ist die Reibungszahl, F_N die Normalkraft auf den Zapfen und r_Z der Zapfenradius. Das Reibmoment wächst linear mit dem Zapfenradius.

Beispiel hängend: Die Unruh mit Spirale wiegt 0,5 g, jeder der beiden Zapfen trägt also F_N = 2,45 mN. Mit μ = 0,12 für Stahl auf Rubin und r_Z = 0,05 mm wird M_R = 0,12 · 2,45 · 10⁻³ N · 0,05 mm ≈ 1,5 · 10⁻⁵ N·mm je Zapfen, zusammen 2,9 · 10⁻⁵ N·mm.

Liegend trägt die gewölbte Stirnfläche eines Zapfens das ganze Gewicht auf dem Deckstein. Die Berührfläche ist ein Kreis mit dem Radius a. Bei gleichmäßiger Pressung wirkt die Reibkraft im Mittel auf dem Hebelarm 2/3 · a.

Beispiel liegend: F_N = 4,9 mN. Für eine Stirnfläche mit 0,065 mm Wölbungsradius auf dem Rubin des Decksteins ergibt die Hertzsche Pressung a ≈ 1,2 µm. Damit wird M_R ≈ 2/3 · 0,12 · 4,9 · 10⁻³ N · 1,2 · 10⁻³ mm ≈ 4,7 · 10⁻⁷ N·mm. Das ist rund ein Sechzigstel des hängenden Werts und der Grund für die höhere Amplitude in den liegenden Lagen. Die Ölscherung beider Zapfen ist mit zusammen 8,4 · 10⁻⁷ N·mm liegend sogar größer als die Festkörperreibung. Zu zähes oder gealtertes Öl macht sich deshalb liegend am stärksten bemerkbar.

Die Sommerfeldzahl S₀ entscheidet, ob ein Gleitlager hydrodynamisch trägt. n ist die Drehzahl in 1/s, p̄ die mittlere Flächenpressung in Pa, r der Zapfenradius und c das radiale Lagerspiel. Ein hydrodynamisch tragendes Motorlager arbeitet bei S₀ um 0,1.

Beispiel: Der Unruhzapfen erreicht im Nulldurchgang n = ω/2π ≈ 21 s⁻¹. Mit F = 2,45 mN, d = 0,10 mm, L = 0,15 mm und 9010 folgt S₀ ≈ 1,7 · 10⁻³. Das Sekundenrad mit n = 1/60 s⁻¹, F = 20 mN, d = 0,12 mm, L = 0,15 mm und HP 1000 (η ≈ 0,9 Pa·s) kommt auf S₀ ≈ 2 · 10⁻⁶. Selbst die Unruh bleibt im schnellsten Augenblick rund 60-mal unter dem tragenden Bereich, das Räderwerk um fast fünf Zehnerpotenzen.

Alterung und Temperatur

Nach Arrhenius wächst die Geschwindigkeitskonstante k einer chemischen Reaktion exponentiell mit der Temperatur. T ist die absolute Temperatur in K, E_a die Aktivierungsenergie in J/mol, R = 8,314 J/(mol·K) die Gaskonstante und A ein Vorfaktor. Die Zeit bis zum Ausfall ist umgekehrt proportional zu k.

Die RGT-Regel (Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel) ist die Faustform davon: Je 10 K Erwärmung läuft eine Reaktion q-mal schneller, mit q zwischen 2 und 4. Das Schulskript rechnet vorsichtig mit q = 2.

Beispiel: Ofentest bei T₂ = 120 °C, Uhr bei T₁ = 30 °C: t₁/t₂ = 2⁹ = 512. Klassisches Öl: 5 Tage · 512 ≈ 7 Jahre. Instrumentenöl: 48 Tage · 512 ≈ 67 Jahre. Vollsynthetisches Uhrenöl: 78 Tage · 512 ≈ 109 Jahre. Bei 40 °C halbieren sich die Werte auf 3,5, 34 und 55 Jahre.

Fragen für den Meisterkurs

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1. Warum bekommt die Unruh 9010 und nicht das druckfestere HP 1300?

Die Unruhzapfen sind die schnellsten und am geringsten belasteten Lager der Uhr. Druckfestigkeit brauchen sie kaum, jede zusätzliche Viskosität kostet dagegen Amplitude. Mit HP 1300 stiege der Scheranteil auf mehr als das Achtfache, liegend wäre er der größte Verlust.

2. Eine Epilamschicht ist nach mehreren Reinigungen auf γ_c = 28 mN/m abgebaut. Welchen Kontaktwinkel bildet ein Öl mit 32 mN/m (b = 0,035 m/mN)?

cos θ ≈ 1 − 0,035 · (32 − 28) = 0,86, also θ ≈ 31°. Der Tropfen steht deutlich flacher und hält schlechter. Auf intaktem Epilam mit 20 mN/m sind es 55°.

3. Ein Kunde fragt, ob ein zäheres Öl länger hält, weil es nicht so schnell wegläuft. Was antworten wir?

Ein zäheres Öl kriecht langsamer, aber an denselben Ort. Wohin das Öl wandert, bestimmen Oberflächenspannung, Kontaktwinkel und Spaltgeometrie, nicht die Viskosität. Gegen das Wegkriechen hilft das Epilam. Ein zu zähes Öl kostet dagegen dauerhaft Amplitude.

4. Wie hoch steigt Uhrenöl (γ = 0,032 N/m, θ = 20°, ρ = 900 kg/m³) in einem Spalt von 0,05 mm?

h = 2 · 0,032 · 0,94 / (900 · 9,81 · 5 · 10⁻⁵) m ≈ 0,14 m, also rund 14 cm. Die Steighöhe ist umgekehrt proportional zur Spaltweite.

5. Ein Öl hält im Ofentest bei 120 °C 30 Tage. Welche Lebensdauer ergibt die RGT-Regel mit q = 2 bei 30 °C?

t = 30 Tage · 2⁹ = 15 360 Tage, also rund 42 Jahre.

6. Warum schwimmt ein Uhrenlager nie auf einem tragenden Ölfilm auf?

Die Sommerfeldzahl liegt selbst an der Unruh im Nulldurchgang bei 1,7 · 10⁻³, im Räderwerk bei 10⁻⁶ und darunter. Hydrodynamisch tragende Lager brauchen Werte um 0,1. Dazu kehrt die Unruh achtmal pro Sekunde ihre Richtung um. Uhrenlager laufen in Grenz- und Mischreibung, deshalb zählen Additive, Werkstoffpaarung und Oberflächengüte.

7. Warum zeigt eine Uhr liegend mehr Amplitude als hängend?

Hängend wirkt die Reibung am Zapfenumfang mit dem Hebelarm r_Z = 50 µm, liegend nur auf der winzigen Berührfläche der Zapfenstirn mit a ≈ 1 µm. Das Reibmoment sinkt dadurch auf rund ein Sechzigstel.

8. Nach der Revision ist der Tropfen aus einer Ölsenkung verschwunden. Welche Ursachen kommen infrage?

Fehlendes oder abgetragenes Epilam, Rückstände von Reinigungsmitteln oder altem Öl, ein überfüllter Tropfen, der die nächste Kante erreicht hat, eine Faser als Docht, ein enger Spalt zum Nachbarteil oder eine raue Oberfläche.

Anhang: Rolex-Schmierstoffe und freie Alternativen

Rolex gibt seine eigenen Schmierstoffe nicht frei ab. Die Tabelle nennt für jeden Rolex-Schmierstoff eine frei erhältliche Alternative. Die Einsatzstellen folgen dem Rolex-Schmierplan der Kaliber von 1530 bis 3135.

Rolex	Einsatz bei Rolex	Freie Alternative
9010	Unruh-Lagersteine der Stoßsicherung, Zapfen von Ankerwelle und Ankerrad	Moebius 9010, identisch
RL 2	Hemmungsfett für die Ankerpaletten, Ölmenge zwischen Minimum und Maximum	Moebius 9415
HP 1000	Räderwerkszapfen mit höherem Zapfendruck, Automatikbrücken, Rotorlager	Moebius Synt-HP 1000 (9103), identisch
TEPA	Federhauswand	Moebius 8217 (Glissalube 20)
MR 4	hochviskoses Fett für Federkern, Aufzugwelle, Kupplungstrieb, Winkelhebel, Wippe, Rasten, Zeigerwerk, Datumsmechanik, Kronrad, Minutenrohr und Zeigerfriktion	Moebius 9501, etwas druckstabiler; alternativ 8200 mit 30 % Molykote DX

Quellen

• Susanne Beyer-Faiß (Geschäftsführerin der Dr. Tillwich GmbH Werner Stehr): Schmierstoffe für die Uhrentechnik – Eigenschaften und Prüfung.
• Moebius: Produktkatalog, Öle, Fette und Firmengeschichte.
• Tillwich: Schmierstoffauswahl für Uhren, 13.09.2023 und Clock 859.
• ETA: Specific Information 54, Ersatz von D5 durch HP 1300.
• MOLYKOTE DX Paste, Datenblatt; Chevron Phillips: Herstellung von Polyalphaolefinen.
• E. W. Washburn: The Dynamics of Capillary Flow, Physical Review 17, 1921; W. A. Zisman: Relation of the Equilibrium Contact Angle to Liquid and Solid Constitution, Advances in Chemistry 43, 1964.
• MIT: Interfacial Phenomena; NPTEL: Gleitlagerauslegung und Sommerfeldzahl.
• Wikipedia: Viskosität, Benetzung, Kapillarität und RGT-Regel.