Rolexencyclopedie

Girard-Perregaux Constant Escapement

IBM TrueNorth Neurosynaptic System

In dit artikel zal het gaan over twee totaal verschillende voorwerpen maar die allebei (mede) ontworpen zijn met het oog op energie.
De een is een horloge waarbij er gezorgd is voor een constante aanvoer van energie voor het balanswiel en de ander is een computerchip waarbij het energieverbruik zo laag mogelijk is gehouden.

Laten we eerst eens naar het horloge, de Girard-Perregaux Constant Escapement, gaan kijken.
Een standaard Swiss lever escapement werkt prima als de hoofdveer helemaal is opgewonden. Echter naarmate deze veer verder en verder afwindt neemt het koppel dat ze levert aan het balanswiel af en zal de amplitude van de balans afnemen waardoor de nauwkeurigheid daalt.
Het hierboven beschreven probleem is al zo oud als het horloge maken zelf. In de 15e eeuw werd er al een systeem genaamd ‘fusee and stackfreed’ gebruikt, waarschijnlijk een Duitse vinding. In 1798 werd er door Abraham Louis Breguet een patent aangevraagd voor een constant force escapement en de Engelse horlogemaker Charles Haley werd in 1796 een patent toegewezen.

H4 Marine Chronometer, John Harrison

Een andere constant force constructie wordt ‘remontoire d’egalite’ genoemd en deze werkt als volgt:
Op de as van een van de wielen van de tandwiel trein is een spiraalvormige veer geplaatst die periodiek wordt opgewonden door de hoofdveer. De eerste veer-aangedreven remontoire d’egalite werd ontwikkeld door John Harrison en hij gebruikte deze in zijn H4 Marine Chronometer in 1761; deze wordt iedere 7 1/2 minuut heropgewonden door de hoofdveer.
Het cruciale verschil tussen deze twee vormen van constant force is dat de een zijn energie rechtstreeks levert aan de balans terwijl de ander onderdeel is van de trein der tandwielen.

Hoewel het constant force escapement in theorie superieur is aan de bekende constructies voor het maken van een uurwerk heeft het na bovengenoemde experimenten nooit verder doorgezet. Het was te ingewikkeld en complex om toe te passen in een serie van horloges en leek voorbestemd om een, weliswaar fascinerende, voetnoot te worden in de geschiedenis van horloges.
Totdat, op een dag in 1996, een horlogemaker van Rolex een idee had. Zijn naam was Nicolas Dehon en het idee ontstond terwijl hij in de trein met zijn kaartje zat te spelen. Hij duwde het kaartje, vastgehouden tussen duim en wijsvinger, heen en weer en bedacht dat er op deze manier een voorspelbare puls van energie ontstond. Als het stukje karton tussen zijn vingers getransformeerd kon worden naar een bron van energie voor de balans in een uurwerk dan zou dit wel eens de oplossing kunnen zijn voor het constant force vraagstuk.
Dehon en Rolex slaagden er in een prototype te bouwen, er werd zelfs in 1999 een patent gelegd op hun constant force escapement, maar het ontwerp was zijn tijd vooruit. De materialen die nodig waren om een betrouwbare en effectieve versie te bouwen waren domweg nog niet voorhanden.

Constant Escapement en detail van de blade spring

In 2008 was Dehon bij Girard-Perregaux komen aankloppen met zijn idee voor de constant force escapement en Stephane Oes, R&D ingenieur bij G-P, omarmde het met groot enthousiasme. De sleutel voor het uiteindelijke succes was het gebruik van silicone, een hard en metaalmoeheid resistent materiaal, dat steeds meer gebruikt werd door horloge fabrikanten (m.n. voor de balansveren). Het prototype uit 1999 bevatte een legering van twee metalen wat de doodsteek betekende voor het project.
Zoals op bovenstaande foto te zien is gebruikt de 2008 G-P versie een frame uit een stuk, een ‘lever’ en een blade spring gemaakt van silicone door middel van fotolithografie.

Bij de slingerbeweging van de balans komt het in aanraking met een kleine vork die is vastgemaakt aan de impuls hefboom. Bij deze beweging zorgt het er voor dat de blade spring van de ene S-vorm omklapt in de andere. Op deze wijze wordt er energie afgegeven aan de balans. Zodra de balans vrij is van de impuls hefboom zal een van de gebogen zijden van een van de escape wheels contact maken met een jewel op de impuls hefboom en de bocht begint S-bocht terug te duwen naar zijn eerdere vorm; maar voor hij daadwerkelijk kan terugklappen komt de hefboom tot stilstand doordat een van zijn locking jewels contact maakt met een van de tanden van het escape wheel. De blade spring staat nu op scherp en is klaar om om te klappen in zijn tegenovergestelde configuratie doordat de impuls jewel de hefboom activeert.

Escape wheel, showing the sliding inclines for re-arming the blade spring, ending in locking teeth

Waar in een gewoon horloge het escape wheel de energie direct doorgeeft aan de balans via de hefboom, is het doel van de twee escape wheels in de Constant Escapement om de S-vormige blade spring in een configuratie te krijgen waarbij de balans de minste energie nodig heeft om hem vrij te zetten terwijl er tegelijkertijd voldoende energie moet worden afgegeven om de balans in de juiste gang te houden. Zo wordt de blade spring bewogen van een stabiele vorm naar een semi-stabiele vorm die energie nodig heeft van de tandwiel trein en wordt de blade spring op ‘scherp’ gezet. Beide escape wheels, roterend in tegengestelde richting, worden aangedreven door het vijfde wiel van de trein. De escape wheels en hefboom zijn van puur nikkel en de vork van de impuls hefboom is van silicone. Opvallend is nog dat de impuls in twee richtingen wordt gegeven, dit in tegenstelling tot eerdere ontwerpen van andere horlogemakers- bijvoorbeeld Breguet-die allemaal een richting hanteerden.

De Girard-Perregaux Constant Escapement huist in een prachtige witgouden kast van 48 x 14mm waarbij het blauwgekleurde frame van het escapement en de escape wheels in het onderste gedeelte van de open wijzerplaat de show stelen. Het bovenste deel bevat een ingetogen uren en minuten teller en er is een centrale secondewijzer met een rood uiteinde.
De gangreserve bedraagt 7 dagen en is af te lezen op een horizontale wijzer. G-P heeft bewust gekozen voor deze uitzonderlijk lange gangreserve en eveneens voor het feit dat het uurwerk met de hand wordt opgewonden om te laten zien dat de power curve gedurende de hele periode vlak blijft. Met een verwijzing van het roemrijke verleden van G-P hebben de bruggen in de Constant Escapement dezelfde dubbele pijlvorm als deze in de Three Golden Bridges tourbillon.

De eerste metingen van het Constant Escapement uurwerk geven aan dat er een indrukwekkende dagelijkse variabiliteit is van 2 seconden gedurende de gangreserve van het horloge met consistente amplitudes van de balans die zweven tussen 200-225 graden.
Voor Baselworld 2014 had Girard-Perregaux, volgens haar CEO Michele Sofisti, 10 exemplaren van dit horloge gemaakt met een vraagprijs van $100.000.

De constructie van een werkelijke constant force escapement dat betrouwbaar loopt, robuust genoeg is voor een draagbaar uurwerk en in series geproduceerd kan worden, is een prestatie die horlogemakers eeuwen lang zonder succes hebben nagestreefd. Er kan dan ook zonder meer gezegd worden dat Girard-Perregaux, door de briljante inval van Nicolas Dehon met het treinkaartje uiteindelijk te vertalen naar de Constant Escapement, geschiedenis heeft geschreven in de horlogewereld. De toch al omstreden functie van de tourbillon wordt door de vinding van G-P nog verder naar de achtergrond verdreven.

Grafiek geeft de verhouding weer tussen de Clock Frequency (neuron firing speed) in Hz en de Power Density in W/cm2

De afgelopen 6 jaar is IBM bezig geweest met de ontwikkeling van een hersen-geïnspireerde processor (neuromorphic engineering). Recentelijk heeft IBM de TrueNorth geïntroduceerd, een processor met 1 miljoen brain-inspired neurons. De chip gebruikt maar 70 milliwatt en kan 46 miljard synaptische acties per seconde per watt uitvoeren. Dit zijn getallen die vele malen lager liggen dan deze van conventionele, von Neumann computers en in de buurt komen van het energieverbruik van de hersenen.
Het brein heeft een Clock Frequency die ligt in tientallen Hz en een Power Density van ± 20 watt (total power consumption). Een moderne silicone chip heeft duizenden of miljoenen keer meer energie nodig als de hersenen voor dezelfde taak. Dit alles is goed te zien in bovenstaande grafiek.
Een experiment met een bestaande supercomputer waarbij de 100 triljoen synapsen uit het menselijk brein werden gesimuleerd leidde tot een resultaat waarbij de computer 1500 keer langzamer was dan real-time; een hypothetische computer die de simulatie in real-time zou kunnen draaien, zou 12 GW nodig hebben terwijl het brein slechts 20 W verbruikt.
Echter TrueNorth is niet enkel vanwege zijn lage energieverbruik ontwikkeld. Minstens zo belangrijk zijn de brain-inspired eigenschappen op het gebied van het uitvoeren van taken en het kunnen aanleren van allerlei zaken.

Dharmendra Modha, IBM Fellow en projectleider TrueNorth

Laten we bij het begin beginnen. De hedendaagse computers kunnen teruggevoerd worden op de mechanische calculator die Blaise Pascal uitvond in 1642. Het moderne tijdperk van de computers begon met introductie van de ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) op 15 februari 1946. De ontwikkeling van de transistor in 1948 maakte de creatie mogelijk van geïntegreerde circuits in 1958 en dit leidde tot de eerste microprocessor in 1971. Sinds die tijd is de Clock Frequency van de microprocessors met een factor 1000 toegenomen.
Zonder afbreuk te willen doen aan deze opvallende evolutie, is het zo dat deze zich ontwikkeld heeft in een richting die diametraal tegenovergesteld is aan deze van het computer paradigma van het brein. De consequentie hiervan is dat moderne microprocessors 8 orders van grootte sneller (in termen van Clock Frequency) en 4 orders van grootte heter (in termen van energie per eenheid corticaal gebied) dan de hersenen.

Wat verklaart deze discrepantie tussen het brein en de computer?
Hierbij zijn er twee factoren: technologie en architectuur. In tegenstelling tot de huidige anorganische silicone technologie gebruikt het brein biofysische, biochemische en organische bouwstenen. Nieuwe nanotechnologieën trachten dit probleem te ondervangen.
Bij de ontwikkeling van TrueNorth heeft IBM gekozen voor de tweede invalshoek, de architectuur. Het doel hierbij was om het product van energie, oppervlakte en vertraging te minimaliseren.
TrueNorth heeft een non-von Neumann architectuur wat betekent dat hij een parallelle, gedistribueerde, modulaire, schaalbare, fout-tolerante en flexibele architectuur heeft die berekeningen, communicatie en geheugen integreert en die geen clock heeft.

Het lineaire karakter van de huidige von Neumann computers is ideaal voor het kraken van zeer complexe wiskundige vergelijkingen, dit kunnen zij veel sneller dan het brein. Voorbeelden hiervan zijn het simuleren van weerpatronen of het berekenen van alle gravitatie vectoren bij de landing van een voertuig op Mars.
Wat zij echter totaal niet kunnen en het brein wel is bijvoorbeeld het herkennen van een stem in een menigte of het kiezen van een wijn bij het diner. Hier komt hersenvormig parallellisme om de hoek kijken en TrueNorth heeft deze eigenschap, reeds langer bekend, tot ongekende hoogte verheven. De processor simuleert een brein met 1 miljoen neuronen en 256 miljoen synapsen, ongeveer de ‘kraak kracht’ van een bij of een kakkerlak, aangedreven door een on-chip netwerk van 4096 neurosynaptische kernen. In totaal is dit een 5,4 miljard transistor processor, de grootste chip die IBM tot nu toe heeft gefabriceerd, maar een die slechts 70 milliwatt energie verbruikt gedurende realtime processen; vier orders van grootte minder dan de conventionele chips van vandaag. De chip kan 46 miljard synaptische operaties uitvoeren per seconde, per watt.

Over de mogelijke toepassingen van TrueNorth zegt IBM Fellow Modha het volgende:
“The architecture can solve a wide class of problems from vision, audition, and multi-sensory fusion, and has the potential to revolutionize the computer industry by integrating brain-like capability into devices where computation is constrained by power and speed.”

Linker hersenhelft is vergelijkbaar met von Neumann computers en de rechter helft met True North

Werking TrueNorth op axonaal niveau

Concluderend kan gezegd worden dat Girard-Perregaux en IBM beide geschiedenis geschreven hebben met hun respectievelijke vindingen. De eerste op horlogegebied met de Constant Escapement en de tweede op het gebied van de computers met de TrueNorth.
Ik hoop van ganser harte dat er nog vele briljante geesten zullen opstaan om ons deelgenoot te maken van vindingen die voorheen onmogelijk leken. Laat dat brein maar kraken!

Jaap Bakker

Wanneer een horlogefabrikant een nieuw model introduceert staat hij voor de keuze wat hij onder nieuw verstaat. In dit artikel worden een drietal mogelijkheden besproken.

1. Het uitbrengen van een ‘Vintage’ model

De fabrikant kiest ervoor een iconisch model uit het verleden opnieuw uit te brengen, vanzelfsprekend gemaakt met de nieuwste technieken en materialen.
Een mooi voorbeeld hiervan is de Audemars Piguet Royal Oak ‘Jumbo’ (ref 15202).

Het originele model werd in 1972 op de markt gebracht, toen als ref 5402.

Ref 5402 en 15202 naast elkaar

Toen de eerste Royal Oak (ref 5402ST) in 1972 op de markt kwam was het erop of eronder voor Audemars Piguet. Met de door Gerald Genta ontworpen Royal Oak nam AP een grote gok. Het van staal gemaakte horloge kostte in die tijd meer dan de 18k gouden horloges die de fabriek maakte. De prijs was in die tijd 3200 Zwitserse Francs daar waar een Rolex Submariner 280 Zwitserse Francs kostte. Daarnaast was er het gewaagde ontwerp met de octogonale lunette (geïnspireerd op het patrijsport van een schip) met 8 zichtbare schroeven dat ook niet direct in ieders smaak viel.
Het uurwerk was een ultradunne automaat die in samenwerking met Jaeger-LeCoultre was ontwikkeld. JLC noemde het de 920 en AP de 2121. Later heeft Patek Philippe dit uurwerk ook gebruikt in haar ook door Genta ontworpen stalen sporthorloge de Nautilus.

Kaliber 2121

Een advertentie voor de Royal Oak uit 1975

AP produceerde in 1972 slechts 5000 horloges en de eerste serie Royal Oak’s bestond uit 1000 exemplaren. Het kostte AP 12 maanden om deze A-serie Royal Oak’s te verkopen aan juweliers dus het bedrijf balanceerde op de rand van de afgrond. Maar het concept begon aan te slaan en AP fabriceerde een 2e reeks van 1000 Royal Oak’s met het ‘A’ serienummer. In de volgende jaren volgden de ‘B’ en de ‘C’ series.
Wat de ‘A’ series betreft bestaat er een hardnekkig misverstand dat er ook een ‘Pre A-Series’ Royal Oak ref 5402ST in staal zou bestaan. Dit is niet het geval maar de verwarring is ontstaan doordat de serienummers van de versie in staal/goud geen letters bevatten.

Een handgeschreven notitie van Gerald Genta (collectie Audemars Piguet Museum, Le Brassus, Zwitserland)

De snelste manier om een originele ‘A’ serie Royal Oak te herkennen is door naar twee dingen op de wijzerplaat te kijken.
Ten eerste staat het logo ‘AP’ op de 6 uur positie en ten tweede staat onder deze positie ‘Swiss’. Indien er ‘Swiss Made’ staat is de kans groot dat de wijzerplaat vervangen is. Op de ‘Swiss Made’ wijzerplaten zijn de lichtgevende uurmarkeringen breder en korter dan op de ‘Swiss’ versies. De oorsprong van deze wijzerplaten ligt waarschijnlijk bij een Amerikaanse AP distributeur die ze in de 70er jaren bij AP besteld had zodat de horloges niet naar de fabriek gestuurd hoefden te worden in geval van revisie/onderhoud.
Bij een vroege ‘B’ serie kan het logo nog op 6 uur staan maar als dit het geval is bij een late ‘B’ of ‘C’ serie is het ook weer aannemelijk dat de wijzerplaat bij een servicebeurt vervangen is. Sindsdien staat het logo op de 12 uur positie.

Bij de 2014 Royal Oak ‘Jumbo'(ref 15202) staat het logo weer op de 6 uur positie maar onder deze positie staat ‘Swiss Made’. Opvallend is ook dat het kaliber 2121 wederom de drijvende kracht achter dit prachtige horloge is.

Een ander horlogemerk dat een prachtige Vintage versie heeft uitgebracht is Omega. De Seamaster 300 Master Co-Axial is de moderne versie van de Seamaster die in 1957 geïntroduceerd werd.

Een Sedna gouden en een stalen versie van de 2014 Seamaster 300 Master Co-Axial

De 1957 Seamaster 300 wordt beschouwd als de moeder aller duikhorloges van Omega en leek erg op de Speedmaster uit die tijd (CK2913) maar had een totaal ander doel. Tot 1962 hadden beide horloges de typerende ‘Broad Arrow’ gevormde wijzers, vanaf 1962 kreeg de Seamaster een ander referentienummer met andere wijzers. De Seamaster 300 werd aangedreven door het koperkleurige kaliber 501.

Onderstaande foto laat duidelijk zien hoe Omega de Vintage uitgave van de Seamaster 300 geïnterpreteerd heeft.

De naam van de 2014 versie, Seamaster 300 Master Co-Axial, vergt enige uitleg. De naam Master Co-Axial verwijst naar het anti-magnetische uurwerk. Omega introduceert 69(!) nieuwe horloges met 8 verschillende kalibers met anti-magnetische kenmerken, gebaseerd op het >15.000 gauss uurwerk dat in 2013 op de markt verscheen in de Seamaster Aqua Terra.

2013 Omega Seamaster Aqua Terra >15.000 gauss

De Seamaster 300 heeft een kaliber 8400 uurwerk (8401 voor de versie met de rood gouden rotor)

De wijzerplaat heeft een gelaagd effect (‘sandwich dial’) omdat de uurmarkeringen gelaserd zijn en vervolgens opgevuld met Super Luminova. Dit materiaal heeft een mooie geelachtige patina kleur die rechtstreeks verwijst naar de 1957 versie. De keramische lunette met een ‘LiquidMetal’ duikschaal heeft dezelfde uitstraling als deze in 1957 maar is nu van een praktisch onverwoestbaar materiaal. De ‘Broad Arrow’ wijzers zijn voorzien van Super Luminova in dezelfde kleur. De wijzerplaat is gemaakt van zwart keramisch materiaal wat door een proces van zandstraling een Vintage uitstraling heeft gekregen.
De 2014 Seamaster 300 is er in 6 uitvoeringen: staal, titanium, staal/goud, titanium/goud, goud en platina. De gouden versies maken gebruik van de Omega Ceragold technologie voor de lunette, hierdoor kan 18k goud groeien en zich binden aan het keramiek.

2.

Een tweede optie voor een horlogefabrikant is een nieuw model op de markt te brengen met een complicatie of complicaties die reeds bestaan maar nog niet bij dit merk.
Dit is wat Rolex in 2012 heeft gedaan met het uitbrengen van de Sky-Dweller, een Rolex Oyster Perpetual met een tweede tijdzone en een jaarkalender die alleen handmatig gecorrigeerd hoeft te worden bij de overgang van februari (vanwege 28 of 29 dagen) naar maart. De verschillende functies worden ingesteld met een draaibare lunette.

SPECIFICATIONS
Sky-Dweller
Reference: 326935

MOVEMENT
Mechanical movement with bidirectional self-winding via Perpetual rotor on ball bearing
CALIBRE
9001, Manufacture Rolex
PRECISION
Officially certified Swiss chronometer (COSC)
FUNCTIONS
Centre hour, minute and seconds hands
24-hour display on off-centre disc
Second time zone via independent rapid-setting of the hour hand
Instantaneous annual calendar at 3 o’clock with Saros system and unrestricted bidirectional rapid-setting of the date
Month display via 12 apertures around the circumference of the dial
Stop-seconds for precise time setting
OSCILLATOR
Frequency: 28,800 beats/hour (4Hz)
Paramagnetic blue Parachrom hairspring
Breguet overcoil
Large balance wheel with variable inertia
High-precision regulating via four gold Microstella nuts
Traversing balance bridge
High-performance Paraflex shock absorbers
JEWELLING
40 rubies
POWER RESERVE
Approximately 72 hours

Op haar website gebruikt Rolex de volgende uitspraak van Leonardo da Vinci om de essentie van de Oyster Perpetual Sky-Dweller te vatten:
“Simplicity is the ultimate sophistication.”

Indien er sprake is van een tweede tijdzone die relevant is voor de drager van de Sky-Dweller zullen de centrale wijzers de lokale tijd aangeven en kan de referentietijd ingesteld worden op een decentrale schijf. Deze schijf heeft een 24-uurs display waarbij een omgekeerde rode driehoek de juiste tijd (am/pm) aangeeft. Het verspringen van de datum is gekoppeld aan de lokale tijd en vindt binnen enkele milliseconden plaats op middernacht.

Voor het functioneren van de jaarkalender gebruikt Rolex een gepatenteerd systeem met de naam Saros dat functioneert met slechts vier extra tandwielen. De Griekse term Saros wordt reeds sinds de oudheid gebruikt om een circa 18 jaar durende cyclus te beschrijven van uitlijningspatronen van de zon, de aarde en de maan die zich achter maan en zon eclipsen bevindt.
De Saros kalender van de Sky-Dweller draait letterlijk om een centraal gemonteerd planetair tandwiel. Een satelliet wiel dat wordt aangedreven door het datumwiel grijpt aan op het planetaire wiel en roteert om dit wiel in precies 1 maand. Het satelliet wiel heeft vier ‘vingers’ voor de vier maanden die 30 dagen hebben (april, juni, september en november). Aan het einde van deze vier maanden krijgt een van de ‘vingers’ van het satelliet wiel een extra impuls van het mechanisme dat zorgt voor de datum wisseling waardoor de datum in milliseconden verspringt van 30 naar 1. De maanden zelf worden weergegeven in de openingen die zich bevinden in de omtrek van de wijzerplaat, buiten de uurmarkeringen. Januari op 1 uur, februari op 2 uur etc. en de huidige maand wordt aangegeven door een contrasterende kleur in de opening (zie foto’s).
Voor het instellen van de verschillende functies heeft Rolex een draaibare lunette ontwikkeld die zij de ‘Ring Command Bezel’ noemen.
Deze lunette kan in 3 posities gezet worden om datum, lokale tijd of referentietijd in te stellen. Vanuit de juiste positie kan met de kroon zowel in voorwaartse als in achterwaartse richting een gewenste functie ingesteld worden. De ‘Ring Command Bezel’ is een complexe mechanische module die uit 60 componenten bestaat. Het hart van het mechanisme wordt gevormd door een dubbele pal en hefbomen die verschillende tandwieltreinen aangrijpen afhankelijk van de functie die gekozen is. Een van deze pallen wordt geactiveerd door het uittrekken van de kroon, de andere door het roteren van de lunette om de instellingswielen in het midden van de kast te activeren.
Opvallend detail is dat de ‘Ring Command Bezel’ dezelfde gegroefde structuur heeft als de klassieke Datejust en Day-Date modellen van Rolex.

3. De meest interessante keuze die een horlogefabrikant kan maken voor het op de markt brengen van een nieuw model is natuurlijk deze waarbij er gebruikt gemaakt wordt van technische innovaties, mechanische toepassingen die nog niet eerder bestonden.

De meeste mensen zijn zich niet bewust van het feit dat TAG Heuer een van de meest vooruitstrevende horlogefabrikanten is op het gebied van mechanische horloges. Iedereen kent de prachtige Carrera en Monaco horloges maar TAG Heuer heeft een aparte afdeling, Haute Horlogerie genaamd, waar schitterende en baanbrekende creaties het daglicht zien.

2014 TAG Heuer Monaco V4 Tourbillon

De TAG Heuer Monaco is natuurlijk altijd sterk verbonden geweest met de autosport, met als hoogtepunt Steve McQueen die in de film ‘Le Mans’ uit 1970 een Monaco om zijn pols had.

De afdeling Haute Horlogerie kwam zo op het idee om componenten uit de autoracerij te gaan toepassen in een horloge. Na vijf jaar noeste arbeid werd in 2004 de gepatenteerde ‘belt-driven’ Monaco V4 aan de pers en het publiek gepresenteerd. De kern van dit uurwerk was dat de aandrijving plaatsvond met behulp van riemen.
Tien jaar later, tijdens Baselworld 2014, presenteerde TAG Heuer de evolutie van dit prijswinnende (o.a. Best Design Award en Red Dot Award) horloge, de ‘belt-driven’ Monaco V4 Tourbillion.

Op de wijzerplaat vallen direct twee V-vormige bruggen op. Deze zijn gemaakt van staal, met de hand bewerkt, fijn-geborsteld en afgewerkt met een zwarte coating. Aan de grootste brug (op ‘6’ uur) zijn de raderen voor de riem bevestigd. De gebruikte riemen hebben een dikte van slechts 0.07mm. De tourbillon, die een omwenteling per uur maakt, bevindt zich op de ‘9’ uur positie en zit enigszins verscholen onder het rad voor de riem aandrijving.
De gepatenteerde ‘belt-driven’ transmissie is een hoog-efficiënte relais van 5 gekartelde micro aandrijfriemen waarvan de spanning gecontroleerd wordt door twee dubbele draaischroeven (‘turnbuckles’). Een tweede patent werd toegekend aan de innovatieve lineaire massa die in de plaats is gekomen van de klassieke oscillerende massa. Gemonteerd op ‘s werelds kleinste kogellagers beweegt het 12 gram wegende tungsten (een metaal dat we kennen uit gloeilampen) halffabrikaat zich op en neer tussen twee paar V-vormige veertonnen (vandaar de naam V4). De tonnen liggen onder een hoek van +/- 13 graden, net als de cilinders van een raceauto motor.

Een ander zeer interessant en prachtig type horloge dat TAG Heuer heeft ontwikkeld zijn de MikroPendulum’s.

TAG Heuer Carrera MikroPendulum

TAG Heuer Carrera MikroPendulum S

Het geniale van dit type horloge is dat TAG Heuer de balansveer vervangen heeft door magneten die borg staan voor de oscillatie van het balanswiel. Bovendien is de snelheid van de oscillaties ongekend hoog.
TAG Heuer is reeds enkele jaren bezig met dit concept en het draaide hierbij om twee essentiële onderwerpen: een zeer hoge frequentie (hoger dan 5 Hz) en magnetisme.
Volgens de regels van de kwantummechanica zijn er vier krachten die het universum vorm geven: magnetisme, sterke interactie (verantwoordelijk voor de cohesie van de atomen), zwakke interactie (initiator van radioactiviteit) en zwaartekracht.

Bij de ontwikkeling van de eerste Pendulum in 2010 liep TAG Heuer tegen dezelfde problemen aan als de horlogemakers in de 18e en 19e eeuw hadden met de geblauwd stalen balansveren:

1. Weerstand tegen magnetische velden
2. Stabiliteit binnen de temperatuur amplitudes
3. Lineariteit van het koppel binnen de gehele power reserve

Als een magneet warmer wordt nemen de magnetische krachten af en bij kou gebeurt het omgekeerde. De verklaring hiervoor is dat warmte er voor zorgt dat de moleculen in de magneet wanordelijker georganiseerd raken. Magneten zijn dipolen wat betekent dat ze een tegengestelde lading, ook magnetische richting genoemd, hebben aan ieder uiteinde. Dit komt omdat de meeste magnetische moleculen in dezelfde richting staan bij een bepaalde temperatuur. Wordt het warmer dan gaan de polaire moleculen in allerlei richtingen bewegen en neemt dus de polariteit van de magneet af.
Bij afkoeling neemt de kinetische energie van de moleculen in de magneet af en hierdoor neemt de vibratie in de moleculen af. Het door de moleculen gevormde magnetische veld is op deze wijze veel consistenter geconcentreerd in een bepaalde richting.

Om het probleem van de magneten in de MikroPendulum op te lossen moesten de ingenieurs van TAG Heuer op atoomniveau gaan zoeken naar een oplossing.
Voor het bovenstaande punt 1. geldt dat het ferromagnetische materiaal dat gebruikt is van het ‘harde’ type is. Dit betekent dat het sterk geladen is met energie, zorgende voor een hoge stabiliteit in de tijd. Bovendien zou het in aanraking moeten komen met een elektromagnetische lading die minstens gelijk is aan deze die bij de productie opgewekt is om geneutraliseerd te worden.
De oplossing voor punt 2. moest gezocht worden op moleculair en atomair niveau. De uiteindelijk legering van de magneten bestaat uit Kobalt, Samarium en Gadolinium (de laatste twee worden omschreven als zeldzame aardmetalen).
Het Kobalt-Samarium complex is zeer bekend en beproefd in de magnetische wereld. Het is op dit moment de legering waarmee de hoogste weerstand tegen magnetische velden bereikt kan worden. Het wordt op allerlei gebied toegepast: IT, militair, luchtvaart en zelfs geneeskunde (pacemaker projecten met Co-Sm magneten).
In het bestand zijn tegen parasitair magnetisme kan de Co-Sm derhalve vergeleken worden met Invar dat in de klassieke balansveren zit. Blijft nog steeds het probleem van de temperatuurswisselingen. Met deze legering is de precisie +/- 45 seconden per dag….

Gadolinium

Om bestand te zijn tegen de thermale amplitude effecten was een veel specifieker element nodig: Gadolinium
Gadolinium is een scheikundig element met symbool Gd en atoomnummer 64. Het is een zilverwit lanthanide.
In 1880 merkte de Zwitserse chemicus Jean Charles Galissard de Marignac op dat het materiaal dat in die tijd bekendstond als didymium en het mineraal gadoliniet een overeenkomende spectrumlijn vertoonde, die later werd toegeschreven aan gadolinium. In 1886 isoleerde Paul Émile Lecoq de Boisbaudran voor het eerst gadoliniumoxide uit het mineraal. Het duurde echter tot het begin van de 20e eeuw voordat Georges Urbain metallisch gadolinium kon isoleren. Deze Franse chemicus heeft tussen 1895 en 1912 een aantal elementen voor het eerst kunnen isoleren door middel van fractionele destillatie.
Gadolinium is vernoemd naar de Finse chemicus en geoloog Johan Gadolin.

Zowel in de industrie als in de medische wetenschap wordt gadolinium gebruikt voor uiteenlopende toepassingen:

-In magnetrons worden gadolinium-yttrium granaten gebruikt.
-In beeldbuizen wordt gadolinium gebruikt als fosforescent.
-In meerdere legeringen wordt gadolinium gebruikt om eigenschappen van metalen te verbeteren; het toevoegen van 1% gadolinium aan ijzer- en chroomlegeringen maakt het materiaal bestand tegen hoge temperaturen en roest.
-Compact discs bevatten gadolinium.
-Contrastmiddel bij MRI-scans. Middelen zoals Gadobutrol of een oplossing van het gadoliniumcomplex in DTPA worden aan vermoedelijke kankerpatiënten gegeven. Ze binden zich bij voorkeur aan kankerweefsel en vanwege het grote paramagnetische moment van het Gd3+-ion worden deze weefsels veel beter zichtbaar in een MRI-scan. Na afloop van het onderzoek wordt het complex geleidelijk door de nieren uitgescheiden. Gadoxetaat is ook een contrastmiddel. Het bindt zich gemakkelijker aan gezond nierweefsel dan aan kankercellen of beschadigd weefsel.

Terug naar de rol van Gadolinium in de MikroPendulum.
Bij een stijging van de temperatuur, terwijl de materialen aan het uitzetten zijn, hebben de magnetische velden de neiging hun invloedszone te vergroten. Het magnetisch effect neemt exponentieel toe als men dichter bij de bron komt en het expansie effect is derhalve rampzalig voor het isochrononisme. Dit is het moment waarop Gadolinium intervenieert: dit metaal heeft de eigenschap van een atomische ‘spons’. Het absorbeert het surplus aan deeltjes gegenereerd door de andere chemische elementen en neutraliseert op deze manier de effecten van de thermale amplitude.

Voor het aanpakken van punt 3. zijn de Co-Sm-Gd magneten onderworpen aan meer klassieke horlogemaker technieken, met een regulatie van de geometrie van de elementen.
De MikroPendulum heeft nu een nauwkeurigheid van +/- 1 sec/dag (‘v1.0’), het beste dat bereikt kan worden met een Elinvar balansveer.
Interessant is dat het uurwerk in de loop der jaren nog nauwkeuriger zou moeten worden. Dat ligt aan de ervaringen die worden opgedaan met de samenstelling van de legering (met name het aandeel van Gandolinium hierin) en verbeteringen aan de geometrie.

Laten we eens verder gaan kijken wat de eigenschappen van de briljante TAG Heuer Carrera MikroPendulumS zijn.

De kast is gemaakt van een Chroom-Kobalt legering, normaliter gebruikt in de vliegtuigindustrie voor het maken van turbine bladen. De volume massa van deze legering is gelijk aan deze van staal en brons, iets minder dan 9 maal de massa van water. Het voordeel van de Cr-Co legering zit hem dus niet in de massa maar in de eigenschappen: het is beter bestand tegen allerlei vormen van druk, heeft een langere levensduur en is, met een Vickers hardness scale van 530, tweemaal zo hard als het gros van de stalen legeringen die in de horloge industrie gebruikt worden.
De Cr-Co legering wordt gemaakt met laser sinteren, een industriële techniek waar 3D printers op gebaseerd zijn: een poeder wordt laag voor laag samengevoegd bij 1300′ Celsius waardoor er een afwerkingsniveau bereikt wordt dat met traditionele CNC (Computer numerical control) niet haalbaar is.

Het kaliber van de MikroPendulumS meet 15 3/4 lignes (35,8 mm) met een hoogte van 9,84 mm; het is opgebouwd uit 454 onderdelen en 75 robijnen.
Het echappement voor de tijdsweergave is voorzien van een Pendulum tourbillon van 12 Hz (86.400 bph) met een gangreserve van 24 uur (hoe hoger de frequentie des te lager de gangreserve). Het frame van de tourbillon maakt 3 omwentelingen per minuut (= 20 seconden tourbillon).
Voor de chronograaf bevat het echappement een Pendulum tourbillon van 50 Hz (360.000 bph) waarvan het frame 12 rotaties per minuut maakt (= 5 seconden tourbillon). De gangreserve bedraagt 60 minuten (de tourbillon consumeert een hoop energie).

Omdat de MikroPendulumS maar in zeer beperkte oplage gemaakt wordt heeft TAG Heuer de Carrera MikroPendulum ontwikkeld die ook op de website beschreven wordt. Bij dit horloge is eveneens sprake van twee tandwiel treinen, een voor de tijdweergave en een voor de chronograaf, maar waar de MikroPendulumS gebruik maakt van twee Pendulum tourbillons is hier sprake van een echappement met balansveer voor de tijd en een Pendulum voor de chronograaf.
De eerste heeft een tikgetal van 28.800 bph (4 Hz) met een gangreserve van 42 uur en de Pendulum 360.000 bph (50 Hz) met een gangreserve van 70 minuten.
De kast meet 45 mm en is van titanium dat gezandstraald, fijn geborsteld en gepolijst is. De antracietgrijze wijzerplaat is fijn geborsteld met Cote-de-Genève afwerking onder de Pendulum op de ‘9’ uur positie.

Conclusie

Alle in dit artikel beschreven horloges zijn prachtig en hebben ieder op hun eigen manier hun charme en aantrekkingskracht. Een keuze maken over welke van deze horloges, voor het gemak de prijs even daargelaten, men het liefst zou willen hebben is natuurlijk volledig subjectief en mede afhankelijk van wat men van een horloge verwacht. De een zal keihard vallen voor een Vintage uitgave terwijl een ander veel meer geïnteresseerd is in technologie en innovatie.
Persoonlijk zou ik de TAG Heuer Carrera MikroPendulumS kiezen omdat ik totaal gefascineerd ben door alle innovaties en uitvindingen die ik dan om mijn pols zou dragen. Ik zou er niet vaak naar kijken om slechts te weten hoe laat het is.

Jaap Bakker

De echte horlogeliefhebber kan vaak eindeloos genieten van het samenspel tussen de talloze onderdeeltjes die samen een mechanisch uurwerk vormen. Maar daarbij vergeten we vaak dat dit niet lang goed zou gaan zonder een van de belangrijkste ‘onderdelen’ van het uurwerk: olie. Het is met het blote oog niet te zien, maar oh zo belangrijk voor de nauwkeurigheid van elk mechanisch uurwerk.

Zo’n twee eeuwen geleden vroeg de Franse koning Lodewijk de zestiende Abraham-Louis Breguet om het perfecte horloge. Zijn antwoord daarop was duidelijk: “Geef me de perfecte olie Sire, dan geef ik u het perfecte horloge.” De woorden van Breguet geven goed aan hoe belangrijk olie is in een uurwerk. Je ziet het niet en zelfs door de loep van de horlogemaker zie je niet wat er nu zo bijzonder aan de olie in een uurwerk. Een heel klein beetje vloeistof of nattigheid, dat is alles wat je ervan ziet.
Olie speelt echter een zeer grote rol in elk mechanisch uurwerk. Dat wist men al in de negentiende eeuw, zo blijkt uit het oudste wetenschappelijke artikel over horloge-olie, zoals dat tenminste online te vinden is via Elseviers sciencedirect.com. In dit artikel uit 1850 komt de volgende lijst smeeroliën voor: potvisolie, raapolie, lijnzaadolie, varkensvet en olijfolie. Deze oliën en vetten verouderden snel, werden ranzig, verdampten en verdikten tot pasta. Kortom, niet erg handig. Horloges moesten dus regelmatig naar een horlogemaker om de olie te verversen.

Côtes de Genève

De dunnere oliën die in horloges werden gebruikt hadden een speciale eigenschap. Bij opwarmen verdampten ze een beetje en bij afkoelen sloeg de oliedamp ook weer neer. Dat gebeurde helaas niet alleen op de plek waar de olie vandaan kwam, maar verspreid over het hele horloge, dus ook op de balans en de balansveer. Nu houden balansveren niet van plakkerige olietjes, dus werd er een aardig trucje bedacht, waar we vandaag de dag nog van kunnen meegenieten. Om zo min mogelijk olie op de balansveer te krijgen en dus zoveel mogelijk elders, werd het oppervlak van het uurwerk voorzien van ruw profiel. Zo kwam er al snel twee tot drie keer minder olie op de balansveer en de rest van het uurwerk zag er nog leuk uit ook. Er werden verschillende profielen toegepast, waarvan Côtes de Genève de bekendste is. Deze profielen om de olie op zijn plaats te houden werden tot de uitvinding van synthetische oliën veel toegepast.

Aan het begin van de twintigste eeuw werd aardolie een interessant product, met dank aan de uitvindingen van de benzine- en dieselmotoren. Dat aardoliederivaten ook heel goed als smeermiddel konden dienen, viel al snel op. De (minerale) oliën werden niet ranzig en verdikten niet dramatisch, maar ze hadden zeker nog wel een paar onhebbelijkheden. De belangrijkste onhebbelijkheid is de invloed van de temperatuur op de dikte van olie. Hoe warmer, hoe dunner de olie, en hoe kouder hoe dikker. Dit speelt het meest bij de balans, het ankertje en het ankerrad. Die bewegen namelijk behoorlijk snel en de krachten daar zijn erg klein. Als de olie in de ophanging van de balans erg dik wordt, zal de uitslag (amplitude) van de balans flink kleiner worden. Dat komt de gelijkloop niet ten goede! Hiervoor zijn allerlei ‘dopings’ uitgevonden, die we kennen van de motorolie. Waar vroeger (1990) een 10W40 erg goed was (relatief dun bij een koude start, relatief dik bij een warme motor) is inmiddels de norm 0W30. Hierbij is de viscositeit koud en warm niet veel anders, dus een koude start wordt steeds minder slecht voor de motor. Om deze kwaliteit te krijgen, is een doping niet meer afdoende maar moeten er andere dingen gebeuren…..

Synthetische smeerolie

Dr. Hermann Zorn werkte bij IG Farben in de jaren dertig aan het ontwikkelen van ideale smeerolie. Het doel was toen al om de viscositeit bij alle temperaturen gelijk te krijgen, maar ook om de smeerfilm sterkte extreem te verhogen. (Opvallend genoeg was tot in de jaren zestig de smeerolie met de beste smeerfilm de plantaardige(!) Castor olie (Castrol, het oliemerk), ook bekend als haarlemmerolie. Dit gaf in die tijd een kenmerkende baklucht op de circuits. Castor olie heeft speciale chemische groepen in zijn moleculen die zachtjes aan elkaar plakken zodat het erg moeilijk is om door de oliefilm heen te prikken. Koud werkt deze olie niet, het gebruik was om de olie op een vuurtje op te warmen voor de wedstrijd, en pas warm in de motoren te gieten.) De synthetische olie zoals Hermann Zorn die eind jaren dertig ontwikkelde, was er aanvankelijk alleen voor hoog vermogen zuiger motoren en werd daarna in straalmotoren gebruikt. Voor horloges werden synthetische oliën pas in de jaren zestig enigszins normaal.

De belangrijkste olie in een uurwerk

De belangrijkste smering in een horloge is daar nodig waar de krachten klein zijn en de snelheid hoog. Bij het echappement dus, dat bestaat uit balans, anker en ankerrad. Hier geeft het ankerrad een zet aan het anker en het anker een flinke zwengel aan de balans. Minimaal vijf keer per seconde, ofwel 18.000 keer per uur, 432.000 keer per 24 uur en 156.248.000 keer per jaar.
Er zijn twee smeermiddelen nodig om dit soepel te laten verlopen. Voor de as van de balans en de as van het ankerrad wordt Moebius Synth-A-Lube 9010 gebruikt. Dit is een heel dunne, synthetische olie, die niet wegkruipt van de plaats waar hij zijn werk doet. Deze olie werkt al goed bij een temperatuur van -29° Celsius. Bij -32 wordt de olie stroperiger, zodat minder energie overblijft om het ankerrad rond te zwengelen. Maar het uurwerk loopt nog wel! Voor typische pool activiteiten bestaat een versie van de olie die nog wat dunner is (Moebius Synta-Arctic-Lube 9040), zodat het horloge zelfs tot -52 nog nauwkeurig loopt.
Voor de smering van ankerrad-ankerpaletten (robijnen) hebben horlogemakers de keus uit twee soorten smering: dezelfde Synth-A-Lube 9010, of de synthalube 9415 olie. Deze laatste is wat dikker, maar heeft een heel bijzondere eigenschap: hij is tixotroop. Moeilijk woord maar een mooie eigenschap! Deze olie is dik als hij in rust is, maar komt hij in beweging doordat de ankerrad-tand op de ankerpalet knalt, dan wordt hij veel dunner! Hierdoor spat de olie niet, blijft goed op zijn plaats zitten, maar geeft hij ook weinig wrijving. Als laatste of de zogenaamde droge smering. Deze droge smering is een variant op stearaat, ofwel kaarsvet. De uitvinder is onbekend, het kan een Romein zijn geweest, maar een Phoenicier of Galliër kan ook. Hiermee werden in de oudheid oa karrenassen gesmeerd. Deze smering is in de horlogerie niet meer populair als smering pur-sang, maar wordt zeer veel gebruikt om olie niet te laten wegkruipen van zijn plek. Een heel dun laagje wordt aangebracht op oa de ankerpalletten. Als op dit laagje een andere olie wordt aangebracht, blijft deze perfect zitten. Dit heeft de mooie naam “epilamiseren”, een van de merknamen is “fixodrop” dat zegt het al. Hier zien we dus toch nog een plantaardig product dat al honderden jaren meegaat!.

Servicebeurt

Hoewel de moderne oliën slechts langzaam indrogen, komt bij het gebruik van een horloge de smeerolie steeds minder op de oppervlakken te zitten waar hij hoort. Dit is vooral op de ankerpaletten en de tanden van het ankerrad. Hierdoor krijgt de balans steeds minder harde zetjes krijgt van het anker, en krijgt dus een minder grote uitslag (de amplitude wordt minder). Het uurwerk zal hierdoor minder nauwkeurig lopen. Laat je een horloge eindeloos doorlopen met uitgewerkte smering, dan krijg je slijtage van de ankerrad lagering, en ook van de ankerpaletten en ankerrad tanden.
Wie zijn horloge nauwkeurig wil laten lopen, zal dit regelmatig moeten laten onderhouden, waarbij de horlogemaker het ook zal oliën. Bij een servicebeurt wordt het hele uurwerk uit elkaar gehaald. Daarna wordt alle oude smering verwijderd door de onderdelen te reinigen in een ultrasoonbad met speciale oppervlakte actieve stoffen (zepen). Vervolgens worden de onderdelen gedroogd en wordt het uurwerk weer in elkaar gezet. Hierbij brengt de horlogemaker steeds precies afgepaste hoeveelheden olie aan op alle punten waar wrijving optreedt en/of slijtage op zou kunnen treden. Hiervoor zijn drie verschillende oliën en één vet nodig. De hoeveelheden olie die nodig is, is per plek verschillend. Vooral de hoeveelheid olie op de ankerpaletten en de balans ophanging zijn zeer kritisch.

Tekst Hubert Pellikaan (Pellikaan timing)

No Comments »