Uhrenmacherei enthüllt: Der Blick eines Meister-Zerspaners hinter die Kulissen

Gebückt über seinem Schreibtisch und durch ein Okular schauend, schenkt Cameron Weiss den Werkzeugmaschinen im Nebenraum wenig Aufmerksamkeit. Der schweizerisch ausgebildete Meisteruhrmacher ist meist zu sehr damit beschäftigt, die Hunderte von Stiften, Zahnrädern, Federn und Hebeln zu polieren, zu brunieren, passgenau zu prüfen und zusammenzubauen, die die mechanischen „Werke“ antreiben, die jedes Luxuszeitmesser antreiben.

Das soll nicht heißen, dass Herr Weiss die entscheidende Rolle dieser Werkzeugmaschinen für die Verwirklichung seines Traums nicht schätzt: seine eigene Uhrenmarke zu bauen, basierend unmissverständlich auf seinen eigenen künstlerischen Idealen. Genau wie das Emblazoning seines Familiennamens auf dem Zifferblatt eine bestimmte Ästhetik impliziert, impliziert das Label „Los Angeles, California“ den tief verwurzelten Wunsch, Prestige einer heimischen Industrie zurückzugeben, die mit dem Aufkommen billigerer, präziserer Quarzwerke in den 1960ern weitgehend zusammenbrach. Für Herrn Weiss bedeutet die Wiederherstellung dieses Prestiges nicht nur, die Teile hier zu montieren, sondern sie auch hier zu fertigen.

Deshalb braucht Weiss Watch Co. Werkzeugmaschinen. Trotz all des Gründers Könnens wäre es prohibitiv teuer und zeitaufwändig, Teile wie die Messing-Hauptplatten für Werke, die Brücken, die diese Werke halten, und die äußeren Gehäuse mit jahrhundertealten Techniken handzufertigen. Es wäre auch dem Ziel widersprüchlich, nicht nur Kunst zu machen, sondern diese Kunst zugänglich zu machen. Ohne flexible, moderne Zerspanungstechnologie wäre es nicht möglich, mehrere Prototypen zu iterieren, bevor ein Design finalisiert und in Mengen produziert wird, die bisher zwischen 5 und 500 pro Serie lagen, sagt Herr Weiss.

Die drei-Achs-VMC und die Swiss-Type-Drehmaschine, die diese Arbeit leisten, sind in einer Garage untergebracht, die an den 2.100 Quadratfuß großen Büroparkraum der Firma in Torrance angrenzt. Der alleinige Programmierer und Bediener der Maschinen ist Grant Hughson, ehemaliger Anwendungsingenieur beim Schneidwerkzeughersteller Sandvik Coromant und Herr Weiss' Geschäftspartner in einer separaten Firma: Pinion Precision Technology. Das Ziel der Partner für Pinion Precision ist ambitioniert: Teile für Zeitmesser über die Weiss-Marke hinaus zu produzieren. Konkret hoffen sie, die erwartete Lücke zu nutzen, die Swatch, ein prominenter Teilelieferant in der Schweiz, hinterlässt, da dieser das Geschäft aufgibt, um sich ausschließlich auf komplette Uhren zu konzentrieren.

Es gibt guten Grund für Vertrauen in Pinion Precisions Fähigkeit, diese Arbeit zu gewinnen, sagt Herr Weiss. Eine Lektion aus den frühen Tagen von Weiss Watch Co., als er noch Werke an seinem Küchentisch fast ausschließlich aus Schweizer Komponenten zusammenbaute, ist, dass andere Maschinenbaubetriebe generell nicht daran gewöhnt sind, Kunstwerke zu fertigen. „Jedes Teil, das wir machen, muss nicht nur in sehr engen Toleranzen liegen; es muss auch optisch ansprechend sein“, sagt er.

In der Vergangenheit, fährt er fort, haben Betriebe selbstbewusst die Art von Arbeit angenommen, die Herr Hughson jetzt im Haus macht, nur um dann zu kämpfen, diese kosteneffektiv zu erledigen. Das umfasst Unternehmen, die bereits an kleine Teile gewöhnt sind (die meisten Zahnräder messen weniger als 1 mm), hohe Präzision (+0,0002/-0 Zoll für einige Bohrung-Zahnrad-Schnitte) und glatte Oberflächen (16 RA oder glatter sind typisch). Tatsächlich erinnert er sich an einen Fall, wo ein potenzieller Lieferant so gedemütigt war von unerwartet langen Durchlaufzeiten bei einem Prototyp-Auftrag, dass er die Teile kostenlos anbot.

Herr Hughson fügt hinzu, dass die Schwierigkeit dieser Arbeit über das Erfüllen strenger Spezifikationen hinausgeht. Schließlich könnte man sagen, Zerspaner sind für solche Herausforderungen geboren. Was schwieriger sein kann, ist die Einhaltung von Qualitätsstandards, die subjektiv erscheinen mögen. Ebenso das Ausführen von Operationen auf unkonventionelle, gegenintuitive Weise, um mühsame Handfinish-Prozesse zu unterstützen.

Teile als Kunst

Wenige Maschinenbaubetriebe malen mit ihren Werkzeugbahnen, aber Arbeiten von Weiss Watch Co. verlangen es. Bei Messing-Brückenkomponenten wie den im Slideshow oben gezeigten muss auf jeden Wirbel und jede Linie geachtet werden, und Standard-Werkzeugbahnen reichen oft nicht aus, egal wie gemessene Toleranz oder Oberflächengüte ausfallen. „Bei all den Finish-Strategien wird die Geometrie eigentlich gezeichnet“, sagt Herr Hughson. „Der Werkzeugweg muss einen bestimmten Weg gehen – man kann nicht einfach einen Bereich anklicken und sagen: ‚Tasche das.‘“

Er nennt Genfer Streifenmuster als besonders gutes Beispiel, wie Ästhetik das Outsourcing der Zerspanung erschweren kann. Sichtbar im Eröffnungsfoto der Slideshow oben, ziehen sich diese breiten, diagonalen Bänder über Hauptplatte und Brücke und beziehen viel ihrer visuellen Anziehungskraft aus parallelen internen Werkzeugspuren, die zum Schnittpunkt mit einem angrenzenden Streifen bogen, aber nie die Lücke überspringen. Die Linien innerhalb sind auf eine bestimmte Weise geformt – für visuelle Anziehungskraft und um Staub im Werk aufzufangen –, und die klare Grenze zwischen jedem Streifen zu wahren, ist essenziell, sagt Herr Hughson. Das Schneiden dieser Merkmale auf einer Fräsmaschine statt einer dedizierten Genfer-Streifenmaschine erfordert, was er einen unkonventionellen Programmieransatz nennt. Zum Beispiel nutzt er auf der FANUC Robodrill VMC des Betriebs statt konstantem Überlappungsmaß einen vollbreiten Nutschnitt und überlappt dann die Hälfte dieses Schnitts mit einem weiteren vollbreiten Nutschnitt.

Davon abgesehen kann keine spezifische Messung oder Messreihe definitiv bestimmen, ob die Streifung korrekt ist. Es ist ein rein visueller Standard, bei dem Herr Weiss ein Mikroskop nutzt, um das bearbeitete Muster gegen ein gewähltes Ideal zu bewerten. Was mehr ist, Breite und Abstand der Bänder können leicht von Werk zu Werk und von Prototyp zu Prototyp während der Entwicklung eines neuen Werks variieren. Bestimmte Teilmerkmale müssen auch aus bestimmten Bereichen des Messingquadrats (2 × 2 × 0,125 Zoll) geschnitten werden, um konsistente Streifung nach Montage des Werks zu gewährleisten. Weiter erschwerend: Zu eng beieinander liegende Merkmale lassen nicht genug Platz für Schneidwerkzeuge, während solche zu nah am Rand des Rohmaterials unschöne Ein- und Austrittsmarken der Werkzeuge riskieren.

Sicherzustellen, dass Werkzeuge auf die verschiedenen Hauptplatten- und Brückenmerkmale zugreifen können, ist auch wichtig für das Anfasen von Kanten, um Gratbildung zu verhindern. Herr Weiss bevorzugt in manchen Fällen manuelles Entgraten, aber viele Teile sind zu klein und fragil. Herr Hughson sagt, er verbringe viel Zeit damit, zu strategisieren, wie man eine saubere Oberfläche hinterlässt oder Grate so bildet, dass sie die Handarbeit nicht stören. Zum Beispiel könnte ein bestimmtes Merkmal von der gegenüberliegenden Seite des Teils bearbeitet werden als ursprünglich beabsichtigt, oder ein Konturschnitt durchdringt das Teil nicht vollständig, um zu verhindern, dass ein Grat auf die andere Seite durchdrückt.

Das alles soll nicht suggerieren, dass zuverlässige, reproduzierbare Zerspanungsprozesse für Uhrenkomponenten unmöglich sind, sagt Herr Hughson. Doch die Kapazität dafür ist mit zwei Werkzeugmaschinen und einem einzelnen Programmierer/Bediener begrenzt (der Rest des Teams besteht aus Herrn Weiss' Frau Whitney, die Marketing macht; Lisa Odland, Herrn Weiss' Uhrmacherlehrling, und einer Büroadministratorin Christy Broderson). Gleichzeitig kann die Komplexität der Arbeit für externe Betriebe, die sich nicht darauf spezialisiert haben, eine hohe Hürde sein. Die Skalierung der Produktion ist das Ziel, aber die Kunst darf nicht kompromittiert werden.

Zeit machen

Angesichts der Realitäten des Outsourcings übernimmt Herr Hughson den Löwenanteil der Zerspanungsprozessentwicklung. Größere Teile gehen auf die Robodrill, bezogen von Methods Machine Tools. Die kleinsten, komplexesten Komponenten gehen meist auf das, was er ein „voll ausgestattetes“ Swiss-Type-Drehzentrum nennt: eine neuneachsige Tornos Swiss Nano, importiert aus der Schweiz mit einer Reihe nicht-standardmäßiger Features, die gut für Uhrenmacherei geeignet sind. Zum Beispiel bieten zwei individuell gesteuerte, hochfrequente Frässpindeln 60.000 bzw. 80.000 U/min – ausreichende Geschwindigkeiten für effektives Fräsen mit den kleinsten Schneidwerkzeugen. Unter anderen Features bietet die gangbestückte Maschine auch die Fähigkeit, Werkstückspannung und Frässpindeln für Wälzfräsoperationen zu synchronisieren, sowie ein Rohrsystem mit Vakuum zum Entfernen der winzigen Teile.

Trotzdem erfordert das schnelle Iterieren von Prototypen nicht nur die richtige Technologie, sondern auch hausgemachten Einfallsreichtum. Auf der Tornos reicht selbst die Fähigkeit, Werkzeuge wie ein 0,03-Zoll-Schlitzsäge effektiv zu fahren, nur so weit, wenn sich das Setup ändern muss. „Man kann nicht mal die Faust zwischen Haupt- und Gegenspindel stecken“, sagt Herr Hughson, und erklärt, dass es manchmal schwierig sein kann zu sehen, ob ein winziges Merkmal tatsächlich bearbeitet wurde oder ob ein Teil tatsächlich für Gegenspindel-Rückseitenbearbeitung übertragen wurde. Was mehr ist, ein einzelnes Teil könnte Operationen mit bis zu 10 verschiedenen Schneidwerkzeugen erfordern, jedes mit eigenem Versatz, und Versätze für dasselbe Werkzeug können je nach Anfahrvektor variieren. Das Einstellen dieser Versätze durch Abtauchen jedes Werkzeugs an einem Blatt Kontaktpapier – ein kritischer Schritt, um nicht nur fragile, teure Teile, sondern auch fragile, teure Werkzeuge zu schonen – kann zeitaufwändig sein.

Deshalb entschied sich Herr Hughson früh, darauf zu verzichten. Stattdessen stellt er Versätze visuell ein, geleitet von einem kristallklaren Bild des Arbeitsbereichs auf einem Flachbild-LCD, das detailliert genug ist, um einzelne Späne an Werkstücken zu sehen, die kaum aus der Hauptspindel-Führungsbüchse oder der Gegenspindel-Mikrospannzange ragen. Dieses Bild wird von einer winzigen Mikroskopkamera erzeugt, die in einen Werkzeughalter am Gangschlitten eingebaut ist. „Ich richte alle Werkzeuge ein, rufe den Rohteilversatz für jedes auf, prüfe es und justiere nach Bedarf. Kein Abtauchen nötig“, sagt er. Dieses hausgemachte System gibt auch die Gewissheit, dass Programme solide sind und alles korrekt eingerichtet und bearbeitet wurde.

Auf der VMC war die Werkstückspannung der Fokus der bedeutendsten Fortschritte zur Beschleunigung der Prototypeniteration. Konkret bevorzugt Herr Hughson, sich auf eine präzise, reproduzierbare Schnittstelle zwischen Spannvorrichtung und Maschine zu konzentrieren, statt zu viel Aufwand in die Schnittstelle zwischen Teil und Spannvorrichtung zu stecken, wie es seine ursprünglichen Designs mit ihren Präzisions-Positionierstiften taten. Schließlich erfordert Prototyping oft, Teile von der Maschine zur Prüfung zu nehmen. Solange die Spannvorrichtungsposition nicht mehr als einige Tausendstel Zoll von ihrer ursprünglichen Position abweicht, kann On-Machine-Probing den Werkstückversatz um das Teil schnell und automatisch aktualisieren.

Als ehemaliger Sandvik-Mitarbeiter wandte er sich natürlich der Modifikation von Capto-Schnellwechsel-Werkzeugrohlingen zu, um die kritische Schnittstelle zwischen Maschine und Prototyp-Spannvorrichtung bereitzustellen. Im Vergleich zur reinen Vertrauensbasis auf reproduzierbare Passung macht diese Strategie es einfacher, sicherzustellen, dass Merkmale auf gegenüberliegenden Teilseiten korrekt zueinander positioniert sind. Spannvorrichtungsdesigns können nachsichtiger sein, die Folgen von Spannvorrichtungsverschleiß oder -schäden sind weniger schwerwiegend, und Probleme sind leichter zu beheben.

Weiter ticken

Das erste Werk des Unternehmens, das fast vollständig aus US-Teilen besteht, ist auf dem Cover dieses Magazins abgebildet: das CAL 1003, das die American Issue Field Watch antreibt. Diese goldplattierte Erstversion war auf nur 50 Stück limitiert. Nun ist das Werk in seiner vierten Produktionsiteration, die eine höhere Schlagzahl als vorherige Versionen aufweist sowie einen „Hacking“-Mechanismus, der Nutzern der 1.995-Dollar-Uhr ermöglicht, sie nach Belieben zu starten und zu stoppen. Vorwärts gerichtet ist das Ziel, die Produktion der letzten paar Komponenten, die noch in der Schweiz gefertigt werden – Spiralfedern und Juwelen – auf US-Boden zu verlagern. Obwohl die Fähigkeit da ist, sagt Herr Weiss, verlangen Lieferanten die Möglichkeit, bei bestimmten Volumen zu produzieren, bevor sie die Arbeit überhaupt in Betracht ziehen. Er und Herr Hughson erwarten gleichermaßen, dass das Hochskalieren ein inkrementeller Prozess sein wird, wie es vom Anfang an war. „Wir lernen dabei“, sagt Herr Hughson.

Das mag so sein, aber das Unternehmen hat in vier kurzen Jahren einen langen Weg zurückgelegt. Es tat dies, indem es im Wesentlichen demselben Modell folgte, das den Ruf der US-Uhrenmacherei hervorbrachte, den es wiederherstellen will. Ab Mitte des 19. Jahrhunderts ergänzten US-Unternehmen wie Waltham Watch Co. die Technik der Schweizer Meister mit Produktionsausrüstung, die Uhren billiger und einfacher herstellbar machte, ohne das Handwerk zu kompromittieren, erklärt Herr Weiss. Die Industrie ging mit dem Aufkommen von Quarzwerken zurück, aber die Schweizer schafften es, ihre mechanischen Traditionen zu bewahren, wobei der anhaltende Erfolg von Marken wie Rolex weitgehend von Enthusiasten getrieben wird, die die Ingenieurskunst schätzen, die in handmontierten Zeitmessern mit Hunderten von Teilen steckt. Durch Nutzung einer ähnlichen Strategie wie Waltham – die Verschmelzung von altweltlicher Handwerkskunst mit moderner Fertigungstechnologie und -technik – will Weiss Watch Co. eine ähnliche Klientel anziehen, allerdings mit besonderer Wertschätzung für ein „Made in America“-Label.

So sagt der Uhrmacher. Was den Zerspaner angeht: Herr Hughson könnte nicht glücklicher sein, Arbeit zu machen, die regelmäßig konventionelle Ansätze der Teilebearbeitung herausfordert. Und Neuheit ist nicht seine einzige Motivationsquelle heutzutage. „In viel High-End-Fertigung ist es fast so, als hätte man ein verborgenes Doppelleben, weil man es nicht zeigen kann“, sagt er. „In der Uhrenmacherei kann ich sagen: ‚Schau dir diese kleine Maschine an meinem Handgelenk an: Das mache ich!‘ Für mich war das riesig: etwas Schönes um seiner selbst willen zu machen.“