So funktioniert eine Uhr mit Handaufzug
Inhalte auf dieser Seite
- 1 Diese Bestandteile benötigt ein mechanisches Uhrwerk
- 2 Die Unruhfrequenz bei Uhren mit Handaufzug
- 3 Stoßsicherung und Lagersteine im Detail
- 4 Unruhspirale und Zapfen für den Gang
- 5 Der Antrieb eines Uhrwerks mit Handaufzug
- 6 Das Räderwerk hat sich massiv weiterentwickelt
- 7 Wie gelangt nun aber die Uhrzeit aufs Zifferblatt?
Uhren mit Handaufzug
Zum besseren Verständnis des Wesens einer mechanischen Armbanduhr ist an dieser Stelle eine kurze Einführung ins Reich der Uhrentechnik erforderlich. Das eigentliche Uhrwerk setzt sich aus dem Rohwerk, der Hemmung, der Unruh mit Spiralfeder, der Zugfeder, dem Zifferblatt und den Zeigern zusammen.
Im Zusammenhang mit den Uhrwerken wird häufig der Begriff „Kaliber“ verwendet. Er bezeichnet die unterschiedlichen Werktypen der diversen Fabrikanten näher. Die Kaliberangabe ermöglicht die exakte Identifikation eines bestimmten Werkes, z. B. bei der Bestellung von Ersatzteilen. Traditionell ist zu differenzieren zwischen runden Kalibern und den Formkalibern.
Die Werksgrößen werden von der Schweizer Uhrenindustrie seit geraumer Zeit in metrischen Maßen bezeichnet. Größenangaben runder Uhrwerke beziehen sich auf deren Durchmesser, bei Formwerken sind Länge und Breite angegeben. Sie alleine sind heute ausschlaggebend für das exakte Maß eines Uhrwerks, auch wenn bei Uhrmachern traditionell immer noch die „Linie“ gebräuchlich ist. Diese alte Uhren-Maßeinheit entspricht 2,2558 mm.
Ein Handaufzugswerk ist dabei einfach nur ein Automatikwerk, das über einen automatischen Aufzug verfügt. Ein Rotor fehlt gänzlich, sodass der Träger die Uhr manuell aufziehen muss.
Diese Bestandteile benötigt ein mechanisches Uhrwerk
1. Das Reguliersystem, bestehend aus Unruhreif mit Unruhwelle, Spiralfeder sowie einer Vorrichtung zur Gangregulierung, meist Rücker genannt.
2. Das Antriebssystem, bestehend aus dem vollständigen Federhaus, dem Federkern und der im Federhaus spiralförmig aufgewickelten Zugfeder.
3. Das Übertragungssystem, normalerweise bestehend aus einem Satz von drei (Zahn-) Rädern samt zugehörigen Trieben, dem Minutenrad, dem Kleinbodenrad und dem Sekundenrad.
4. Das Verteilungssystem (Hemmung), bestehend aus Hemmungsrad (Ankerrad) mit Trieb, dem Anker mit Welle), sowie der auf die Unruhwelle aufgepreßten Hebelscheibe.
5. Das Aufzugssystem, bestehend aus Aufzugswelle mit Krone, Schiebe (Kupplungs-) trieb, Aufzugs (Kupplungsrad), Kronrad, dem auf der Federwelle befestigten Sperrrad sowie dem Gesperr, das sich aus Sperrkegel und Sperrkegelfeder zusammensetzt.
6. Das Zeigerstellsystem, bestehend aus Aufzugswelle mit Krone und Schiebe (Kupplungs-) trieb – analog zum Aufzug, Stell- oder Winkelhebel, Stell- oder Winkelhebelfeder, Kupplungshebel oder Wippe sowie Zeigerstellrad.
7. Das Zeigerwerk, bestehend aus Minutenrohr, Wechselrad mit Trieb sowie Stundenrad.
8. Die Organe zur Zeitanzeige, bestehend aus Zeigern und Zifferblatt.
Die oben genannten Organe und deren funktionales Zusammenwirken führen in ihrer Summe zu einem klassischen Handaufzugswerk mit 15 Steinen, eine Zahl, die für das einwandfreie Funktionieren durchaus hinreichend ist. Mehr Steine können, müssen aber nicht zwangsläufig sinnvoll und Qualitätssteigernd sein. In keinem Fall aber ist der Schluss zulässig, eine (auf dem Zifferblatt festgehaltene) große Steinezahl sei gleichzeitig eine Garantie für besonders hochwertige Werke.
Im Gegenteil, mitunter besitzen gerade Werke minderer Qualität überaus viele „Jewels“ in der Mehrheit aber nicht dort, wo sie sein müssten. Von den beschriebenen acht Organen eines Uhrwerks ist das gangregelnde, bestehend aus unruhreif und Spiralfeder, zugleich das wichtigste. Der unruhreif kann als statisch (möglichst exakt) ausgewuchtetes „Schwungrad“ definiert werden.
Die Unruhfrequenz bei Uhren mit Handaufzug
Bei klassischen mechanischen Uhrwerken schwingt die Unruh mit 5 Halbschwingungen pro Sekunde oder 18000 pro Stunde hin und her. Ein eventuell vorhandener Sekundenanzeiger bewegt sich also in 1/5 -Sekunden Schritten vorwärts. Bei moderneren Uhrwerken wurde, um die Ganggenauigkeit zu steigern, die Schlagzahl der Unruh auf 19800, 21600, 28800 oder gar 36000 erhöht. Uhrwerke, die die beiden letztgenannten Schlagzahlen aufweisen, bezeichnet man als „Schnellschwinger“. Besonders gefährdet sind bei Armbanduhren die feinen Zapfen der Unruhwelle.
Schwere Stöße oder gar das Herunterfallen auf einen harten Boden hat häufig den Bruch der Unruhwellenzapfen zur Folge. Einen wichtigen Schritt zur Verbesserung der Alltagstauglichkeit von Armbanduhren brachte deshalb in den dreißiger Jahren die Einführung verschiedenster Stoßsicherungssysteme (z. B. „lncabloc“) mit sich. Langfristig durchgesetzt haben sich indes nur solche, bei denen die entsprechenden Deck- und Lagersteine elastisch befestigt sind.
Stoßsicherung und Lagersteine im Detail
Zum Schutz der Unruhwellenzapfen geben die Steinlager bei schweren Stößen nach, federn diese also ab. Wie vieles in der Uhrmacherei wurden auch die Stoßsicherungen anfänglich mit Skepsis betrachtet. Dennoch waren ab den Fünfziger Jahren Armbanduhren ohne Stoßsicherung nicht mehr denkbar. Jede Abweichung von der exakten Unruh – Frequenz bewirkt ein Falschgehen der Uhr. Die Kunst der Uhrmacher beim Regulieren oder Feinstellen eines Uhrwerkes besteht also darin, dessen Gang möglichst konstant zu halten. Dem wirken prinzipiell verschiedene äußere Störfaktoren entgegen, die es konstruktiv und regulierend zu beseitigen gilt.
Einmal können sich Temperaturschwankungen negativ auf den Gang auswirken, indem sie das Elastizitätsmodul einer Stahl – Spiralfeder verändern. Steigende Temperaturen verursachen ein Nachgehen, sinkende hingegen ein Vorgehen der Uhr. Diese Temperaturfehler zu eliminieren war von jeher eine wesentliche Zielsetzung in der Präzisionsuhrmacherei.
Bereits vor mehr als 200 Jahren wurde zu diesem Zweck der bimetallische Kompensationsunruhreif erfunden, der den nicht unerheblichen Temperaturfehler der Stahl-Spiralfeder (weitgehend) auszugleichen imstande war/ist. Wegen der hohen Kosten und der aufwendigen Handhabung wurden Kompensationsunruhreifen jedoch nur in besseren Uhren verwendet, während bei billigeren Werken mit einfachen Messingunruhreifen die Temperaturfehler in Kauf genommen werden mussten.
Die metallurgischen Forschungen des Schweizer Physikers Charles-Edouard Guillaume führten im Jahre 1919 zur selbstkompensierenden Spiralfeder aus einer Nickel-Stahl-Legierung, welche den Kompensationsunruhreif überflüssig machte.
Unruhspirale und Zapfen für den Gang
Ab 1933 war schließlich die aus mehreren Metallen legierte „Nivarox“ Spiralfeder verfügbar, die neben vorzüglichen temperaturkompensierenden auch gute antimagnetische Eigenschaften besaß. In Verbindung mit dem 1935 eingeführten monometallischen „Glucydur“ Unruhreif stellte die „Nivarox“ -Spirale ein beinahe ideales Regulierorgan der modernen Armbanduhr dar, das bis in die Gegenwart Verwendung findet. Neben den Temperaturschwankungen können vor allem Lageveränderungen den Gang einer Uhr negativ beeinflussen.
Der Übergang von der waagrechten (z. B. Zifferblatt oben) zu einer senkrechten (z. B. Krone oben) Lage führt zu einer Veränderung der Reibung in den Lagern der Unruhwellenzapfen. Hinzu können Schwerpunkt-Veränderungen beim Regulierorgan (Unruhreif und Spiralfeder) kommen. Zur Verminderung der Reibungseinflüsse werden bei besseren Uhren speziell geformte und polierte Unruhwellen – Zapfen und besonders gebohrte (olivierte) Lochsteine verwendet.
Beim Unruhreif lassen sich Schwerpunktfehler durch sorgfältiges „Auswiegen“ (Auswuchten) reduzieren. Schließlich tragen Spiralfedern mit speziell geformten Endkurven (sogenannte Breguet-Spiralen) zur Verminderung der dort auftretenden Schwerpunktfehler bei.
Der Antrieb eines Uhrwerks mit Handaufzug
Als weitere Baugruppen gehören zu einer Uhr das Räderwerk und das Antriebssystem. Wie bereits erwähnt, kann der Antrieb eines Uhrwerks durch Gewichtskraft oder durch Federkraft erfolgen. Vom Antrieb durch elektrische Systeme sei an dieser Stelle, der geschichtlichen Entwicklung folgend, zunächst abgesehen.
Der Antrieb durch ein Gewicht ist problemlos und gestattet es, recht hohe Antriebskräfte, wie sie für größere Uhren erforderlich sind, bereitzustellen. Er eignet sich indessen nur für ortsfeste Uhren und ist in alten Turmuhren, Standuhren und Wanduhren zu finden.
Bewegliche Uhren müssen dagegen mit einem Federantrieb ausgerüstet sein. Auch hier wirft die Kleinuhr besondere Probleme auf, die an entsprechender Stelle behandelt werden sollen. Hier sei nur soviel gesagt, dass das Problem des Isochronismus eine Konstanz der Antriebskraft erfordert, die bei einer Feder ohne besondere Hilfsmittel nicht zu erreichen ist. Die Zwischenschaltung einer Schnecke zwischen Feder und Werk ist von der Uhr mit Waag her bereits bekannt. Jedes zusätzliche Element verschlechtert jedoch den Wirkungsgrad der Kraftübertragung, benötigt Platz im Uhrgehäuse und gibt möglicherweise zu Störungen Anlass.
Das Räderwerk, das die Kraft auf das Schwingsystem zu übertragen hat und die Zeiger antreibt, hat im Laufe der Zeit ein ganz bestimmtes Schema von Getriebestufen angenommen. Grundsätzlich bewirkt es eine Übersetzung der Drehbewegung des Antriebssystems ins Schnelle. Dabei sind die Getriebestufen so gewählt, dass die Achse des Minutenzeigers und die des Sekundenzeigers direkt im Kraftfluss zwischen Antriebssystem und Hemmung liegen.
Die Welle des Minutenzeigers wird vom Federhaus direkt angetrieben und bildet die erste Getriebestufe. Von der Minutenwelle geht der Kraftfluss über eine Zwischenstufe, bestehend aus Zwischentrieb und Zwischenrad (Kleinbodenrad), auf die Sekundenwelle, die den Sekundenzeiger trägt. Die Sekundenwelle steht mit der Welle des Ankerrades in direktem Eingriff. An der Welle des Minutenrades hängt im Nebenschluss ein weiteres Räderpaar, das Wechselgetriebe, das den Stundenzeiger antreibt.
Das Räderwerk hat sich massiv weiterentwickelt
Vergleicht man das Rädergetriebe einer mittelalterlichen schmiedeeisernen Uhr mit dem einer heutigen Gebrauchsuhr, so erkennt man den gewaltigen Fortschritt in der Erfüllung der beiden Hauptaufgaben:
- Die Obertragung der von der Antriebsstufe gelieferten Energie soll möglichst verlustarm erfolgen, damit die Uhr eine lange Laufdauer zwischen zwei Aufzügen hat.
- Das von der Triebfeder oder dem Gewicht abgegebene Drehmoment soll mit größtmöglicher Gleichmäßigkeit auf das Schwingsystem übertragen werden, um nicht zusätzliche Isochronismusstörungen hervorzurufen.
Die hierbei auftretenden Probleme der Lagerung, Reibung und Schmierung sowie der Zahnform der einzelnen Zahnräder sind besonders bei Kleinuhren von Bedeutung und bestimmen die Qualität eines Werkes. Sie bilden auch heute noch ein wichtiges Thema in der uhrentechnischen Forschung.
Wie gelangt nun aber die Uhrzeit aufs Zifferblatt?
Zunächst einmal über den vorderen langen Zapfen der Minutenradwelle. Er dreht sich innerhalb von 60 Minuten einmal um die eigene Achse, vermag also, mit einem Zeiger versehen, den Ablauf einer Stunde anzuzeigen. Dieses Zeitintervall ist allerdings für die Praxis zu kurz, da der Benutzer einer Uhr zusätzlich wissen möchte, um welche Stunde des Tages es sich gerade handelt. Erforderlich ist demnach ein Zählwerk, das die abgelaufenen Stunden addiert.
Diese Funktion übernimmt das Zeigerwerk. Es reduziert die Umdrehungszahl des Minutenrades in der Regel auf 1/12, führt also zu einer Umdrehung des Stundenzeigers innerhalb von 12 Stunden. Für besondere Uhren gibt es jedoch auch Zeigerwerke, die eine Umdrehung des Stundenzeigers innerhalb von 24 Stunden herbeiführen. Das Zeigerwerk hat jedoch noch eine weitere wichtige Aufgabe: in Verbindung mit dem Zeigerstellsystem lassen sich – über die gezogene Krone – Stunden- und Minutenzeiger exakt richten.
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