Uhrwerk


Uhrwerk

Als Uhrwerk bezeichnet man das Innenleben einer Uhr.

Es sorgt dafür, dass sich die Anzeigevorrichtung in der jeweils richtigen Geschwindigkeit bewegt. Auch andere Geräte werden teilweise mit Uhrwerken angetrieben, zum Beispiel Messschreiber, Kurzzeit-Schaltuhren, Zeitzünder, Belichtungsuhren.

Uhrwerke gibt es in rein mechanischen, elektromechanischen und vollelektronischen Ausführungen. Historische Uhrwerke waren Zahnrad-Getriebe mit Hemmung und Energiespeicher – Sanduhren, Sonnenuhren und andere werden nicht als Uhrwerk bezeichnet.

Uhrwerk einer mechanischen Stoppuhr
Ankerwerk (Echapement) eines mechanischen Uhrwerks

Inhaltsverzeichnis

Mechanische Uhrwerke

Bei mechanischen Uhrwerken (auch Kaliber genannt) wird die gespeicherte potentielle Energie kontrolliert abgegeben und in eine Drehbewegung der Anzeigevorrichtung (meist Zeigerachsen) umgesetzt.

Bis auf die „Großen“ der Branche (z. B. Montblanc, A. Lange & Söhne, Audemars Piguet, Blancpain, Breguet, Ebel, Glashütte Original, IWC, Omega, Patek Philippe, Rolex, Seiko, Zenith) und einige kleine Manufakturen (z. B. D. Dornblüth & Sohn, Lang & Heyne, Nomos) verwenden die meisten Uhrenhersteller heute mehr oder weniger bearbeitete Fremd-Basiskaliber. Diese werden in Millionenstückzahlen beispielsweise von ETA (Swatch Group) (z. B. ETA2824, ETA2894, Valljoux7750) oder Ronda hergestellt und verbaut (z. B. in Baume & Mercier, Breitling, Longines, Panerai, Sinn). In vielen preiswerten mechanischen Uhren finden sich auch Basiskaliber der Hersteller Miyota (Citizen) und Seiko.

Bauteile des mechanischen Uhrwerks

Wichtige Bauteile eines mechanischen Uhrwerkes sind

  1. Antriebsvorrichtung mit dazugehörigem Aufzug (Federwerk, Gewichtszug)
  2. Räderwerk (ein Zahnrad-Getriebe)
  3. Anzeigevorrichtung mit Zeiger oder Springzahlen
  4. ruhende, rückführende oder freie Hemmung
  5. Gangregelung mittels Unruh, Kugelumlauf, Pendel oder Drehpendel

In hochwertigen kleinen Uhrwerken werden Edelsteine als Lagersteine für bewegliche Teile verwendet, da zwischen Stahl und Stein eine geringere Reibung entsteht als zwischen zwei Stahlbauteilen. Hierdurch wird der Verschleiß reduziert und durch gleichmäßige Kraftübertragung die Ganggenauigkeit erhöht. Verwendet werden heute synthetische Steine, z. B. Rubine.

Anzeige

Einfache Uhrwerke verfügen nur über einen Stunden- und einen Minutenzeiger. In aufwändigeren Uhrwerken kommen Funktionen (auch Komplikationen genannt) wie Sekundenzeiger, Datumsanzeige, Wochentag, Weckfunktionen, Stoppuhr, Mondphase etc. hinzu. Es gibt auch andere Arten der Anzeige, wie beispielsweise nur einen (Stunden-)Zeiger bei der Einzeigeruhr oder die Anzeige mithilfe von drehenden Scheiben unter einem Ausschnitt bei der Scheibenuhr.

Aufziehen

Mechanische Uhrwerke werden mit einem Schlüssel (Federwerke, manche Gewichtsantriebe), einer Kette der Gewichte, einer Krone (Handaufzug bei Taschen- und Armbanduhren) oder einem Elektromotor aufgezogen. Federwerke besitzen zur Vermeidung eines „Überdrehens“ oft ein Malteser-Sperrwerk, das die Anzahl der Umdrehungen begrenzt. Die Anfangs- und Endösen der Feder sind im Gegensatz zum Rest der Feder, der aus gehärtetem Stahl besteht, weichgeglüht – ein Brechen ist zwar normalerweise nur durch extreme Krafteinwirkung möglich, älteres Federmaterial neigte jedoch zum Brechen im Bereich des inneren, kleineren Biegeradius der Feder im Bereich des Überganges zur gehärteten Feder.
Uhren mit automatischem Aufzug verfügen über einen Federzaum, der die Aufzugfeder bei Vollaufzug durchrutschen lässt.

Wenn eine Uhr nach dem Aufziehen nicht anläuft, liegt es fast immer daran, dass das Räderwerk verschmutzt ist oder dass das Öl in den Lagern und an der Hemmung zu zäh geworden (verharzt) ist.

Siehe hierzu auch: Monatsläufer

Schlagwerk

Hauptartikel: Schlagwerk (Uhr)

Schlagwerke finden sich besonders bei Räderuhren; sie geben stündlich, halbstündlich oder viertelstündlich ein akustisches Signal. Das akustische Signal wird z. B. mittels Rundgong, Stabgong, Glocke, Pfeifen (z. B. bei der Kuckucksuhr), Tonfeder oder Spieldosenwerk erzeugt.

  • Der Stundenschlag wird meist als 1 bis 12 Schläge zur vollen Stunde ausgeführt. Seltener sind Uhrwerke, die zur vollen Stunde jeweils exakt einen Schlag ausführen.
  • Verfügt eine Uhr neben dem Stundenschlag über eine Halbstundenschlag, so wird zur halben Stunde meist ein einziger Schlag ausgeführt, identisch mit dem Schlag für 13:00. Bei dieser Kombination führt dieselbe Mechanik sowohl Stundenschlag, als auch Halbstundenschlag aus.
  • Verfügt eine Uhr neben dem Stundenschlag über eine Viertelstundenschlag, so wird nach „Wiener Schlag“ wie folgt geschlagen: 1 Schlag bei „viertel nach“, 2 Schläge bei „halb“, 3 Schläge bei „viertel vor“. Um eine klare Trennung vom Stundenschlag zu bieten wird hierfür meist ein separates akustisches Signal gewählt. (z. B. eine Glocke für den Stundenschlag, eine andere Glocke für die Viertelstunden. Darüber hinaus sind auch Schlagmelodien, wie z. B. Westminster-Schlag beliebt, bei denen spezifische Tonfolgen zu jeder Viertelstunden erklingen.

Ältere Schlagwerke (Schlossscheibenschlagwerke) besitzen eine Folgesteuerung, die manuell mit dem Stand des Uhrwerkes synchronisiert werden muss.
Rechenschlagwerke können die Zeigerstellung anhand eines Stufenrades (Staffel) für den Stundenschlag und ggf. eines weiteren für den Viertelstundenschlag erkennen und schlagen automatisch immer passend zum Stand des Zeigerrohres bzw. Zeigers.
Die Schläge der vollen Stunde unterscheiden sich von den Viertelstundenschlägen:
Die Schlagwerke sind oft mehrstimmig und spielen eine Klangfolge (z. B. Bodenstanduhren mit Westminsterschlag). Sie bestehen aus Glocken, meist jedoch aus Stahlstäben, die an einem Massestück befestigt sind, welches seinerseits mit dem Holzgehäuse verschraubt ist. Die Stäbe werden mit lederbesetzten Hämmerchen angeschlagen.

Uhren mit Schlagwerk besitzen üblicherweise ein oder zwei zusätzliche Energiespeicher (Gewichte oder Federwerk) und zugehörige Räderwerke (Stundenschlagwerk, Viertelstundenschlagwerk) für die akustischen Signale. Sonderfall ist z. B. der einzelne Stundenschlag zu jeder vollen Stunden, der über eine Nocke auf dem Stundenrohr erzeugt wird und kein separates Schlagwerk benötigt.

Weckwerk

Die Weckfunktion wird mit einem weiteren Zeiger (Weckzeiger) eingestellt. Der Weckzeiger sitzt bei rein mechanischen Weckwerken üblicherweise auf einer Steuerscheibe (Weckeinstellrad). Das Stundenrohr besitzt eine zusätzliche Erhebung (Weckauslösenocke) und wird durch eine flache Feder (Weckauslösefeder) nach vorn gegen die Steuerscheibe gedrückt. Wird die Weckzeit erreicht, so fällt die Erhebung des Stundenrohres in die dazugehörige Vertiefung der Steuerscheibe und der Stundenzeiger springt sichtbar näher an den Minutenzeiger heran. Diese Bewegung wird durch die Weckauslösefeder verursacht. Das lose Ende der Weckauslösefeder bewegt sich üblicherweise bedingt durch die Hebelwirkung weiter, als der Stundenzeiger selbst und gibt über diese Bewegung den Mechanismus des Weckwerkes frei oder löst einen elektrischen Kontakt aus. Über eine Schrägung an der Weckauslösenocke oder der Vertiefung des Weckeinstellrades wird über das Fortschreiten der Bewegung des Stundenzeigers das Stundenrohr gegen die Kraft der flachen Feder wieder in die normale Stellung zurückbewegt. Dies geschieht bei einfachen Weckern typischerweise in 30 bis 90 Minuten. Erst wenn das lose Ende der Weckauslösefeder den Mechanismus des Weckwerkes wieder blockiert kann das Weckwerk erneut aufgezogen werden, ohne sofort wieder abzulaufen. Bedingt durch den Umlauf des Stundenzeigers um 360° in 12 Stunden löst das Weckwerk üblicherweise zweimal in 24 Stunden aus. Selten gibt es auch Wecker mit 24-Stunden Weckzifferblatt, die nur einmal in 24 Stunden wecken. Bei digitalen Weckern ist die Unterscheidung nach 24 Stunden üblich. Bei mechanischen Weckwerken wirkt oft die Weckwerkfeder mit dem zugehörigen Federrad auf ein Weckersteigrad. Das Weckersteigrad veranlasst den Weckeranker zu einer Bewegung, die über einen Hebelarm einen Hammer gegen eine Glocke oder das Gehäuse des Weckers schlägt. Die Kombination Weckersteigrad und Weckeranker sehen dem Ankerrad und Anker eines mechanischen Gehwerkes mit Pendeln oft grob ähnlich, haben aber völlig andere Optimierungskriterien. Bei Ablauf der Weckwerkfeder nimmt diese zunehmend mehr Raum im Uhrwerk ein und behindert damit die Bewegung des Haltehebels, der oft ein einziges Bauteil mit Weckeranker und Hammer bildet. Ab einer gewissen Beeinträchtigung der Bewegung des Weckerankers wird der weitere Ablauf des Weckwerkes unterbunden und der Weckvorgang wird selbständig beendet.

Hauptartikel: Wecker

Uhren mit Weckfunktion besitzen üblicherweise einen zweiten Energiespeicher (meist Federwerk) für die Weckfunktion. Sonderfall ist z. B. die Nutzung eines Federzuges sowohl für das Gehwerk, als auch für das Weckwerk eines Weckers. Leicht erkennbar ist diese Ausführung dadurch, dass nur eine einzige Aufzugsmöglichkeit besteht, die gleichzeitig Gehwerk und Weckwerk aufzieht.

Elektromechanische Uhrwerke

Der Taktgeber von Synchronuhren ist ein Synchronmotor, der über ein Getriebe die Anzeigeelemente (Zeiger, bezifferte Räder oder fallende Plättchen) antreibt. Ähnlich funktionieren Tochteruhren, die von einer Mutteruhr Impulse beziehen und damit ein Schrittschaltwerk antreiben oder ihre motorisch angetriebenen Zeiger synchronisieren.

Synchronuhren sind auch in elektromechanischen, als Zwischenstecker ausgeführten Zeitschaltuhren enthalten.

Weiterhin gibt es mechanische Uhren mit elektrischem Aufzug. Unter anderem wurden Elektromotoren oder Elektromagnete zum automatisierten Aufzug konventioneller Uhrwerke eingesetzt, u. a. auch für Kirchturmuhren.
Mechanisch „rückwärts“ vom Ende des Zahnradgetriebes her mit einem Schrittmotor angetriebene Uhren beziehen ihre Antriebsimpulse von einer Quarz-Zeitbasis.
Beide Bauformen gab es als Zeitschaltuhr, letztere Bauform wird noch heute in analogen Wand- und Armbanduhren eingesetzt.

Elektronische Uhrwerke

Die Taktgeber elektronischer Uhren können sein:

  • mechanische Schwingungen
    • einer induktiv angeregten Stimmgabel (Frequenzen zwischen 300 und 720 Hertz) bei der Stimmgabeluhr.
    • eines Pendels bzw. einer Unruh, wobei diese Dauermagnete tragen und elektromagnetisch durch eine elektronische Schaltung, den Sperrschwinger, in Bewegung gehalten werden (Pendel bzw. Unruh sind die Zeitbasis und bewirken hier selbst den isochronen Antrieb des Uhrwerkes); vor Einführung der Quarzuhr gab es solche nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitenden Uhren, z. B. die ATO-MAT von Junghans[1]
    • eines elektrisch angeregten piezoelektrischen Körpers in Form eines Uhrenquarzes. Üblich sind die Stimmgabelform und Frequenzen von 32,768 kHz bis MHz.
  • Quantenübergänge eines elektronisch angeregten Stoffes
    • Atomuhren nutzen Energiedifferenzen von Elektronenniveaus (zum Beispiel die Cäsium-Atomuhr)
    • Schwingungszustände von Molekülen (meist ebenfalls als Atomuhren bezeichnet)
  • Zeitsignale
    • Funkuhren empfangen elektromagnetische Wellen von Zeitzeichensendern (zum Beispiel des mit einer Atomuhr gesteuerten DCF77)
    • Die Zeitanzeigen von Mobiltelefonen oder Computern synchronisieren sich an über das Mobilfunknetz oder über das Internet übertragenen Zeitsignalen.

Die Schwingungen von Quarzuhren werden über Frequenzteiler geführt und dann entweder digital gezählt oder direkt zum Antrieb eines Schrittmotors verwendet, der ein Zeigerwerk antreibt (analoge Anzeige). Zur digitalen Anzeige, zur analogen Anzeige auf einem Flüssigkristalldisplay oder zur Generierung eines Zeitzeichens werden die Schwingungen gezählt und mit Hilfe einer Software verarbeitet.

Die genauesten Uhren sind die Atomuhren, die meist Cäsium-Atome als Schwingstoff verwenden.

Die meisten Armband- und Wohnraumuhren verwenden heute Schwingquarze als Taktgeber.

Batterieuhrwerke

Batterieuhrwerke können elektromechanisch oder elektronisch sein. Heute werden fast nur noch Quarzuhrwerke und Funkuhrwerke eingesetzt.

Bevor die Möglichkeit bestand, preiswert Quarzwerke herzustellen, gab es bereits eine Reihe von Lösungen, die in kompakter Bauform und mit Batteriebetrieb akzeptable Laufzeiten und Ganggenauigkeiten erreichten.
Batterieuhrwerke kombinierten schon früh verschiedene Vorteile: Der automatisierte Aufzug, sodass das Federwerk nicht mehr z. B. eine Woche vorhalten musste, sondern ggf. nur wenige Minuten. Das gestattete eine Vereinfachung der Uhrwerke und damit eine Kostensenkung des mechanischen Teiles. Der Batteriewechsel war gegenüber dem Aufziehen von Hand seltener erforderlich. Bei vielen Uhrwerkstypen ist die Ganggeschwindigkeit nicht vollständig von der Antriebskraft entkoppelt, daher reduzierte sich durch den häufigen automatischen Aufzug auch der Gangfehler. Batterieuhrwerke boten damit preiswert vergleichsweise gute Ganggenauigkeit und Komfort.

Es wurden Pendel oder Unruh durch elektromechanische Kontakte gesteuert und über Elektromagnete in Bewegung gehalten. Es gab auch über Transistoren realisierte berührungslose Steuerungen mittels Sperrschwinger sowie die oben genannte Stimmgabeluhr.

Während bei magnetischem oder motorischem Aufzug die Kraftübertragung im Uhrwerk wie bei der konventionellen mechanischen Uhr vom Energiespeicher über das Minutenrad zum Ankerrad übertragen wird und damit sehr hohe Anforderungen an Genauigkeit und Festigkeit der Zahnräder gestellt wurde, ist bei direktem Antrieb des Pendels, der Unruh oder der Stimmgabel, aber auch beim Motor der Synchronuhr und der Quarzuhr der Energiefluss umgekehrt. Dadurch ließ sich eine weitere deutliche Vereinfachung des Räderwerkes vornehmen und Energie einsparen. Mit kleineren Batterien wurden gute Laufzeiten erreicht.

Beispiele für Batterieuhrwerke

Fotos weiterer Uhrwerke

Fotos eines Uhrwerkes mit 4/4 Westminsterschlag

Uhrwerk der Firma FHS:

Weblinks

 Commons: Uhrwerke – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

  1. Beschreibung der Technik des ATO-MAT-Uhrwerks

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