{"id":34582,"date":"2023-04-07T10:00:42","date_gmt":"2023-04-07T08:00:42","guid":{"rendered":"https:\/\/www.uhrinstinkt.de\/magazin\/?p=34582"},"modified":"2023-08-21T15:59:54","modified_gmt":"2023-08-21T13:59:54","slug":"was-macht-der-schwingungsgeber-in-uhren","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.uhrinstinkt.de\/magazin\/was-macht-der-schwingungsgeber-in-uhren\/","title":{"rendered":"Was macht der Schwingungsgeber in Uhren?"},"content":{"rendered":"

Seit Gedenken bem\u00fchen sich Menschen, m\u00f6glichst genau die Zeit zu messen und darzustellen. Sonnenuhren waren eine fr\u00fche Ideall\u00f6sung, weil sich ihre Anzeige am ma\u00dfgeblichen Dirigenten des Zeitablaufs orientiert. Der Haken: Sie funktionieren nur bei sch\u00f6nem Wetter. Grandios war deshalb die Idee, Uhren mit dem Schwingungsgeber mehr Unabh\u00e4ngigkeit zu g\u00f6nnen.<\/strong><\/p>\n

Optimal f\u00fcr Zeitmessungen \u2013 frequenzstabile Pendelbewegungen<\/h2>\n

Bei Experimenten stellte Galileo Galilei 1632 fest, dass f\u00fcr die Schwingungsdauer eines Pendels das Gewicht unwesentlich und die Schwingungsweite nebens\u00e4chlich ist. Letzteres gilt insbesondere f\u00fcr kleine Schwingungen. Einflussreich ist hingegen die Pendell\u00e4nge. So ben\u00f6tigen Exemplare, die knapp ein Meter lang sind, eine Sekunde f\u00fcr die Bewegung von der einen zur anderen Seite.<\/p>\n

Hinzu kommt, dass Pendelbewegungen vergleichsweise frequenzstabil verlaufen, was wichtig f\u00fcr die Zeitmessung ist. Davon kann sich jeder selbst \u00fcberzeugen, weil die Kinderschaukel eine vergn\u00fcgliche Interpretation des Pendels ist: Die Komposition aus Aufh\u00e4ngung und Sitzfl\u00e4che gibt vor, in welcher Frequenz man schaukelt. Zum Scheitern verurteilt sind Versuche, sie ma\u00dfgeblich zu beeinflussen. Galileo erkannte die Bedeutung seiner Untersuchungen f\u00fcr Zeitmessger\u00e4te, ohne den Gedanken zu vertiefen.<\/p>\n

\"Maedchen
\u00a9 Studio Romantic – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

Herzst\u00fccke der Uhrengeschichte: Schwerependel und Unruh<\/h2>\n

Christiaan Huygens lie\u00df sich von Galileos Pendelgesetz inspirieren und fand heraus: Ein Schwingungsgeber in Uhren muss so konzipiert sein, dass er lange und konstant seine Eigenschwingung entfalten kann. Passend dazu entwarf er das Schwerependel mit seiner heute bekannten Machart und lie\u00df 1657 die erste Pendeluhr bauen. Der Astronom erkannte, dass sich sein Konzept nur f\u00fcr ortsfeste Standuhren eignet. Er t\u00fcftelte deshalb an einem drehbar gelagerten Rad, das 1674 marktreif war. Diese sogenannte Unruh dient seither als Schwingungsgeber in Uhren, die man lageunabh\u00e4ngig nutzen m\u00f6chte. Mit verbesserten Materialien, Werkzeugen und Techniken verkleinerte man das Bauteil, bis es in Armbanduhren hineinpasste.<\/p>\n

\"Christiaan<\/p>\n

Uhrenkenner wissen, dass sich Huygens Erfindung genau genommen aus dem drehbar gelagerten Schwingk\u00f6rper und einer Spiralfeder zusammensetzt, mit der die Schwingfrequenz reguliert wird. Ein derartiges Schwingsystem nennt man Oszillator. Gebr\u00e4uchlich ist der Fachbegriff auch f\u00fcr klassische Uhrpendel, weil sie ebenfalls mehrere Aufgaben eines Schwingsystems in sich vereinen.<\/p>\n

\"Pendeluhr\"
\u00a9 Chris Hill – stock.adobe.com<\/figcaption><\/figure>\n

Oszillatoren, die sich kaum beeinflussen lassen<\/h2>\n

Kernziel des Uhrenbaus ist, die Normalzeit m\u00f6glichst genau abzubilden. Bahnbrechend war im 17. Jahrhundert, dass sich bei Huygens Pendeluhr t\u00e4glich nur Abweichungen von 10 Sekunden einschlichen. Damit gaben sich die Erfinder nicht zufrieden. Sie experimentierten mit Schwingungsk\u00f6rpern wie Torsionspendeln, wodurch man bei Drehpendeluhren enorme Gangreserven erzielen konnte. Gro\u00dfe Fortschritte beim Optimieren des Materials der Schwingungsgeber bescherte vor \u00fcber 80 Jahren die Speziallegierung Nivarox. Temperatur, Luftwiderstand oder Feuchtigkeit: Je effektiver man \u00e4u\u00dfere Einfl\u00fcsse ausbremste, umso exakter wurden die Uhren.<\/p>\n

Ambitionierten Uhrmachern wurde zudem schnell klar: Es wirkt sich positiv auf die Genauigkeit aus, wenn man den Takt erh\u00f6ht. Das gilt insbesondere f\u00fcr Armbanduhren, die mit Einfl\u00fcssen wie Ersch\u00fctterungen konfrontiert werden. Fest stand dadurch das Ziel, m\u00f6glichst hochfrequente Schwingungsgeber in Uhren zu integrieren, die gleichzeitig klein sind und geringe Ausschl\u00e4ge haben.<\/p>\n

\"Eingebaute<\/p>\n

Winzige Frequenzwunder: Stimmgabel-Schwingungsgeber in Uhren<\/h2>\n

Bei mechanischen Armbanduhren entlockt man der Unruh inzwischen 18.000 bis 36.000 Halbschwingungen pro Stunde. Das entspricht Frequenzen von 2,5 bis 5 Hertz (Hz). Traditionsmarken treiben bis heute die mechanische Pr\u00e4zisionszeitmessung voran. Das verdeutlichen mitunter Slimline Uhren von Frederique Constant<\/a>, die beim Deb\u00fct im Jahr 2021 mit ihrer Schlagfrequenz von 40 Hz imponierte.<\/p>\n

\"Frederique<\/a><\/p>\n

Diese Frequenzsteigerung ist bemerkenswert im Segment der mechanischen Regulierung. Vergleicht man sie mit vision\u00e4ren Uhrenlegenden, wirkt sie \u00fcberschaubar. Max Hetzel hatte 1921 den Geistesblitz, Schwingungsgeber mit Stimmgabelform ins Spiel zu bringen. Es dauerte vierzig Jahre, bis das Konzept marktreif war und die Accutron von Bulova charakterisierte. Sie beeindruckte mit einer Schwingfrequenz von 360 Hz, wodurch sich die Abweichungen auf 60 Sekunden monatlich schm\u00e4lerten. Die elektrisch angetriebene Stimmgabeluhr verkaufte sich millionenfach, wurde aber schnell von der n\u00e4chsten Innovation verdr\u00e4ngt.<\/p>\n

\"Bulova
Von jcw – Eigenes Werk, CC BY 3.0, https:\/\/commons.wikimedia.org\/w\/index.php?curid=12564467<\/figcaption><\/figure>\n

Schnellschwinger aus Quarz<\/h2>\n

Jacques und Pierre Curie entdeckten 1880, dass sich beim Quarzkristall im Zuge einer elastischen Verformung die elektrischen Pole verschieben, woraus eine elektrische Spannung resultiert. Umgekehrt verformen sie sich, wenn eine elektrische Spannung auf sie einwirkt. Das Ganze nennt man Piezoeffekt und erkl\u00e4rt, warum man Quarzkristall als Schwingungsgeber in Uhren nutzt. Sie oszillieren zugunsten der Ganggenauigkeit hochfrequent und platzsparend. Warren Marrison stellte 1928 eine funktionst\u00fcchtige Quarzuhr vor. Zehn Jahre sp\u00e4ter konnten Labore die ersten Pr\u00e4zisionsuhren mit Quarz kaufen.<\/p>\n

\"Alter
Von Phrontis – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https:\/\/commons.wikimedia.org\/w\/index.php?curid=9483742<\/figcaption><\/figure>\n

Die Quarz-Armbanduhr<\/h2>\n

Die Performance von Schwingquarzen nahm zu, als man wegen knapper Naturkristalle zur synthetischen Herstellung mit Quarzsand \u00fcberging. Dadurch konnte man den Kristallaufbau so beeinflussen, dass er beispielsweise druckunempfindlich und temperaturstabil wurde. Weitere Herausforderungen wurden gemeistert, bis man Anfang der 1970er serienreife Quarzarmbanduhren vorstellte. Mit Applaus begr\u00fc\u00dfte man Deb\u00fctantinnen mit Schwingungsgeber aus dem Labor, wie die Seiko Astron, die Astro-Quartz Junghans<\/a> oder die Hamilton Uhr<\/a> Pulsar.<\/p>\n

Erstaunlich war f\u00fcr Technikfans, dass die ersten Quarz-Luxusuhren mit ihrer Schwingfrequenz fast die 10.000 Hertz-Marke knackten. Bald darauf m\u00fcndeten konzeptionelle Verbesserungen und praktische Abw\u00e4gungen darin, dass man stimmgabelf\u00f6rmige Schwingquarze mit 32.768 Hz als Standard definierte. Treffen sie auf eine hohe Fertigungskompetenz beim Uhrenhersteller, begrenzen sich die Abweichungen auf 60 Sekunden j\u00e4hrlich. Im Vergleich dazu werden mechanische Luxusuhren schon gefeiert, wenn sich ihre Gangabweichung auf 2 Sekunden t\u00e4glich beschr\u00e4nkt.<\/p>\n

\"Junghans<\/a><\/p>\n

Jenseits von Armbanduhren wird Quarz als Schwingungsgeber lediglich vom chemischen Element C\u00e4sium \u00fcbertroffen, das die konventionelle Atomuhr charakterisiert. Ihre Entwicklung geriet in Fahrt, als man 1940 f\u00fcr die Kernspintomographie wesentliche Erkenntnisse zum Magnetresonanzverfahren erzielte. Sensationell war ihre geringe Fehlerquote, die sich auf eine Sekunde in 30 Millionen Jahren belief. Die C\u00e4siumuhr, in der \u00fcbrigens auch ein Quarz steckt, wird inzwischen von Atomuhren mit Laser-Lichtimpulsen \u00fcbertroffen. Ihre Gangabweichung betr\u00e4gt eine Sekunde in 100 Billionen Jahren.<\/p>\n

\"Atomuhr
Von J\u00f6rg Behrens – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https:\/\/commons.wikimedia.org\/w\/index.php?curid=5755176<\/figcaption><\/figure>\n

Keine \u00fcberzeugende Leistung ohne perfektes Ensemble<\/h2>\n

Jeder Oszillator wird von der D\u00e4mpfung ausgebremst. Er ben\u00f6tigt somit Energie, um in Schwung zu kommen und zu bleiben. Daf\u00fcr sorgen Gewichte, Spiralfedern oder Batterien. Die Energiezufuhr w\u00fcrde ohne eine weitere geniale Erfindung f\u00fcrs Uhrwerk schlichtweg verpuffen: die Hemmung. Erst im Zusammenspiel mit zahlreichen Bauteilen werden Oszillatoren zum Taktgeber, dessen \u00fcbertragene Impulse einer Sekunde entsprechen. Pendel, Unruh und Schwingquarz: Ihre G\u00fcte offenbart sich erst, wenn s\u00e4mtliche Bauteile f\u00fcr sich brillant und perfekt aufeinander abgestimmt sind. Schwingungsgeber verschiedener Art finden sich also in mechanischen sowie in Quarz-Armbanduhren, wenn auch ganz unterschiedliche.<\/p>\n

\"Hamilton<\/a> \u00a0 \u00a0 \"Tag<\/a><\/p>\n

Was macht der Schwingungsgeber in Uhren?<\/h2>\n

Diese Frage w\u00e4re unzureichend beantwortet, wenn man sich auf Oszillationen versteift. Er h\u00e4lt mit seinen wiederkehrenden Ausschl\u00e4gen Uhren nicht nur in Bewegung, sondern kontrolliert auch ihre Abl\u00e4ufe. Deshalb bezeichnen ihn Uhrmacher auch als Gangregler.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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