Wie funktioniert ein mechanisches Uhrwerk? (so tickt dein Zeitmesser)
Ein mechanisches Uhrwerk ist der Inbegriff von Perfektion. Jedes noch so kleine Teilchen hat seine Funktion und trägt zum großen Ganzen bei. Wenn auch nur eine Komponente nicht fehlerfrei ist, kann es sein, dass das ganze Uhrwerk nicht funktioniert.
Selbstverständlich gibt es auch Quarzwerke, welche durch eine Batterie laufen. Diese sind sehr genau und sind nicht ansatzweise so kompliziert in der Herstellung.
Doch diese Komplexität, welche hinter einem mechanischen Uhrwerk steckt, ist gerade das, was es so genial macht. Es ist genau das, was viele erst in den Bann der mechanischen Uhren zieht. Es ist die Faszination, wie viele kleine Teilchen so perfekt zusammengesetzt werden, dass ein großer autonomer Mechanismus entsteht.
Ein mechanisches Uhrwerk wird per Hand aufgezogen oder es zieht sich durch die verbauten Rotoren von selbst auf. Zunächst spannt sich dadurch die Feder im Federhaus, diese Spannung wird auf das Räderwerk übertragen und kommt dadurch in Bewegung. Das Zeigerwerk macht letztendlich das Geschehen sichtbar und bewegt die Zeiger auf dem Zifferblatt. Die Hemmung ist das Herzstück und taktet die Energie, die auf das Uhrwerk losgelassen wird.
Das mechanische Uhrwerk im Detail erklärt
Zunächst mal ist es wichtig zu wissen, dass Uhrwerke auf unterschiedliche Weisen angetrieben werden können. So gibt es verschiedene Arten von Uhrwerken.
Da wäre zum einen das elektromechanische Uhrwerk. Bei diesem versorgt eine Batterie das Uhrwerk mit Energie.
Die Königsdisziplin unter den Uhrwerken ist aber das mechanische Uhrwerk. Diese Uhrwerke sind so konzipiert, dass sie sich entweder durch einen Rotor von selbst aufziehen können oder per Hand an der Krone aufgezogen werden. Niemals bedarf es aber einer Batterie.
Energieversorgung durch die Feder
Ein mechanisches Uhrwerk erhält seine Energie, um in Bewegung zu bleiben über die Zugfeder.
Bei einer Uhr mit Selbstaufzug dreht man zuerst an der Krone. Dadurch wird über eine Aufzugswelle, die Aufzugsräder und ein Sperrrad das Federhaus bewegt. In dem Federhaus dreht sich dadurch der Federkern, welcher die Zugfeder spannt. Das bereits erwähnte Sperrrad speichert mit dem Gesperr, bestehend aus einer Feder und einer Klinke die gewonnene Energie im Federhaus.
Gleichzeitig gibt das Federhaus über ein Zahnrad dann diese Energie an das Federwerk ab, welches dann die Uhr zum Laufen bringt.
Bei automatischen Werken funktioniert dies etwas anders. Den hierbei muss sich der Träger um gar nichts kümmern und der gesamte Prozess des Aufzugs geschieht autonom. Das Automatikwerk verfügt über einen Rotor mit einem Kugellager am Boden der Uhr. Dieser Rotor zieht die Uhr einzig und allein durch die Bewegung beim Tragen auf.
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Das Räderwerk kommt in Bewegung
Wenn die Feder gespannt ist und das Federhaus bereit, Energie abzugeben, kommt das Räderwerk ins Laufen. Dabei besteht das Räderwerk in seiner Grundausführung in der Regel aus drei wichtigen Komponenten: dem Kleinbodenrad, dem Minutenrad und dem Sekundenrad.
Das Räderwerk ist auch als Gehwerk bekannt.
Die Verzahnung startet bereits am Federhaus. Dieses greift nämlich in das Minutenrad ein und versorgt das Gehwerk mit Energie. Das Gehwerk einer Uhr besteht aus vielen verschiedenen Zahnrädern, die miteinander verbunden sind.
Alles beginnt mit dem Federhaus, das Energie liefert. Das Minutenrad des Gehwerks trägt den Minutenzeiger und beginnt zu laufen.
Das Kleinbodenrad verbindet das Minutenrad mit dem Sekundenrad, das sich einmal pro Minute dreht.
Es ist wichtig zu beachten, dass sich alles primär um den Minutenzeiger dreht und der Stundenzeiger lediglich ein durch weitere Zahnräder entschleunigter Zusatz ist, der am Minutenzeiger montiert wurde.
Der Sekundenzeiger, der sich logischerweise wesentlich schneller bewegt, ist wiederum autonom befestigt.
Das Räderwerk dient auch als Richtungswechsler, damit sich das Sekundenrad im Uhrzeigersinn dreht.
Gleichzeitig greift das Sekundenrad in das Ankerrad ein, das zur Hemmung gehört und die schritthafte Bewegung der Räder steuert.
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Die Hemmung
Die Hemmung ist eine zentrale Funktion im Uhrwerk. Vereinfacht gesagt ist diese dafür verantwortlich, den Mechanismus zu bremsen und dem Uhrwerk den Takt anzugeben, damit das Gehwerk zum Beispiel nicht immer schneller wird.
Wenn es keine Hemmung geben würde, würde sich die Zugfeder ungebremst entladen. Zunächst mal wäre dann die gewonnene Energie sofort weg, und die Zeiger würden sich unfassbar schnell bewegen. Die Funktion der Uhrzeitanzeiger wäre dann hinfällig.
Deshalb benötigt es eine Hemmung, die die Energie aus der Feder ausbremst und kontrolliert an das Gehwerk abgibt. Nur so ist eine Stunde auch wirklich eine Stunde und nicht beispielsweise 66 Minuten. So gesehen könnte man die Hemmung auch als Herz einer mechanischen Uhr bezeichnen.
Der gesamte Mechanismus besteht aus dem Hemmungsrad, dem Anker, der Unruh und der sich darin befindenden Spirale.
Das Ankerrad und die Unruh spielen eine zentrale Rolle. Das Ankerrad wird vom Sekundenrad angetrieben und wird durch den Anker blockiert. Wenn der Druck im Räderwerk groß genug ist, bewegt sich ein Zahn des Ankerrads am Anker vorbei und gibt einen Impuls an die Unruh weiter. Dadurch gerät die Unruh in Schwingung. Der Anker blockiert erneut das Ankerrad und die Unruh schwingt aus und wird zurückgezogen.
Dieser Zyklus wiederholt sich dann kontinuierlich und sorgt für eine gleichmäßige Bewegung des Uhrwerks.
Dadurch entsteht ein Rhythmus, der uns allen bekannt ist. Nämlich, dass sich der Sekundenzeiger in 60 Sekunden um die eigene Achse dreht und der Minutenzeiger in 60 Minuten.
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Das Zeigerwerk finalisiert das Uhrwerk
Doch so richtig funktionstüchtig wird eine Uhr erst durch das Zeigerwerk.
Denn dieses kümmert sich um die genaue Zeitanzeige auf dem Zifferblatt.
Das Zeigerwerk befindet sich unter dem Zifferblatt und wird von außen über die Krone eingestellt. Es macht sozusagen die gesamte Arbeit des Uhrwerks auf dem Zifferblatt sichtbar und verwandelt die Uhr in einen präzisen Zeitmesser.
Wenn man die Uhr verstellen will, trennt beim Betätigen der Krone eine Kupplung das Zeigerwerk vom Rest des Mechanismus, sodass man die Uhrzeit problemlos umstellen kann, ohne dass es einen Einfluss auf das Uhrwerk hat.
Oftmals werden vom diesem Zeit-Werk aus auch Komplikationen gesteuert, auf welche wir später noch eingehen werden.
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Revolutionen der Uhrmacherkunst
Nun kennst du den Ablauf eines mechanischen Uhrwerks in seiner “einfachen” Form. Es gibt aber zahlreiche Erfindungen und Ergänzungen, welche einen maßgeblichen Einfluss auf die Uhrmacherei hatten. Es folgen nur zwei der wichtigen Beispiele.
Die Co-Axial Hemmung von Omega
Für eine sehr lange Zeit wurden die Uhrwerke auf die gleiche Art und Weise mit der Ankerhemmung getaktet. Diese wurde im 18. Jahrhundert von George Graham erfunden und von seinem Schüler Thomas Mudge weiterentwickelt.
Nach einem viertel Jahrhundert kam ein Uhrmacher der Neuzeit, George Daniels auf die Idee, die Ankerhemmung zu hinterfragen.
Dieser war im Großen und Ganzen überzeugt von der herkömmlichen Ankerhemmung. Allerdings fiel ihm ein großer Kritikpunkt auf. Die Hebelflächen an der Hemmung waren zu wenig geschmiert.
Die Hebung ist allerdings gleitreibungsfrei behaftet, wenn das Hemmungsrad den Impuls über die Paletten des Ankers leitet. Auf gut Deutsch gesagt, entsteht dabei einfach zu viel Reibung. Eine Lösung musste her.
Dabei hat sich George Daniels von der bereits existierenden Chronometer Hemmung inspirieren lassen. Bei dieser Hemmung transferiert das Hemmungsrad bei jeder ganzen Schwingung den Impuls an die Unruh und nicht bei jeder Halben, wie es bei der Ankerhemmung der Fall ist.
Dieser Impuls wird dabei nur tangential übertragen. Das bedeutet, dass es keine radiale Kraftbewegung gibt, was zu Folge hat, dass es keine Reibung gibt.
Dieses Prinzip hat George Daniels dann schließlich auf seine Neuschöpfung, die Co-Axial Hemmung übertragen und die Welt der Uhrmacherkunst maßgeblich geprägt.
Mittlerweile ist in jeder neuen Uhr, aus dem Hause Omega, das moderne Co-Axial Werk eingebaut.
Das Dual-Impulse Escapement von Grand Seiko
Der Marke Grand Seiko ist ebenfalls ein wahrhaftiger Durchbruch gelungen. Denn mit dem 9SA5 Werk, welches das Dual-Impulse Escapement innehat, hat auch Grand Seiko die Uhrenwelt revolutioniert.
Dieses ersetzt nicht nur das Herzstück der Uhr, das Ankerwerk, sondern macht das Uhrwerk insgesamt auch noch gleich um 30 Prozent effektiver.
Grand Seiko hat mit dem Dual-Impulse Escapment die Impulse intelligenter geschaltet und schließlich für weniger Reibung gesorgt.
Wir haben bereits einen Beitrag geschrieben, wo wir dir bis ins kleinste Detail erklären, wie genau das Dual-Impulse Escapment von Grand Seiko funktioniert.
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Die grosse Welt der Komplikationen
Nun haben wir also verstanden, wie die Rohfassung eines mechanischen Uhrwerks funktioniert, sozusagen lediglich die Zeitanzeige. Das, was viele an mechanischen Uhren am faszinierendsten finden, sind aber die vielen verschieden Funktionen, die manche Uhren bieten. Gemeint sind die sogenannten Komplikationen.
Bei einer Komplikation handelt es sich nämlich um eine äußerst aufwendige Zusatzfunktion bei mechanischen Uhren. So können manche Komplikationen die Zeit messen, andere die Mondphasen anzeigen.
Wir erläutern ein paar der bekanntesten und beliebtesten Komplikationen, um dir einen kleinen Einblick in die Welt der Komplikationen zu verschaffen.
Tourbillon
Ganz vorne mit dabei ist das Tourbillon, was auf Deutsch so viel wie Wirbelwind bedeutet.
Die Schwerkraft verzerrt die Ganggenauigkeit von Uhren um ein wenig. Das Ankerwerk wird nämlich ungenau, wenn es ständig in derselben Position liegt.
Man kann sich das Tourbillon vorstellen wie eine Art Käfig, der das Ankerwerk behaust. Dieser Käfig dreht sich parallel zum Sekundenzeiger einmal um die eigene Achse, alle 60 Sekunden. Dadurch betrifft die Schwerkraft stets eine andere Stelle des Ankerwerks und die schwerkraftbedingte Ungenauigkeit kann ausgehebelt werden.
Als Resultat erhält man eine viel lage-unabhängigere Ganggenauigkeit.
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Chronograph
Eine weitere, sehr beliebte Komplikation ist der Chronograph. Mit diesem erhält man eine Stoppuhr in einer normalen Uhr. Man macht also sozusagen den 2 in 1 Deal.
Die große Herausforderung bei dieser Komplikation ist die Zeitanzeige während des Stoppvorgangs. Denn das normale Uhrwerk muss ja ganz normal weiterlaufen und die Zeit anzeigen, während man die Zeit stoppt.
Der Chronograph mag nach außen hin simpel wirken, da er “nur” die Zeit messen kann, er erfordert allerdings ein zusätzliches Räderwerk, damit er die Zeit messen kann, währenddessen die Uhr läuft.
Das macht die Technik hinter einem Chronographen ausgesprochen anspruchsvoll und raffiniert.
Wir haben auch dieser Komplikation bereits einen ausführlichen Beitrag gewidmet, falls dich der Chronograph mehr interessiert.
Ewiger Kalender
Eine der bemerkenswertesten Komplikationen überhaupt dürfte der ewige Kalender sein.
Denn dieser ist in der Lage, immer das richtige Datum, den Wochentag, den Monat und das Jahr, in dem man sich befindet, anzuzeigen. Er kann selbst Schaltjahre miteinberechnen.
Man muss den ewigen Kalender, wenn er nicht stehen bleibt, so gesehen, niemals selbst stellen.
Das funktioniert über ein spezielles Programmrad, mit welchem man die Schaltjahreszyklen einprogrammieren kann, sodass die Uhr erkennt, wenn man sich in einem Schaltjahr befindet.
Meistens müssen die ewigen Kalender immer zur Jahrhundertwende einmal gestellt werden, da dann immer ein Schaltjahr ausfällt.
Es gibt aber auch ewige Kalender, die selbst dies einkalkulieren können und wortwörtlich ewig laufen.
Falls wir jetzt Neugierde geweckt haben, findest du hier einen ausführlichen Artikel zum ewigen Kalender.
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Q&A
Wie funktioniert ein mechanisches Uhrwerk?
Durch aufziehen oder durch einen Rotor wird die Spannfeder im Federhaus gespannt. Diese Energie wird and das Gehwerk transferiert und schließlich über das Zeigerwerk auf das Zifferblatt übertragen. Die Hemmung bremst die Energie aus und taktet das Uhrwerk.
Was ist eine Komplikation?
Eine Komplikation ist eine technische Zusatzfunktion, die sehr aufwendig ist und einen extra Nutzen zusätzlich zum Anzeigen der normalen Uhrzeit bringt.
Was ist der wichtigste Bestandteil eines mechanischen Uhrwerks?
Der wichtigste Bestandteil ist die Hemmung, welche das Herzstück des Uhrwerks ist und die Energie aus dem federhaus gleichmäßig und im richtigen Takt auf das restliche Werk verteilt.
Quelle Titelbild: Rolex
Über den Autor
Alexander Weinberger
Für mich ist das Faszinierendste an Uhren das Zusammenspiel aus präzisem Handwerk und künstlerischer Entfaltung. Hunderte kleine Teile müssen bei einem Uhrwerk exakt so zusammengesetzt werden, dass sie ein großes Ganzes ergeben.
