Wie funktioniert eine Uhr mit mechanischem Uhrwerk?

In diesem Artikel erklären wir Ihnen, wie eine vollständig mechanische Uhr funktioniert, d.h. ohne elektronische Elemente. Eine Uhr besteht aus zwei grundlegenden Teilen, der Ausstattung, zu der folgende Elemente gehören:

  • Armband
  • Zifferblatt
  • Zeiger
  • Gehäusering

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und dem Uhrwerk, das aus folgenden Elementen besteht:

  • das Rohwerk – bestehend aus Werkplatte, Steinen, Brücken, Rädern, Trieben, Aufzug, Schmiermittel
  • Feder
  • Hemmung
  • Regler, bestehend aus Unruh, Spiralfeder und dem Stosssicherungssystem

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Aufzugswelle, Unruh und Hemmung

Im Gegensatz zu einer elektronischen Uhr funktioniert eine mechanische Uhr ganz ohne Batterien. Stattdessen stammt die Energie aus der Aufzugswelle, die beim Aufziehen gedreht wird. Dabei wird eine s-förmige Feder gespannt, die Energie speichert und diese langsam an die Uhr abgibt. Diese Feder befindet sich in einem Gehäuse, das wir Trommel oder Zahnrad nennen. Entspannt sich die Feder, wird die Trommel gedreht, was alle anderen Räder im Räderwerk des Uhrwerks zum Drehen bringt. Die Drehgeschwindigkeit der Räder wird von der Unruh bestimmt.

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Die Unruh ist das Element in der Uhr, das die Zeitbasis darstellt. Es pendelt je nach Funktionsgeschwindigkeit hin und her und übergibt die Informationen an die Hemmung, die ihrerseits wiederum die Zählung vornimmt. Diese Informationen werden anschliessend auf die verschiedenen Räderwerke und schliesslich auf die Zeiger übertragen.

Die Hemmung ist eines der komplexesten Teile in einer mechanischen Uhr. Sie dient dazu, die Energie auf die Unruh zu übertragen, um ihre Pendelbewegungen und die Anzahl Halbschwingungen zu ermöglichen. Die Energie, die die Hemmung einbringt, muss die durch Reibung bei einer Halbschwingung der Unruh verlorene Energie kompensieren. Die Anzahl Halbschwingungen der Unruh in einer Stunde gibt die Uhrfrequenz an.

Je höher die Frequenz, desto präziser die Bewegung der Unruh. Eine Halbschwingung entspricht der Hälfte einer Schwingung der Unruh. Diese Schwingungen führen zum charakteristischen Ticktack einer Uhr.

Die Bewegung der Hemmung kann bei der Halbschwingung in drei Phasen unterteilt werden:

Echappement

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Die Hemmungsphase:

Zu Beginn der Hemmung wird das Hemmungsrad von der Eingangspalette blockiert, da ein Zahn des Hemmungsrads die Ruhefläche berührt. Danach greift der mit der grossen, auf der Unruh befestigten Rolle verbundene Stift in die Ankerhörner. Durch die Trägheit der Unruh dreht der Stift den Anker. Die Eingangspalette (d.h. die linke Palette) «geht nach oben», während die Ausgangspalette (rechte Palette) «nach unten geht». Dadurch wird das Hemmungsrad freigegeben. Das Räderwerk kann sich drehen und die Feder entspannt sich.

Die Antriebsphase:

Ein Zahn des Hemmungsrads berührt die Hebungsfläche der Eingangspalette. In dieser Phase wird das Kräftepaar des Hemmungsrads durch den Anker über die Palette und über die Hörner und den Stift auf die Unruh übertragen. Dies bedeutet, dass die Palette unter der Kraft «nach oben geht», die aus der Ankerdrehung entsteht, während sich die Ausgangspalette nach unten bewegt. Bei einer Drehung von 35 ° berührt die Eingangspalette den Zahn des Hemmungsrads nicht mehr, die Energie kann also nicht mehr übertragen werden. Dies ist das Ende der Antriebsphase und der Beginn der dritten Phase, Fallphase genannt.

Die Fallphase:

Sobald der Zahn die Eingangspalette nicht mehr berührt, kann sich die Hemmung drehen, während der Anker nun mit einem Sperrstift in Kontakt kommt. Das Hemmungsrad dreht sich, bis einer seiner Zähne die Ruhefläche der Ausgangspalette berührt. Beim Fall beendet die Unruh ihre Halbschwingung.

Bei der Hemmungs- und Fallphase entspannt sich die Feder nicht. Dies bedeutet, dass das Hemmungsrad sich nicht dreht und blockiert ist. Dies ist der Grund, weshalb die Uhr 50 Stunden lang laufen kann, ehe sie wieder aufgezogen werden muss.

Zwei Halbschwingungen der Unruh machen eine Schwingung aus, während der das Hemmungsrad sich um einen Zahn bewegt. Die Bewegung der Unruh ist alternierend, da sich ihre Drehbewegung bei jeder Halbschwingung ändert.
Im Allgemeinen hat die Unruh eine Frequenz von 4 Hz, d.h. sie führt pro Sekunde vier Schwingungen oder acht Halbschwingungen aus.

Zusammenfassend gesagt hat die Unruh eine alternierende Bewegung. Der Stift auf der großen an der Unruh befestigten Rolle überträgt die Ankerbewegung und damit die Drehung (und die Nicht-Drehung) des Hemmungsrades. Wenn der Anker das Hemmungsrad drehen lässt, entspannt sich die Feder teilweise und überträgt die Energie des Hemmungsrades über das Räderwerk. Die Energie des Hemmungsrades wird der Unruh über den Anker und die Paletten übertragen.

Weshalb kann eine Uhr nachgehen?

Auch die präzisesten mechanischen Uhren gehen pro Tag ein paar Sekunden vor oder nach, denn zahlreiche Gründe können die Genauigkeit einer Uhr beeinflussen. Wir zeigen Ihnen nachstehend drei Ursachen näher auf:
Die Uhr ist gegenüber physischen Umgebungskräften sehr sensibel, wie beispielsweise die Temperatur, der Luftdruck, die Feuchtigkeit oder das Magnetfeld. Beispielsweise führt eine Temperaturerhöhung dazu, dass die Feder- und Unruhmaterialien sich ausdehnen. Dadurch werden die Federkonstante und die Trägheit der Unruh beeinflusst, wodurch sich wiederum die Frequenz des Mechanismus verändert.
Reibungen – die nicht vermeidbar sind – können die Genauigkeit einer Uhr ebenfalls beeinflussen. Es gibt zwei verschiedene Arten Reibung: trockene Reibung (zwischen harten Körpern) und gleitende Reibung (zwischen Flüssigkeiten, wie Luft). Die Reibung kann durch die Abnutzung von Schmiermitteln und Materialien oder Korrosion beeinflusst werden.
Mindestens alle fünf Jahre sollte deshalb eine Revision durchgeführt werden, d.h. Auseinandernehmen, Reinigen, Zusammensetzen und Schmieren der Uhr. Ansonsten kann das Schmiermittel eintrocknen oder sich kleine Partikel durch die Reibung zwischen den Zähnen festsetzen, wodurch die Uhr nachgeht.

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