Uhrenhemmung
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Die Uhrenhemmung, kurz „Hemmung“ genannt, ist ein unverzichtbares Bauteil der Räderuhren. Häufig findet man anstelle von Hemmung auch das Wort „Gang“, also zum Beispiel statt „Zylinderhemmung“ die Bezeichnung „Zylindergang“. Da jedoch der Begriff „Gang“ uhrentechnisch anderweitig besetzt ist (er beschreibt die zeitabhängige Änderung des Standes bezogen auf eine Vergleichsuhr), sollte besser nur von Hemmung gesprochen werden.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Einführung
Das am schnellsten bewegte Rad des Uhrwerks, Teil der Hemmung, wird Hemmungsrad oder Steigrad genannt. Bei Uhren mit Anker spricht man auch vom Ankerrad; bezüglich der typischen Bauform heißt bei der über 400 Jahre gefertigten Spindelhemmung dieses Rad auch Kronrad.
Eine Uhrenhemmung hat zwei Aufgaben zu erfüllen:
- Sie verhindert eine ungesteuerte, spontane Entleerung des Energiespeichers (Federzug, Gewichtsaufzug), schaltet vielmehr das Gehwerk im Rhythmus der Schwingungen (Pendel oder Unruh) schrittweise frei, zerhackt also gleichmäßig den Energiefluss. Erst dadurch wird eine kontrollierte Drehbewegung der Zahnräder möglich, die dann über die Zeiger als Uhrzeit dargestellt wird.
- Sie muss bei jeder Schwingung dem Taktgeber die Energie ersetzen, die er durch Luft- und Lagerreibung verloren hat.
Bekannt sind etwa 250 verschiedene Hemmungskonstruktionen, die sich jedoch funktionsgemäß in drei Kategorien einordnen lassen, die gleichzeitig auch die Chronologie ihrer Entwicklung mit steigender Qualität der Uhren (Genauigkeit, Zuverlässigkeit, Tragbarkeit usw.) widerspiegeln:
- Rückfallende Hemmungen
- Ruhende Hemmungen
- Freie Hemmungen
Beschrieben werden hier vorzugsweise solche Hemmungen, die einerseits bedeutende Fortschritte in der Uhrentechnik darstellen, andererseits eben wegen dieser Vorzüge eine große Verbreitung fanden.
Durch die Einführung der äußerst ganggenauen, von Quarzschwingern gesteuerten Gebrauchsuhren um 1975, und später der „absolut“ genauen, über Funksignale gesteuerten Uhren ab etwa 1995, haben mechanische Uhren im Alltag weitgehend ihre frühere Bedeutung eingebüßt. Allerdings werden im Hochpreissektor (z. B. Audemars Piguet, Glashütte, Lange, Jäger-LeCoultre, Patek Philippe, Rolex usw.) vermehrt wieder Taschen- und Armbanduhren mit Räderwerken höchster Fertigungsgüte hergestellt. Solche Uhren, sowie die Reparatur und Wartung alter, zum Teil kostbarer antiker Uhren verlangen immer noch qualifizierte Uhrmacher, die diese Technik beherrschen.
[Bearbeiten] Rückfallende Hemmungen
Bei der rückfallenden Hemmung wird das am schnellsten gehende Rad des Werkes, das Steigrad, nicht nur Zahn um Zahn von der Hemmung weiter gelassen, sondern es erleidet, wie das ganze übrige Werk, bei jeder Schwingung eine durch den Gangregler verursachte rückläufige Bewegung (daher die Bezeichnung „rückfallende“ Hemmung).
[Bearbeiten] Spindelhemmung
(für ortsfeste und für tragbare Uhren)
Diese Hemmung wurde bereits im 14. Jahrhundert bei den ersten Uhren, kombiniert mit der Waag oder Foliot als Taktgeber (am Faden aufgehängter Torsionsbalken mit radial verschiebbaren Gewichten zur Frequenzregulierung), eingeführt.
Funktionsweise: Die Spindelhemmung besteht aus dem kronenförmigen Hemmungsrad und der Spindel, einer langen dünnen Welle, die zwei winklig versetzte Lappen trägt, die wechselweise so in das Kronrad eingreifen, dass bei jeder Schwingung das Hemmungsrad sich um einen Zahn weiterdreht. Nach der Einführung des Pendels durch Huygens wurde im letzten Drittel des 17. Jahrhunderts die Waag sehr schnell durch das Pendel ersetzt. Von größter Bedeutung war jedoch die Verbindung der Spindelhemmung mit einer durch eine Spiralfeder unterstützten Unruh (Beginn des 17. Jahrhunderts). Damit wurden Uhren endgültig mobil, sie konnten am Körper getragen werden (Sackuhren).
Spindelhemmungen wurden bei Taschenuhren bis in das erste Drittel des 19. Jahrhunderts, bei ortsfesten Uhren (z. B. Comtoiser Uhren) bis etwa 1860 eingesetzt.
[Bearbeiten] Hakenhemmung oder englische Ankerhemmung
(für ortsfeste Uhren)
Erfindung von William Clement (1638 oder 1640–1704), London, um 1671, nach anderen Quellen um 1680.
Diese Erfindung war von großer Bedeutung, sie erlaubte geringere Antriebskräfte und eine Torsionsfaden-freie und damit robustere Pendelaufhängung. Sie löste bei Pendeluhren die Spindelhemmung ab, die aber dennoch bis in das 19. Jahrhundert hinein ebenfalls verwandt wurde.
Funktionsweise: Ein mit der Pendelachse verbundener ankerförmiger Stahlkörper greift mit seinen Haken wechselweise in die schräg geschnittenen Zähne des Anker- oder Steigrades so ein, dass bei jeder Vollschwingung dieses Rad einmal angehalten, einmal um einen Zahn freigegeben wird. Die Halteposition ist allerdings insofern problematisch, als dabei durch die Pendelschwingung eine Rückwärtsbewegung des Uhrwerkes gegen die Zugkraft erzwungen wird.
Bei preiswerten Uhren (z.B. Schwarzwälder Uhren) wurde ab etwa Mitte des 19. Jahrhunderts der Anker aus einem einfachen Blechstreifen gefertigt, der auf der Ankerwelle verpresst war. Die Eingangsklaue ist zur Ankerwelle hin eingebogen, die Ausgangsklaue gerade.
[Bearbeiten] Ruhende Hemmungen
Hier erfolgt keine rückwärtige Bewegung des Steigrades, zwischen dem schrittweisen Vorrücken ruht es. Während dieser Ruhestellung reiben sich aber die mit dem Pendel verbundenen Ankerpaletten auf den Flanken der Zähne des Hemmungsrades. Dadurch erfolgt immer noch eine Dämpfung, die aber wesentlich geringer als bei der rückfallenden Hemmung ist. Bei der Zylinderhemmung ist es die Reibung der Zähne des Hemmungsrades im Inneren des Unruhzylinders.
[Bearbeiten] Ruhende Ankerhemmung oder Grahamhemmung
(für ortsfeste Uhren)
Diese von George Graham entwickelte Hemmung (etwa 1715) erlaubte den Bau sehr genau gehender Pendeluhren, wie sie noch bis heute gefertigt werden. Vornehmlich wurde diese Hemmung bei Wand- und Bodenstanduhren mit langem Pendel eingesetzt, wobei Präzisionsuhren mit Pendelamplituden von nur 1° arbeiteten.
Die Hemmung besteht aus dem Ankerrad mit typischer Zahnung und dem mit dem Pendel verbundenen Anker, der mittels justierbarer stählerner Paletten oder mit Rubinsteinen in das Ankerrad eingreift. Die linke Palette heißt Eingangspalette, die rechte Ausgangspalette.
Funktionsweise: Während einer Pendelschwingung wird die Eingangspalette angehoben und der über die Hebefläche dieser Palette gleitende Zahn des Ankerrades erteilt dem Anker und damit dem Pendel einen Impuls.
Das für kurze Zeit ungebremste Ankerrad dreht sich in Uhrzeigerrichtung und fällt dann mit einem Zahn auf die Ruhefläche der Ausgangspalette. Während das Pendel noch weiter schwingt, ruht der Zahn des Ankerrades auf der Ausgangspalette, ohne dass das Rad eine Bewegung ausführt (deshalb „ruhende“ Hemmung). Beim Rückschwingen des Pendels wird die Ausgangspalette angehoben und der bisher angehaltene Zahn gleitet nun über die Hebefläche dieser Palette, wobei er ebenfalls dem Anker einen Impuls erteilt.
Die von Louis Gabriel Brocot erfundene, nach ihm benannte Hemmung war in ihrer Funktionsweise der Grahamhemmung ähnlich. Sie wurde meist dem Zifferblatt vorgelagert und war als Dekorationselement in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts bei Tischuhren beliebt.
[Bearbeiten] Zylinderhemmung
(für tragbare Uhren)
Diese Hemmung wurde schon 1695 von Thomas Tompion (1639 – 1743) erfunden und von George Graham 1720 entscheidend weiterentwickelt. Doch erst 100 Jahre später löste diese Konstruktion die Spindelhemmung bei tragbaren Uhren ab, wobei der Grund in den außerordentlich hohen Ansprüchen an die Fertigungsgenauigkeit dieses diffizilen Bauteiles zu sehen ist. In Taschenuhren betrug die Länge des Zylinders 2 bis 5 mm, sein äußerer Durchmesser 1 mm, die Wandstärke 0,1 mm.
Funktionsweise: Das Steigrad trägt kronenartige Zähne, die in einem Schuh enden. Diese greifen über einen kompliziert gestalteten Ausschnitt in das Innere der hohlen Unruhwelle ein. Dabei gleiten die Zähne beim Vor- und Rückschwingen der Unruh an den Kanten des Zylinderfensters ab und bewirken dabei einerseits eine Phase der Ruhe, andererseits geben sie beim Fortschreiten einen Impuls an die Unruhwelle ab.
Der kinematische Prozess des Hemmungsablaufes ist nicht zuletzt wegen der komplizierten Geometrie des Zylinderfensters und der Gestalt der Steigradzähne nur mit Hilfe entsprechend illustrierter Fachliteratur zu verstehen.
[Bearbeiten] Stiftenhemmung oder Amanthemmung oder Scherenhemmung
(für ortsfeste Uhren) Nicht zu verwechseln mit der unter den freien Hemmungen beschriebenen Stiftankerhemmung
Funktionsweise: Das Steigrad trägt auf seiner Peripherie senkrecht angeordnete Stifte mit halbkreisförmigem Querschnitt. Der scherenförmige, mit dem Pendel verbundene Anker pendelt mit seinen Hebeflächen derart, dass bei jeder Schwingung das Steigrad um einen Stift weiterrückt.
Die Stiftenhemmung erfordert eine relativ kleine Antriebskraft, sie ermöglicht eine hohe Genauigkeit, vergleichbar der Grahamhemmung (siehe zuvor); sie wurde bei Pendeluhren, vorzugsweise Großuhren (Turm-, Kirchenuhren), eingesetzt.
[Bearbeiten] Duplexhemmung
(für tragbare Uhren)
Erste Entwicklungen von Hooke (um 1675), entscheidende Vervollkommnung durch Duterte 1724. Diese Hemmung war ein wichtiger Entwicklungsschritt, sie wurde später von der Spindelhemmung und von der Ankerhemmung verdrängt.
Funktionsweise: Das Steigrad hat in zwei Ebenen unterschiedlich geformte Zähne, wobei die weiter außen liegenden Spitzzähne (Ruhezähne) in einen Einschnitt der Unruhwelle fassen. Die Welle ihrerseits hat einen Finger, der in die zweite Zahnebene (Stoßzähne) des Steigrades greift und von dort einen Impuls erhält. Ähnlich der Zylinderhemmung hat auch diese Konstruktion keinen eigentlichen Anker.
[Bearbeiten] Freie Hemmungen
Bei freien Hemmungen wird das Hemmungsrad schrittweise weitergeschaltet und der Schwinger bekommt einen kurzzeitigen Impuls, doch besteht in der übrigen Zeit keine mechanische Verbindung zwischen Werk und Schwinger.
[Bearbeiten] Freie Ankerhemmung oder Palettenankerhemmung
(für tragbare Uhren)
Es gibt drei wesentliche Ausführungen, die sich äußerlich in der Zahngestaltung des Hemmungsrades auszeichnen und etwas unterschiedliche Abläufe der Impulsübertragung haben. Am meisten verbreitet war die Schweizer Ankerhemmung oder Kolbenzahnhemmung.
Funktionsweise der Schweizer Ankerhemmung: Wesentliche Bauelemente sind das Ankerrad mit den kolbenartigen Zähnen, der drehbar gelagerte Anker und die Unruhwelle mit der Doppelscheibe (Hebel- und Sicherheitsscheibe).
Der Anker trägt die Ein- und Ausgangspalette (auch Ankersteine oder Hebsteine genannt) aus Korund (meist Rubin), die wechselweise in das Ankerrad fassen; er endet zur Unruhwelle in einer Gabel, in die der Hebelstein der Unruhwelle greift. Die schwingende Unruh kippt mittels des Hebelsteins den Anker in eine Endposition, so dass die eine Palette das Steigrad freigibt, während die andere Palette darauf den nachfolgenden Ankerzahn festhält. Dabei erhält die Unruh über Ankergabel und Hebelstein einen Kraftimpuls. Beim Rückschwingen der Unruh wiederholt sich dieser Prozess, so dass die Unruh bei jeder Vollschwingung zwei Impulse erhält. Während der Ruhephase des Ankerrades schwingt die Unruh frei, es besteht keine mechanische Verbindung zwischen Gangwerk und Schwinger.
Bei billigen Wecker, Taschen- und Armbanduhren wurden die teuren Paletten durch senkrechte Stifte ersetzt (Stiftankeruhren). Mechanischer Aufbau und Wirkungsweise dieser Hemmung ist dem der zuvor beschriebenen Palettenankerhemmung recht ähnlich.
[Bearbeiten] Chronometerhemmung
(für ortsfeste und für tragbare Uhren)
Als Chronometer bezeichnet man Zeitmesser mit amtlich geprüfter und zertifizierter hoher Ganggenauigkeit. Chronometer werden eingeteilt in Schiffschronometer, Beobachtungsuhren sowie Taschen- und Armbanduhr-Chronometer. Auf Pendeluhren wird diese Bezeichnung nicht angewandt. Hier findet man für Präzisionsuhren vorzugsweise die Federkraftpendelhemmung (Riefler-, Strasserhemmung).
Funktionsweise: Bei der ankerlosen Chronometerhemmung wird der Antriebsimpuls vom Hemmungsrad unmittelbar auf die Unruh übertragen, während die Hemmung von einem Gesperr besorgt wird, das von der Unruh gesteuert wird. Damit wird eine weitgehende Entkopplung von Gehwerk und Taktgeber erreicht.
Die Hemmung besorgt entweder ein drehbar gelagerter oder ein an einer Blattfeder befestigter längerer Arm (Ruhestück), der mit seinem Ruhestein die Bewegung des Steigrades aufhält. Der weitere Ablauf wird durch zwei mit der Unruhwelle verbundene Steine (Auslösestein und Hebestein) besorgt. Nach der Freigabe des Hemmungsrades durch den Auslösestein fällt ein Zahn auf den Hebestein der Unruhe und überträgt dabei einen Impuls. Das Hemmungsrad dreht sich um einen Zahn weiter und wird vom Ruhestein wieder angehalten.
Als Erfinder gelten die Franzosen Pierre Le Roy und Ferdinand Berthoud sowie die Engländer John Arnold und Thomas Earnshow.
[Bearbeiten] Siehe auch
[Bearbeiten] Literatur
- Bassermann-Jordan, Ernst von, Uhren, Verlag Klinkhardt und Biermann, Braunschweig, 1969, (ohne ISBN)
- Claußen, Gerhard & Ströde, K.-H., Das große Uhren-ABC, Bd. 1, Verlag Ebner, 1999, ISBN 3980367509
- Koch, Rudi (Hsg.), BI-Lexikon – Uhren und Zeitmessung, Verlag VEB Bibliographisches Institut, Leipzig 1989, ISBN 3323001001
- Menny, Klaus, Die Uhr und ihre Mechanik, Verlag Schäfer, ISBN 3878706871
- Weiland, G. O. + Ballwey (Hsg.), Bruckmann’s Uhrenlexikon, Verlag Bruckmann, München 1980, ISBN 3765418250
