Der Oszillator: Das Herz jeder Uhr

Ob Sie eine Kirchenuhr, eine Taschenuhr, eine mechanische Uhr oder eine Quarzarmbanduhr öffnen, Sie werden bestimmt einen Oszillator finden. Obwohl diese Baugruppe je nach verwendetem Zeitmessgerät unterschiedlich aussehen und funktionieren kann, ist ihr Zweck immer derselbe: ein möglichst präzises und gleichmäßiges Tempo festzulegen. In diesem Artikel befassen wir uns eingehend mit den gängigen Oszillatortypen in der replica Uhren welt und erklären ihre Funktionsweise sowie ihre Vor- und Nachteile.

Was ist ein Oszillator?
Im Großen und Ganzen ist ein Oszillator ein Mechanismus, der Energie in eine periodische Schwingung umwandelt. Diese Bewegung findet normalerweise um einen zentralen Punkt statt, der fast immer die Ruheposition des Oszillators ist. Die in Zeitmessgeräten verwendeten Oszillatoren erzeugen eine harmonisch gedämpfte Schwingung. Dies bedeutet, dass die Schwingung sehr regelmäßig ist und, wenn nicht genügend Energie zugeführt wird, weiter an Dynamik verliert, bis sie schließlich zum Stillstand kommt.

Bei mechanischen Armbanduhren und Taschenuhren übernimmt die Unruh die Rolle des Oszillators, während bei Kirchen- und Standuhren mit mechanischen Uhrwerken typischerweise ein Pendel zum Einsatz kommt. Quarzuhren und Smartwatches verfügen über einen Quarzkristall, der ihren Rhythmus vorgibt. In jedem Fall gilt: Je schneller der Oszillator ist, desto höher ist die Frequenz und desto präziser ist das Zeitmessgerät.

Wie verschiedene Oszillatoren funktionieren
Werfen wir einen genaueren Blick auf die gängigsten Arten von Oszillatoren. Der Einfachheit halber konzentrieren wir uns auf Oszillatorsysteme, die in Armbanduhren verwendet werden. Am weitesten verbreitet sind die Unruh und der Quarzoszillator.

Das Unruhrad

Die Unruh wurde bereits 1675 patentiert. Sie wurde vom niederländischen Wissenschaftler Christiaan Huygens entwickelt, der bereits für seine Arbeit bei der Entwicklung von Pendeluhren Anerkennung gefunden hatte.

Die Unruh besteht aus einem Unruhkranz, einer Unruhspirale und einer zentralen Unruhwelle. Die Felge, meist ein dünner Ring, wird durch die Spiralfeder, die aus einem hauchdünnen Draht besteht, hin und her bewegt. Dieses Uhrwerk dient dazu, die Hemmung, die den Energiefluss in der Uhr reguliert, in regelmäßigen Abständen auszulösen. Diese Energie wird dann auf das Räderwerk und schließlich auf die Zeiger der Uhr übertragen. Je nach Konstruktion wiederholt sich dieser Vorgang mit einer Frequenz von 2,5 Hz bis 5 Hz bzw. zwischen 18.000 und 36.000 Schwingungen pro Stunde (Umdrehungen pro Stunde). Der Industriestandard für moderne mechanische Uhrwerke liegt derzeit zwischen 21.600 und 28.800 Halbschwingungen pro Stunde, also 3,5 und 4 Hz.

Da die Hauptaufgabe der Unruh darin besteht, den präzisen Gang der Uhr zu gewährleisten, muss ihre Schwingungsfrequenz fein eingestellt werden. Der Uhrmacher muss daher darauf achten, dass die Schwingung möglichst gleichmäßig ist und die Amplitude, also der maximale Ausschlag der Unruh, weder zu groß noch zu klein ist. Die entsprechenden Einstellungen erfolgen in der Regel über Regler, mit denen die Spannung der Spirale eingestellt werden kann. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, kleine Gewichte am Unwuchtreifen anzubringen, um etwaige Unwuchten auszugleichen.

Um zu verhindern, dass die Unruh durch starke Stöße und Vibrationen aus dem Takt gerät, ist sie üblicherweise mit einem Stoßsicherungssystem ausgestattet. Allerdings garantiert dieses System noch keine 100-prozentige Immunität, weshalb Uhren mit mechanischen Kalibern für die meisten Sportarten grundsätzlich nicht geeignet sind. Wenn die Spiralfeder aus magnetischem Material besteht, müssen Sie sich auch von Magnetfeldern fernhalten, die der Uhr Schaden zufügen können.

Vor- und Nachteile: Unruhrad
Seit 350 Jahren im Einsatz
Hält bei guter Pflege ewig
Benötigt keine Batterien
Lends beobachtet ihr charakteristisches Ticken
Stellt feine mechanische Handwerkskunst zur Schau
Normalerweise nicht so genau wie Quarzoszillatoren
Höhere Wartung
Anfällig für Erschütterungen
Die Gangreserve ist relativ gering
Kann je nach Material anfällig für Magnetfelder sein

Quarzoszillator

Theoretisch unterscheidet sich die Schwingeinheit einer Quarzuhr nicht wesentlich von der einer mechanischen Uhr. Im Gegensatz zur Unruh verfügt ein Quarzoszillator jedoch über keine mechanischen Komponenten, sondern besteht aus einem Quarzkristall und einer kleinen Schaltung. Als Energiespeicher übernimmt die Batterie, bei Uhren mit analoger Anzeige fungiert ein Schrittmotor als Hemmung.

Sobald an den Quarzkristall eine elektrische Spannung angelegt wird, beginnt dieser zu schwingen. Dies ist auf den piezoelektrischen Effekt zurückzuführen, der 1880 von Pierre und Jacques Curie entdeckt wurde. Wie schnell der Kristall vibriert, hängt von seiner Größe und Form ab; Der Quarz in Armbanduhren ist nur wenige Millimeter groß und hat meist die Form einer Stimmgabel. Dadurch wird sichergestellt, dass der Kristall mit dem Industriestandard von genau 32,768 kHz oder 32.768 Schwingungen pro Sekunde vibriert. Die Schwingung wird von der Schaltung gelesen und in einen Impuls „übersetzt“ – genau einen Impuls pro Sekunde. Dies wiederum signalisiert dem Schrittmotor, den Sekundenzeiger einen Schritt weiter zu bewegen.

Dank der deutlich höheren Frequenz des Quarzoszillators sind Quarzuhren in der Regel weitaus genauer als ihre mechanischen Pendants. Eine Quarzuhr weicht durchschnittlich nur um 10 bis 30 Sekunden pro Monat ab, während einige mechanische Uhren an einem einzigen Tag so stark abweichen. Allerdings können gut regulierte mechanische Uhrwerke auch eine deutlich bessere Leistung erbringen.

Ein weiterer Vorteil von Quarzuhren besteht darin, dass sie nur sehr wenige mechanische Komponenten enthalten, wodurch sie unempfindlich gegenüber Vibrationen und Magnetfeldern sind und lästigem Verschleiß vorbeugen. Wenn Sie sich für eine Quarzuhr entscheiden, ersparen Sie sich auch den Weg zum Uhrmacher, da diese nicht alle 3 bis 5 Jahre zur Revision eingeschickt werden muss, wie dies bei mechanischen Uhren der Fall ist. Schließlich müssen diese Zeitmesser nicht alle paar Tage mit neuer Energie versorgt werden, um weiter zu ticken; Der Träger muss die Batterie nur alle paar Jahre austauschen.

Trotz dieser unbestreitbaren Vorteile genießen Quarzuhren bei Uhrenliebhabern immer noch keinen großen Respekt. Es gibt viele Gründe für diesen Konsens, aber das häufigste Argument ist, dass Quarzuhren „keine Seele haben“. Für die meisten in der Community ist selbst das einfachste mechanische Uhrwerk ein willkommener Anblick als ein Quarzwerk – ein mechanisches Uhrwerk steht für Handwerkskunst, ein Quarzwerk für maschinell gefertigte Massenware. Natürlich gibt es Ausnahmen von der Regel, wie zum Beispiel die Oysterquartz-Uhrwerke von Rolex.

Vor- und Nachteile: Quarzoszillator
Sehr hohe Genauigkeit
Starke Beständigkeit gegen Stöße und Magnetfelder
Geringerer Wartungsaufwand
Lange Gangreserve
Schlechter Ruf als Massenware
Benötigt Batterien: schädlich für die Umwelt
Geringer Werterhalt
Andere Oszillatoren
Grand Seiko Heritage SBGA465 mit Spring-Drive-Technologie
Grand Seiko Heritage SBGA465 mit Spring Drive-Technologie.
Im Laufe der Geschichte der Uhrmacherkunst gab es viele Versuche, den Oszillator zu revolutionieren. Eine der interessantesten Erfindungen der letzten Jahrzehnte ist der Spring Drive von Seiko. Den Ingenieuren des japanischen Uhrenriesen, der die erste massenproduzierte Quarzarmbanduhr auf den Markt brachte, ist es gelungen, die Präzision des Quarzkristalloszillators mit dem Sexappeal eines mechanischen Uhrwerks zu kombinieren.

Neuland beschreitet Zenith auch mit dem vor einigen Jahren vorgestellten „Zenith Oscillator“. Dieser Oszillator besteht aus nur einem einzigen Bauteil aus monokristallinem Silizium, das sowohl die Unruh als auch die Hemmung ersetzt. Die Schwingfrequenz beträgt 15 Hz, was die Uhrwerke mit dieser Technologie zumindest laut Zenith zu den präzisesten mechanischen Uhrwerken aller Zeiten macht.