Komponenten › Uhrwerk

DIE UNRUH

MENÜ

1. Allgemeine Beschreibung

Die Unruh einer Uhr und die Spirale bilden ihr Regulierorgan. Die Unruh ist ein Schwungrad, das aus einer ringförmigen Masse besteht, die Fusskreis genannt wird und von Armen (im Allgemeinen zwei oder drei) gehalten wird (Abbildung 3). Um die bestmögliche Präzision der Uhr zu gewährleisten und ein Minimum an Energie zu verbrauchen, sollte die Unruh idealerweise das grösste Trägheitsmoment und die kleinste Masse haben, die möglich ist.

Abbildung 1

Explosionszeichnung des Zusammenbaus von Unruh und Spirale

Auf die Animation klicken, um sie zu vergrössern

Abbildung 2

Zeichnung einer Schraubenunruh

Klicken Sie auf die Miniaturansicht, um sie zu vergrößern

2. Trägheitsmoment

3. Ringförmige Unruhen

Es gibt zahlreiche Arten von Unruhen und Designs. Heutzutage können Unruhen in zwei grosse Kategorien unterteilt werden. Die ringförmigen Unruhen bilden die wichtigste davon. Sie werden im Allgemeinen aus Kupfer-Beryllium, Bronze-Beryllium oder Glucydur (gleiche Legierungsarten) hergestellt. Sie haben ein sehr gutes Verhältnis zwischen ihrer Masse und ihrem Trägheitsmoment sowie einen ausgezeichneten Wärmeausdehnungskoeffizienten. Ringförmige Unruhen können zwei oder drei Arme haben (Abbildung 3).

Abbildung 3

Ringförmige Unruhen mit zwei und drei Armen

Auf die Miniaturansicht klicken, um sie zu vergrössern

Die Korrektur des Tagesgangs bei Uhrwerken, die mit ringförmigen Unruhen ausgestattet sind, erfolgt in der Regel durch Änderung der aktiven Länge der Spirale und erfordert daher das Vorhandensein eines Rückers. Was ihr Auswuchten (statisch oder dynamisch / vgl. Die Regulierung) betrifft, so erfolgt es in der Regel durch (ein oder mehrere) Fräsen unter dem Fusskreis der Unruh (vgl. Die Regulierung).

4. Unruhen mit variabler Trägheit

Wie ihr Name schon andeutet, ist das Trägheitsmoment solcher Unruhen kann vom Uhrmacher, von der Uhrmacherin bei der ersten Inbetriebnahme des Uhrwerks oder bei Revisionen (Überholungen) behoben werden. Diese Art von Unruh ist teurer und aufwendiger in der Herstellung als ringförmige Unruhen, bietet jedoch eine grössere Flexibilität und Präzision bei der Regulierung. Man findet sie heute in den meisten hochwertigen Uhren. Obwohl es eine Vielzahl von Designs und Konstruktionen gibt, lassen sich heute zwei grosse Kategorien von Unruhen mit variabler Trägheit unterscheiden.

Die Unruhen mit Schrauben

Dies ist die älteste und traditionellste Konstruktion von Unruhen mit variabler Trägheit. Der Umfang des Fusskreises weist eine variable Anzahl von Schrauben auf (üblicherweise zwischen 16 und 18). Die Schrauben sind paarweise angeordnet (jeweils um 180° zueinander versetzt am Umfang des Fusskreises) (Abbildung 4). Das Auswuchten (statisch und dynamisch) solcher Unruhen erfolgt in der Regel durch leichtes Fräsen des Schraubenkopfes, an dem sich die Unwucht befindet (vgl. Die Regulierung). Um das Trägheitsmoment der Unruh zu verändern, fügt man dünne Unterlegscheiben zwischen der (den) Schraube(n) und dem Fusskreis der Unruh ein oder entfernt sie. So kann man das Auswuchten der Unruh korrigieren und gleichzeitig ihr Trägheitsmoment verändern und somit auf die Frequenz des Regulierorgans einwirken. Die Frequenz und der Tagesgang von Uhren, die mit solchen Unruhen ausgestattet sind, können also ausschliesslich durch Änderung des Trägheitsmoments der Unruh korrigiert werden, ohne dass unbedingt ein Rücker (Korrektur des Tagesgangs durch Änderung der aktiven Länge der Spirale).

Abbildung 4

Unruh mit variablem Trägheitsmoment mit Schrauben

Auf die Miniaturansicht klicken, um sie zu vergrössern

Unruhen „mit Gewichten“ oder Ringschrauben

Diese erst kürzlich entstandene Art von Unruhen bietet die gleichen Vorteile wie Schraubenunruhen, sorgt jedoch zusätzlich für eine bessere Aerodynamik der Unruh und vereinfacht deren Regulierung. Ringschrauben (geschlitzte Gewichte) werden auf dem Fusskreis der Unruh angeordnet, indem sie auf einen Zapfen aufgepresst werden (fett) (Abbildung 5).

Abbildung 5

Unruh mit variabler Trägheit mit Massestücken

Auf die Miniaturansicht klicken, um sie zu vergrössern

Es ist daher problemlos möglich, ein oder mehrere Massestücke um ihre jeweiligen Achsen drehen zu lassen. So kann die statische und dynamische Auswuchtung der Unruh vorgenommen werden (vgl. Die Regulierung), aber auch ihr Trägheitsmoment und somit die Frequenz des Regulierorgans zu ändern. (So erhöht sich das Trägheitsmoment der Unruh, wenn man die Schlitze der Massestücke nach innen verschiebt, die Frequenz nimmt ab und es entsteht eine Verzögerung.) Verschiebt man umgekehrt die Schlitze der Massestücke nach aussen, verringert sich das Trägheitsmoment der Unruh, die Frequenz nimmt zu und es entsteht ein Vorlauf (Abbildung 6).

Abbildung 6

Auswirkung der Schwankungen des Trägheitsmoments auf den Tagesgang

Auf die Animation klicken, um sie zu vergrössern

5. Geschichte

Als Zeitgenosse von Galilei, mit dem er sich einige Forschungsthemen teilt (Astronomie, Pendel), entdeckt Christian Huygens, ein holländischer Mathematiker, Astronom und Physiker, im Dezember 1659 die Theorie des Isochronismus der Zykloide. Nach dieser Theorie ist die Periode eines Pendels konstant, unabhängig von seiner Amplitude, wenn sich das Ende des Pendels auf einer zykloidischen Ebene bewegt. Diese Theorie ist auch heute noch massgebend für alle Berechnungen im Zusammenhang mit der Regulierung und Genauigkeit von Uhren.

Huygens ist auch dafür bekannt, der Erste (oder einer der Ersten?) gewesen zu sein, der eine Spiralfeder flache an eine ringförmige Unruh. Eine Erfindung, die die Entwicklung von Reisependeln (insbesondere Marinechronometern) und später von Uhren ermöglichen wird. Obwohl seither viele Versuche und Forschungen unternommen wurden, um leistungsfähigere mechanische Oszillatoren (Präzision, Frequenz usw.) zu entwickeln, bleibt die Erfindung von Huygens bis heute unübertroffen.

Die Uhrmacher, Uhrmacherinnen verstehen schnell, dass zwei der Faktoren, die die Präzision der Uhr am stärksten beeinträchtigen, folgende sind: die Schwerkraft und die Temperaturunterschiede. Abraham-Louis Breguet erfindet so das Tourbillon im Jahr 1801, um die Auswirkungen der Schwerkraft auszugleichen.

Um der Ausdehnung durch Temperaturänderungen entgegenzuwirken, entwickelten die Uhrmacher, Uhrmacherinnen geschlitzte bimetallische Unruhen. Da die Ausdehnung des ersten Metalls der Ausdehnung des zweiten Metalls mechanisch entgegenwirkt, ergibt sich eine thermische Kompensation mit einer minimierten Veränderung des Trägheitsmoments der Unruh. Diese Art von Unruh wird im Laufe des 20. Jahrhundert nach der Erfindung der Legierung Invar durch Charles-Édouard Guillaume im Jahr 1907. Diese Legierung aus Eisen und Nickel weist einen äusserst geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Sie fand in zahlreichen Anwendungsbereichen Verwendung (Messtechnik, Kryogenik, Uhrmacherei usw.) und trug sogar zur Erfindung des Fernsehens bei, wofür Guillaume 1920 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde. Die aus dieser Legierung aus Eisen (64%) und Nickel (36%) gefertigten Unruhen sind einem so vernachlässigbaren thermischen Einfluss ausgesetzt, dass sie wieder eine monometallische Zusammensetzung und eine ringförmige Form annehmen. Bereits zu Beginn des 21. Jahrhunderts kamen neue Materialien auf, die sich mitunter in der Zusammensetzung von Unruhen wiederfinden.

Die Trägheit einer Unruh sollte sich möglichst an ihrer Peripherie befinden, während ihr Zentrum so leicht wie möglich sein sollte. Man findet daher manchmal Unruhen (zum Beispiel) aus Titan (unmagnetisch, robust, leicht und mit geringer Ausdehnung), die an ihrem Fusskreis Massen aus Gold tragen.

So wurden zahlreiche weitere Materialkombinationen mit demselben Ziel erprobt.

6. Handwerkliche Herstellung einer Unruh

Zwei Bauteile bilden die Unruh: ihr Schwungrad und ihre Achse. Die Achse ist aus Stahl und lässt sich leicht auf einer Uhrmacherdrehbank und einer manuellen Drehbank mit Spitzenlagerung herstellen. Die Herstellung der Unruh selbst ist hingegen aufgrund der geforderten Präzision anspruchsvoller. Man kann eine Unruh jedoch durch verschiedene Dreh- und Frässchritte handwerklich fertigen, auch wenn heutzutage die meisten unabhängigen Handwerker die industrielle Lösung des „Décolletage“ bevorzugen, die sich auch gut für Kleinserien oder Einzelstücke eignet.

7. Industrielle Herstellung einer Unruh

Auf industrieller Ebene werden das Schwungrad der Unruh und ihre Achse in der Regel mit einem Drehautomat. Zusätzlich zu den Drehvorgängen, die diesen beiden Komponenten eigen sind, kann auf derselben Maschine auch das Fräsen der Arme durchgeführt werden. Auf diese Weise sind alle Dreh- und Fräsvorgänge perfekt konzentrisch, und die Unruh ist besser ausgewuchtet. Die für die Endbearbeitung, Verzierung, den Zusammenbau und das Auswuchten gewählten Methoden werden anschliessend je nach Uhrenkollektion ausgewählt (Handpolitur oder Trommelpolitur, Handrollieren oder maschinelles Rollieren usw.).

8. Philippe Dufour und Julien Tixier sprechen über die Unruh (Video)