Mechanische Prinzipien › Die Komplikationen

DIE MESSUNG KURZER ZEITSPANNEN

MENÜ

1. Allgemeines

Der Chronograph ist eine Vorrichtung, die entwickelt wurde, um die zwischen zwei Ereignissen verstrichene Zeit präzise zu messen. Seine Geschichte ist geprägt vom Einfluss mehrerer visionärer Uhrmacher, Uhrmacherinnen, die mit ihren Erfindungen die Grundlagen für diesen komplexen Mechanismus gelegt haben, den wir heute kennen.

2. Chronograph oder Chronometer?

Zwischen diesen beiden Begriffen kommt es manchmal zu zahlreichen Verwechslungen. Der Chronograph bezeichnet einen Mechanismus zur Messung kurzer Zeit, der unabhängig von der Zeitanzeige der Uhr funktioniert. Das Chronometer hingegen bezeichnet eine Uhr von hoher Präzision, die einst von den chronometrischen Observatorien zertifiziert wurde und heutzutage durch die internationale Norm ISO 3159

3. Geschichte und Etymologie

3.1 Etymologie des Wortes „Chronograph“

Der Begriff „Chronograph“ stammt aus dem Altgriechischen, „chronos“ (χρόνος), was „Zeit“ bedeutet, und „graphein“ (γράφειν), was „schreiben“ bedeutet. Wörtlich ist ein Chronograph ein Instrument, das dazu bestimmt ist, die Zeit zu „schreiben“.

Im Laufe seiner Entwicklung hat der von Nicolas Rieussec im Jahr 1821 erfundene Tintenchronograph diese Bedeutung noch verstärkt: Das Gerät markierte den Ablauf der Zeit mithilfe eines Tintenschreibers und hinterließ eine sichtbare Spur auf einer rotierenden Scheibe. Dieser innovative Mechanismus machte Rieussec zum Pionier des Chronographen, wie wir ihn heute kennen.

Aus diesem Grund wäre es heute treffender, von einem „Chronoskop“ zu sprechen.

3.2 Geschichte des Chronographen

Louis Moinet (1768-1853)
Louis Moinet, französischer Uhrmacher von genialem Format, gilt als einer der Erfinder des Chronographen, da sein Terzenzähler einige Jahre vor demjenigen von Rieussec entstand. 1816 meldete Moinet ein Patent für einen Chronographen an, der in der Lage war, Zeitspannen mit einer unerhörten Genauigkeit von 1/60 Sekunde zu messen. Um dies zu erreichen, fertigte er ein Regulierorgan mit einer Schwingfrequenz von 30 Hz (gegenüber 3-5 Hz bei einer modernen herkömmlichen Uhr). Auch wenn man sich vorstellen kann, welche Auswirkungen eine solche Frequenz auf die Schmierung, die Gangreserve und den Verschleiß der Bauteile hätte, legte Moinets Arbeit den Grundstein für eine präzise Zeitmessung in praktischen Anwendungen.

Nicolas Rieussec (1781-1866)
Einer der grundlegenden Momente in der Geschichte des Chronographen geht auf das Jahr 1821 zurück, als Nicolas Rieussec, ein französischer Uhrmacher, den Schreibchronographen erfand. Rieussec, der ein spezifisches Bedürfnis der Pferderennen erfüllen wollte, entwickelte einen Mechanismus, bei dem ein Schreibstift, der Tinte hinterließ, bei jeder Aktivierung eine sichtbare Markierung auf einer rotierenden Scheibe hinterließ.

Diese innovative Vorrichtung ermöglichte es ihm, die verstrichene Zeit präzise zu messen, was bis dahin mit herkömmlichen Uhren schwierig war. Der „Schreibchronograph“ von Rieussec ist somit der Ursprung der Funktion, die man heute unter dem Namen „Chronograph“ kennt. In diesem Stadium der Geschichte des Chronographen verfügt der Mechanismus nur über eine Start- und Stoppsteuerung, die „Nullstellung“ existierte noch nicht und wurde manuell durch den Austausch der auf dem Zifferblatt abgelegten graduierten Pappscheibe des rotierenden Mechanismus vorgenommen.

Frédérick-Louis Fatton (1812-1876)
Er ist der Schüler von Abraham-Louis Breguet, der seine Arbeit ebenso wie die von Rieussec begrüßt und fördert. Fatton meldet 1822, nur wenige Monate nach Rieussec, das Patent für einen Chronographen (Schreibchronographen) an, dessen Zifferblatt feststehend ist. Hier ist es derZeiger, der sich bewegt und von einem Tintenbehälter gespeist wird.

3.3 Urheberschaft der Erfindung

Es ist schwierig, die Urheberschaft des Chronographen einem einzigen Uhrmacher zuzuschreiben, da so viele gemeinsam zu seiner Erfindung und Entwicklung beigetragen haben.

Eine erschöpfende Liste der Uhrmacher, die zur Entwicklung des (der) Chronographen beigetragen haben, ist unmöglich, aber wir können Namen wie John Arnold, Abraham-Louis Breguet, Joseph-Thaddeus Winnerl, Abraham-Louis Perrelet oder auch Adolphe Nicole nennen, die Systeme wie die Nullstellung durch Herzstück, die Integration einer unabhängigen Sekunde in das Uhrwerk der Uhr, den Einknopf-Chronographen oder den Schleppzeiger-Chronographen zum Beispiel entwickelt haben.

Ausgehend von der Tinte, die Rieussec verwendete, um die Zeit beim unabhängigen Nullstellen von Winnerl zu markieren, haben diese Erfinder jeweils eine bedeutende Rolle in der Entwicklung der Uhrmacherei und bei der Entwicklung von zugleich ausgeklügelten und präzisen Zeitmessmechanismen gespielt.

4. Integrierter Chronograph oder zusätzliches Modul?

Der Chronograph ist ein Mechanismus zur Kurzzeitmessung, der zum traditionellen Mechanismus der Uhr hinzukommt, der die Zeitanzeige übernimmt. Man unterscheidet zwei Arten, den Aufbau eines Chronographen zu konzipieren.

Die erste besteht darin, den Chronographenmechanismus bereits bei der Konzeption in das Uhrwerk zu integrieren. Diese Bauweise bedeutet, dass das Uhrwerk ausschließlich für Uhren mit Chronograph verwendet wird. Es gilt allgemein als anerkannt, dass eine integrierte Konstruktion authentischer und von besserer Qualität ist als ein zusätzlicher Mechanismus.

Die zweite Lösung zur Herstellung eines Chronographen besteht darin, ein traditionelles Uhrwerk zu verwenden, das zur Anzeige der Stunden, Minuten und Sekunden bestimmt ist, und diesem einen zusätzlichen Mechanismus (Modul genannt) zu überlagern, der sämtliche für die Chronographenfunktion spezifischen Bauteile integriert. Diese Lösung minimiert die Entwicklungskosten und bietet eine große logistische Flexibilität, da ein Modul auf verschiedenen Basisuhrwerken montiert werden kann und ein Basisuhrwerk Module für Komplikationen verschiedener Art aufnehmen kann.

5. Säulenrad oder Schaltnocke (Kurvenscheibe)?

Die verschiedenen Funktionen des Chronographen (Start, Stopp, Nullstellung, Funktionen des Schleppzeiger-Chronographen usw.) werden von einer Kurvenscheibe gesteuert, von der es zwei Arten gibt:

5.1 Das Säulenrad

Es handelt sich um eine kreisförmige Kurvenscheibe mit einer Schaltverzahnung an ihrer Basis, die von einer variablen Anzahl vertikaler Stifte gekrönt wird: den Säulen. Mit einem solchen Mechanismus löst jeder Druck auf einen der Drücker dreht das Säulenrad um einen Schritt seiner Schaltverzahnung weiter. Die Kupplungswippe(n), der/die Hammer und die Bremse(n) besitzen einen Finger, der sie gegen den Umfang der Säulen gedrückt hält.

Bei jedem Weiterschalten des Säulenrads (Drücken auf einen Drücker) befinden sich die Finger der Wippen, Hämmer und Bremsen gleichzeitig auf dem Umfang der Säule oder in der Vertiefung zwischen zwei Säulen, was es ermöglicht, die verschiedenen Bauteile des Chronographen in einer genau definierten Reihenfolge und mit einer genau definierten Bewegungsamplitude zu verschieben. Aufgrund seiner Konstruktion dreht sich das Säulenrad nur in eine Richtung.

5.2 Die Schlitten-Kurvenscheibe

Es handelt sich um eine Kurvenscheibe, meist mit zwei Ebenen (zwei konzentrische, übereinander liegende und miteinander verbundene Kurvenscheiben), manchmal auch mit drei, die es ermöglicht, alle Funktionen des Chronographen zu steuern. Im Gegensatz zum Säulenrad führt die Schlitten-Kurvenscheibe beim Startbefehl eine Drehbewegung im Uhrzeigersinn und beim Stoppbefehl eine Drehbewegung entgegen dem Uhrzeigersinn aus.

Die Kulisse führt so eine Hin- und Herbewegung aus, die ihr ihren Namen gibt. Der Nullstellungsbefehl bewegt die Kulisse in eine dritte Position, wodurch die Bremse gelöst und der/die Hammer betätigt wird/werden.

6. Horizontale Kupplung oder vertikale Kupplung?

Der Chronograph bezieht seine Energie aus dem Uhrwerk und wird in der Regel vom Sekundenrad des Uhrwerks angetrieben. Der Chronographenmechanismus muss daher an das Basisuhrwerk angekuppelt sein, wenn er läuft, und ausgekuppelt sein, wenn er steht.

Es gibt zwei Kupplungsmethoden:

6.1 Horizontale Kupplung

Die horizontale Kupplung war die einzige, die bis zum Aufkommen der vertikalen Kupplungen Ende des 20. Jahrhunderts verwendet wurde.

Bei dieser Art von Mechanismus verlängert sich der Zapfen des Sekundenrads über die Oberfläche seiner Brücke hinaus. Dort wird das Stirnrad eingepresst, das mit derselben Geschwindigkeit wie das Sekundenrad dreht (im Allgemeinen 1 U/min).

Die Kupplungswippe schwenkt um die Achse des Sekundenrads und des Stirnrads und trägt das Kupplungsrad (oder Zwischenrad des Chronographen). Das Stirnrad und das Kupplungsrad werden ständig vom Sekundenrad angetrieben, unabhängig davon, welche Funktion des Chronographen aktiviert ist (Start oder Stopp). Die Kupplungswippe endet in einem Finger, der durch die Wirkung der Feder der Kupplungswippe im Kontakt mit dem Säulenrad gehalten wird.

Wird die Funktion „Start“ über den dafür vorgesehenen Drücker aktiviert, rückt das Säulenrad um einen Schritt vor, und der Finger der Kupplungswippe fällt in den Zwischenraum zwischen zwei Säulen des Säulenrads. Die Kupplungswippe schwenkt so um ihre Achse und nimmt das Kupplungsrad in einer zum Stirnrad konzentrischen Bewegung mit, mit dem es im Eingriff bleibt. Am Ende dieser Bewegung kommt das Kupplungsrad in Kontakt mit dem Rad des Chronographen und treibt es an.

Gleichzeitig wird die Bremse gelöst, der Chronograph startet. Diese Konstruktion wird für ihren historischen und authentischen Charakter geschätzt. Sie weist jedoch den Nachteil eines Ungenauigkeitsrisikos beim Start der Messung auf, aufgrund der Distanz, die das Kupplungsrad zurücklegen muss. Da das Kupplungsrad zudem ständig in Rotation ist, kann es zu einer minimalen Verschiebung zwischen der Position der Verzahnung des Kupplungsrads und derjenigen des Chronographenrads kommen, wenn diese beginnen ineinanderzugreifen. Diese beiden Unvollkommenheiten des Systems haben zur Entwicklung der Chronographen mit vertikaler Kupplung geführt.

6.2 Vertikale Kupplung

Es gibt verschiedene Konstruktionen vonvertikalen Kupplungen. Das allgemeine Prinzip besteht darin, das Kupplungsrad über dem Zwischenrad des Chronographen anzuordnen, oder direkt über dem Chronographenrad, mit dem es konzentrisch läuft.

Beim Aktivieren des Starts des Chronographen fährt das Kupplungsrad durch Gleiten auf seiner Achse nach oben in Kontakt mit dem Zwischenrad des Chronographen oder dem Chronographenrad, wobei es weiterhin vom Sekundenrad angetrieben wird. Zwischen den beiden Rädern sind der Kupplungshebel und die Kupplungsfeder angeordnet, die den perfekten und sofortigen Antrieb des Chronographenrades gewährleisten.

7. Zähler und Skalierungen

Ein Chronograph zeigt mindestens die Messung der Sekunden an. Diese wird durch einen Zeiger angezeigt, in der Regel zentral, für eine präzisere und einfachere Ablesung. Die Sekundenskala ist in der Regel in mehrere Unterteilungen gegliedert. Diese entsprechen der Frequenz des Regulierorgans der Uhr. So wird beispielsweise die Frequenz eines mit 18’000 A/h (also 2,5 Hz) schwingenden Regulierorgans einen Chronographenzeiger ergeben, der 5 Sprünge pro Sekunde ausführt (1/20 Sekunde), während bei einem mit 5 Hz schwingenden Regulierorgan die Sekunde in 10 Sprünge des Chronographenzeigers unterteilt wird (Genauigkeit auf 1/10 Sekunde).

Die Sekunde wird häufig durch einen Zähler (Totalisator) der Minuten ergänzt. Obwohl er auch in der Mitte angezeigt werden kann, erscheint der Minutenzähler (Abbildung 1) in der Regel auf einem Zifferblatt mit Hilfszifferblatt (exzentrisch). Bei jeder Minute, also einer Umdrehung des Chronographenzeigers, rückt der Minutenzähler um eine Einteilung vor. Die Minutenzähler sind oft in Abschnitten von 30, 45 oder 60 Minuten unterteilt.

Abbildung 1

Minutenzähler

Auf die Miniaturansicht klicken, um sie zu vergrössern

Dieser Minutenzähler wird oft durch einen Stundenzähler ergänzt (Abbildung 2), der in der Regel über ein eigenes, versetztes Zifferblatt verfügt und eine Skala über 12 oder 24 Stunden anzeigt.

Abbildung 2

Stundenzähler

Auf die Miniaturansicht klicken, um sie zu vergrössern

Der Sprung der Anzeige der Minuten- und Stundenzähler kann schleichend, halbinstantan oder instantan sein (Abbildung 3).

Abbildung 3

Verschiedene Zählersprünge

Auf die Animation klicken, um sie zu vergrößern

8. Telemeter, Tachymeter, Pulsometer?

Verschiedene Umrechnungsskalen, ja sogar Rechenregeln, können konzentrisch zur Skala der Sekunden des Chronographen angezeigt werden. Diese können graviert oder tampondruckt auf dem Zifferblatt, auf einem Chapter-Ring oder auf einer Lünette, fest oder drehbar.

8.1 Das Telemeter

Er ermöglicht es, eine Entfernung anhand der Schallgeschwindigkeit zu messen. Seine Verwendung ist im Wesentlichen militärisch. Zum Beispiel, um die zurückgelegte Entfernung eines gerade abgefeuerten Geschosses zu kennen. Indem man den Chronographen startet, wenn man die Explosion des Geschosses sieht, und ihn stoppt, wenn man den Explosionsknall hört. So wird das Geschoss bei einem Zeitunterschied von 7,4 Sekunden in 2,5 km Entfernung von seinem Abschusspunkt explodiert sein. Da man das Ereignis (die Explosion) sehen und den Ton davon hören muss (auch über große Entfernung), hat das Telemeter kaum andere Verwendungszwecke, außer zu bestimmen, in welcher Entfernung ein Blitz eingeschlagen ist (Abbildung 4).

Abbildung 4

Telemeter

Auf die Animation klicken, um sie zu vergrößern

8.2 Das Tachymeter

Dies ist eine Skala, die es ermöglicht, eine Geschwindigkeit oder einen Takt zu messen. Auch hier wird ein Referenzwert benötigt. Um beispielsweise die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs zu berechnen, ist ein Distanzreferenzwert (z. B. 1 km) erforderlich. Die meisten Autobahnen verfügen über Markierungen, die exakt 1 km voneinander entfernt sind. Durch die Messung der genauen Zeit, die ein Auto benötigt, um 1 km zurückzulegen (zum Beispiel 21,5 s.), lässt sich seine tatsächliche Geschwindigkeit präzise bestimmen (167,4 km/h in unserem Beispiel).

Man kann auch die Stundenleistung einer Maschine ermitteln, indem man die Zeit misst, die sie zur Herstellung eines Bauteils benötigt. Dauert der vollständige Produktionszyklus eines Teils also 12 Sekunden, produziert die Maschine 300 Teile pro Stunde (Abbildung 5).

Abbildung 5

Tachymeter

Auf die Animation klicken, um sie zu vergrößern

8.3 Der Pulsometer

Früher bezeichnete man Uhren mit Pulsometer umgangssprachlich als „Ärzteuhren“. Um die Anzahl der Herzschläge eines Patienten pro Minute zu berechnen, genügt es, die Dauer einer begrenzten Anzahl von Pulsschlägen zu messen.

Zeigt die Skala beispielsweise ein Pulsometer für 30 Pulsschläge an, genügt es, die Gesamtdauer von 30 Pulsschlägen zu messen, um deren Anzahl pro Minute zu erfahren. Diese Skala ermöglichte es den Ärzten somit, bei dieser Messung Zeit zu sparen. (z. B.: 30 Pulsschläge in 22,5 s ergeben eine Herzfrequenz von 80 Schlägen pro Minute) (Abbildung 6).

Abbildung 6

Pulsometer

Auf die Animation klicken, um sie zu vergrössern

10. CHRONOGRAPH „FLYBACK“ (FLYBACK)

Dieser Mechanismus wurde für Flugzeugpiloten entwickelt, damit sie zwischen zwei Zeitmessungen im Zusammenhang mit der Anflugsteuerung ihres Flugzeugs keine Zeit verlieren. Wenn der Chronograph eingekuppelt ist, genügt ein einfacher Druck auf den Drücker-Rückstellung ermöglicht es, die Funktionen Stopp, Rückstellung und Start gleichzeitig und sofort auszuführen, sodass mit einem einzigen Druck zur nächsten Messung gewechselt werden kann.

12. EINKNOPF-CHRONOGRAPH

Wie der Name schon sagt, erfolgt die gesamte Steuerung dieser Art von Chronograph über einen einzigen Drücker. Die drei Funktionen des Chronographen (Start, Stopp und Nullstellung) folgen bei jedem Druck auf den Drücker in einer Schleife aufeinander.