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DAS TOURBILLON

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1. Definition und Prinzip

Das Tourbillon ist ein Mechanismus zur Verbesserung der Präzision mechanischer Uhren. Sein Prinzip besteht darin, die Hemmung und das Regulierorgan in einem drehbaren Käfig zusammenzufassen. Indem man das Regulierorgan um sich selbst drehen lässt, erhält man eine kontinuierliche Durchmischung der vertikalen Positionen. So werden die durch die Schwerkraft verursachten Fehler beim Gang im Durchschnitt ausgeglichen. Diese Idee wurde 1801 von Abraham-Louis Breguet patentiert, ein Datum, das für die Komplikation in der Geschichte der Uhrmacherei grundlegend war. Das Tourbillon wird zu den Präzisionskomplikationen gezählt. Sein Nutzen ist besonders bei Taschenuhren ausgeprägt, die ständig in vertikaler Position getragen werden. Bei der Armbanduhr sind die chronometrischen Vorteile hingegen umstrittener.

2. Die Auswirkungen der Schwerkraft auf das Regulierorgan

Seit der Erfindung der Unruh-Spirale, stellten Uhrmacher, Uhrmacherinnen fest, dass die Schwerkraft die Regulierung in vertikaler Position stört. Tatsächlich weisen Unruh und Spirale unvermeidlich leichte Masseasymmetrien auf. Diese Ungleichgewichte äußern sich in einem für jede vertikale Position spezifischen Gangfehler. So würde, wenn die Krone oben ist, ein Uhrwerk, das fünf Sekunden pro Tag vorginge, ebenso viel nachgehen, wenn die Krone nach unten ausgerichtet wäre. In horizontaler Position verschwinden diese Effekte. Bei einer Taschenuhr, die aufrecht in einer Tasche getragen wird, oder einer Armbanduhr, die in vertikalen Positionen getragen wird, wirkt die Schwerkraft kontinuierlich in derselben Richtung. Das Problem ist somit für tragbare Präzisionsinstrumente anhaltend und bedeutend.

3. Der Tourbillon-Käfig: Struktur und Funktionsweise

Der Tourbillon-Käfig ist die rotierende Struktur im Herzen des Mechanismus. Er vereint in einer einzigen Baugruppe das Hemmungsrad, den Anker, die Unruh und die Spirale. Diese Einheit dreht sich langsam um eine vertikale Achse, angetrieben durch das Minutenräderwerk. Im Inneren des Käfigs greift das Ankerrad in ein feststehendes gezahntes Kronrad ein, das fest mit der Werkplatte verbunden ist. Diese epizyklische Vorrichtung ermöglicht es dem Ankerrad, sich zu drehen, während sich der Käfig dreht. Durch die Drehung durchläuft das Regulierorgan nacheinander alle vertikalen Positionen. Die für jede Position spezifischen Fehler gleichen sich dabei gegenseitig aus. Dieses in seiner Konzeption einfache Prinzip erfordert jedoch eine äußerst präzise Ausführung.

4. Der Tourbillon mit gelagertem Käfig

Der Tourbillon mit gelagertem Käfig, auch Tourbillon mit durchgehender Lagerung genannt, ist die von Breguet ursprünglich ersonnene Konstruktion. Der Käfig dreht sich um seine zentrale Achse wie ein gewöhnliches Rad. Seine Achse besitzt einen unteren Zapfen, der mit der Werkplatte und einem oberen Zapfen, der von der Brücke des Tourbillons gehalten wird. Diese doppelte Befestigung verleiht dem Mechanismus eine hohe mechanische Stabilität. Die Tourbillonbrücke ist eines der sichtbarsten Elemente des Uhrwerks. Sie wird oft mit besonderer Sorgfalt in Bezug auf Finish und Verzierung behandelt. Diese Konstruktion bietet den besten Kompromiss zwischen Robustheit, einfacher Regulierung und Präzision.

5. Das fliegende Tourbillon

Das fliegende Tourbillon wurde 1920 von dem Deutschen Alfred Helwig entwickelt. Seine Besonderheit besteht darin, den oberen Zapfen des Käfigs wegzulassen. Dieser wird dann nur von einem einzigen unteren Lager gehalten (heute in der Regel ein Kugellager). Diese Konstruktion hat den Vorteil, die Gesamtdicke des Tourbillonkäfigs zu verringern. Sie bietet zudem eine erhöhte Sichtbarkeit des Mechanismus, ohne Brücke die den Käfig verdeckt. Das Fehlen eines oberen Zapfens erhöht jedoch die Reibung und erzeugt einen ungünstigen Hebelarmeffekt. Diese Art der Konstruktion erlebte ab 1985 einen bemerkenswerten Aufschwung. Das Aufkommen präziser Miniaturkugellager ermöglichte es, ihre inhärenten Nachteile auszugleichen. Seitdem werden diese Lager systematisch als einziges Lager moderner fliegender Käfige verwendet.

6. Rotationsgeschwindigkeit und Gangreserve

Die Rotationsgeschwindigkeit des Tourbillon-Käfigs beeinflusst direkt die Wirksamkeit der Kompensation. Logischerweise durchmischt eine schnellere Drehung die Positionen mit einer höheren Frequenz. Diese Beschleunigung hat jedoch einen direkten energetischen Preis für die Gangreserve des Uhrwerks. Die große Mehrheit der Käfige vollführt eine vollständige Umdrehung in sechzig Sekunden. Dieser Ein-Minuten-Zyklus ermöglicht es, den Käfig mit einer Sekundenanzeige zusammenfallen zu lassen. So kann ein Zeiger getragen von der oberen Achse des Käfigs oder einem Index am Rand, zeigt direkt die laufende Sekunde an. Seltenere Konstruktionen verwenden eine Drehung in dreißig Sekunden oder vier Minuten. Diese Varianten veranschaulichen die ständige Spannung zwischen chronometrischer Präzision und Energieautonomie.

7. Leichtigkeit des Käfigs und Trägheit der Unruh

Die chronometrische Leistung eines Tourbillons ergibt sich aus einem heiklen Gleichgewicht zwischen mehreren widersprüchlichen Parametern. Einerseits muss der Käfig so leicht wie möglich sein, um seinen Einfluss auf den Energieverbrauch zu minimieren. Deshalb wird Titan wegen seiner geringen Dichte häufig für seine Bauteile verwendet. Andererseits garantiert eine Unruh mit hoher Trägheit eine bessere Stabilität der Frequenz. Ein schweres Unruh erhöht jedoch mechanisch das Gewicht des Käfigs und steigert den Verbrauch des Federhauses. Die Konstrukteure müssen daher vier miteinander verbundene Parameter lösen: Trägheit der Unruh, Masse des Käfigs, Frequenz und Gangreserve. Dieses Gleichgewicht stellt eine der zentralen Herausforderungen jeder Tourbillon-Konstruktion dar.

8. Der Zusammenbau

Der Tourbillon-Käfig ist einer der anspruchsvollsten Zusammenbauten der mechanischen Uhrmacherei. Er vereint zwischen fünfzig und achtzig sehr kleine Bauteile auf extrem engem Raum. Während die Herstellung vieler Komponenten heute industrialisiert werden kann, bleibt ihr Zusammenbau erfahrenen Uhrmachern, Uhrmacherinnen vorbehalten. Jeder Zapfen, jedes Räderwerk und jedes Lager müssen mit äußerster Präzision positioniert werden. Ein Fehler bei der Ausrichtung der Achsen beeinträchtigt das dynamische Gleichgewicht des Käfigs und verschlechtert die Ganggenauigkeit. Zudem müssen die Reibungen zwischen den Bauteilen durch eine geeignete Schmierung und eine sorgfältige Politur minimiert werden. Der Zusammenbau eines Tourbillons kann somit mehrere Dutzend Arbeitsstunden eines qualifizierten Uhrmachers, einer qualifizierten Uhrmacherin in Anspruch nehmen.