DIE UNRUH
Die Unruh einer Uhr und die Spiralfeder bilden das Regulierorgan. Die Unruh ist ein großes Schwungrad mit so hoher Trägheit wie möglich, um den Einfluss externer Faktoren (Stöße, Schmierung etc.) zu minimieren. Für ihre Herstellung können verschiedene Legierungen verwendet werden.
Unruh: Streben nach maximaler Trägheit und minimalen Ausdehnungskoeffizienten
Ziel ist es, eine maximale Trägheit und die geringsten Ausdehnungskoeffizienten zu erreichen. Temperaturänderungen beeinflussen das Trägheitsmoment der Unruh durch Ausdehnungen und Kontraktionen des Materials, was sich nachteilig auf die Regulierung einer Uhr auswirken kann.
Historisch wurden diese technischen Verformungen durch die Herstellung von gespaltenen Bimetall-Unruhn kompensiert. Ein Metall kompensierte dabei die Verformungen des anderen, wodurch das Trägheitsmoment der Unruh (und somit die Regulierung der Uhr) so stabil wie möglich blieb. Üblicherweise hat die Unruh nur zwei flache Arme. Der äußere Ring der Unruh wird als „Serge“ bezeichnet. Die Serge der Unruh kann in einigen Fällen Gewichte oder Schrauben enthalten, die zur Ausbalancierung und Einstellung durch Änderung des Trägheitsmoments dienen.
Unruh: Muss perfekt ausbalanciert sein
Für eine optimale Regulierung muss die Unruh perfekt ausbalanciert sein. Sie ist auf der Unruhwelle (aus Stahl) befestigt, an der auch das Doppelplättchen (Teil des Hemmungsmechanismus) und die Spiralfeder angebracht sind. Nach der Montage wird das gesamte Ensemble ebenfalls neu ausbalanciert.
Um Reibungspunkte so weit wie möglich zu minimieren, sind die Zapfen der Unruhwelle konisch und haben einen sehr kleinen Durchmesser (oft weniger als 0,10 mm). Die hohe Masse der Unruh und der kleine Durchmesser ihrer Zapfen machen letztere sehr empfindlich. Aus diesem Grund hat sich im Laufe des 20. Jahrhunderts die Verwendung von stoßdämpfenden Lagerungen weitgehend durchgesetzt.
Zeitgenosse von Galileo Galilei, mit dem er einige Forschungsgebiete (Astronomie, Pendel) teilte, entdeckte der niederländische Mathematiker, Astronom und Physiker Christiaan Huygens im Dezember 1659 die Theorie des Isochronismus der Zykloide.
Laut dieser Theorie bleibt die Periode eines Pendels konstant, unabhängig von seiner Amplitude, wenn sich das Ende des Pendels auf einer zyklischen Bahn bewegt. Diese Theorie liegt auch heute noch allen Berechnungen zugrunde, die mit der Regulierung und Präzision von Uhren und Zeitmessern verbunden sind. Huygens ist außerdem bekannt dafür, als Erster eine flache Spiralfeder mit einer ringförmigen Unruh kombiniert zu haben – eine Erfindung, die die Entwicklung tragbarer Pendeluhren (Marinechronometer) und später von Uhren ermöglichte.
Obwohl seitdem zahlreiche Versuche und Forschungen unternommen wurden, leistungsfähigere mechanische Oszillatoren (mit höherer Präzision, Frequenz usw.) zu entwickeln, bleibt Huygens’ Erfindung bis heute unübertroffen.Uhrmacher erkannten schnell, dass zwei Hauptfaktoren die Genauigkeit einer Uhr am meisten beeinträchtigen: die Schwerkraft und Temperaturschwankungen. Abraham-Louis Breguet erfand 1801 das Tourbillon, um die Auswirkungen der Schwerkraft zu kompensieren. Um der durch Temperaturschwankungen verursachten Ausdehnung entgegenzuwirken, entwickelten Uhrmacher gespaltene Bimetall-Unruhn. Da sich das erste Metall mechanisch der Ausdehnung des zweiten Metalls entgegensetzt, ergibt sich eine thermische Kompensation, bei der die Veränderung des Trägheitsmoments der Unruh minimiert wird. Dieser Unruhtyp verschwand im 20. Jahrhundert mit der Erfindung der Legierung Invar im Jahr 1907 durch Charles-Edouard Guillaume.
Invar, eine Legierung aus Eisen und Nickel, weist einen äußerst niedrigen Ausdehnungskoeffizienten auf. Es fand zahlreiche Anwendungen (Metrologie, Kryogenik, Uhrmacherei usw.) und trug sogar zur Erfindung des Fernsehens bei, was Guillaume 1920 den Nobelpreis für Physik einbrachte. Unruhn, die aus dieser Legierung aus Eisen (64 %) und Nickel (36 %) hergestellt werden, unterliegen so geringen Temperatureinflüssen, dass sie wieder eine monometallische Zusammensetzung und eine ringförmige Form erhielten. Zu Beginn des 21. Jahrhunderts wurden neue Materialien eingeführt, die manchmal in der Zusammensetzung von Unruhn verwendet werden. Die Trägheit einer Unruh sollte so weit wie möglich an ihrer Peripherie liegen, während ihr Zentrum so leicht wie möglich sein sollte. So gibt es beispielsweise Unruhn aus Titan (amagnetisch, robust, leicht und mit geringer Ausdehnung), die auf ihrer Serge Gewichte aus Gold tragen.
Viele weitere Materialkombinationen wurden mit demselben Ziel erprobt.
Zwei Komponenten bilden die Unruh: das Unruhrad und seine Achse. Die Achse besteht aus Stahl und kann leicht auf einer Uhrmacherdrehbank oder einer manuellen Drehbank bearbeitet werden. Für das Unruhrad können die Dreharbeiten entweder auf einer Drehbank oder mit einem Klammerdrehbank durchgeführt werden. Das Ausschneiden der Arme kann manuell mit einer Bügelsäge erfolgen.
Nachdem das Unruhrad hergestellt und dekoriert wurde, vernietet der Uhrmacher es auf seiner Achse, ähnlich wie eine Radplatte auf einem Trieb. Anschließend wird das gesamte Bauteil zum ersten Mal ausbalanciert, indem an der Stelle, an der sich der Schwerpunkt befindet, etwas Material unter der Serge der Unruh weggefräst wird. Die Unruh ist somit an sich fertiggestellt.
Damit sie jedoch funktionieren kann, müssen noch der Doppelplatine und die Spiralrolle montiert werden.
Der Doppelplatine wird direkt unter der Unruh auf die Achse aufgepresst, während die Spiralrolle die Spiralfeder oberhalb der Unruh fixiert. Das so zusammengesetzte Bauteil wird erneut ausbalanciert, bevor es in das vollständige Uhrwerk eingebaut wird, um anschließend die Ganggenauigkeit der Uhr einzustellen.
Auf industrieller Ebene werden das Schwungrad der Unruh und ihre Welle in der Regel von einer Drehautomat bearbeitet. Neben den Dreharbeiten für diese beiden Komponenten kann auch das Fräsen der Arme auf derselben Maschine durchgeführt werden. Auf diese Weise sind alle Dreh- und Fräsoperationen perfekt konzentrisch, und die Unruh ist besser ausbalanciert. Die gewählten Methoden für die Fertigungs-, Dekorations-, Montage- und Ausgleichsoperationen werden dann je nach Uhrenserie festgelegt (Handpolitur oder Trommelpolitur, manuelles oder maschinelles Räumen usw.). Wie bei jeder Fertigungsmethode wird die Unruh vor und nach jeder Montageoperation ausbalanciert.
Es gibt keine wirklich hochtechnologische Methode bei der Herstellung von Unruhen. Einige Elemente der Unruh (z. B. die Gewichte eines Ringes) können jedoch aus High-Tech-Materialien (z. B. Silizium) hergestellt werden, was in solchen Fällen den Einsatz von Verfahren aus den neuesten Spitzentechnologien (Photolithographie) implizieren würde.