Audemars Piguet: Die AP-Hemmung
Was hat die Trägheit der Unruh mit dem Energiepotenzial eines geladenen Federhauses zu tun?
Um die Kräfte zu bändigen, tüftelt die Schweizer Uhrenmanufaktur Audemars Piguet an ganz speziellen Lösungen.
Eine Pirouetten drehende Eiskunstläuferin kann sich wohl jeder vor Augen führen. Schließt sie die Arme über dem Kopf, werden ihre Rotationen immer schneller, öffnet sie den Körper weit, dreht sie sich langsamer, bis sie schließlich zum Stehen kommt. Hinter diesen Bewegungsabläufen der Tänzerin stecken die gleichen physikalischen Gesetze, nämlich die der Trägheit, wie hinter den Schwingungen einer Unruh. Dabei beschreibt die Trägheit die Eigenschaft eines Körpers, in seinem Bewegungszustand zu verharren, solange keine äußeren Kräfte auf ihn einwirken. Bei Rotationsbewegungen spricht man vom Trägheitsmoment, das angibt, welchen Widerstand ein drehbar gelagerter Körper gegenüber der Änderung seines Bewegungszustandes entgegenbringt.
Hochfrequenz frisst Federkraft
Dieser Widerstand hängt von verschiedenen Faktoren – der Form, der Masseverteilung oder der Drehachse des Körpers – ab. Was die Eiskunstläuferin betrifft unter anderem also von ihrer Größe und Figur, ob sie die Arme weitet oder schließt, auf einem oder beiden Beinen, der Spitze oder der ganzen Kufe des Schlittschuhs dreht. Bei der Unruh spielen ebenfalls Gewicht und Masseverteilung, Durchmesser und Material eine Rolle. Das Trägheitsmoment ist also nicht einfach eine Zahl, sondern die Summe verschiedener Variablen, so genannter “Tensoren”, nach denen das Trägheitsmoment multipel berechnet wird. In modernen Entwicklungsabteilungen der Uhrenindustrie sind dafür heute diverse Computerprogramme im Einsatz.
Giulio Papi, der technische Direktor der Audemars Piguet (Renaud et Papi) SA, erklärt anhand eines solchen Programms die Zusammenhänge der Physik: Um beispielsweise eine Unruh mit 21.600 Halbschwingungen in der Stunde (A/h) in Bewegung zu versetzen, bedarf es der Überwindung eines Trägheitsmoments von 7,5 Milligramm pro Quadratzentimeter (mg/cm2). Unter festgelegten Federhausmaßgaben berechnet das Programm dann eine Gangreserve von 91 Stunden. Erhöht man bei gleichen Parametern die Frequenz auf 28.800 A/h, liegt die Gangreserve bei 54 Stunden. Das Trägheitsmoment erhöht sich dabei mit 12,5 mg/cm2 auf knapp das 1,7-fache. Bei 36.000 A/h bleiben noch 27 Stunden Gangreserve bei einem Trägheitsmoment von 19,7 mg/cm2, und bei einer Frequenz von 43.200 A/h – eine Schlagzahl, die Audemars Piguet mit der neuen Hemmung, auf die wir an späterer Stelle noch zu sprechen kommen, erreicht – bleibt noch eine Gangreserve von 13 Stunden bei einem Trägheitsmoment von 28,3 mg/cm2. “Ein unhaltbarer Zustand”, scherzt Giulio Papi, “die Trägheit der Unruh frisst die Kraft des Federhauses.” Oder anders gesagt: Die Verdoppelung der Frequenz teilt die Gangreserve nicht proportional, sondern lässt sie von 91 auf 13 Stunden zusammenschmelzen. Das heißt, will man die Frequenz der Unruh verändern, aber dabei eine akzeptable Gangreserve erhalten, bedarf es komplett neuer Berechnungen und Konstruktionen des Uhrwerks, allen voran der Hemmung und des Federhauses. Doch warum will man eigentlich die Frequenz der Unruh variieren?
