Wie funktioniert ein Automatikwerk?

Bei der Automatikuhr gilt: Selbst ist der Aufzug

von Gisbert L. Brunner
am 14. Juli 2023

Wer eine Automatikuhr kaufen möchte, sollte wissen, wie sie funktioniert und welche Unterschiede es bei den Automatik-Antrieben gibt.

Der wichtigste Grundsatz lautet: Damit sich in mechanischen Uhrwerken überhaupt etwas bewegt, braucht es Kraft. Selbige speichert die im Federhaus verpackte Zugfeder. Und zwar in mehr oder minder stark aufgewundenem Zustand.

Inhalt:

1. Was ist ein Automatikwerk?
2. Die Automatikuhr mit beidseitigem Aufzug
3. 1944: IWC steigt mit dem Pellaton-Aufzug ins Geschäft ein
4. Auch die Automatikuhr mit einseitigem Aufzug setzt sich durch
5. Das Reduktionsgetriebe: Unverzichtbar für die Automatikuhr
6. Bewegung ist bei einer Automatikuhr (fast) alles

Was ist ein Automatikwerk?

Im Prinzip handelt es sich bei der „Automatik“ in einer Automatikuhr um ein ganz normales mechanisches Uhrwerk mit Zusatzmechanismus, welcher kinetische in potenzielle Energie umwandelt. Mit anderen Worten: Wenn der Träger sein Handgelenk und damit die Armbanduhr bewegt, wird diese Bewegung zum Spannen der Zugfeder genutzt. Vehikel ist die Schwerkraft, dieses lässt eine Schwungmasse, egal ob als Zentral-, Dreiviertel- oder Mikrorotor ausgeführt, dem Erdmittelpunkt zustreben. Eine kleine Getriebekette reicht die dabei entstehende Bewegungsenergie ans Federhaus weiter.

Die einzelnen Komponenten eines Automatikwerks unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller. Dennoch basieren heutzutage fast alle Werke von Automatikuhren auf demselben grundlegenden Prinzip: Durch eine kugelgelagerten Rotor-Schwungmasse wird Bewegungsenergie auf eine Zugfeder übertragen, welche die Energie speichert, indem sie gespannt wird.

Bei einer Automatikuhr mit Glasboden kann man den Rotationen der Schwungmasse ungestört zusehen. Durch die dabei generierte Energie wird die aus einem feinen Draht bestehende Feder im Federhaus gespannt. Eine Rutschkupplung, auch Bridge genannt, beugt dabei einem Überdrehen der Feder vor. Eine Uhr kann also nicht zu viel bewegt werden.

Jedoch kann das Temperament ihres Trägers sehr wohl darauf Einfluss haben, in welchem Aufzugszustand sich die Feder befindet, was wiederum Auswirkungen auf den Gang der Uhr hat. Ist bei viel Bewegung die Aufzugsfeder ständig unter voller Spannung läuft die Uhr anders als im fast entspannten Zustand.

Wer eine Automatikuhr manuell aufzieht, wird beim Drehen der Aufzugskrone irgendwann einen Widerstand der Rutschkupplung spüren und kann dann den Handaufzug beenden, denn die Feder ist voll gespannt.

Die meisten Automatikuhren werden übrigens im Uhrzeigersinn aufgezogen. Ein Drehen der Krone in die falsche Richtung ist dank der sägezahnförmigen Verzahnung des Aufzuges bei den meisten Modellen jedoch nicht schädlich. Vor dem Handanlegen an eine Automatikuhr, lohnt auch ein Blick in die Bedienungsanleitung, die oftmals noch speziellere Informationen zum Automatikaufzug gibt, zum Beispiel, wie viele Rotor- oder Kronenumdrehungen reichen, um die Uhr zum Laufen oder bis zum Vollaufzug zu bringen.

Egal, ob voll oder nur teilweise aufgezogen, durch den Drang der Zugfeder, sich wieder zu entspannen, wird schließlich Kraft an das Räderwerk abgegeben und die Uhr zum Laufen gebracht.

Mehr über den Unterschied von Automatikuhren mit Zentralrotor und mit Mikrorotor erfahren Sie hier.

Die Automatikuhr mit beidseitigem Aufzug

Je nach Konstruktion der Automatik-Baugruppe besteht letztgenannte aus zwei Komponenten: Automatikuhren mit beidseitig wirkendem Aufzug verfügen zunächst einmal über ein Wechselgetriebe. Ihm kommt es zu, die Rotorbewegungen gleichzurichten. Die Energieerzeugung erfolgt also unabhängig von der Drehrichtung. Im Laufe der Jahrzehnte haben sich die Techniker und Uhrmacher verschiedene Polarisierungssysteme einfallen lassen, die mit Hilfe von Zahnrädern, Schaltklinken oder Exzentern funktionieren.

Gleichrichter-Pionier bei Automatikuhren war der 1918 gegründete Rohwerkefabrikant Felsa. 1942 hatte das im Schweizerischen Lengnau ansässige Unternehmen die Automatik-Patente des Hauses Rolex durch einen raffinierten Schachzug ausgehebelt. Beim „Bidynator“ Kaliber 692 (Durchmesser 112 Linien, Höhe 5,8 mm) erfolgte der Rotoraufzug nämlich erstmals in beiden Bewegungsrichtungen von Handgelenk und Armbanduhr, also beidseitig. Der Trick: Eine kleine Wippe, welche die Verbindung zum Reduktionsgetriebe und Federhaus je nach Rotor-Drehrichtung über ein oder zwei Zahnräder herstellte.

Drei Jahre später debütierte auch Longines mit einem Rotor-Werk. Die Manufaktur hatte sich im Hinblick auf die rechtliche Lage ebenfalls etwas Neues, Patentwürdiges ausgedacht: Bei ihrem 13-linigen, 6,5 mm hohen „22 A“ wirkte die Schwungmasse der Automatikuhr ebenfalls beidseitig. Die Polarisierung besorgten ein sogenannter Exzenterwechsler und ein ausgeklügeltes System aus Schalt- und Sperrklinken.

Drei Jahre später, mittlerweile schrieb man das Jahr 1948, war Eterna an der Reihe. Bei den Grenchnern ließ der Ingenieur Heinrich Stamm, intern respektvoll Daniel Düsentrieb genannt, den Rotor um ein Miniatur-Kugellager drehen. Das reduzierte Lagerreibung und Bruchgefahr. Darüber hinaus besaßen die Automatikwerke 1198 und 1199 ein gleichfalls patentiertes Wechselgetriebe mit federlosen Klinken. Dieses effiziente System zeichnete sich durch minimale Verlustwege beim Klinkenrückgang aus. Nicht zuletzt deshalb beschritten in den folgenden Jahrzehnten auch anderer Automatik-Fabrikanten diesen zukunftsweisenden Weg.

Journalisten lobten die „Eterna-Matic“ damals als „wissenschaftlich modernste und von Fachleuten bevorzugte Uhr”. Zu diesem Urteil steuerte auch das Faktum bei, dass es Eterna erstmals in der Geschichte des Selbstaufzugs gelungen war, die Automatik in einem aus insgesamt zwölf Teilen bestehenden Modul zu vereinigen. Nach dem Lösen von drei, in neueren Kalibern sogar nur zwei Schrauben, konnte es in weniger als einer Minute vom Basiswerk abgehoben werden. Natürlich profitierte auch die Rohwerke-Schwester Eta von diesem Pioniergeist. Weil Eterna den technologischen Vorsprung den Konkurrenten vorenthalten wollte, mussten sich die 1950 lancierten Eta-Automatik-Kaliber 1216 und 1256 mit den Klinkenrädern begnügen, während die Schwungmasse um ein konisches Gleitlager rotierte.

1944: IWC steigt mit dem Pellaton-Aufzug ins Geschäft ein

Im Jahr 1944 stieß der Uhrmacher Albert Pellaton zu IWC. Als technischer Chef führte er die Schaffhauser Manufaktur ins Zeitalter der Automatikuhr. Am 7. Juni 1950 meldete das Unternehmen eine Erfindung zum Patent an, die ebenfalls Geschichte schreiben sollte. Die Kraftübertragung vom Rotor zum Federhaus erfolgte beim Automatik-Kaliber 81 sowie bei der nachfolgenden „85-er Serie” in beiden Drehrichtungen. Und zwar mit Hilfe einer Kurvenscheibe sowie eines ausgeklügelten Schaltklinken-Systems. Letzteres nimmt beim so genannten „Pellaton”-Aufzug wechselweise die Aufgaben von Aufzug und Rücklaufsperre wahr.

Damit zeichnete sich ein Trend ab: Die Zukunft gehörte bei der Automatikuhr dem beidseitig wirkenden Aufzug, weil tunlichst jede Bewegung des Trägerarms und somit des Rotors, egal in welche Richtung, zur Energiegewinnung für die Automatikuhr genutzt werden sollte. Jede Menge gestalterischen Spielraum bot dabei die Konstruktion des Wechselgetriebes zur Polarisierung selbiger. Zahnrad-, Klinken- und Exzenterwechsler buhlten und buhlen bis heute um die Gunst der Käufer von Automatikuhren.

Auch die Automatikuhr mit einseitigem Aufzug setzt sich durch

Dann kam das Jahr 1973 und mit ihm ein neues Chronographenkaliber, welches die Wirren der Quarz-Revolution – während der die mechanische Armbanduhr beinahe ausstarb – klaglos überstand: das Valjoux 7750. Bei ihm hatte Konstrukteur Edmond Capt auf Servicefreundlichkeit und energetische Effizienz besonderen Wert gelegt. Das Verblüffende: Der Rotor des Automatikwerks wirkte nur in einer Richtung. Kritik, dass er seinen Job dabei nur unzureichend versieht, ist auch von Fachleuten so gut wie nie zu hören. Im Gegenteil: Immer wieder werden die gute Aufzugsleistung und die Zuverlässigkeit gelobt. Nicht zuletzt deshalb gehört dieses Automatik-Kaliber trotz seiner vergleichsweise simplen Technik heute zum Kreis der unumstrittenen Bestseller unter den Uhrwerken, die der mechanischen Armbanduhr zur Verfügung stehen.

1994 kehrte Girard Perregaux 1994 mit der Kaliber-Familie 3xxx in die Reihen der Manufakturen zurück, die Automatikuhren fertigen. Das Basiskaliber 3000, Durchmesser 23,9 und Höhe 2,98 mm gehört zu den besonders flachen Vertretern der Spezies mit Zentralrotor. Die Energie für die Automatik besorgt ein Kugellagerrotor in einer Drehrichtung. Der Verzicht auf ein Wechselgetriebe erfolgte nach reiflicher Überlegung, denn nach Auffassung der Konstrukteure reagieren nur einseitig aufziehende Rotoren wesentlich sensibler auf die Bewegungen des Handgelenks und der Armbanduhr.

Diese Auffassung teilten beispielsweise auch Jaeger-LeCoultre beim 2004 lancierten 975 „Autotractor“ oder Patek Philippe bei der Entwicklung des Automatik-Kalibers 324. Somit gehört die Fragestellung, ob Werke mit uni- oder bidirektionalem Aufzug effizienter arbeiten, in die Kategorie Gelehrtenstreit. Die gültige Antwort noch lässt auf sich warten. Beide Systeme besitzen ihre Vorzüge und natürlich auch Nachteile, nicht zuletzt in der Praxis und für die Träger der Automatikuhren.

Das Reduktionsgetriebe: Unverzichtbar für die Automatikuhr

Im Gegensatz zum Wechselgetriebe ist das Reduktionsgetriebe im Automatikwerk unentbehrlich. Seine Aufgabe besteht darin, die relativ schnellen Rotorbewegungen in langsamere mit höherem Drehmoment umzuwandeln. Solche braucht es nämlich, um die Zugfeder zu spannen.

Weil zu viel des Guten schaden würde, ist das äußere Federende nicht direkt am Federhaus befestigt. Vielmehr hängt es am Haken eines Gleitzaums, welcher nach Erreichen des vordefinierten Spannungsmaximums an der Innenwand des Federhauses entlang rutscht.

Rotor ja, aber welchen Anlass zur Diskussion bieten die Form, Größe und Anordnung der Schwungmasse. Egal ob Zentral- oder Mikrorotor: Jedes System hat sein Vor-, aber auch Nachteile. Anhänger des klassischen Zentralrotors sehen keinen technischen Grund, einen im Durchmesser kleineren Rotor zu verwenden und diesen irgendwo im Basiswerk zu integrieren. Nimmt man beispielsweise ein „El-Primero“-Automatikwerk von Zenith, lässt sich das Drehmoment des Zentralrotors wie folgt berechnen:

Werkdurchmesser : 30 mm
Gewicht der Schwungmasse : 5,95 Gramm
Drehradius : 7,34 mm
Maximales statisches Drehmoment der Schwungmasse : 43.67 gr x mm
Gleitmoment der Aufzugsfeder : 2.000 gr x mm

Bei gleicher Form der Schwungmasse und um zwei Millimeter aus dem Zentrum gerückten Lager muss man ihren Durchmesser logischer Weise entsprechend reduzieren. Das führt zu folgendem Resultat:

Gewicht der Schwungmasse : 4,73 Gramm
Drehradius : 6,34 mm
Maximales statisches Drehmoment der Schwungmasse : 30 gr x mm
Verlust an statischem Drehmoment: 31 Prozent

Zur Kompensation braucht es folglich ein anderes Untersetzungsgetriebe. Je nach Ausprägung kann sich hier der Aufzugsvorgang verlangsamen.

Bei der Konstruktion sehr flacher oder gar ultraflacher Automatikwerke greifen Konstrukteure seit den 1950er-Jahren zur Möglichkeit, den Rotor vollständig in die Werksebene zu integrieren. In diesem Fall spricht man vom Mikrorotor. Ein Rechenbeispiel hierzu:

Gewicht des Schwungmasse: 2,88 Gramm
Drehradius : 3,57 mm
Maximales statisches Drehmoment der Schwungmasse : 10.28 gr x mm
Verlust an statischem Drehmoment : 76 Prozent

Durch die entsprechende Berechnung des Reduktionsgetriebes lässt sich auch hier dem Verlust an statischem Drehmoment entgegen wirken. Im Vergleich zu zentral oder leicht exzentrisch angeordneten Schwungmassen erlauben Mikrorotoren neben besonders flacher Bauweise auch eine ungehinderte Sicht auf das gesamte Uhrwerk mit seinen Dekorationen sowie dem Schwing- und Hemmungssystem. Und speziell das ist für viele Liebhaber von Automatikuhren und natürlich auch von Handaufzugsuhren ein durchaus ernstzunehmendes Entscheidungskriterium.

Dass kleinere als Zentralrotoren ihren Job in der Automatikuhr äußerst zufriedenstellend erledigen, beweisen unter anderem das altbewährte Automatikwerk 240 von Patek Philippe, das 1.96 von Chopard, das RD 77 von Roger Dubuis, das 1270 von Piaget oder der Sax-O-Mat von A. Lange & Söhne.

Bewegung ist bei einer Automatikuhr (fast) alles

Unabhängig von Größe und Positionierung der Schwungmasse, unabhängig von ein- oder beidseitig wirkendem Aufzug, ist allen Werken für die Automatikuhr eines gemein: Sollen sie ohne gelegentliche manuelle Nachhilfe einwandfrei funktionieren, braucht es ein hinreichendes Maß an Bewegung, die der Armbanduhr durch das Tragen oder von einem Uhrenbeweger zugeführt wird. Denn allein die Bewegung erzeugt kinetische Energie zum Spannen der Zugfeder. Damit einher geht ein gleichförmigeres Antriebs-Drehmoment, was sich wiederum in besseren Gangleistungen der Armbanduhr niederschlagen kann. glb

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Fortlaufend aktualisierter Artikel, ursprünglich online gestellt im Oktober 2012.

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