Wie mechanische Uhren ihre Gangautonomie erreichen

Entscheidend ist bei der Frage nach der Gangautonomie aber auch die Frequenz der Unruh. Je höher diese ausfällt, desto mehr Federkraft wird für eine gleiche Gangdauer benötigt. Grundsätzlich gestattet ein Federhaus mit vordefinierter Größe bei einer bestimmten Federdicke keine beliebige Federlänge, mit der sich eine maximale Anzahl von Umdrehungen herbeiführen lässt. Der günstigste Wert ist dann gegeben, wenn die Zugfeder das Federhaus zu 55 bis 60 Prozent füllt. Andererseits lässt sich die verfügbare Anzahl der Zugfederumdrehungen bei einem mechanischen Uhrwerk keineswegs vollständig nutzen. Sofern das Drehmoment des Federhauses unter einen bestimmten Wert sinkt, stoppt das Getriebe reibungsbedingt. Die Uhr bleibt stehen.

Gute Zugfedern – hoher Wirkungsgrad, viel Kraft und ein langes Leben

Zugfedern sollten also einen hohen Wirkungsgrad haben, eine lange Lebensdauer sowie eine minimale Drehmomentänderung beim Ablaufen. Außerdem muss die Speicherung eines möglichst großen Quantums an Energie auf kleinstem Raum bewerkstelligt werden. Diesen Anforderungen begegnet die Uhrenindustrie auf unterschiedliche Weise.
Ein hoher Wirkungsgrad lässt sich durch Reibungsreduktion erreichen, etwa durch eine Politur der Zugfeder und geeignete Schmiermittel. Zur Minderung der Federreibung am Federhausdeckel wählen die Konstrukteure ein Stahlband, das weniger breit ist, als die lichte Höhe des Federhauses. Das konzentrische Abwickeln der Zugfeder im Federhaus begünstigt der Federzaum, ein schmales Band aus dem gleichen Werkstoff wie die Zugfeder selbst, befestigt am äußeren Federende. Moderne Federstähle kommen der Forderung entgegen, möglichst viel Energie in möglichst kleinem Volumen zu speichern. Darüber hinaus gewährleisten sie die gewünschte Langlebigkeit.

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Die beiden Zugfedern im Handaufzugswerk A. Lange & Söhne L034.1 sind mit 1,85 Metern Länge zehnmal so lang, wie gewöhnliche Federn.
Die beiden Zugfedern im Handaufzugswerk A. Lange & Söhne L034.1 sind mit 1,85 Metern Länge zehnmal so lang, wie gewöhnliche Federn.

Ist das gegeben, bleibt schließlich eine Vergrößerung der Gangautonomie durch ein größeres Federhaus mit längerer Zugfeder. Diese Möglichkeit wurde in Armbanduhren schon ab 1913 beim Modell “Hebdomas” mit acht Tagen Gangautonomie realisiert. Hier überdeckte ein riesiges Federhaus das gesamte rückwärtige Uhrwerk. In den 1930er-Jahren gab es Kaliber mit normal großem Federhaus, modifiziertem, um Zwischenräder ergänzten Getriebe und einer winzigen Unruh, welche ebenfalls eine Woche am Stück liefen.

Parallel oder in Reihe – die Umsetzung von Mehrfederhaussystemen

Die Alternative besteht in der Verwendung zweier oder mehrerer Zugfedern. Dieses uhrmacherische Kunststück vollbrachte der gebürtige Schweizer Henri Louis Jaquet-Droz schon 1785 in London. Bei seiner Konstruktion standen zwei Federhäuser gemeinsam mit dem Minutentrieb in Verbindung, der Aufzug erfolgte automatisch mit Hilfe zweier Schwungmassen. Jede davon war für eines der beiden Federhäuser zuständig.

Federhäuser parallel: Das für die Bewegung des Räderwerks aufzubringende Drehmoment teilt sich auf zwei Federhäuser auf.
Federhäuser parallel: Das für die Bewegung des Räderwerks aufzubringende Drehmoment teilt sich auf zwei Federhäuser auf.

Die energetische Optimierung seiner berühmten Chronometer war auch Abraham-Louis Breguet ein besonderes Anliegen: Anstelle des verbreiteten Kette-Schnecke-Systems verwendete er zwei parallel geschaltete Federhäuser, die ebenfalls gemeinsam auf das Minutentrieb einwirkten. Ein Beispiel ist die Breguet Nr. 3118, bei der jedes Federhaus eigens aufgezogen werden muss. Beide verfügen je über ein Gesperr und die Malteserkreuz-Stellung.

Federhäuser in Reihe: So kommt man einfacher zu höheren Gangreserven, aber es wirken mehr Kräfte auf das Räderwerk.
Federhäuser in Reihe: So kommt man einfacher zu höheren Gangreserven, aber es wirken mehr Kräfte auf das Räderwerk.

Beim Chronometer mit der Nummer 428 lassen sich zwei ebenfalls nebeneinander wirkende Zugfedern gemeinsam spannen. Der Glashütter Altmeister Alfred Helwig verwendete seriell, also hintereinander geschaltete Federhäuser. Dabei spannt das erste Federhaus, wenn es selbst voll aufgezogen ist, den nachfolgenden Federspeicher. Der Antrieb des Uhrwerks erfolgt über ein Rad, das auf dem Kern des zweiten Federhauses montiert ist. Helwig hat auch noch eine andere, deutlich komplexere Version seines Doppelfederhaussystems ersonnen.

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