Werkstoffe und Materialien von Uhren: Quarz

Die Uhrengeschichte des Kristalls

Gisbert L. Brunner
von Gisbert L. Brunner
am 19. September 2013

Chemisch ist Quarz, gerne auch Bergkristall genannt, reines Siliziumdioxid (SiO2), also ein gleichermaßen farbloses wie transparentes Mineral. Durch den Schmelzprozess nimmt es seine glasähnliche Gestalt an. Der 1859 geborene Franzose Pierre Curie entdeckte und erforschte ab 1880 die piezoelektrischen und damit auch für die Uhrenindustrie nutzbaren Eigenschaften des Werkstoffs. Kurz gefasst, beginnt ein piezoelektrischer Kristall in der Frequenz einer angelegten Wechselspannung zu vibrieren. Mechanisch zum Schwingen angeregt, generiert der Quarz seinerseits Wechselspan­nung. Die Resonanzfrequenz resultiert zum einen aus der Größe des Kristalls selbst oder eines daraus geschnittenen Teils, andererseits hängt sie von der Schnittausrichtung durch den Kristall ab.

W. A. Marrison (rechts) und J.W. Horton am Bell Communication Laboratory. Links der quarzstabilisierte Frequenzgenerator von 1927.
W. A. Marrison (rechts) und J.W. Horton am Bell Communication Laboratory. Links der quarzstabilisierte Frequenzgenerator von 1927.

Jene Erkenntnisse machten sich die Elektroingenieure Joseph W. Horton und Warren A. Marrison ab 1927 zunutze. Beide arbeiteten im New Yorker Bell Lab, einem Forschungszentrum der Western Electric. Dort sollten sie auf der Grundlage überlieferter Erkenntnisse einen quarzstabili­sierten Frequenzgenerator aus der Taufe heben. Rein zufällig mutierte dieses Instrument 1928/1929 nach dem Ausscheiden von Horton zur sogenannten Crystal clock, der weltweit genauesten Uhr. Während die damals besten Pendeluhren jedes Jahr etwa drei Sekunden von der astronomischen Norm abwichen, brachte es der elektronische Newcomer rechnerisch jährlich nur auf 0,3 Sekunden.

Die weltweit erste Quarzuhr: Sie entstand 1929, als Marrison einen Synchronmotor an den Quarz-Frequenzgenerator anschloss
Die weltweit erste Quarzuhr: Sie entstand 1929, als Marrison einen Synchronmotor an den Quarz-Frequenzgenerator anschloss

Seine Genese beruhte auf der Tatsache, dass die Zeit den Reziprokwert der Frequenz verkörpert. Marrisons Leistung gelangte 1932 mit der Nummer 1.788.533 unter den Schutz des amerikanischen Patentrechts. Danach gab es quarztechnologisch fast kein Halten mehr. England wartete 1931 mit einer eigenen Quarzuhr auf, Deutschland 1932, Frankreich 1936 und Japan 1937. 1969 fand die quarzgesteuerte Präzisionszeitmessung auch ans Handgelenk. glb

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