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Technik

Automatikuhren: Welche Technik steckt dahinter?

Mechanische Armbanduhren üben seit jeher eine Faszination aus. Die ausgeklügelten Zeitmesser stellen mit ihren winzigen Rädchen und Federn einen Höhepunkt der Handwerkskunst dar. Doch wie funktioniert der automatische Antrieb der kleinen Wunderwerke?

© iStock-wesvandinter

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Bereits um 1770 wurden erste Uhren hergestellt, die nicht mehr regelmäßig aufgezogen werden mussten. Armband- oder Taschenuhren mit einem Automatikwerk nutzen die kinetische Energie, also die Bewegungen ihres Trägers, um den Mechanismus funktionsfähig zu halten. Hochwertige Uhren schaffen aufgrund der Bandbreite der Gangreserve sogar mehrere Tage ohne Bewegung, auch wenn der Träger sich beispielsweise nachts nicht ständig bewegt oder die Uhr ablegt. Mittlerweile gibt es ganz unterschiedliche Modelle. Und obwohl sehr viele einzelne Bauteile untergebracht werden müssen, passen diese sogar in kleine Damen- oder Kinderuhrgehäuse. 

Verschiedene technische Ansätze

Bereits zu ihrer Entstehungszeit waren die Automatikuhren etwas Besonderes. Erstmals konnte die Feder bei Armbewegungen durch den Rotor oder die Pendelschwungmasse selbstständig aufgezogen werden. Auch wer sich heute für ein solches Accessoire entscheidet, schätzt vor allem die praktischen Vorteile: Dazu zählen unter anderem eine einfache Handhabung und ein gleichmäßiger Lauf der Uhr, die aufgrund der Gangreserve selbst ohne Bewegung noch für einige Tage läuft. Von verschiedenen technischen Ansätzen hat sich hauptsächlich eine durchgesetzt: Heute ist für die Übertragung der kinetischen Energie ein kugelgelagerter meist halbrunder Rotor zuständig. Ein besonderes Highlight: Bei manchen Uhren mit durchsichtigem Glasboden können einzelne Teile des Uhrwerks beim Arbeiten beobachtet werden, etwa der Schwungrotor.

Bei einer Automatikuhr sind eine ganze Reihe an Bauteilen am Antrieb beteiligt. Bewegungen von außen übertragen sich über den Rotor aufgrund der Massenträgheit auf eine horizontal im Gehäuse aufgewickelte Zugfeder. Sie ist im sogenannten Federhaus verbaut. Durch die Drehbewegung wird sie immer wieder ein Stück weiter aufgewickelt und kann die Energie so bis zu einem gewissen Grad speichern und nach und nach wieder abgeben. Je leichter sich der Rotor bei kleinsten Gesten in Bewegung setzen lässt, umso besser kann die Energie zum Aufziehen der Zugfeder verwendet werden.

Reduktionsgetriebe zur Kraftumwandlung

Ein kleines Getriebe sorgt dafür, dass die schnelle Rotorbewegung in eine Kraft umgewandelt wird, die ausreicht, um die Feder Schritt für Schritt zu spannen. Alternativ kann diese auch über das Kronenrädchen aufgezogen werden. Ein ausgetüfteltes System – eine sogenannte Rutschkupplung – sorgt dafür, dass die Feder nicht überspannt wird. Durch verschiedene Rädchen wird die Energie der Antriebsfeder an die Rädchen der Zeiger übertragen. Für den richtigen Takt ist dabei ein weiteres Bauteil zuständig: die Unruh.     
Diese ist ebenfalls mit einer Spiralfeder ausgestattet. Sie gilt als Herzstück und dient als Taktgeber für die Zeitmessung. Die Qualität und Verarbeitungsgüte der Unruh mit ihrer Feder ist ausschlaggebend für die Ganggenauigkeit. Je verschleiß- und reibungsfreier sich die Feder spannen und wieder entspannen lässt – unabhängig von äußeren Einflüssen wie etwa ruckartigen Bewegungen – umso präziser läuft das Uhrwerk. Die Schwingung, die sich durch die spezifische Spannung und dem Trägheitsmoment der Spiralfeder ergibt, überträgt sich auf die Antriebsräder der einzelnen Zeiger und lässt sie in der richtigen Geschwindigkeit weiterwandern.

Wie lange läuft eine Automatikuhr ohne Bewegung?

Manche Automatikuhren sind mit einer Anzeige ausgestattet, welche Auskunft über die sogenannte Gangreserve gibt. So kann überprüft werden, wie lange der Antrieb noch ohne zusätzliches Aufziehen hält. In der Regel genügt eine Tragezeit der Uhr von etwa zehn bis zwölf Stunden, um eine ganze Nacht ohne Bewegung zu überdauern, ohne stehenzubleiben. Rund zwanzig bis achtzig Stunden können dann durch die Spannung der Zugfeder überbrückt werden, eine noch längere Überbrückungszeit wird bei einer Vollaufladung erreicht.

Zudem sind viele Uhren so gestaltet, dass die besondere technische Ausstattung und hochwertigen Details des Automatikwerks von außen sichtbar ist. Zu vielen, qualitativ hervorragend verarbeiteten Modellen mit dem Prädikat „Made in Swiss“ sind heute Alternativen aus Fernost erhältlich. Nicht immer ist dabei auf den ersten Blick erkennbar, ob die Uhr eine gute Qualität aufweist – besonders beim Kauf im Internet ist Vorsicht geboten, weil nicht alle Online-Shops seriös sind. 

© iStock-DmitriyTitov

Automatischer Antrieb auch für Quarzuhren

Auch für die Quarzuhren mit elektrischem Antrieb ist eine Automatikvariante möglich. Hier wird die kinetische Bewegungsenergie im Inneren des kleinen Uhrengehäuses dazu genutzt, um einen elektrischen Generator anzutreiben. Dabei sind verschiedene Varianten entstanden. Einerseits können die Armbewegungen direkt als Triebkraft für den Generator verwendet werden. Die elektrische Energie wird dabei in einem Akku oder Kondensator gespeichert und steht zur Versorgung des Uhrwerks zur Verfügung.

Bei anderen Modellen wird durch die kinetische Energie zunächst die Feder in einem Federhaus aufgezogen. Diese kann dann später stetig den Generator antreiben. Praktisch ist bei dieser Variante, dass die Feder alternativ von Hand aufgezogen werden kann. Ein weiterer Vorteil der Automatikvariante: Bei der jährlichen Zeitumstellung im Frühjahr und im Herbst reguliert sich eine Funkuhr automatisch und passt sich an die neue Uhrzeit an. Manuelle Uhren und Quarzuhren müssen hingegen von Hand um jeweils eine Stunde zurück oder nach vorne gestellt werden.

Ganggenauigkeit bei Automatikuhren

Quarzuhren oder Funkuhren laufen in der Regel sehr genau. Die Zeitmessung erfolgt auf Grundlage der gleichmäßigen Schwingung der Quarzkristalle. Bei mechanischen Automatikuhren kann es zu sogenannten Gangabweichungen kommen. Die Genauigkeit hängt von der Regelmäßigkeit der Schwingung ab, die durch die Unruh erzeugt wird. Diese konstante Schwingung ist Grundlage für die Messung der Zeit bei einer Uhr.  Durch die spezielle Technik ist das Schwungrad einer Automatikuhr im besonderen Maße äußeren Einflüssen ausgesetzt, wodurch sich Ungenauigkeiten einschleichen können. Moderne mechanische Uhren mit Automatikantrieb weisen eine Gangabweichung von weniger als zehn Sekunden pro Tag auf. Besonders hochwertige Modelle, die den Namen Chronometer tragen, wurden von der Schweizer Kontrollstelle für Chronometer (Contrôle officiel suisse des chronomètres – COSC) geprüft und mit dem COSC-Zertifikat ausgezeichnet. Sie dürfen dann nur eine Abweichung von maximal -4 bis +6 Sekunden pro Tag aufweisen.

Die Pflege und Behandlung einer Automatikuhr hat einen nicht unerheblichen Einfluss auf die Gangabweichung. Wird die Uhr nicht bewegt, läuft sie am „rundesten“ und gleichmäßigsten, wenn sie in horizontaler Lage aufbewahrt wird, da so die Unruh dem geringsten Widerstand ausgesetzt ist. Starke Erschütterungen sollten vermieden werden, genauso wie zu starke Kälte, damit das Schmieröl im Inneren des Gehäuses alle Teile funktionsfähig halten kann. Spezielle Uhrenbeweger, welche die ständigen Bewegungen der Hand imitieren, dienen zur Aufbewahrung hochwertiger Modelle. Sammler, die mehrere Automatikuhren besitzen, können so ihre Schätze sicher lagern. Zudem schont die gleichmäßige Bewegung die komplexe Technik und sorgt für eine lange Lebensdauer des ausgeklügelten Mechanismus. 
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