Größeres Federhaus = höhere Gangreserve? / über die Gangreserveanzeige

Hallo liebe Chrononautix-Leser! Vor kurzem wurde ich gefragt, ob ein größeres Federhaus in einer Armbanduhr gleichzeitig eine längere Gangdauer bedeutet. Als ich die Frage gehört habe, dachte ich sofort, dass es auch für euch interessant sein könnte. Die kurze Antwort vorweg: Nein, ein größeres Federhaus sorgt nicht unbedingt für eine längere Gangreserve!

Warum das so ist und welche Anforderungen an einen solchen Federantrieb gestellt werden, darum soll es heute gehen (wenn ihr auch solche oder ähnliche Fragen habt, immer gerne her damit! 😉 )

[Beitrag von Leon Zihang, Uhrmacher und Kopf hinter ChronoRestore.com]

Der Zusammenhang von Gangreserve und Federhaus-Größe

Zuerst einmal sollte erwähnt werden, dass der Federantrieb, wie er in mechanischen Armbanduhren verbaut ist, einen entscheidenden Nachteil gegenüber der Großuhr mit Gewichtsantrieb hat: Dies ist die konstant anliegende Kraft beim Gewichtsantrieb. In meinem Bericht über Störfaktoren für die Gangwerte einer mechanischen Armbanduhr (Teil 1 und Teil 2) habe ich schon beschrieben, dass das Schwingsystem im Idealfall immer eine konstante Kraftzufuhr benötigt. Diese konstante Kraftzufuhr ermöglicht erst die Schwingungen so gleichmäßig wie möglich durchzuführen und somit auf eine höhere Ganggenauigkeit zu kommen. Dass es sich bei einem standardmäßigen Federantrieb um keinen konstanten Kraftspeicher handelt, zeigt die nachfolgende Aufzugs- und Ablaufkurve (Abbildung 1).

Je mehr Umdrehungen das Federhaus (nach dem Vollaufzug) durch den Ablauf der Uhr vollzieht, desto schwächer wird die Kraft, die am Schwingsystem ankommt und das führt wiederum zu Amplitudenschwankungen (welche Auswirkungen das auf die Ganggenauigkeit der Uhr hat, könnt ihr im genannten zweiteiligen Störfaktoren-Bericht nachlesen).

An eine Zugfeder werden also sehr hohe Ansprüche gestellt, die sich zum Teil sogar widersprechen. So soll sie möglichst klein sein, aber ein möglichst hohes, konstantes Drehmoment erzeugen. Sie soll ermüdungsfrei, bruchsicher, knick- und biegefest, korrosionsbeständig, antimagnetisch und möglichst wartungsfrei sein.

Das Federhaus selbst besteht aus der Federhaustrommel, der Zugfeder mit Federzaum/Federhaken und Federrose, dem Federkern und dem Federhausdeckel (Abbildung 2).

Was genau hat jetzt aber Einfluss auf die Gangdauer der Uhr? Im Grunde genommen die Umdrehungszahl des Federhauses und die Übersetzung im Räderwerk der Uhr. Wenn wir die Übersetzung im Räderwerk also einfach mal außer Acht lassen, müssen wir dafür sorgen, dass das Federhaus aus eigener Kraft so viele Umdrehungen wie möglich vollzieht. Hierfür hat ein Uhrmacher namens Roze im Jahre 1857 eine Regel aufgestellt, die besagt, dass die Fläche, die die entspannte Feder im Federhaus einnimmt, genau so groß sein muss, wie die Fläche, die nicht von der Feder eingenommen wird (Abbildung 3).

Der in der Abbildung rot markierte Bereich bedeckt also die gleiche Fläche wie der gelb markierte Teil des Federhauses. Nur dann erhalten wir die größtmögliche Umdrehungszahl des Federhauses. Wenn wir also diese Regel beachten, geht es nur noch um die Länge und die Dicke der Zugfeder. Und genau an dieser Stelle muss ein Kompromiss gefunden werden: Je länger die Feder ist, desto höher ist die Umdrehungszahl des Federhauses. Da wir aber nicht mehr als die Hälfte der Fläche des Federhauses einnehmen dürfen, muss die Feder auch so dünn wie möglich sein. Je dünner die Feder aber wird, desto weniger Kraft gibt das Federhaus nach außen hin ab und das Schwingsystem läuft somit deutlich instabiler. Es muss also ein Kompromiss zwischen Gangdauer (also Umdrehungszahl und somit Länge der Zugfeder) und der benötigten Kraft (also die Dicke der Zugfeder) gefunden werden.

Die Größe des Federhauses hat also nur Einfluss auf die Gangdauer, wenn die Regel von Roze eingehalten wurde und die Zugfeder die gleiche Dicke wie im kleineren Federhaus hat. Sobald die Zugfeder dicker werden sollte, wird die Auswirkung des größeren Federhauses wieder eliminiert. Es muss nämlich zwingend die Länge der Zugfeder vergrößert worden sein, um die und die Gangdauer der Uhr zu erhöhen.

Über die Gangreserveanzeige bei Uhren

Um weiterhin bei der Gangdauer zu bleiben, möchte ich nun noch etwas auf die Gangreserveanzeige der Uhr eingehen. Dieser Mechanismus ist gar nicht so einfach aufgebaut, wie man es vielleicht vermuten mag. Das große Problem hierbei ist, dass sich der Gangreservezeiger beim Aufziehen der Uhr in die eine Richtung und beim Ablaufen der Uhr in die andere Richtung bewegen muss.

Bei Aufziehen der Uhr wird die Drehbewegung vom Sperrrad abgegriffen, welches über einige Übersetzungen die Drehung bis an das Anzeigerad, auf dem sich der Gangreservezeiger befindet, weiterleitet. Dadurch bewegt sich der Gangreservezeiger in die Richtung des Vollaufzugs. Gleichzeitig ist das Getriebe zwischen Sperrrad und Anzeigerad mit der Verzahnung des Federhauses verbunden, damit sich der Zeiger auch beim Ablaufen der Uhr wieder zurück in die Nullstellung bewegt. Das Sperrrad dreht sich beim Ablauf der Uhr nämlich nicht. Diese Bewegung muss also von der Federhausverzahnung abgegriffen werden. Dies muss allerdings über sogenannte Kupplungs-/Freilaufräder geschehen, da sonst das stillstehende Sperrrad die Drehung verhindern würde. Diese Kupplungs-/Freilaufräder muss man sich wie in der Automatik vorstellen. Somit ist dann auch die Rückdrehung des Gangreservezeigers ermöglicht worden. Da es leider kaum Aufzeichnungen dazu gibt, kann ich euch leider nur ein Video von Lange und Söhne bieten:

Im Video wird zumindest der Mechanismus beim Aufziehen der Uhr gezeigt. Die Rückführung des Zeigers wird im Video wieder über den gleichen Weg dargestellt. Im Video ist es also so, als würde ich die Sperrklinke des Sperrrades außer Eingriff bringen und die Uhr wieder über die Krone abspannen. Dennoch kann man hier den gleichzeitigen Eingriff in das Sperrrad und in die Verzahnung des Federhauses erkennen. Der Hebel in der unteren Hälfte des Videos ist dafür da, dass die Uhr angehalten wird, bevor sie in den stark abfallenden Bereich des Federkraftdiagramms aus Abbildung 1 kommen kann. In diesem Bereich ist nämlich keine konstante Kraftabgabe mehr möglich und die Gangwerte der Uhr beginnen stark zu schwanken. Durch diesen Mechanismus wird also garantiert, dass nur der Bereich der konstanten Kraftabgabe für die Uhr verwendet wird. Gleichzeitig wird aber natürlich auch die Gangdauer verkürzt. Eventuell widme ich dem Thema Aufzugs und Ablaufbegrenzung noch ein eigenes Thema.

Ich bedanke mich mal wieder für euer großes Interesse an der Mechanik der Uhrmacherei und freue mich jederzeit über weitere Fragen.

Bis zum nächsten Thema,

euer Leon von ChronoRestore!

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