Reglage: Ganggenauigkeit einer Automatikuhr einstellen – der Uhrmacher als Herzchirurg

Jede mechanische Uhr im Allgemeinen bzw. Automatikuhr im Speziellen besitzt ein Schwingsystem, so wie jeder Mensch ein Herz besitzt. Wenn das Schwingsystem nicht mehr schwingt, zeigt die Uhr auch keine Zeit mehr an. Dabei ist es aber auch wichtig, dass dieses im richtigen Rhythmus arbeitet, damit auch immer die richtige und genaue Zeitanzeige funktioniert. Um dies zu ermöglichen, wird die Uhr vom Uhrmacher reguliert. Genau darum soll es heute gehen: Die Reglage.

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

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Reglage: Ganggenauigkeit einer Automatikuhr einstellen – Funktion des Schwingsystems

Um mit der Erklärung der Reglage zu beginnen, möchte ich erst einmal erklären, wofür das Schwingsystem überhaupt benötigt wird. Die meisten von euch wissen, dass in einer mechanischen Uhr die Kraft in einem Federhaus gespeichert wird. Den Aufbau eines solchen Federhauses könnt Ihr in Abbildung 1 sehen.

Beim Aufziehen dreht sich der Federkern um seine Achse und zieht die Zugfeder um sich herum. Da die Zugfeder an ihrem anderen Ende an der Federhaustrommel befestigt ist, wird diese Federhaustrommel sozusagen hinterhergezogen. Über die Verzahnung an der Außenseite der Federhaustrommel wird diese Drehbewegung an das Räderwerk weitergegeben. Im einfachsten Falle besteht dieses aus dem Minutenrad, Kleinbodenrad, Sekundenrad und dem Hemmrad. Dabei greift immer wieder die große Radscheibe in das kleine Trieb des nachfolgenden Rades und erhöht somit in jeder Stufe die Drehzahl, sodass die anliegende Kraft verringert wird (Abbildung 2).

Das Hemmrad besitzt dann eine spezielle Verzahnung, die in einen sogenannten Anker greift. Hemmrad und Anker bilden die Baugruppe Hemmung, da sie das Räderwerk blockieren und somit vor dem unkontrollierten Ablaufen schützen, sobald Energie in dem Federhaus gespeichert ist. Nach dem Anker kommt auch schon die Unruh, also das Schwingsystem. Dieses Schwingsystem greift nun mit einem kleinen Rubin (Ellipse) in die Gabel des Ankers und schubst diesen durch seine oszillierende Drehbewegung immer wieder hin und her, wodurch sich das Hemmrad, an welchem die Kraft des Federhauses anliegt, immer um einen Zahn weiter dreht (Abbildung 3). Das ist bei einer mechanischen Uhr an den kleinen ratterartigen Bewegungen des Sekundenzeigers zu erkennen. Das Rad, auf dem der Sekundenzeiger steckt, bewegt sich eben immer ein kleines Stück weiter und wird wieder kurz angehalten usw.

Wer in Physik in der Schule etwas aufgepasst hat, der weiß, dass ein Schwingsystem durch Reibungskräfte mit der Luft und in den Lagerstellen nach einer Weile immer wieder anhalten wird. In einer Uhr muss deshalb die Kraft des Federhauses, die über das Räderwerk bis zum Hemmrad weitergegeben wird, dem Schwingsystem häppchenweise zugegeben werden. Diese Aufgabe übernimmt die Hemmung.

An dieser Stelle sind jetzt die sogenannten Hebesteine des Ankers gefragt. Diese sind so geformt, dass die Kraft an den Anker übertragen wird, welcher das Schwingsystem bei jeder Bewegung immer wieder etwas anschubst. Deshalb schwingt die Unruh der Uhr immer erst aus, wenn das Federhaus abgespannt ist und keine Kraft mehr übertragen werden kann.

Das empfindliche Herz der Uhr: Die Spirale

Jetzt, da wir wissen, wo das Schwingsystem seine Kraft herbekommt, stellt sich die Frage, warum es überhaupt schwingt. Das ist in jeder Uhr mit Glasboden eigentlich ganz gut zu erkennen: Und zwar ist über dem Unruhreif eine Spirale befestigt (Abbildung 4), welche sich natürlich immer wieder in Ihre Grundposition bewegen möchte. Wenn die Unruh also etwas ausgelenkt wird, beginnt sie zu schwingen. Diese Spirale ist einmal in der Mitte, also an der Unruhwelle, befestigt, als auch außen an dem Klötzchen.

Das Klötzchen ist dabei einfach nur ein kleiner Stahlzylinder, an dem die Spirale in einem Schlitz eingeklebt oder verstiftet wurde, damit man dieses Ende am Klötzchenträger befestigen kann. Nun sieht man dort aber noch einen zweiten Hebel (Abbildung 5). Das ist der sogenannte Rücker. Diesen muss man sich wie eine Gabel vorstellen, die mit ihren zwei Stiften über die Spirale drüber greift. Wofür dieser Rücker da ist, werde ich später noch einmal erklären. Wenn man in seine Uhr reinschaut, sieht man an dieser Spirale auch noch, dass das letzte Stück etwas weiter weggebogen ist. Das ist die sogenannte Endkurve. Diese ist nur dafür da, dass der schwingende (wir Uhrmacher sagen auch oft „atmende“) Rest der Spirale nicht an den Stiften des Rückers anstößt.

Vorgehen beim Regulieren

Nun aber endlich zum Hauptthema des Beitrags: dem Regulieren. Damit die Uhr also die genaue Zeit anzeigt, muss die Schwingung des Schwingsystems perfekt getaktet sein. Wenn es zu schnell schwingt, geht die Uhr vor, bei zu langsamen Schwingungen zeigt die Uhr einen Nachgang. Um dies zu verhindern, müssen wir die Uhr regulieren.

Dabei gehen wir Uhrmacher folgendermaßen vor: Zuerst müssen wir die Spirale perfekt flach und zentrisch legen. Dadurch, dass sie an zwei Enden befestigt ist, muss sie über die Endkurve und die beiden Arbeitsknicke, die am Übergang zwischen Endkurve und dem Rest der Spirale liegen, durch Verwinden der Spiralklinge nach innen oder außen flachgelegt und durch Öffnen und Schließen der Arbeitsknicke zentrisch gelegt werden. Die Spirale muss unbedingt in diese perfekte Lage gebracht werden, da sonst Gangunterschiede in den unterschiedlichen Tragelagen der Uhr entstehen können. Gleichzeitig muss das Klingenspiel eingestellt werden. Das Klingenspiel beschreibt das Spiel zwischen der Spirale und den vorhin beschriebenen Stiften des Rückers (Abbildung 6), die über die Spirale drüber greifen. Der Rücker kann über dem gesamten Bereich der Endkurve verschoben werden. Egal wo man diesen Rücker hin bewegt muss die Spiralklinge exakt in der Mitte dieser Stifte liegen, ohne einen dieser Stifte zu berühren.

Wir lernen die Zeitwaage kennen

Wenn wir also das Klingenspiel über die gesamte Endkurve eingestellt haben und die Spirale perfekt flach und zentrisch liegt, können wir die Uhr zum ersten Mal aufziehen und auf die Zeitwaage legen. Diese Zeitwaage ist im Grunde genommen nur ein Mikrofon, das die Töne, die das Hemmrad erzeugt, wenn es gegen den Anker schlägt, aufnimmt. Anhand dieser Töne können wir jetzt mit den auf der Zeitwaage erfassten Daten feststellen, ob das Schwingsystem zu schnell oder zu langsam schwingt (Abbildung 7).

Wenn die gepunktete Linie in der Mitte des Bildschirms nach oben läuft geht die Uhr vor, also ist das Schwingsystem zu schnell. Wenn sie nach unten läuft, ist es umgekehrt. Außerdem berechnet uns die Zeitwaage die Amplitude (AMPLITUDE), also die Schwingungsweite der Unruh in Grad. Daran können wir erkennen, ob das Schwingsystem stabil genug schwingt, um die Uhr ordentlich zu takten. Außerdem können wir daran feststellen, ob noch irgendwo zu viel Reibung herrscht. Ist die Amplitude zu gering, liegt das oft daran, dass im Räderwerk zu viel Reibung herrscht und nicht genug Kraft an das Schwingsystem weitergegeben wird. Bei sehr alten Uhren muss man sich leider oft mit einer geringeren Amplitude zufriedengeben, da hier der „Zahn der Zeit“ an der Qualität der Lagerstellen und den Zapfen der Räder nagt, welche zu höherer Reibung führt.

Zu guter Letzt gibt uns die Zeitwaage noch den „Beat Error“ oder zu deutsch „Abfallfehler“ bekannt. Dieser wird in der Einheit Millisekunden ausgegeben. Dieser Abfallfehler gibt die Verdrehung der Unruh an.

Idealerweise müssen sich das Hemmradlager, das Ankerlager und die Ellipse des Schwingsystems im abgespannten Zustand (Federhaus ohne Kraft) in einer Linie befinden. Wenn dies der Fall ist, wird nämlich in beide Drehrichtungen des Schwingsystems dieselbe Kraft vom Anker an das Schwingsystem weitergegeben. Das ist auch schon das, was wir als nächstes einstellen. Bei den neueren Uhren geht das ganz einfach, indem wir die äußere Befestigung der Spirale, also den Klötzchenträger verdrehen. Hier muss man einfach ausprobieren in welche Richtung man diesen drehen muss, da der angezeigte Abfallfehler im Gegensatz zur Gangabweichung keine Richtung mit Hilfe von + oder – anzeigt. Bei alten Uhren mit festem Klötzchenträger muss die innere Befestigung der Spirale auf der Welle verdreht werden. Das ist eine sehr langwierige und frimelige Arbeit, da das Schwingsystem dafür immer wieder runtergeschraubt werden muss, um an den inneren Befestigungspunkt ran zu kommen. In der Ausbildung bei Glashütte Original und nun natürlich auch in unserer ChronoRestore Werkstatt, streben wir an, einen Abfallfehler von 0,3ms in keiner Lage zu überschreiten.

Gangwerte einer Automatikuhr einstellen

Wenn auch der Abfallfehler ordentlich eingestellt ist, können wir uns endlich den Gangwerten widmen. Diese werden ganz einfach über den Rücker eingestellt. Wenn die Zeitwaage negative Gangwerte (RATE) anzeigt, muss der Rücker in Richtung der Arbeitsknicke verdreht werden. Bei positiven Gangwerten muss der Rücker Richtung Klötzchenträger bewegt werden. Warum schwingt jetzt aber die Unruhe mal schneller und mal langsamer? Dafür müssen wir zurück in die Physik wechseln: Eine schwingende Spirale verhält sich genauso, wie ein schwingendes Pendel. Je länger das Pendel ist, desto langsamer schwingt dieses. Das kann man ganz einfach zuhause mit einem Schuh ausprobieren. Wenn man den Schnürsenkel öffnet und ganz am Ende festhält, schwingt der Schuh sichtbar langsamer, als wenn man den Schnürsenkel in der Mitte festhält und den Schuh schwingen lässt. Wenn man das auf die Spirale überträgt, heißt das also: je länger die Spirale, desto langsamer die Schwingungen und je kürzer die Spirale, desto schneller sind die Schwingungen.

Was Genau hat jetzt aber der Rücker damit zu tun? Der berührt die Spirale ja gar nicht, da wir das Klingenspiel mittig eingestellt haben. Das stimmt, zumindest in der Ruheposition. Sobald das System zum Schwingen beginnt, breitet sich die Spirale aus oder zieht sich zusammen. Dabei berührt die Spirale entweder den inneren oder äußeren Stift des Rückers. Durch Verschieben des Rückers verlängern oder verkürzen wir also die wirksame Länge der Spirale. Was bedeutet „wirksame Länge”? Während einer Vollschwingung verändert sich mehrmals die wirksame Länge der Spirale (wechselseitiges Berühren der Rückerstifte: Abbildung 8). Die Größe des Klingenspieles hat große Auswirkungen auf das Gangergebnis. Je kleiner das Klingenspiel ist, desto geringer sind die Auswirkungen!

Jetzt haben wir unsere Uhr in einer Lage, höchstwahrscheinlich mit Zifferblatt nach unten, reguliert. Wenn wir die Uhr am Handgelenk tragen, nimmt sie aber unterschiedliche Lagen ein. Wenn unser Arm einfach nach unten hängt, schaut die Krone nach unten und wenn wir den Arm locker auf den Tisch legen, schaut die Krone nach links.

Bei den Lagen der Uhr unterscheiden wir die Zifferblatt-Lagen, also Zifferblatt oben und Zifferblatt unten sowie die vier „Hängelagen“: Krone oben, unten, links und rechts. Dabei schaut man von vorne auf das Zifferblatt. Wenn die Spirale ordentlich flachgelegt wurde und das Höhenspiel der Unruhe nicht zu groß ist, sollte der Wechsel in die zweite Zifferblattlage im unbeschädigten Zustand keine Probleme bereiten. Der Wechsel in die Hängelagen kann da schon etwas problematischer werden.

Durch das Bewegen der Uhr in die verschiedenen Tragelagen verändern sich die Reibungsverhältnisse (Abbildung 9). Dies bringt logischerweise auch eine Veränderung der Schwingungsweite mit sich. So schwingt eine Unruh in den Zifferblattlagen etwa 30°- 40° mehr als in den Kronenlagen. Somit kann sich die Spirale, ebenso die Unruh, für den nun kürzeren Weg (weniger Schwingungsweite) in der gleichen Zeiteinheit (Isochronismus) „mehr Zeit” nehmen und ist nun längere Zeit ohne eine Berührung zwischen den beiden Rückerstiften. Dies bedeutet, dass die wahre Länge der Spirale länger wirksam ist und die Uhr in den Kronenlagen weniger vor geht (+) als in den Zifferblattlagen – daraus folgt: Nachgang bei größerem Klingenspiel gegenüber kleinerem Klingenspiel.

Oft ist es so, dass die Uhr in den Hängelagen etwas nachgeht. Wenn dies der Fall ist, wird das Klingenspiel nun einfach etwas enger gemacht, indem die Rückerstifte etwas zusammengebogen werden. Dadurch wird der Anteil der Schwingung, in der die Spirale mit ihrer vollen Länge bis zum Spiralklötzchen schwingt, kleiner. Ein größerer Anteil der Schwingung wird also nun vom Rücker beeinflusst und die Uhr geht wieder etwas vor. Aber Achtung! Durch diesen Eingriff geht die Uhr auch in den Zifferblattlagen stärker vor. An dieser Stelle beginnt jetzt also das fröhliche „Hin und Her“, bis man die richtige Stellung des Rückers und der Rückerstifte gefunden hat. In den Hängelagen sollte die Uhr bei Vollaufzug immer etwas vor gehen, da bei abgespannter Feder die Amplitude geringer wird und die Uhr in den Hängelagen zum Nachgehen neigt.

Nachdem das Werk nun vollständig reguliert ist, werden Zifferblatt und Zeiger montiert und das Werk ins Gehäuse eingeschalt. Nun wird die Uhr noch einmal feinreguliert und auf dem Uhrenbeweger für mehrere Tage getestet. Wenn auch hier die Gangwerte passen, darf sie wieder zurück zum Kunden ans Handgelenk.

Diese Erklärung beruht auf der Funktion einer flachen Standardspirale. Es gibt auch noch Breguet-Spiralen, bei denen die Endkurve in eine zweite Ebene gebogen wurden. Außerdem gibt es auch noch rückerlose Schwingsysteme, welche dann über eine Schraubenunruh oder über eine Schlitzscheibenunruh reguliert werden. Bei diesen Varianten wird einfach der Schwerpunkt des Unruhreifes weiter nach außen oder innen verlagert und somit die Schwingungsdauer beeinflusst (hier kommt das bekannte Bild der drehenden Ballett-Tänzerin zum Einsatz: Mit ausgestreckten Armen dreht sie sich langsamer als mit angelegten Armen). Weiterführend gibt es dann sogar noch Unruhen, die eine Temperaturkompensation besitzen. All diese Themen würden aber den Rahmen dieses Beitrages sprengen. Sollte weiteres Interesse an ausgewählten Themen bestehen, ab in die Kommentare!

Reglage selbst vornehmen?

Oft bekomme ich auch die Frage, ob man beim Regulieren selbst Hand anlegen darf. Naja… was soll ich sagen, nachdem ich schon mehrere „misshandelte“ Spiralen wieder retten musste, rate ich lieber davon ab. Allein die Arbeit an dem Rücker oder dem Klötzchenträger brauchen höchste Konzentration. Nur einmal abgerutscht, kann man oft die gesamte Spirale nicht mehr gebrauchen. Auch beim Einstellen des Klingenspiels sind schon oft Rückerstifte abgebrochen und blockieren dann die Verzahnung des Räderwerks. Ich würde definitiv niemanden empfehlen, ohne Übung und Erfahrung, eine Spirale zu berühren. Hier ist weniger mehr.

Je öfter man die Spirale anfässt, desto instabiler und weicher wird diese. Wir Uhrmacher arbeiten bei der Spirale auch nach dem Prinzip, so viel wie nötig und so wenig wie möglich.

Am besten wäre es, die Uhr immer von einem guten Uhrmacher regulieren zu lassen. Denn ist die Spirale einmal „versaut“, wird sie nie wieder so gut wie zuvor sein.

Ich hoffe der Beitrag zur Reglage hat euch gefallen. Wenn ihr mehr solcher Beiträge zu bestimmten Themen lesen wollt, immer her damit! Schaut gerne auch bei uns auf chronorestore.com oder unserem Instagram Account vorbei. Hier posten wir jeden Montag unsere Kundenuhren und noch viele weitere spannende Einblicke in die Uhrmacherei.

Bis Bald!

Leon von ChronoRestore