Benutzerin:Analemma/Räderuhr (Baugruppen)

Bugruppen einer Räderuhr:
Räderwerk: Räder 1 bis 5,
Energiespeicher: unter Rad 1,
Anzeige: Stundenzeiger von Rad 2, Minutenzeiger von Rad 3,
Gangregler: Unruh-Ring 8, Unruh-Feder 9,
Hemmung: Teile 5 bis 7 und 10 (freie Ankerhemmung)

Eine Räderuhr besteht aus den Baugruppen Räderwerk, Energiespeicher, Anzeige und Gangregler mit Hemmung.

Räderwerk

Das Räderwerk ist die auffälligste Baugruppe, was sich in der Bezeichnung Räderuhr ausdrückt. Es dient dazu, die Drehbewegung des ablaufenden Energiespeichers auf die Anzeige (die Zeiger) zu übertragen und Energie über die Hemmung an den schwingenden Gangregler zu leiten (Gehwerk). Mit Hilfe eines zusätzlichen Räderwerks (mit zusätzlichem Energiespeicher) kann die Zeit akustisch angezeigt werden (Schlagwerk).

Die Räder sind Zahnräder, von denen das kleinere einer Paarung nicht Zahnrad, sondern Trieb genannt wird. Ein Trieb hat maximal etwa zehn Zähne.

Energiespeicher

Die vom Energiespeicher gelieferte Antriebsenergie wird benötigt, um die Zeiger zu drehen und um die Schwingung des Gangreglers aufrecht zu halten.

Die einfachste und älteste Methode, eine Räderuhr anzutreiben, ist die Verwendung eines absenkbaren Gewichtes. Es hängt an einem aufgewickeltem Seil. Auf derselben Achse wie die Seiltrommel befindet sich das Antriebsrad, das erste Zahnrad des Räderwerks. Je schwerer das Gewicht und je größer das Antriebsrad ist, desto mehr Drehmoment steht zum Antrieb der Räderuhr zur Verfügung. Ein Gewichtsantrieb liefert eine konstante Antriebskraft. Die Laufdauer einer Gewichtsuhr beziehungsweise die Energiemenge ihres Speichers wird durch die Absenkhöhe des Gewichtes begrenzt. Das Gewicht ist periodisch anzuheben (“aufzuziehen”).

Ein anderer Antrieb ist der Federantrieb. In der Regel wird eine lange zur Spirale aufgewundene Uhrfeder verwendet. Der Vorteil des Federantriebs liegt zum einen in der möglichen Verkleinerung des Uhrwerks, zum anderen in der Lageunabhängigkeit des Antriebs. Die Entwicklung des Federantriebs war eine der Voraussetzungen, um tragbare Uhren herstellen zu können.

Anzeige

Anfänglich gab es nur den Stundenzeiger (Einzeigeruhr). Als sich die Ganggenauigkeit der Räderuhr verbessert hatte, wurde der Minutenzeiger hinzugefügt (Zweizeigeruhr). Moderne Räderuhren - vor allem die Armbanduhren - haben meistens noch den Sekundenzeiger. Zum Standard wurde die Kleine Uhr, bei der der Stundenzeiger einmal in 12 Stunden umläuft. Die Große Uhr (Umlauf in 24 Stunden) ist heute kaum mehr in Gebrauch.

Bei den meisten Uhren laufen die Zeiger rechtsdrehend. Hiervon abgeleitet werden rechtsdrehende Bewegungen als „im Uhrzeigersinn“ bezeichnet. Nur sehr wenige Uhren laufen entgegengesetzt (linksdrehend, retrograd).

Gangregler und Hemmung

Der Gangregler ist das Herz einer Räderuhr. Er sorgt dafür, dass die Uhr gleichmäßig, aber schrittweise abläuft. Der Zeitfluß wird vom Gangregler zerhackt. Er ist ein mechanischer Schwinger, dessen Schwingungsdauer die Zeit zwischen zwei Schritten, dem Takt ist . Der Gangregler greift pro Takt zweimal mit je einem Stift (als Lappen, Haken, Ankerpalette oder einer anderen besonderen Form) in die Lücken eines speziellen Zahnrades (Hemmungsrad), wodurch sich dieses (und mit ihm das gesamte Räderwerk) in zwei Teilschritten um einen Zahn weiter dreht (“tick-tack”). Antriebsenergie erhält der Gangregler vom Energiespeicher, wozu er vom Hemmungsrad beim Austritt eines oder beider Stifte kurz und leicht angestoßen (gehoben) wird.

Der erste Gangregler war das Foliot, ein waagerecht angeordneter Balken (Waag), dessen Trägheitsmoment durch kleine Gewichte an den Balkenenden verändert werden konnte. Die Waag wurde mittels zweier Lappen auf ihrer Drehachse (Spindel, Spindelhemmung) von den Zähnen des Hemmungsrades (Steigrad) grob hin- und hergestoßen. Es fand kein überschaubarer und genauer kontinuierlicher Wechsel zwischen zwei Energieformen wie beim Pendel oder der Unruhe mit Feder statt.

1656 erfand der niederländische Astronom Christiaan Huygens das Uhrpendel in seiner heutigen Form, mit der sich die Ganggenauigkeit der Räderuhren sprunghaft verbesserte. Beim Pendel findet ein kontinuierlicher Wechsel zwischen Energie der Lage und Bewegungs-Energie statt. Die Frequenz seiner Eigenschwingung ist nur von seiner Masse und seiner Länge abhängig. Das Pendel ist energetisch über die Hemmung nur geringfügig an das Räderwerk gekoppelt, sodass seine Eigenschwingung kaum gestört und die Genauigkeit der Räderuhr groß ist.

1674 entwickelte Huygens auch die Unruh, den heute ausschließlich in Kleinuhren verwendeten Gangregler. Zur Unruh gehört eine Spiralfeder. Der Energiewechsel findet zwischen elastischer Verformung der Feder und Bewegung der Unruh-Masse statt.

Gangregler und Hemmung bestimmen im wesentlichen die Genauigkeit einer Räderuhr. Somit wurde die meiste Entwicklungsarbeit für die Verbesserung dieser beiden Baugruppen geleistet. Dazu gehörte auch, deren Funktion von äußeren Einflüssen, wie Temperaturänderungen und Stößen unabhängig zu machen. Bei den Gangreglern war die Temperaturabhängigkeit der Schwingungsdauer zu kompensieren. Im Einzelnen waren die Länge des Pendels bei der Pendeluhr und die Federsteifigkeit der Feder bei der Uhr mit Unruh von Temperatureinflüssen zu befreien.

Man kam dem Ideal, dass die Schwingung des Gangreglers konstant ist und von der Hemmung ungestört den Takt der Räderuhr bestimmt, sehr nahe. Dennoch gab es Versuche mit anderen Taktgebern, so z. B. mit fallenden Kugeln in Kugellaufuhren. Die im Maschinenbau verwendete kontinuierliche Drehzahlregelung mit einem Fliehkraftregler wurde ebenfalls versucht, erwies sich aber für Uhren (Drehpendel) als die am wenigsten genaue Lösung.

Weblink

Räderuhr, schematisch