Quarzuhren und mechanische Uhren kann man meist schon von weitem unterscheiden, indem man darauf achtet, ob sich der Sekundenzeiger einmal pro Sekunde oder in kleineren Schritten fortbewegt. Ich erzähle Ihnen garantiert nichts Neues, wenn ich Ihnen sage, dass die Bewegung des Sekundenzeigers und die Frequenz des Tickens mit der Frequenz der Unruh in der Uhr zusammenhängt. Soweit so gut, doch um die Bedeutung der Frequenz einer Uhr ranken sich viele Mythen und Gerüchte. Stimmt es, dass hochfrequente Zeitmesser – oft High-Beat genannt – automatisch genauer gehen, als niederfrequente Modelle? Wieso gibt es Uhren wie die Zenith 21 Defy mit zwei verschiedenen Hemmungen und unterschiedlichen Frequenzen? Und wieso spielt die Frequenz bei Chronographen eine weitere Rolle, die sogar das Zifferblattdesign beeinflusst? Im heutigen Artikel widmen wir uns den Unterschieden zwischen hochfrequenten und niederfrequenten Uhrwerken, erklären Vor- und Nachteile und räumen mit gängigen Gerüchten auf.
Höhere Frequenz = genauere Uhr?
Eine höhere Ganggenauigkeit ist die Eigenschaft, die man mit schnellschwingenden Uhrwerken verbindet. Prominente Beispiele sind Grand Seikos Hi-Beat Modelle, die diese Eigenschaft sogar im Namen tragen. Während Uhren meist mit 3 oder 4 Hertz schwingen, bieten die Werke der 9S-Familie bei Grand Seiko eine Frequenz von 5 Hertz. Auch das historische Werk El Primero von Zenith ist ein berühmter Vertreter dieser Gattung der „Schnellschwinger“. Die Hertz-Zahl gibt die Menge der Schwingungen pro Sekunde wieder. Geläufiger ist jedoch die Angabe in Halbschwingungen pro Stunde, wodurch sich 21.600 (3 Hertz), 28.800 (4 Hertz) und 36.000 (5 Hertz) ergeben. Wieso gibt man überhaupt halbe Schwingungen anstatt ganzer an? Ganz einfach: Die Unruhe löst auf ihrem Hin- und Rückweg den Anker aus, wodurch jeweils das Laufwerk freigegeben wird und die Unruhe vom Anker ihren Impuls – einen kleinen Schubs – erhält. Bei einer Frequenz von 3 Hertz, also drei ganzen Schwingungen, ergeben sich sechs kleine Schritte des Sekundenzeigers und sechs hörbare Ticks pro Sekunde, pro Stunde also 21.600 Ticks. Deshalb ist die Angabe der Anzahl an Halbschwingungen zweckmäßig.
Doch zurück zur Ganggenauigkeit. Plakativ wird die Ganggenauigkeit hochfrequenter Uhren oft durch einen Vergleich mit Quarzuhren begründet. Diese schwingen üblicherweise mit einer Frequenz von 32.768 Hertz. Bekanntermaßen spielt die Ganggenauigkeit von Quarzuhren in einer ganz anderen Liga als die von mechanischen Zeitmessern. Ein Vergleich der Schwingfrequenzen legt nahe, dass diese der Grund für die gesteigerte Genauigkeit sein muss – und so wird es auch oftmals behauptet. Tatsächlich ist der Zusammenhang wesentlich komplexer.
Was ein High-Beat Werk wirklich genauer macht
Betrachten wir als Gegenbeispiel Präzisionspendeluhren, etwa die von Siegmund Riefler, die für ihre legendäre Ganggenauigkeit bekannt sind und in Observatorien und zu wissenschaftlichen Zwecken weltweit im Einsatz waren. Mit einer Frequenz von 0,5 Hertz, also einer Halbschwingung pro Sekunde, erreichten diese Pendeluhren eine Ganggenauigkeiten von +- einer Hunderstelsekunde pro Tag. Die Ganggenauigkeit kann also nicht nur von der Frequenz des Pendels oder der Unruh abhängen. Vielmehr geht es darum, eine Frequenz konstant zu halten – und das unter allen Umständen und über die gesamte Ablaufdauer der Uhr hinweg. Hier kommen zahlreiche Einflüsse wie Temperaturschwankungen, Stöße, variierende Antriebskraft und Verschleiß ins Spiel. Von der erschütterungsfreien Aufstellung einer Standuhr, die vielleicht sogar in einem klimatisierten Raum steht, können unsere Armbanduhren nur träumen. Gangregler, Unruh und Spiralfeder müssen darüber hinaus unabhängig von der Orientierung funktionieren. Die eigentliche Forderung an den Gangregler ist also die Konstanz der Schwingung unter allen denkbaren Umwelteinflüssen. Versteht man, wie diese im Zusammenhang mit der Frequenz steht, wird einiges klar.
Eine solche Möglichkeit, die Konstanz der Frequenz zu gewährleisten, findet sich in den Unterschieden eines hoch- und niederfrequenten Schwingsystems und vor allem darin, wie diese auf Stöße reagieren. Hierbei können hochfrequente Werke einen ihrer entscheidenden Vorteile ausspielen. Sie erholen sich wesentlich schneller von Stößen, kehren also in einer kürzeren Zeit wieder zu der Frequenz zurück, die sie stets beibehalten sollten. Sie sind frequenzstabiler. Daraus folgt, dass die Uhr, die am Handgelenk zahlreichen Beschleunigungen und Stößen ausgesetzt ist, ganggenauer bleibt, wenn die Unruh mit einer höheren Frequenz schwingt.
Könnte man die Qualität des Schwingsystems mit einem einzigen Wert angeben, wäre dies wohl der Gütefaktor, oder auch Q-Faktor, der in der Physik und auch der Uhrenkonstruktion genutzt wird. Dieser ist ein Kennwert, der die Energie eines Schwingers in Beziehung zu der durch Reibung verlorenen Energie pro Schwingung stellt. Die zugeführte Energie möchte der Konstrukteur möglichst geringhalten, da der Eingriff der Hemmung zwar nötig ist, aber tatsächlich die größte Störung der konstanten Schwingung der Unruh darstellt. Die Erhöhung der Frequenz eines Schwingsystems ist das praktikabelste Mittel, um dies zu erreichen und den Gütefaktor zu erhöhen. Ebenso spielt aber die Minimierung von Lagerreibung und Luftwiderstand eine Rolle. Jaeger-LeCoultre hat mit der Gyrolab Unruh der Geophysic True Second sogar eine Unruh im Programm, die hinsichtlich aerodynamischer Performance optimiert ist. Der Gütefaktor besitzt übrigens keine Einheit und erreicht bei gewöhnlichen mechanischen Uhren etwa 300. Der eines Quarzoszillators bewegt sich im fünfstelligen Bereich.
Ein dritter Vorteil ist das Verhalten eines hochfrequenten Uhrwerks bei nicht perfekt ausgewuchteten Unruhen. Höhere Frequenzen sorgen hier für eine verminderte Auswirkung der Schwerkraft. Da eine 100% perfekte Auswuchtung nie exakt erreicht wird, wirkt sich auch dies auf die Ganggenauigkeit von High-Beat Werken aus.
Die Nachteile der High-Beat Werke und die Lösungen der Hersteller
Mit den bisherigen Informationen im Hinterkopf sollte man annehmen, dass eine hohe Frequenz der Hemmung das oberste Ziel des Uhrenkonstrukteurs sein sollte. Bisher haben wir aber ganz entscheidende Faktoren außer Acht gelassen: Den Energiehaushalt der Uhr und deren Wartung. Hochfrequente Hemmungen sind zwar äußerst ganggenau, sind jedoch mit einem höheren Energieverbrauch verbunden. In derselben Zeit finden bei einer High-Beat Uhr mehr Eingriffe von Anker und Hemmungsrad ineinander statt als bei einer Low-Beat Uhr. Dies bedingt einen schnelleren Verschleiß, verkürzte Gangreserven und kürzere Wartungsintervalle – also etwas, das sich so gar nicht mit den aktuellen Bestrebungen verträgt, dem Kunden Ärger zu ersparen und Wartungsintervalle auszudehnen. Oft benötigen High-Beat Werke spezielle Schmieröle und es besteht die Gefahr, dass Öl von der eigentlich zu schmierenden Stelle aufgrund der hohen Geschwindigkeiten weggeschleudert wird. Die Anforderungen an das Hemmungsrad sind ebenfalls erhöht. Dieses muss eine möglichst geringe Trägheit aufweisen, damit es mit der geforderten Frequenz beschleunigen und wieder zum Stillstand kommen kann. Bei dem Hemmungsgrad der Grand Seiko Hi-Beat Werke ist dies an der komplexen Struktur mit Aussparungen gut zu erkennen. Auch die moderne Chronergy Hemmung von Rolex weist eine derartige trägheitsreduzierende Geometrie auf.
Unruhen, die bei hohen Frequenzen schwingen, sind stets sehr klein in ihren Abmessungen. Dies macht deren manuelle Regulierung schwierig. Gegenüber gemächlich schwingenden Schraubenunruhen, wie man sie etwa bei A. Lange und Söhne findet, wird ihre Bewegung eher als hektisch wahrgenommen. Zugunsten von längeren Gangreserven, einer einfacheren Regulierung und nicht zuletzt der imposanten Optik einer großen, langsam schwingenden Unruh entscheiden sich traditionelle Hersteller und unabhängige Uhrmacher gerne für diese Variante. Das Extrembeispiel dieser Kategorie stellt die Antoine Martin Slow Runner dar, deren 1 Hertz Unruh nahezu den gesamten Werksdurchmesser einnimmt.
Bedeutung der Frequenz bei Chronographen – Ein Sonderfall
Bei Chronographen ist die Frequenz der Hemmung für eine zusätzliche wichtige Eigenschaft verantwortlich, was oft zu Verwirrung über die Definition der „Genauigkeit“ von Zeitmessern mit dieser Komplikation führt. In Bezug auf die Ganggenauigkeit gilt auch für Chronographen zunächst all das, was in den vorherigen Abschnitten besprochen wurde.
Doch jetzt der Haken an der Sache: Da sich der Sekundenzeiger beziehungsweise der Stoppsekundenzeiger nur in diskreten Schritten fortbewegt, kann dieser ein gemessenes Intervall nur mit einer bestimmten Auflösung anzeigen. Eine 3 Hertz Uhr erlaubt dank sechs Schritten pro Sekunde das Messen von Sechstelsekunden. Entsprechend erlaubt ein Zenith El Primero mit 5 Hertz Schwingfrequenz die Messung von Zehntelsekunden. Egal, wie ganggenau ein solcher Chronograph ist, man kann damit keine Hundertstelsekunden messen, da der Zeiger an derart vielen Positionen pro Sekunde schlicht nicht zum Stehen kommt. Um Hundertstelsekunden messen zu können, wird eine 50 Hertz-Hemmung benötigt. Eine solche Uhr mit konventioneller Hemmung hätte jedoch eine unbrauchbar geringe Gangreserve.
Auch hierfür gibt es eine Lösung: Man verbaut zwei völlig separate Werke mit unabhängigen Hemmungen in derselben Uhr, wie es vor einigen Jahren im eingestellten TAG Heuer Mikrograph realisiert wurde. Diese Technologie feiert bei der LVMH-Konzernschwester Zenith in der Defy 21 nun ihr Comeback. Hierbei ist ein Uhrwerk mit 5 Hertz und 50 Stunden Gangreserve für die Zeitanzeige zuständig. Die Chronographenfunktion übernimmt ein eigenständiges Werk, das bei Vollaufzug zwar nur 50 Minuten läuft, aber die unglaubliche Unruhfrequenz von 50 Hertz aufweist. Der Zeiger bewegt sich Pro Sekunde also unfassbare 100-mal von Position zu Position. Um die Ablesbarkeit zu gewährleisten, umrundet er in einer Sekunde das gesamte Zifferblatt, und eine Skala ermöglicht das Ablesen des gestoppten Intervalls auf die Hundertstelsekunde genau.
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