Warum mechanische Uhren ticken

Kraft will gut eingeteilt sein. In der mechanischen Uhr ist dies Aufgabe der Hemmung: Sie portioniert die Energie der Zugfeder. Grundlage ist ein ausgeklügeltes Zusammenspiel, ein Hin und Her der Kräfte. Deren Entwicklung und Herstellung fordert höchste Aufmerksamkeit.

Sie hat einen festen Platz und ihre eigene Funktion: Im Uhrwerk ist die Hemmung zwischen Räderwerk und Unruh angeordnet. Dort hat sie eine wichtige Pflicht. Sie verhindert beziehungsweise hemmt den unkontrollierten, schnellen Ablauf des Räderwerks, indem sie die Kraft "portioniert". Zudem führt sie der Unruh die nötige Energie zu, um diese in Schwung zu halten. Diese Funktionen nehmen in der Geschichte der Uhrmacherei verschiedene Systeme wahr. In der Literatur finden sich rund 250 verschiedene Hemmungen, von denen jedoch höchstens ein Zehntel überhaupt eine zeitweilige Verbreitung findet. Heute ist die Kolbenzahn- oder Schweizer Ankerhemmung die in Armbanduhren übliche Variante.

Eine Portion Kraft, bitte – die Schweizer Ankerhemmung

Die Schweizer Ankerhemmung besteht aus Ankerrad, Anker sowie Hebelscheibe mit Hebelstein auf der Unruhwelle. Das Ankerrad ist das letzte Rad im Räderwerk der Uhr und rotiert am schnellsten von allen Zahnrädern. Es hat eigentümlich geformte, gedrungene, fast eckig gefräste lange Zähne, die sehr robust sind und sich für die Kraftübertragung bestens eignen. Der Anker verbindet das Ankerrad mit der Unruh. Er verdankt seinen Namen der Ähnlichkeit im Aussehen mit einem Schiffsanker: Der Anker ist eine am Ende gegabelte Stange mit einem senkrecht dazu angeordneten, nahezu in der Mitte gelagerten Balken. Dessen beide Enden, die so genannten Ankerarme, tragen je einen "Haken" aus rechteckigem, synthetischem Rubin – Palette oder Hebestein genannt. Die Stirnseite der Palette ist in einem genau vorgeschriebenen Winkel schräg angeschliffen. Die Paletten fassen in das Hemmungsrad, während das Ende des Ankers, die Ankergabel, in den Hebelstein (Ellipse) der Unruhwelle eingreift. Der Hebelstein – nicht zu verwechseln mit den Hebesteinen, den Paletten – stellt die eigentliche Verbindung zwischen Hemmung und Unruh her und steht bei entspannter Uhr in der Mitte der Ankergabel. Wird die Uhr nun aufgezogen, will sich das Ankerrad durch die Kraft der Zugfeder drehen. Dabei ist eine der Paletten im Weg. Ein Zahn schiebt sich an der Palette des Ankers vorbei und drückt damit den Anker aus seiner Ruheposition. Die Bewegung überträgt sich über Ankergabel und Hebelstein auf die Unruh. Sie wird aus ihrer Ruhestellung gebracht und beginnt sich gegen die Kraft der Unruhspirale zu drehen, zu "schwingen". Nachdem der erste Zahn des Ankerrads über die Palette geglitten ist, ist das Ankerrad kurz frei und kann sich weiterbewegen. Aber nur so lange, bis ein Zahn auf die andere Palette fällt und das Rad erneut blockiert ist. Auf der anderen Seite des Ankers heben sich schließlich der an die Unruh gegebene Schwung und die Kraft der Spiralfeder auf. Die Unruh stoppt und schwingt zurück – der Hebelstein, die Ellipse, trifft wieder den Anker, und zieht den Anker in die andere Richtung. Dadurch wird das Ankerrad wieder kurz freigegeben und kann sich erneut drehen, bevor es wieder gestoppt wird. Wie kurz die Abstände sind, in denen das Ankerrad blockiert und freigegeben wird, und wie oft das stattfindet, bestimmt die Unruh mit der Zahl ihrer Halbschwingungen.

So entsteht das Ticken von mechanischen Uhren

Das ist auch zu hören: Das Ticken der Uhr ist nichts anderes als das abwechselnde Aufschlagen der Ankerradzähne auf den Ankerpaletten. Das ständige Hin und Her, die unablässige Bewegung der Hemmung, strapaziert die Einzelteile. Ihrer Herstellung muss man sich also mit besonderer Sorgfalt widmen. Dies ist die Aufgabe hochspezialisierter Unternehmen, von denen die ältesten Mitte des 19. Jahrhunderts in der Schweiz gegründet wurden. In den 1930er-Jahren fusionierten dort die Anker- und Ankerradhersteller zu den "Fabriques d’Assortiments Réunies" (FAR), die sich 1983 zur Nivarox-FAR vereinten, die heute zur Swatch Group gehört. Dort werden noch immer die einzelnen Komponenten der Hemmung gefertigt und zum Teil bereits montiert mit einregulierter Unruh-Spiralfeder gefertigt und ausgeliefert. Jedes Hemmungsteil verlangt in der Fertigung einen eigenen Ablauf.

Starkes Team: Die Komponenten des Hemmsystems

Das Ankerrad – auch Kolbenzahnrad genannt – besteht aus Stahl oder der Nickellegierung Mani fort. Bei der Herstellung werden zunächst Scheiben aus einem Metallband ausgestanzt, um dann mit feinsten Fräsen die Speichen und die Bezahnung auszuschneiden. Mithilfe rotierender Scheiben wird zuletzt die Höhe auf das richtige Maß gebracht. Die Unruh wird aus Messing oder Beryllium-Bronze (Glucydur) gefertigt. Auch hier werden zunächst aus einem Metallband Scheiben ausgestanzt und durch Stanzen zwei bis vier Speichen definiert. Die rohe Unruh wird plan geschliffen, im Zentrum ausgebohrt, der Umfang geschliffen und die Speichen eingesenkt. Bei der Schraubenunruh werden 16 Schrauben in den Reif eingesetzt – vier davon dienen der Regulierung. Oder es werden auf die Innenseite der Unruh Gewindebolzen geschweißt, deren aufgeschraubte winzige Muttern der Regulierung dienen.

Ganz am Schluss wird die Unruhwelle in die zentrale Bohrung gedrückt. Diese trägt auf der einen Seite die Hebelscheibe mit dem Hebelstein (Ellipse), der den Anker betätigt, auf der anderen die Spiralrolle, an der die Spiralfeder befestigt wird. Ungleich komplizierter ist die Herstellung des Ankers aus Stahl, der Nickellegierung Manifort oder Messing. Sein Umriss wird ausgestanzt, dann wird gebohrt, gefräst und ausgeschnitten, um unter anderem Schlitze für die Hebesteine anzubringen. Abschließend werden Bohrungen justiert, das Teil wird angliert, entgratet, poliert und schließlich werden die Hebesteine aus synthetischem Rubin in die Schlitze eingedrückt und exakt justiert. Sind die Einzelteile der Hemmung gefertigt, geht es an den Einbau in das Uhrwerk: Das Ankerrad wird bei der Laufwerkmontage eingebaut, dann folgt der Anker. Dessen Höhenspiel und Position wird durch Verschieben der Lochsteine in Werkplatte und Ankerbrücke justiert. Schließlich komplettiert die Unruh das Hemmungssystem – und der Lauf des Uhrwerks kann beginnen.