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Uhrenatlas

So funktioniert eine mechanische Uhr

Das Räderwerk

Das Räderwerk überträgt die Kraft vom Federhaus zur Hemmung und dreht dabei immer schneller. Vom Minutenrad zweigt das Zeigerwerk ab, das aus der Bewegung Stunden, Minuten und Sekunden macht.

Makroaufnahme mehrerer ineinandergreifender Zahnräder auf einer Werkplatte mit Schrauben und Lagersteinen
Räderwerk eines Handaufzugswerks in Nahaufnahme · Bild: Олександр К (@gidlark) (Unsplash), Unsplash-Lizenz

Warum es ein Räderwerk braucht

Das Federhaus dreht sich sehr langsam, bei vielen Uhren nur einmal in rund acht Stunden. Das letzte Rad der Kette dagegen, das Ankerrad der Hemmung, muss in jeder Sekunde mehrere kleine Schritte machen. Dazwischen vermittelt das Räderwerk, auch Gehwerk genannt: eine Kette von Zahnrädern, die die langsame, kräftige Drehung des Federhauses in eine schnelle, schwächere Drehung am Ende der Kette verwandelt.

Man kennt das vom Velo. Im höchsten Gang wird ein langsamer, kräftiger Pedaltritt zu einer schnellen Raddrehung, dafür braucht man viel Kraft. Das Räderwerk der Uhr übersetzt ebenfalls «ins Schnelle»: Von Stufe zu Stufe steigt die Drehzahl, und das Drehmoment, also die Kraft am Rad, sinkt.

Ein mechanisches Uhrwerk im SchemaBewegtes Schema: Das Federhaus treibt über das Räderwerk das Ankerrad an. Der Anker gibt es im Takt der schwingenden Unruh Zahn um Zahn frei. Stark vereinfacht und verlangsamt.Federhausspeichert die KraftRäderwerküberträgt die Kraft, Rad um Rad schnellerAnkerradAnkergibt das Ankerrad Zahn um Zahn freiUnruh mit Spiraleder Taktgeber
Jedes Rad treibt das nächste, kleinere Rad schneller an. Eigene Grafik des Uhrenatlas.

Räder und Triebe: Stufe für Stufe

Jede Stufe besteht aus einem grossen Rad mit meist mehr als 20 Zähnen, das ein kleines Zahnrad, den Trieb, mit meist weniger als 20 Zähnen antreibt. Beide sitzen auf derselben Welle. Ein Zahlenbeispiel mit runden Werten: Greift ein Rad mit 60 Zähnen in einen Trieb mit 10 Zähnen, dreht sich der Trieb sechsmal, während das Rad einmal herumkommt. Je nach Uhr hat das Gehwerk zwei bis sieben solcher Stufen; mehr Stufen verlängern die Gangreserve.

In einer typischen Armbanduhr folgen aufeinander: das Federhaus, das Minutenrad (auch Mittelrad oder Grossbodenrad), das Kleinbodenrad (Drittrad), das Sekundenrad und schliesslich das Ankerrad. Das Minutenrad dreht sich einmal pro Stunde, das Sekundenrad einmal pro Minute.

Das Räderwerk zählt nur

Wichtig ist: Das Räderwerk misst die Zeit nicht selbst, es zählt. Den Takt gibt die Unruh vor. Die Hemmung lässt das Ankerrad mit jeder Halbschwingung ein Stück weiterspringen, und weil alle Übersetzungen fest sind, ist damit auch klar, wie schnell Minuten- und Sekundenrad drehen. Schwingt die Unruh etwas schneller, geht die Uhr vor; schwingt sie langsamer, geht sie nach.

Die Zähnezahlen der Räder sind so abgestimmt, dass das Sekundenrad bei der Frequenz der Unruh genau einmal pro Minute herumkommt. Bei 28'800 Halbschwingungen pro Stunde sind das acht Schritte pro Sekunde.

Das Zeigerwerk: Stunden, Minuten, Sekunden

Die Zeiger hängen am Räderwerk. Der Sekundenzeiger sitzt auf dem Sekundenrad und läuft einmal pro Minute um. Den Minutenzeiger trägt ein Rohr, das Viertelrohr, das auf der Welle des Minutenrads sitzt und sich einmal pro Stunde dreht. Hier zweigt das eigentliche Zeigerwerk ab: Ein Wechselrad mit Wechseltrieb untersetzt die Drehung im Verhältnis 12 zu 1 auf das Stundenrad, das den Stundenzeiger trägt. Der Stundenzeiger dreht sich pro Stunde also nur um ein Zwölftel einer Umdrehung.

In Winkeln gerechnet: Der Minutenzeiger legt 6 Grad pro Minute zurück, der Stundenzeiger 30 Grad pro Stunde und zusätzlich 0,5 Grad pro Minute. Zieht man die Krone heraus, lässt sich die Zeit stellen. Das Viertelrohr sitzt dafür über eine Rutschkupplung auf der Welle: So kann man die Zeiger verdrehen, ohne das Räderwerk zu blockieren.

Gut zu wissen

  • Das Räderwerk übersetzt «ins Schnelle»: Die Drehzahl steigt von Stufe zu Stufe, das Drehmoment sinkt.
  • Nur die Räder des Gehwerks tragen dauernd die Last der Feder; deshalb nutzen sie sich als Einzige spürbar ab.
  • Das Zeigerwerk untersetzt im Verhältnis 12 zu 1; ein Zeiger, der nur einmal in 24 Stunden umläuft, wie ihn GMT-Uhren zeigen, braucht eine Untersetzung von 24 zu 1.
  • Wie schnell die Kette dreht, bestimmt allein der Takt der Unruh: Reguliert man die Unruh schneller, laufen alle Räder entsprechend schneller.

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