So funktioniert eine mechanische Uhr

Unruh und Spirale

Die Unruh ist ein kleines Rad, das mit einer feinen Spirale wie eine Schaukel hin und her schwingt. Sie gibt den Takt der Uhr vor – bei den meisten Armbanduhren 18'000 bis 36'000 Halbschwingungen pro Stunde.

Ausgebaute goldfarbene Unruh mit feiner Spiralfeder und Unruhkloben, daneben ein Streichholzkopf als Grössenvergleich — Unruh mit Spirale aus einer mechanischen Damenarmbanduhr · Bild: Hedwig Storch, CC BY-SA 3.0

Die Schaukel der Uhr

Jede Uhr braucht etwas, das gleichmässig hin und her schwingt und damit den Takt vorgibt. Bei der Standuhr ist das ein Pendel, in der Armbanduhr die Unruh: ein kleines Rad, das sich auf einer Welle dreht, zusammen mit einer feinen Spiralfeder, der Spirale. Die Spirale zieht die Unruh nach jedem Ausschlag zurück, so wie die Schwerkraft ein Pendel zurückholt. Zusammen schwingen die beiden wie eine Schaukel: hin, zurück, hin, zurück, immer im gleichen Rhythmus.

Anders als ein Pendel braucht die Unruh keine Schwerkraft und läuft deshalb in jeder Lage, auch am bewegten Handgelenk. Die Kombination geht auf den niederländischen Physiker Christiaan Huygens zurück, der 1675 ein Patent darauf erhielt. Wer sie zuerst hatte, ist bis heute umstritten: Auch der Engländer Robert Hooke beanspruchte die Idee.

Die Unruh schwingt hin und her; die Spirale holt sie immer wieder zurück. Eigene Grafik des Uhrenatlas.

Schwingungen und Halbschwingungen

Eine ganze Schwingung der Unruh ist ein Weg hin und zurück. Uhrmacher zählen aber meist die Halbschwingungen, also jeden Weg in eine Richtung, denn bei jeder Halbschwingung macht die Hemmung einen Tick. Üblich sind 18'000, 21'600, 28'800 oder 36'000 Halbschwingungen pro Stunde. Das sind 5, 6, 8 oder 10 Ticks pro Sekunde oder, in der Sprache der Physik, 2,5, 3, 4 oder 5 Hertz.

Wie schnell die Unruh schwingt, hängt von zwei Dingen ab: wie träge sie ist (wie viel Masse am Rand sitzt) und wie steif die Spirale ist. Eine schwerere Unruh schwingt langsamer, eine steifere Spirale macht sie schneller. Uhren mit hoher Frequenz heissen Schnellschwinger; sie lassen sich von Störungen weniger leicht aus dem Takt bringen.

Regulierung: die Uhr fein einstellen

Damit die Uhr richtig geht, muss der Takt genau stimmen. Dafür gibt es den Rücker (auch Rückerzeiger): einen kleinen Hebel mit zwei Stiften, zwischen denen das äussere Ende der Spirale läuft. Verschiebt man den Rücker, ändert sich die wirksame Länge der Spirale. Eine kürzere Spirale ist steifer, die Unruh schwingt schneller, und die Uhr geht vor; eine längere Spirale macht die Uhr langsamer.

Der Rücker hat einen Nachteil: Wie stark die Stifte die Spirale berühren, hängt vom Ausschlag der Unruh ab. Das stört den Isochronismus, die Eigenschaft, dass die Schwingdauer nicht vom Ausschlag abhängen soll. Und der Ausschlag ändert sich ständig: Mit voller Feder schwingt die Unruh weiter aus als am Ende der Gangreserve, trotzdem sollte der Takt gleich bleiben.

Wärme und Magnetismus

Zwei Dinge können den Takt verfälschen: Temperatur und Magnetfelder. Wenn es wärmer oder kälter wird, verändern sich die Abmessungen der Teile, und die Spirale wird weicher oder härter; beides verschiebt die Schwingdauer. Früher glich man das mit einer Unruh aus zwei verschiedenen Metallen (Bimetall) aus, die sich bei Wärme verformt; diese Kompensationsunruh erfand Pierre Le Roy um 1765. Um 1900 entwickelte Charles Édouard Guillaume die Legierung Elinvar, deren Elastizität kaum von der Temperatur abhängt. Mit solchen Legierungen, auch mit Nivarox, wurde der Ausgleich ab den 1930er-Jahren weitgehend überflüssig.

Magnetfelder aus der Umgebung können die Spirale und andere Stahlteile beeinflussen. Deshalb baut man die empfindlichen Teile aus möglichst unmagnetischen Werkstoffen.

Silizium-Spiralen

Die jüngste Neuerung ist Silizium, das Material der Halbleiterindustrie. Ulysse Nardin setzte es 2001 in der Freak erstmals in einer mechanischen Uhr ein, zunächst für die Hemmungsräder. Silizium ist leicht, lässt sich nicht magnetisieren und kommt ohne Öl aus. Für Spiralen genügte das reine Material aber nicht: Die ersten Silizium-Spiralen von 2002 verstellten sich bei Temperaturschwankungen.

Die Lösung kam vom Forschungsinstitut CSEM: Eine hauchdünne Schicht aus Siliziumoxid, die auf Temperatur gegenläufig reagiert wie das Silizium selbst, macht die Spirale weitgehend temperaturunabhängig. Lizenzen erhielten die Swatch Group (zu der Omega gehört), Rolex und Patek Philippe, dazu Ulysse Nardin. Omega stellte 2008 seine Si14-Spirale vor, den ersten grossen Schritt zum antimagnetischen Werk. Die «Master Chronometer»-Prüfung, die Omega mit dem Bundesamt für Metrologie METAS festgelegt hat, verlangt Widerstand gegen ein Magnetfeld von 15'000 Gauss – etwa die Stärke in einem MRI-Gerät.

Gut zu wissen

Bei 28'800 Halbschwingungen pro Stunde tickt die Uhr achtmal pro Sekunde, das sind 4 Hertz; der Sekundenzeiger scheint deshalb zu gleiten.
Wie genau Unruh und Spirale den Takt halten, prüft zum Beispiel das Chronometer-Verfahren der COSC: Mechanische Werke dürfen im Durchschnitt zwischen –4 und +6 Sekunden pro Tag abweichen, getestet über 15 Tage, in 5 Lagen und bei 3 Temperaturen.
Silizium-Spiralen werden wie Computerchips geätzt oder per Laser geschnitten; dadurch lassen sich Querschnitte formen, die mit Metall kaum möglich wären.
Christiaan Huygens erhielt 1675 das Patent auf die Unruh-Spirale-Kombination, der Streit mit Robert Hooke um die Urheberschaft ist bis heute nicht entschieden.

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Stand: 26.10.2026