Die Zeitwaage in der Uhrentechnik

Die Geschichte der Zeitwaagen nach einer Zusammenfassung von Kurt Hansel in der Zeitschrift DIE UHR, Nr. 2/1954, S. 4 ff

Während noch vor wenigen Jahren die Zeitwaage ausschließlich in Zeitdienstinstituten, Uhrenprüfstellen, Laboratorien und Prüfsälen großer Uhrenfabriken zu finden war, hat sie heute auch in vielen Uhrmacherwerkstätten Einzug gehalten. Der Name Zeitwaage wurde Anfang der dreißiger Jahre von Professor Keinath für die Siemens-Straumann-Zeitwaage geprägt. Er ist inzwischen zum Sammelbegriff für eine bestimmte Kathegorie von Uhrenprüfgeräten geworden, deren Anzahl ständig im Wachsen begriffen ist. Der Uhrmacher, der durch Fachzeitschriften, Ausstellungen, Sonderveranstaltungen und Besichtigungen Gelegenheit hatte, über Wesen, Anwendungsbereich und Vorteile dieser Prüfgeräte aufgeklärt zu werden, steht heute einer Vielzahl von Typen und Modellen gegenüber, die einen Gesamtüberblick kaum noch zulässt. Unterrichtung über die gebräuchlichsten Zeitwaagen und das Wissen von der prinzipiellen Wirkungsweise derselben sollte jedoch in Uhrmacherfachkreisen als notwendig erkannt und gepflegt werden, gibt es doch bereits viele Kunden, welche Zeitwaagediagramme von ihren Uhren besitzen und die oft unter Vorlage derselben bei Reparatur- oder Reglagewünschen Mögliches und Unmögliches vom Uhrmacher verlangen.

Es ist also in erster Linie erforderlich, dass der Fachmann, auch wenn er nicht im Besitz einer Zeitwaage ist, solche Diagramme wenigstens qualitativ zu deuten versteht und wenn möglich, auch erkennt mit welchem Gerät die Uhr geprüft worden ist. Besonders diesem Zweck soll die nachfolgende kurze Übersicht über die z. Z. am häufigsten anzutreffenden Zeitwaagen dienen.

Was ist eine Zeitwaage und wie funktioniert eine Zeitwaage?

Unter den Begriff „Zeitwaage” fallen heute alle Uhrenprüfgeräte, welche die schnelle Kontrolle des Uhrganges und das Erkennen von Gang- und Werkfehlern gestatten. So ist es z. B. mit diesen Geräten möglich, schon innerhalb weniger Minuten das momentane Gangverhalten der Uhren bei verschiedenen Lagen, Aufzugzuständen und Temperaturen festzustellen und bei richtiger Deutung der Anzeige bzw. des erhaltenen Diagramms den wirklichen Gang über 24 Stunden mit ausreichender Genauigkeit anzugeben.

Alle Zeitwaagemessungen stellen einen kurzzeitigen Vergleich der zu prüfenden Uhr mit einem Zeitnormal dar. Das Zeitnormal kann eine genaugehende Normaluhr, eine Stimmgabel oder ein Schwingquarz sein. Bei der Mehrzahl der heute verwendeten Zeitwaagen wird das Ergebnis dieses Uhrvergleiches sofort als Standkurve aufgezeichnet und kann mit Hilfe einer Tabelle, einer Auswerteschablone oder einer am Gerät angebrachten Vorrichtung als “Gang pro Tag" abgelesen werden. Die Zeitabnahme von der Prüfuhr erfolgt bei allen Zeitwaagen mittels Mikrophon, welches das Tickgeräusch überträgt. Es werden heute ausnahmslos Kristallmikrophone verwendet. Es ist damit möglich, jede gehende Uhr bei geschlossenem Gehäuse und in jeder Lage zu prüfen.

Damit ist über das Wesen der Zeitwaage bereits das Notwendigste gesagt. Über die elektronischen und elektromechanischen Vorgänge im Innern der Geräte zu sprechen, gehört nicht in den Rahmen dieser Betrachtung. Die Möglichkeit, Uhren mit anderer Schlagzahl als der allgemein üblichen von 18.000 pro Minute zu prüfen, ist bei den neueren Modellen fast ausnahmslos in weiten Grenzen ohne Änderungen am Gerät gegeben. Die Deutung der Diagramme wird bei den nachfolgenden Gerätebeschreibungen kurz erläutert werden. Die modernsten Zeitwaagen finden Sie in dem Uhrenbuch Die Feinstellung einer Unruh-Uhr in seinem dritten Kapitel. Außerdem bespricht das Uhrenbuch Die Armband- und Taschenuhr in der Reparatur das Regulieren mit der Zeitwaage in sehr anschaulicher Weise.

Übersicht über die gebräuchlichsten Zeitwaagen

1. Die Siemens-Straumann-Zeitwaage

Die bereits erwähnte Siemens-Straumann-Zeitwaage ist heute nur in wenigen Exemplaren und wohl nur in Laboratorien noch im Gebrauch. Sie verdient jedoch hier der Erwähnung, da sie es war, welche die Ära der Zeitwaage in Europa einleitete. Ihr geistiger Urheber ist der bekannte Schweizer Uhrentechniker Dr.-Ing. Reinhard Straumann. In enger Zusammenarbeit mit Professor Keinath wurde das Gerät bei der Firma Siemens gebaut. Das vom Mikrophon abgenommene Tickgeräusch der Prüfuhr wird mittels zweier Stromtore auf elektrischem Wege mit Kontakten einer Normaluhr verglichen und die momentane Standänderung der ersteren gegenüber der Normaluhr wird durch ein separates Schreibgerät als zusammenhängende Standkurve mit Tinte aufgezeichnet. Der Vorschub ist durch Austausch von Wechselrädern im Schreibgerät wahlweise veränderlich. Es entsteht bei dieser Zeitwaage immer eine einzelne Kurve im Gegensatz zu den nachfolgend beschriebenen Geräten. Ungleicher Ankerabfall (Hinken der Uhr) tritt hier nicht in Erscheinung, da die elektrische Anordnung derartige kleine Ungleichheiten ausmittelt, was für einige Zwecke von Vorteil, für andere wiederum von Nachteil ist.
Eine parallel zur Papierkante verlaufende gerade Kurve bedeutet, dass die Uhr richtig geht. Neigung der Kurve nach rechts (von links unten nach rechts oben) bedeutet Vorgehen, Neigung der Kurve nach links dagegen Nachgehen. Die Größe des Ganges wird mittels einer Plexiglasschablone, die dem jeweiligen Vorschub entsprechen muss, abgelesen. Der Registrierstreifen ist mit einer gleichfalls dem Vorschub entsprechenden Linierung bedruckt. Die Streifenbreite beträgt 142 mm. Diese Zeitwaage wird heute nicht mehr gebaut. Das Wesentliche ihrer Funktion ist jedoch in dem später beschriebenen Micro-Dynagraphen wiederzufinden.

2. Der Vibrograf

Dieses Gerät wird von der Firma Le Porte-Echappement Universel S. A., La Chaux-de-Fonds, hergestellt. Es ist z. Z. eine der verbreitetsten Zeitwaagen. Als Zeitnormal dient hier ein Schwingquarz, wodurch eine bedeutende Genauigkeit der Messungen gewährleistet ist. Mit dem Vibrograf neuester Ausführung können Uhren mit verschiedensten Schlagzahlen unmittelbar geprüft werden. Die Aufzeichnung geschieht mittels Fallbügel und Farbband durch Anschlag an erhabene Schneckengänge einer Schreibwalze. Da der Vibrograf jeden Uhrschlag einzeln aufschreibt, ergibt sich nur bei ganz korrekt eingestelltem Abfall des Ankers eine einzelne Standkurve. Ungleichheit der Schlagintervalle um nur 0,5 Millisekunden ergibt bereits zwei Linien, die im Abstand von 1 mm nebeneinander herlaufen. Je größer der aufgezeichnete Abstand ist, um so mehr ist der Ankerabfall fehlerhaft eingestellt.
Eine in Streifenrichtung verlaufende gerade Kurve zeigt, dass die Prüfuhr bei bester Beschaffenheit des Werkes den Gang „Null“ hat, d. h. dass sie richtig geht. Rechts- bzw. Linksneigung der Standkurve bedeutet, wie bei der Siemens-Straumann-Zeitwaage, Vorgang bzw. Nachgang. Die Größe des Ganges kann am Gerät mit Hilfe einstellbarer Lichtstreifen während der Messung bereits abgelesen werden.
Periodische Welligkeit des Schriebes deutet auf Verzahnungsfehler hin, deren Sitz auf Grund der Länge solcher Perioden genau angegeben werden kann. So entsprechen z. B. Perioden von 5 bis 6 Minuten Länge dem Durchgang eines Zahnpaares von Federhaus/Minutentrieb, Perioden von rund einer Minute Dauer werden vom Minutenradeingriff, solche von 7 bis 8 Sekunden Länge vom Zwischenradeingriff und solche von einer Sekunde Dauer und darunter vom Sekundenradeingriff erzeugt.

Welche Parameter lassen sich mit einer Zeitwaage bestimmen?
Dass außer Lagen-, Isochronismus-, Temperatur- und Verzahnungsfehlern noch weit mehr Schlüsse aus dem Diagramm des Vibrografen gezogen werden können, kann hier nur vermerkt werden. Mit dem Gerät können Uhren aller Art, also auch Wecker, Pendeluhren, Schaltuhren u. ä. geprüft und reguliert werden. Durch Kopfhörer ist es möglich, das verstärkte Tickgeräusch abzuhören und zur Beurteilung der Uhr mit heranzuziehen.
Daten: Wechselstromanschluss an 110, 125, 145, 220 und 250 Volt. Stromverbrauch ca. 70 Watt. Gewicht 11,5 kg, Abmessungen 390x270x160 mm. Streifenbreite 48 mm. Quarzgenauigkeit ca. 1x10 -6

3. Chronografic

Hersteller: R. Greiner, Langenthal/Schweiz.
Die Chronografic ist ebenfalls eine quarzgesteuerte Zeitwaage mit dem gleichen Anwendungsbereich wie der Vibrograf. Die Aufzeichnung der Standkurve erfolgt hier durch Einstich von Löchern in den Registrierstreifen. Das Auflösevermögen und somit die Genauigkeit der Messung ist bei diesem Gerät etwas gröfler. Die Ablesung des Diagrammstreifens erfolgt während der Messung durch eine beleuchtete zweifarbige Plexiglasskala. Auch hier sind Uhren mit verschiedensten Schlagzahlen unmittelbar messbar. Besonders angenehm ist das fast geräuschlose Arbeiten der Zeitwaage, sowie das Fehlen eines Farbbandes. Das Metallgehäuse gewährleistet eine gewisse Abschirmung gegen Hochfrequenzstörungen. Die in den Registrierstreifen eingestochenen Kurven können bequem von Blinden abgetastet werden. Auch bei dieser Zeitwaage ist Abhören des Uhrganges durch Kopfhörer möglich.
Für die Auswertung der Registrierung gilt das gleiche wie beim Vibrograf.
Daten: Anschlussmöglichkeit an Wechselstrom aller Spannungen. Stromverbrauch ca. 70 Watt. Gewicht 15 kg. Abmessungen 340x320x210 mm. Streifenbreite 48 mm. Quarzgenauigkeit ca. 1x10 -6.

4. TICK - O - GRAF

Diese Zeitwaage ist ein deutsches Erzeugnis. Hersteller ist die Firma TICK-O-GRAF Elektrophysikalische Werkstätten G.m.b.H. Berlin-Steglitz. Der TICK-O-GRAF ist ebenso wie die vorstehend beschriebenen Geräte eine registrierende Zeitwaage, bei welcher die Aufzeichnung jedoch nicht auf dem üblichen Schreibstreifen, sondern auf einer runden Scheibe erfolgt.
Diese Registrierscheibe besteht aus einem Spezialpapier, welches ohne mechanische Zwischenglieder elektrisch erzeugte Beschriftung ohne Hochspannung zulässt. Im Gegensatz zu den bereits genannten Geräten gibt der TICK-O-GRAF sämtliche Teilgeräusche des Uhrschlags wieder. Die mehr oder wenigen breiten, u. U. aus mehreren Strahlen bestehenden Standkurven sind demzufolge gleichzeitig eine Art Lautbild, welches zusätzlich Schlüsse auf den Hemmungsvorgang zulässt.
Als Zeitnormal wird eine Spezialstimmgabel mit einem thermischen Koeffizienten von 0,000002 verwendet. Durch wahlweise Verdoppelung der Scheibendrehzahl kann die Ablesegenauigkeit erhöht werden. Die Zeitwaage lässt ebenfalls Gang-, Lagen-, Isochronismus- und Temperaturprüfungen an Uhren aller Art zu. Auch ist aus der Charakteristik der Aufzeichnungen auf Werk- und Funktionsfehler zu schließen. Die Diagrammscheiben sind radial liniert und können mittels einer Tabelle leicht ausgewertet werden. Die Aufzeichnung verläuft bei richtig gehender Prüfuhr genau radial von innen nach auflen, bei Vorgehen weicht sie nach rechts, bei Nachgehen nach links von der radialen Richtung ab. Die höchste zusammenhängende Messdauer beträgt 60 Sekunden. Durch Kopfhörer oder Speziallautsprecher kann das Uhrgeräusch auch hier hörbar gemacht werden. Die übliche Schlagzahl von 18.000 pro Stunde ergibt zehn Standkurven auf der Diagrammscheibe. Bei anderen Schlagzahlen ändert sich lediglich die Anzahl der Kurven, die Auswertung bleibt jedoch gleich.
Daten: Wechselstromanschluß. Gewicht 12 kg. Abmessungen 400 X 300 X 150 mm. Durchmesser der Diagrammscheiben 70 mm.

5. Tempitest

Hersteller: Otto Nielson, Hamburg.
Der Tempitest ist eine deutsche Zeitwaage, bei der die Aufzeichnung der Standkurve durch einen Funkenschreiber erfolgt. Als Elektroden dienen die unter dem Registrierstreifen liegende Schneckenwalze und ein über dem Papier liegendes fest angeordnetes Funkenblech. Der Antrieb der Schneckenwalze erfolgt durch einen quarzgesteuerten Synchronmotor. Das Gerät ist mit und ohne Quarzgenerator lieferbar. Der separate 1000 Hz Quarzgenerator wird mit Prüfschein des Deutschen Hydrographischen Institutes Hamburg geliefert, seine Genauigkeit beträgt etwa 6x 106.
Als Registrierpapier ist das im Handel befindliche Rechenmaschinenpapier von 59 mm Breite verwendbar. Die Funkenaufzeichnung erfolgt in gleichem Sinne wie bei Vibrograf und Chronografic, d. h. Rechtsneigung bedeutet Vorgang, Linksneigung dagegen Nachgang. Das Auflösevermögen des Tempitest ist jedoch wesentlich geringer als bei den beiden eben genannten Geräten.
Der Streifenvorsdiub ist von 100 mm/Min. auf 300 mm/Min. umschaltbar. Der Auswertung der Diagramme dienen zwei Plexiglas-Skalen, die dem Gerät beigegeben werden.
Daten: Wechselstromanschluß. Stromverbrauch ca. 60 Watt. Gewicht ohne Generator 13,9 kg. Abmessungen ohne Generator 360X300X190 mm. Der Quarzgenerator ist ein Zylinder mit 100 mm Durchmesser und 360 mm Länge. Sein Gewicht beträgt 3 kg.

6. Lepaute-Oscillograf

Lepaute-Oscillograf ist eine französische Zeitwaage, die als Funkenschreiber   ausgebildet   ist.   Deutscher   Generalvertrieb P. Kohler, Stuttgart.
Als Zeitnormal dient auch bei diesem Gerät ein Schwingquarz. Der Registrierstreifen läuft zwischen einer sich drehenden, vom Quarz gesteuerten Elektrodenscheibe und einer feststehenden Gegenelektrode hindurch. Der vom Tickgeräusch der Prüfuhr ausgelöste Funke brennt kleine Löcher in das Papier, welche in ihrer Reihenfolge deutlich sichtbare schwarze Standkurven ergeben. Eine durchleuchtete drehbare Skalenscheibe gestattet sofortige Auswertung des Diagrammes während der Prüfung. Der Papiervorschub schaltet sich beim Auflegen der Prüfuhr auf das Mikrophon automatisch ein und beim Abnehmen der Uhr ebenso automatisch aus. Uhren verschiedenster Schwingungszahlen sind messbar. Kopfhöreranschluss ist auch bei dieser Zeitwaage vorgesehen. Die Breite des Registrierstreifens beträgt 57 mm.

7. Micro-Dynagraph

System Dr. Straumann Hersteller: Dr. W. Amrein, Zürich.
Der Micro-Dynagraph stellt die z. Z. vollendetste Apparatur für Untersuchungen an gehenden Uhren dar. Bei ihm sind Zeitwaage, Mikrodynamometer und Kathodenstrahl-Oscillograph in einem Gerät vereinigt. Gangmessungen, Kontrolle der Kraftübertragung im gehenden Uhrwerk und Beobachtung der Hemmungsfunktion auf einer Braunschen Röhre sind damit gleichzeitig möglich. Der Zeitwaageteil arbeitet nach dem Prinzip der Siemens-Straumann-Zeitwaage, an Stelle der Normaluhr ist jedoch ein Quarzoszillator getreten, welcher einen elektromechanischen Frequenzgeber für alle gebräuchlichen Schlagzahlen steuert. Die Aufzeichnung der Zeitwaagemessung und der Kraftkurve erfolgt gleichzeitig auf einer gemeinsamen Diagrammkarte, welche sich von rechts nach links vor dem Gerät an den zugehörigen Schreibhebeln vorbeibewegt. Die Schreibhebel werden von je einem starken Servomotor betätigt. Die Aufzeichnung erfolgt mittels Bleimine oder Kugelschreiber.
Das Prinzip des Kraftmessers geht davon aus, dass die Stärke des Uhrschlaggeräusches vom jeweiligen Drehmoment am Gangrad abhängt. Die Stärke der Uhrschläge wird also fortlaufend registriert und vermittelt somit ein Bild vom zugehörigen Drehmoment der Zugfeder unter Einschluss aller Verzahnungsfehler, Klemmungen, Streifungen und Exzentrizitätsfehler im Räderwerk.
Bei richtiggehender Prüfuhr verläuft die Standkurve waagerecht, bei Vorgehen steigt sie und bei Nachgehen verläuft sie nach unten. Die Quarzfrequenz ist beim Micro-Dynagraph im Bereich von 1 Minute pro Tag verstellbar. Es wird damit erreicht, dass auch bei größerem Gang der Prüfuhr eine horizontal verlaufende Standkurve konstruiert werden kann, ohne dass der Rückerzeiger verstellt werden muss. Eine horizontale Kurve aber bietet eine größere Ablesegenauigkeit und lässt kleine Gangabweichungen deutlicher erkennen.
Das Mikrophon sitzt in einer schalldichten Prüfkammer. Der Vorschub der Diagrammkarte ist in drei Geschwindigkeiten einstellbar.
Daten: Wechselstromanschlufl an 220 Volt. Gewicht 68 kg. Gröfle 810X520X580 mm. Diagrammkarte nach DIN A4.

8. Zeitwaage System SIEGEMUND

Hersteller: Kappler & Kling, Ittersbach, Baden.
Dieses Gerät ist eine anzeigende, d. h. nicht registrierende Zeitwaage, welche nach dem stroboskopischen Prinzip arbeitet.
Auf einer mit 300 U/min umlaufenden Scheibe sitzt ein Lichtzeiger, welcher bei jedem Uhrschlag aufleuchtet. Die Scheibe wird von einem Quarz gesteuert. Bei richtiggehender Prüfuhr steht der Lichtzeiger immer an der gleichen Stelle, bei Vorgang wandert er im Uhrzeigersinn, bei Nachgehen im Gegenuhrzeigersinn. Ungleicher Abfall, d. h. Hinken der Uhr tritt als doppelter Leuchtstrich in Erscheinung. Qualitativ lassen sich Vorgehen oder Nachgehen schon nach 20 bis 30 Sekunden Meflzeit erkennen. Zur quantitativen Bestimmung des Ganges ist es erforderlich, die Auswanderungszeit des Lichtzeigers mit einer Stoppuhr festzustellen. Das Schlaggeräusch kann mit Kopfhörer oder Lautsprecher abgehört werden. Werkfehler, wie unrundes Ankerrad, Eingriffsfehler, streifende Spirale usw. sind bei einiger Übung optisch oder akustisch erkennbar. Der Temperaturkoeffizient des Quarzes wird mit 0,3 Sek./0 C/Tag angegeben. Das Gerät ist speziell für den Uhrmacher am Werktisch gedacht. Es arbeitet fast geräuschlos.

9. Chronofix

Hersteller: G. Rubel, Pforzheim.
Die Chronofix ist gleichfalls eine anzeigende Zeitwaage ohne Registrierung. Der Uhrvergleich erfolgt nach der Koinzidenzmethode. Als Normal dient ein eingebautes Schweizer Echappement. Die Koinzidenzperiode wird mittels einer Stoppuhr mit Spezial-Zifferblatt von Hand gestoppt. Der Gang der Prüfuhr wird auf der Stoppuhr unmittelbar als „Gang/Tag“ abgelesen. Das Gerät kann auch auf „Hören“ umgeschaltet werden, so dass das Uhrgeräusch akustisch auf Reinheit bzw. Fehler geprüft werden kann. Die Messgenauigkeit ist naturgemäß erheblich geringer als die der quarz- oder stimmgabelgesteuerten Geräte. Der niedrige Anschaffungspreis verdient allerdings Beachtung. Das Gerät ist besonders für Schnellreglage von Gebrauchsuhren in der Reparaturwerkstatt geeignet.

Unterscheidungsmerkmale der verschiedenen Diagramme

Als Abschluß dieser kurzgefassten Übersicht über die gebräuchlichsten Zeitwaagen folgt eine Zusammenfassung der Unterscheidungsmerkmale der Diagramme.

Für die Deutung der unter den Nummern 3, 5 und 6 aufgeführten Diagrammstreifen gilt im einzelnen das bei der Beschreibung des Vibrograf ausführlicher Erläuterte.

Geschichte haben die Zeitwaagen von Greiner - die "Greiner Record" und Greiner Super" - geschrieben. Die entsprechenden Anleitungen zu den Zeitwaagen von Greiner finden Sie auf der CD zum Buch: Die Armband- und Taschenuhr in der Reparatur.

Und wie arbeitet man mit einer Zeitwaage?

Diese und alle weiteren Fragen zur Reparatur einer Uhr beschreibt das Uhrenbuch Die Armband- und Taschenuhr in der Reparatur  in sehr anschaulicher Weise.