Teil 1/5: Einführung – Wofür dient die „Zeitwaage“
Eine Zusammenstellung von Michael Stern©, Berlin 2023
Fotos und Darstellungen: eigene oder Jendritzki-Archiv©
Einleitung
Die Geschichte der Zeitwaage ist eine Geschichte der Präzision und Innovation in der Uhrmacherei. Von einfachen mechanischen Vorläufern bis hin zu hochmodernen elektronischen Geräten hat die Zeitwaage die Uhrmacherei auf ein neues Niveau der Genauigkeit gehoben. Sie bleibt ein unverzichtbares Werkzeug für Uhrmacher und Uhrmacherinnen, die bestrebt sind, mechanische Uhren auf höchstem Niveau zu fertigen und zu warten. In der heutigen Zeit, in der Präzision und Genauigkeit entscheidend sind, spielt die Zeitwaage eine zentrale Rolle in der Welt der Uhrmacherei.
Natürlich entspricht die deutsche Bezeichnung „Zeitwaage“ wenig dem Zweck des Apparates. Die englische Sprache bezeichnet ihn mit „timing machine“ oder auch „watch-rate-recorder“ und in der französischen Sprache wird er „chrono-comparateur“ genannt.
Unter den Begriff „Zeitwaage” fallen heute alle Uhrenprüfgeräte die eine 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. Die Zeitabnahme von der Prüfuhr erfolgt bei allen Zeitwaagen mittels Mikrophon, welches das Tickgeräusch überträgt. Das Zeitnormal zum Vergleich kann eine genaugehende Normaluhr, eine Stimmgabel oder ein Schwingquarz sein.
Eine Zeitwaage ist also ein spezielles Instrument, das verwendet wird, um die Ganggenauigkeit von mechanischen Uhren zu prüfen. Ihr Sinn und Zweck des Gerätes liegen in der Überwachung und Optimierung der Zeitmessung von Uhren. Die Hauptfunktionen und Gründe für die Verwendung einer Zeitwaage sind:
- Prüfen der Ganggenauigkeit: Die Zeitwaage überprüft die Ganggenauigkeit einer Uhr, indem sie die Anzahl der Schwingungen oder Schläge pro Zeiteinheit des Uhrwerks erfasst. Dies ermöglicht es, die tatsächliche Zeitabweichung der Uhr von der exakten Zeit zu quantifizieren.
- Regulierung von Uhrwerken: Mit den Informationen, die durch die Zeitwaage gewonnen werden, können Uhrmacher und Techniker die Abweichungen in der Ganggenauigkeit identifizieren und die Uhrwerke entsprechend regulieren, um die Uhr genauer zu machen.
- Diagnose von Problemen: Wenn eine Uhr Gangungenauigkeiten oder andere Probleme aufweist, kann die Zeitwaage dazu beitragen, die Ursache für diese Probleme zu identifizieren. Dies ist wichtig für die Reparatur und bei der Wartung von Uhren.
- Qualitätskontrolle: In der Uhrenindustrie wird eine Zeitwaage bei der Qualitätskontrolle von neuen Uhren eingesetzt, um sicherzustellen, dass sie den gewünschten Genauigkeitsstandards entsprechen.
- Historische Dokumentation: Die Daten, die von einer Zeitwaage generiert werden, können für historische oder archivarische Zwecke verwendet werden, um die Entwicklung und Ganggenauigkeit einer Uhr im Laufe der Zeit zu verfolgen.
HINWEIS: Diese Dokumentation ist mit Hilfe des umfangreichen digitalen Archivs der Deutschen Gesellschaft für Chronometrie e. V. entstanden.
Die Zeitwaage dient also dazu sicherzustellen, dass mechanische Uhren die Zeit genau anzeigen und die Erwartungen an ihre Leistung erfüllen. Dies ist besonders wichtig für Uhrenliebhaber, Sammler, Uhrenhersteller und Uhrmacher, die hohe Standards in Bezug auf die Ganggenauigkeit haben.
Und wie haben die Uhrmacher früher ohne Zeitwaage reguliert? Zum eine durch eine lange Beobachtungsdauer und dem Vergleich mit einem “Regulator” (Wand- oder Standuhr mit großem Sekunden- und kleinem Stunden-/Minutenzifferblatt). Später dann durch Abhorchen der Uhr und dem Vergleich mit einer präzisen Taschenuhr mit gleicher Schlagzahl.
Der Aufschluss, den die Zeitwaagen über den Gang der geprüften Uhren geben, ist für die schnelle Regulierung in verschiedenster Hinsicht vorteilhaft zu verwenden. Nicht nur große Gangabweichungen können sofort beseitigt werden, auch Lagenfehler (Krone oben/unten, Zifferblatt oben/unten usw.) lassen sich schnell erkennen und die Messergebnisse zeigen sogleich, wo mit der Berichtigung einzusetzen ist. Voraussetzung ist allerdings, dass mit Rücksicht auf den Isochronismusfehler die Prüflinge weder voll aufgezogen noch zu weit abgelaufen sein dürfen. Am zweckmäßigsten ist es, die Handaufzug-Uhren vor der Prüfung etwa 12 Stunden nach Vollaufzug ablaufen zu lassen.
Die registrierenden Zeitwaagen geben in ihren Aufzeichnungen noch verschiedene weitere Aufschlüsse. Nach einiger Übung im Lesen der Diagramme ist schnell zu erkennen, ob z. B. der Abfall (Symetrie der Hemmung) unzulässig groß ist, ob das Gangrad rund läuft und schließlich ob Eingriffsfehler im Gangrad, Sekundenrad oder Zwischenrad vorhanden sind. Das ist allerdings nur bei Geräten möglich, die fortlaufende Aufzeichnung liefern, was nach 1950 üblich war.
Eines vorweg: Es ergibt sich als bittere Schlussfolgerung, dass wir die Uhr, deren Isochronismus- und Zugfedereigenschaften wir nicht kennen, eigentlich gar nicht nach einem Schnellverfahren – das uns nur Augenblickswerte des Ganges gibt –, regulieren können. Dass es in der Praxis meistens doch geht, liegt daran, dass die meisten Uhren – aber eben nicht alle – nach zwölfstündiger Laufzeit einigermaßen genau ihren durchschnittlichen Gang haben. Mit gelegentlichen Fehlschlägen, die um so unwahrscheinlicher sind, je höher die Qualität der Uhr ist und je gewissenhafter die Repassage ausgeführt wurde, müssen wir also rechnen. Um von Seiten des Gangvergleichs alles zu tun, was in unserer Macht steht, beachten wir daher die Regeln: Niemals ganz aufgezogene oder fast abgelaufene Uhren in einem Schnellverfahren, gleich welcher Art, regulieren; die Uhr soll etwa 12 Stunden abgelaufen sein.
Wie arbeitet die Zeitwaage?
Die Zeitwaage ist die technische Fortentwicklung des Abhorchverfahrens. Frühe Zeitwaagen sind nichts anderes als Koinzidenz-Zeitwaagen, die dieses Verfahren automatisieren, indem die lauteren zusammenfallenden Schläge eine Stoppuhr in Gang setzen und wieder abstoppen. Später wird bereits die kleinste Einheit, der Uhrschlag, mit einem Normal-Zeitmaß verglichen. Das Ergebnis wird entweder nur angezeigt, oder aufgeschrieben.
Das Zeit-Normal ist entscheidend für die Genauigkeit des Gerätes, weil die Einheit der Fünftel-Sekunde – früher die „Standardschlagzahl“ –, so genau gemessen werden muss, dass der tägliche Gang der Uhr danach bestimmt werden kann. Man ging dann von einer Normal-Taschenuhr über die Stimmgabel zur gegenwärtig höchsten Genauigkeit der Quarz-Uhr.
Zuerst steuerte die Netzfrequenz, später steuerte der Quarz wie in einer Quarzuhr den Laufmotor des Schreibgerätes. Durch den piezo-elektrischen Effekt ist es möglich, den Quarz mittels elektrischen Stromes in Schwingungen zu versetzen, wobei gleichzeitig der Quarz die Wechselstrom-Schwingungen reguliert. Der über den Quarz nunmehr außerordentlich zeitgenau und gleichmäßig angetriebene Motor treibt eine Welle, an der das Anzeige- oder Schreibgerät sitzt.
Bei der optischen Anzeige wird eine Scheibe laufend gedreht, die mit einem länglichen, schmalen Schlitz versehen ist. Hinter der Scheibe ist eine Glühlampe installiert, die nur dann einen Augenblick leuchtet, wenn die zu regulierende Uhr mit ihrem Tick-Geräusch über eine Zündröhre; (Tyratron) die Glühlampe auslöst (stroboskopischen Effekt).
Geht die Uhr bereits richtig, dann erscheint dieser Lichtblitz immer genau nach einer vollen Umdrehung der Scheibe und der Lichtblitz steht für das Auge völlig still, geht die Uhr vor, dann hat die Scheibe ihre Umdrehung noch nicht vollendet – der Blitz wird früher sichtbar; und da dies immer wieder früher erfolgt, wandert der Lichtblitz auf dem Gerät laufend mehr nach rechts. Umgekehrt wandert der Lichtblitz nach links, wenn die Uhr nach geht, da dann die Scheibe mehr als eine volle Umdrehung ausführen muss, bevor die Blitz-Auslösung durch die Uhr erfolgt.
Genau wie überall zeigt eine Neigung der Diagramm-Linie nach rechts Vorgang der Uhr an, da die Scheibe ihre Umdrehung von 360 Grad noch nicht vollenden konnte, bevor die Auslösung durch die zu regulierende Uhr kam. Eine Neigung der Linie nach links bedeutet auch hier Nachgehen der Uhr.
Bei Funkenschreibern entsteht die Markierung im Papier dadurch, dass der elektrische Strom im Augenblick der Auslösung einen Funken zwischen zwei Metallspitzen entstehen lässt, der durch das Papier brennt. Das Papier läuft deswegen zwischen einer festen Metallschneide und einer Schneide, die wellenförmig auf einer Walze sitzt, die von dem quarzgesteuerten Motor getrieben wird. Durch diese Schraubenlinie erfolgt genau wie bei dem Druckgerät eine Neigung der Diagrammlinie nach links oder rechts, wenn die Uhr den Funken zu spät oder zu früh auslöst, also nach-oder vorgeht.
Später wurden dann Farbbänder zum Schreiben benutzt.
Bei schreibenden Geräten ist das Prinzip praktisch gleich. Statt des Schlitzes erhält die Scheibe am Umfang eine Erhebung, gegen die die zu regulierende Uhr im Rhythmus ihres Tickgeräusches ein Magnet-System den Papierstreifen schlägt. Durch ein Farbband wird dieser Anschlag deutlicher sichtbar gemacht.
Wie arbeitet die Zeitwaage – Zusammenfassung?
Grundsätzlich ist die Zeitwaage ein Abhorchapparat in Verbindung mit einem Normalfrequenzerzeuger (Zeitnormal). Ihre Ausführungen unterscheiden sich in der Hauptsache dadurch, dass bei den heutigen Modellen jede Handbedienung entfällt und dass das Ergebnis der Gangprüfung schriftlich oder digital festgehalten wird.
Ein wesentlicher Unterschied bestand rückblickend gesehen in der Verwendung der Zeitnormale: die einfachen Zeitwaagen benutzen eine recht genau gehend Präzisions-Ankeruhr als Zeitnormale während die anspruchsvolleren Systeme sich der Frequenz des Stromnetzes und später eines Steuerquarzes bedienten. Letztere haben inzwischen eine unübertroffene Genauigkeit und Konstanz ihrer Schwingungen.
Es ist einleuchtend, dass die Ergebnisse unserer Zeitwaage umso genauer werden, je präziser auch das Zeitnormal ist. In der Hauptsache will der Uhrmacher zunächst wissen, wie die (reparierte) Uhr geht. Das Gangergebnis ist ihm das Wichtigste. Und natürlich muss die Prüfung schnell erfolgen, damit der Uhrmacher aus den Ergebnissen die richtigen Schlussfolgerungen ziehen und so die Uhr einwandfrei regulieren kann.
Das Zeitalter der Zeitwaage ließ das parallele Abhorchen zweier Uhren (Koinzidenzverfahren) in Vergessenheit geraten. Aber mit diesem parallelen Abhorchen zweier Uhren hat immerhin alles angefangen und hat dem tagelange Beobachten einer Uhr und dem Vergleich mit einem präzisem Regulator abgelöst.
Wie wurde die Zeitwaage entwickelt?
Die Gangbestimmung von Uhren durch die sogenannte Zeitwaage hat bereits in den vergangenen 100 Jahren, da man dieses Verfahren kennt, eine stattliche Anzahl solcher Schwingungszeit-Messinstrumente entstehen lassen. Es ist recht interessant, in einem Überblick besonders die Anfänge zu betrachten, die zumeist schon vergessen sind. Umso beachtlicher ist die Leistung der heutigen Geräte, die uns schnell, bequem und so genau die Gangbestimmung der Uhren in kürzester Zeit ermöglicht. Darüber hinaus wird sogar ein sehr intensiven Einblick in die Vorgänge der Hemmung gestattet und die verwickelten Einwirkungen der verschiedenen Faktoren auf die Feinstellung des Zeitteilers sichtbar gemacht.
Besonders bemerkenswert ist der Wandel in der verwendeten Zeit-Normale: der Weg geht von der Präzisions-Taschenuhr gleicher Schlagzahl über den Synchonmotor, die Stimmgabel zum Quarz.
Noch ein Wort zur Schnelligkeit und Aussagekraft der Geräte: Voraussetzung für eine unverfälschte Anzeige wäre, dass die geprüfte Uhr auch tatsächlich während 24 Stunden so weiterläuft, wie während der Messung. Dies ist jedoch in der Praxis nur angenähert der Fall – die Prüfung gibt keinesfalls die Tragegewohnheiten des Trägers wieder!
Früh begann schon die Reihe der stroboskopischen Geräte, die durch ihre rotierende Schlitzscheibe gekennzeichnet sind, hinter denen der Lichtblitz aufflammt. Die dann entstandenen sehr empfindlichen Oszillographen verlangten zur Deutung der Schaubilder auf der Braun‘schen Röhre zuviel Kenntnisse und elektrotechnisches Verständnis, als dass sich der Uhrmacher der Werkstatt-Praxis mit ihnen anfreunden konnte – außerdem waren diese Laborgeräte sehr teuer. Wenn jedoch ein System von Zeitwaagen über die Gang-Anzeige hinausgeht, so ist es wohl der Oszillograph, der tatsächlich die geheimsten Vorgänge der Hemmung und des Schwingsystems zu entschleiern vermag; allerdings erfordert die Analyse lange Erfahrung.
Gleichzeitig aber begann der Siegeszug der druckenden Zeitwaagen. Andere Systeme wie die Funkenschreiber oder auch die farblosen Stachelschreiber vermochten das Drucksystem nicht zu verdrängen.
Die Genauigkeit der Zeitwaagen stieg mit der Anwendung des Quarz, dem von der Quarzuhr her der Nimbus der Präzision vorausging. Während anfangs der Quarz-Generator zur Temperatur-Stabilisierung einen umfangreichen Thermostaten erforderte, arbeiten die modernen Zeitwaagen-Quarze in ihrer kleinen Röhre sehr genau. Die Verwendung der damals noch sehr jungen Transistoren bewirkte die weitere Verkleinerung der Außenabmessungen der neuzeitlichen Zeitwaage.
Heute steht als Zeitnormal immer noch das Quarz, aber gesteuert wird die Zeitwaage nun durch einen Mikroprozessor.
Gegenwärtig besitzen die moderne Zeitwaage Displays – ein Drucker muss separat angeschlossen werden.
Da mit den gesteigerten Möglichkeiten auch die Ansprüche stiegen, ergab sich das Drehmikrophon, das allerdings im Anfangsstadium nur eine fortlaufende, langsame Drehung der Uhr bewirkte. Einen großen Fortschritt brachte erst das Drehmikrophon mit Programmwahl. Sowohl die gewünschten Positionen der Uhr als auch die gewünschte Prüfzeit für jeden Prüfvorgang können beliebig eingestellt werden.
Für größere Werkstätten und auch für die Gangprüfung in der Uhrenproduktion sind die Zeitwaagen, die gleichzeitig mehrere Uhren prüfen. Sie tun es in den gewünschten Positionen während der eingestellten Zeit. Auf einem Papierstreifen erscheinen keine Diagrammlinien mehr, sondern die mehr oder weniger geneigten Linien werden gleich in gedruckte Zahlen oder digital umgesetzt. Man muss einmal gesehen haben, wie sich die Mikrophone nach Ablauf der Zeit weiterdrehen um jeweils 90-Grad oder aus der Waagerechten in die Senkrechte. Und wie der Papierstreifen mit den ersten Zahlen aus dem Schlitz des Apparates erscheint, in Abständen die nächsten Zahlen druckt, um das richtige Maß zurückgleitet, damit die zusammengehörigen Zahlengruppen für jede Uhr auch zusammenstehen. Dass daneben die jeweiligen Positionszeichen gedruckt sind, versteht sich von selbst. Aber natürlich werden diese Werte heute digital gespeichert und auf Monitoren visualisiert.
Nunmehr verwirklichte sich auch der Uhrmachertraum einer Zeitwaage, die automatisch die Rückerstellung der Uhr korrigiert bis zum richtigen Gang. 1964 ist es Wirklichkeit geworden. Weitere Spezialapparaturen zentrieren den Abfall (Symmetrie der Hemmung) oder zählen die Spirale nicht nur auf die richtige Länge ab, sondern biegen und verstiften/verschweißen sie, sogar unter Berücksichtigung des gewünschten inneren Ansteckpunktes.
Und wie hat nun alles begonnen mit der Zeitwaage? Versuchen wir das chronologisch in unserem TEIL 2/5 unserer Serie etwas aufzuschlüsseln, aber legen Sie die angegebenen Jahreszahlen bitte nicht auf die Goldwaage.
Übrigens: In dem Buch “Die Armband- und Taschenuhr in der Reparatur” ist das Regulieren der Uhr mit der Zeitwaage ausführlich beschrieben!
