Quarzuhren – Ursprung und Funktionsweise
Um Bruchteile von Sekunden geht es nicht nur in spannenden Actionfilmen aus Hollywood, sondern oft auch im wahren Leben – Studenten müssen schließlich pünktlich zu ihren Prüfungen kommen, die Nachspielzeit im entscheidenden Fußballspiel der Saison muss gestoppt werden und der Zug muss gemäß seines Fahrplans den Bahnhof verlassen. Alle diese Situationen hängen von einer exakten Zeitmessung ab.
Eine solche ermöglichen Quarzuhren. Anders als mechanische Uhren weisen Uhren mit einem Quarzuhrwerk pro Monat lediglich Gangabweichungen von wenigen Sekunden auf. Darüber hinaus gestaltet sich die Produktion von elektrischen Uhren in der Regel günstiger. Es sprechen demnach gute Argumente dafür, auf Quarzuhren für die Zeitmessung zurückzugreifen.
Eine tolle Auswahl an hochwertigen Quarzuhren finden Interessierte unter www.quarzuhren.net. Wie die Uhren funktionieren und welchen U(h)rsprung sie haben, verrät der folgende Beitrag.
So funktionieren Quarzuhren
Der Zeiger wird bei Automatikuhren durch eine komplexe Mechanik zum Laufen gebracht – ein elektronischer Antrieb ist in diesen nicht enthalten. Bei Quarzuhren wird diese Aufgabe allerdings durch eine Batterie übernommen. Diese dient als Energiequelle und sorgt dafür, dass sich das Uhrwerk bewegt.
Die Quarzuhr funktioniert simpel ausgedrückt demnach so, dass die Energie aus der Batterie an feine Zahnräder weitergegeben wird, sodass diese in Bewegung versetzt werden. Die Zahnräder sind mit den Zeigern, die auf dem Ziffernblatt zu sehen sind, verbunden.
Der Namensgeber der Uhr ist der Quarz. Im Bereich der Uhren handelt es sich präzise gesagt um einen kleinen Quarzkristall, der die Form einer Stimmgabel aufweist und im Inneren des Uhrwerkes in einem kleinen Gehäuse zu finden ist. Er fungiert in der Uhr als Taktgeber und ist dafür verantwortlich, dass die Energie aus der Batterie die Zeiger nur in einem gemäßigten Maß erreicht. Um dies zu ermöglichen, verbindet ein Bauteil die Batterie und den Quarzkristall, nämlich der Schrittmotor. Dieser rechnet die Batterieenergie gegen die Impulse, die von dem Quarzkristall ausgehen, und leitet diese an das Räderwerk in gedrosselter Form weiter. So werden die Zeiger der Uhr äußerst zeitgenau in Bewegung versetzt.
Dabei ist eine physikalische Entdeckung des Jahres 1880 dafür verantwortlich, dass herausgefunden wurde, das die Impulse des Kristalls dem Lauftempo der Zeit entsprechen. Diese besteht in dem piezoelektrischen Effekt, den die Brüder Jacques und Pierre Curie entdeckt haben. Sie konnten herausfinden, dass die Form bestimmter Kristalle sich verändert, wenn elektrische Spannung an ihrer Oberfläche angelegt wird. Für diesen Effekt ist eine derart genaue Berechnung möglich, dass nach ihm – im wahrsten Sinne – die Uhr gestellt werden kann. Die Verformung des Quarzkristalls wird im Bereich der Uhren im Übrigen „Schwingung“ genannt.
Die Frequenz der Schwingungen wird von der Form und der Größe des Kristalls bestimmt. Die Standardzahl in Armbanduhren beträgt 32.768 Schwingungen pro Sekunde. Diese Schwingungsanzahl erlaubt es, dass pro Sekunde exakt ein Impuls an den Schrittmotor der Uhr weitergeben wird. Durch diesen wird dann der Sekundenzeiger angetrieben, der wiederum eine Verbindung zu den anderen Zeigern aufweist.
Abhängig von dem jeweiligen Modell können die Schaltimpulse des Quarzkristalls auch unmittelbar an ein Zählwerk übertragen werden, welche die Zeitanzeige dann digital ausgibt. Bei dem Zählwerk handelt es sich um eine kleine Rechenmaschine, durch welche die Impulse in die entsprechende Uhrzeit übersetzt werden.
Der Ursprung der Quarzuhr
Der amerikanisch-kanadische Erfinder Warren Alvin Morrison soll die erste Quarzuhr entwickelt haben. Dieser arbeitete im Ersten Weltkrieg als Techniker beim Radio. Die Quarzuhr, die Morrison im Jahr 1929 erfand, lief bereits wesentlich exakter als die mechanischen Uhren, die in den vorherigen Jahren entwickelt wurden. Allerdings wies seine Uhr grobe Schwankungen bei verschiedenen Temperaturen auf.
Mit diesem Phänomen hatten zu Beginn noch viele Quarzuhren zu kämpfen. Bedingt wird dieses dadurch, dass die Bewegungen der Teilchen stark von der jeweiligen Temperatur beeinflusst werden – und somit auch die Form des Quarzkristalls. Die gängigen Quarzwerke überstehen heute jedoch sämtliche Temperaturen zwischen -10 und 40 Grad Celsius ohne Probleme hinsichtlich ihrer Ganggenauigkeit.
Der Uhrenhersteller Seiko aus Japan stellte im Jahr 1969 die erste serienreife Armbanduhr mit Quarzuhrwerk vor. Die Uhrenmanufaktur Junghans aus Deutschland entwickelte nur ein Jahr danach die Astro Quartz. Omega brachte dann im Jahr 1976 die erste Uhr heraus, deren empfindliche Elektrik vor Wasser geschützt wurde. Bei dieser handelte es sich um die „Seamaster“-Linie, die heute noch erhältlich ist. Die flachste Quarzuhr der Welt, „Dinosaure“, stammt ebenfalls von dem Hersteller Omega und wurde mit ihrer beeindruckenden Höhe von lediglich 1,46 Millimetern im Jahr 1980 vorgestellt.
