Hemmung (Uhr)

Die Hemmung (früher auch Gang; franz. échappement; engl. escapement) ist jene Baugruppe in Räderuhren, die die Verbindung zwischen dem Räderwerk und dem Gangregler (etwa dem Pendel) herstellt. Sie besteht in der Regel aus dem Hemmungsrad (Gangrad, Steigrad oder Ankerrad)^[1] und dem Hemmstück (Anker, Ruhestück). Der Gangregler bewirkt über das in das Hemmungsrad eingreifende Hemmstück das periodische Anhalten („Hemmen“) des Räderwerks und damit den regelmäßigen Gang der Uhr. In umgekehrter Richtung erhält er Energie (Hebung, Impuls), um nicht stehen zu bleiben. Ein Pendel wird periodisch „gehoben“.^[2].

Die Erfindung von drei Methoden der Hemmung gelang englischen Uhrmachern zwischen etwa 1685 und 1720.

Bauarten

Bekannt sind etwa 250 verschiedene Konstruktionen, die sich nach ihrer Funktion in drei Bauarten einordnen lassen, die gleichzeitig auch die Chronologie ihrer Entwicklung mit steigender Ganggenauigkeit der Uhren widerspiegeln. Es handelt sich um

• Rückführende Hemmungen,
• Ruhende Hemmungen und
• Freie Hemmungen,

von denen die bedeutendsten Lösungen beschrieben werden.

Rückführende Hemmung

Spindelhemmung mit Unruh und Feder als Gangregler

Bei der rückführenden Hemmung wird das Hemmungsrad nicht nur periodisch angehalten, sondern es erleidet, wie das ganze übrige Räderwerk, jedes Mal eine durch den Gangregler verursachte kleine Rückdrehung (daher die Bezeichnung „rückführende“ Hemmung). Auf diese Weise bestimmt die Antriebskraft über einen großen Teil der Schwingung die Schwingungsdauer des Gangreglers mit, und eine ungleiche Antriebskraft verursacht einen Gangfehler.^[3]

Spindelhemmung

Eine Räderuhr mit Spindelhemmung unterscheidet sich von der ersten Räderuhr mit Foliot nur durch ihre Ausrüstung mit einem Gangregler anstelle des Foliots. Die beiden an der Welle (Spindel) angebrachten, zueinander winklig versetzten Bleche (Hemmungslappen, Spindellappen) greifen wechselweise so in das Hemmungsrad ( hier Kronrad) ein, dass es sich bei jeder Schwingung des Gangreglers um einen Zahn weiter dreht. Es dreht sich bei jeder Halbschwingung um eine halbe Zahnteilung und hat eine ungerade Zähnezahl: 180° gegenüber eines Zahns befindet sich eine Zahnlücke.

Das Foliot wurde im letzten Drittel des 17. Jahrhunderts durch das Pendel nach theoretischen Vorarbeiten durch Huygens ersetzt. Die Spindelhemmung verlangt wegen des kurzen Hebelarms der Lappen große Ausschläge. Deswegen ist sie nur für leichte und kurze Pendel geeignet, die störanfälliger sind als wenig ausschlagende, schwere und lange Pendel. Von größter Bedeutung war jedoch die Kombination der Spindelhemmung mit der durch eine Spiralfeder unterstützten Unruh zu Beginn des 17. Jahrhunderts. Die Unruh schwingt umso stabiler, je größer ihr Ausschlag ist. Damit wurden Uhren endgültig mobil, sie konnten am Körper getragen werden (Sackuhren).

Die Spindelhemmung wurden bei Taschenuhren bis in das erste Drittel des 19. Jahrhunderts, bei ortsfesten Uhren (z. B. Comtoise-Uhren) noch bis etwa 1860 eingesetzt.

Ankerhemmung mit massiven Anker

Hakenhemmung oder Rückfallankerhemmung

Die Hakenhemmung wurde im Jahre 1676 vom Arzt Robert Hook erfunden und um 1680 von William Clement in die Uhrentechnik eingeführt.^[4] Anstelle von Lappen an der Spindel (Spindelhemmung, siehe oben) sind Haken an einem Anker - dem Hakenanker - angebracht. Die Haken greifen radial (die Lappen axial) in das Hemmungsrad (hier Ankerrad) ein. Ihr gegenseitiger Abstand entspricht einem ungeraden Vielfachen einer halben Zahnteilung des Ankerrades, das sich bei jeder Halbschwingung des Gangreglers um eine halbe Zahnteilung weiterdreht. Der von einem bestimmten Zahn zuerst getroffene Haken ist der Eingangshaken, der andere der Ausgangshaken. Die Haken sind weiter als die Lappen von ihrer Drehachse entfernt. Dadurch ist der nötige Drehausschlag kleiner, und man kann längere Pendel verwenden, die wegen ihrer Schwere weniger störanfällig sind. Räderuhren mit einem Anker können zudem flacher gebaut werden, da die Drehachse des Ankers (und damit die des Gangreglers) nicht mehr wie die Spindel um 90° gegen alle anderen Wellen des Uhrwerks verdreht ist. Die Hakenhemmung verdrängte zum Beginn des 19. Jahrhunderts die Spindelhemmung bei Pendeluhren.

Der Anker ist ein aus dem Vollen gearbeitetes Werkstück, das auf der Welle der Unruh befestigt ist. Bei Pendeluhren hat er eine eigene Welle, wenn das Pendel an einem Faden oder an einer dünnen Blattfeder aufgehängt ist und mit einem an der Ankerwelle befestigten Bügel an den Anker angeschlossen ist. Bei preiswerten Uhren (z.B. Schwarzwälder Uhren) wurde ab etwa Mitte des 19. Jahrhunderts ein einfacher Blechanker verwendet.^[5] Der Ausgangshaken ist etwa rechtwinklig, der Eingangshaken etwas mehr (um eine Hebung zu erzeugen, siehe Ruhende Hemmung) vom Blech abgebogen.

Ruhende Hemmung

Bei der Ruhenden Hemmung wird das Hemmungsrad vom Gangregler nur periodisch angehalten. Es erfährt keine Rückdrehung während des Weiterdrehens des Gangreglers auf dem Ergänzungsbogen, seinem restlichen Weg bis zur Umkehr. Diejenigen Flächen an den Haken des Ankers, die in der Ruhephase des Hemmungsrades Kontakt mit einem seiner Zähne haben, sind Teil einer zylindrischen Fläche, deren Achse mit der der Welle des Gangreglers beziehungsweise des Ankers identisch ist. Die Haken reiben in dieser Phase auf dem Zahn, was den Gangregler weniger als bei Rückführender Hemmung und um so weniger beeinflusst, je niedriger der Reibkoeffizient ist. Die Kontaktflächen weisen große Materialhärte (Edelstein-Paletten) auf und werden geölt.

Bei der Rückführenden Hemmung treibt das Hemmungsrad den Gangregler nach der Umkehr von Rückdrehung zu Vorwärtsdrehung bis zum Ende des Haken-Eingriffs an. Diese bei der Ruhenden Hemmung fehlende Möglichkeit der Energieübertragung auf den Gangregler wird von der Hebung übernommen. Der Eingriff wird in zwei Schritten beendet. Nach dem Kontaktende zwischen Zahn und zylindrischer Fläche gleitet die Zahnspitze über eine schräge Fläche (Hebefläche) am Haken oder der Haken über eine schräge Fläche am Zahn. Der Haken wird dadurch radial vom Hemmungsrad weggestoßen. Der Anker wird um seine Achse gedreht und der Gangregler beschleunigt. Ein Pendel als Gangregler erhält einen etwas größeren Ausschlag, es wird zusätzlich gehoben.

Grahamhemmung

Grahamhemmung

Die Grahamhemmung ist eine reibende, ruhende Hemmung und wurde Anfang des 18. Jahrhunderts von Georges Graham entwickelt, aufgrund der Idee der gleichen Hebung, die dem Uhrmacher Vulliamy zugeschrieben wird. Sie trägt zwei Paletten, deren Außen- und Innenflächen konzentrisch zum Ankerdrehpunkt sind. Die Fläche, die zum Rad zeigt, genannt Hebefläche, ist in einem bestimmten Winkel angeschrägt und mit ihr wird der Antrieb, der das Regulierorgan erhält definiert. Die Ankerradzähne sind spitz zulaufend und hinterschnitten, damit sich das Ankerrad frei bewegen kann und nichts klemmt. Während des Ergänzungsbogens reibt der Zahnspitz auf der Ruhefläche der Palette und das Rad steht still.

Alle Hemmungen mit reibender Ruhe basieren auf dem Prinzip von Graham und sind ihr folglich auch sehr ähnlich. ^[6]

Amant-Hemmung (auch: Stiftenhemmung oder Scherenhemmung)

Bei die Amant-Hemmung (auch Scherenhemmung) ist der Drehpunkt des Ankers relativ weit vom Drehpunkt des Hemmungrades entfernt. Dadurch sind die Ankerarme langgezogen und haben einen geringen Öffnungswinkel. Die Haken greifen in achsparallele Stifte auf dem ungezahnten Hemmungsrad ein. Der Eingangshaken wirkt radial von innen nach außen auf die Stifte, der Ausgangshaken von außen nach innen. Die Amant-Hemmung ermöglicht einen sehr präzisen Gang und wurde oft bei Turmuhren verwendet.

Zylinderhemmung

Zylinderhemmung

Die Zylinderhemmung^[7] hat anstatt eines Ankers einen Zylinder mit Ausschnitten, den sogenannten Passagen. Der Zylinder greift nur über einen Zahn (halbe Zahnteilung) des Hemmungsrads, hat folglich einen sehr kleinen Durchmesser. Diese Hemmung wurde 1695 vom englischen Uhrmacher Thomas Tompion erfunden und von George Graham 1720 entscheidend verbessert. Wegen der außerordentlich hohen Ansprüche an die Fertigungsgenauigkeit wurde sie erst etwa 100 Jahre später in größerer Zahl hergestellt. Sie löste die Spindelhemmung in tragbaren Uhren ab.

Das Hemmungsrad hat kronenartige Form, seine Funktionselemente für das Hemmen und Heben - die Schuhe - befinden sich in einer zweiten Ebene. Die Schuhspitze hat in der Ruhephase Kontakt mit dem Zylinder, die äußere Schuhseite ist als Hebefläche gestaltet. Ein Zahnschuh hat Platz im hohlen Zylinder (Rohr). Die Innenfläche des auf etwas mehr als die Hälfte seines Umfangs beschnittenen Rohres ist Ausgangsanschlag. Beim Rückdrehen des mit dem Gangregler verbundenen Teilrohres (Rinne) wird die Schuhspitze frei, das Hemmungsrad dreht sich wieder, wobei die Hebefläche des Schuhs auf die Ausgangskante der Rinne wirkt. Nach der Hebung fällt der nächste Schuh mit seiner Spitze auf die Außenfläche der Rinne (Eingangsanschlag).

Duplexhemmung

Die Zylinderhemmung ist für tragbare Uhren mit Unruh vorgesehen. Um eine besonders große Schwingweite der Unruh zu ermöglichen, wirkt die Hemmung nur auf einen einzigen Hemmungsradzahn (Schuh). Dieser ist aus der Radebene mit Hilfe eines tragenden Stiels in die zweite Ebene gehoben (Zahnträger). Damit der Zylinder nicht an den Raddorn stößt, ist der Zylinder in Höhe der Radebene nochmals beschnitten.

Die beiden Funktionsflächen zur Hebung - Hebefläche und Gegenkante - sind gegenüber der Graham-Hemmung umgekehrt verteilt.

Duplexhemmung

Das Hemmungsrad der Duplexhemmung^[8] hat zwei Zahnreihen in zwei Ebenen, die erste für das Hemmen, die zweite für das Heben. Hemmen und Heben finden nicht je zweimal, sondern nur je einmal pro Schwingung des Gangreglers statt. Der Vorteil ist, dass die Hebung günstig, nämlich ziemlich in der Mittellage des Gangreglers, das heißt im Moment seiner größten kinetischen Energie, erfolgt. Ein Anker ist nicht vorhanden. Die Hemmzähne legen sich an einen mit dem Gangregler koaxialen Zylinder (Rolle), den sie durch einen Schlitz auf dem Zylinder passieren und so das Weiterdrehen des Hemmrades ermöglichen können. Während des Falls des nächsten Hemmzahns trifft ein Hebezahn auf den Hebearm (Hebelstein) am Gangregler und beschleunigt diesen.

Die Duplexhemmung wurde um 1730 von Baptist Dutertre, nach anderen Quellen 1758 von Pierre Le Roy erfunden.^[9] Sie wurde in Taschenuhren verwendet, was aber wegen des in der Praxis schwer beherrschbaren Passierens der Hemmzähne durch den Rollenschlitz bald aufgegeben wurde.

Freie Hemmung

Bei einer Freien Hemmung befindet sich zwischen Hemmungsrad und Gangregler ein weiteres um eine eigene Achse hin und her drehendes Teil. Dieses Teil ist der Anker oder ein ähnliches Teil mit anderem Namen. In der Ruhephase des Hemmungsrades ist es vom Gangregler entkoppelt und gemeinsam mit dem Hemmungsrad in Ruhe. Die bei der Ruhenden Hemmung in dieser Phase vorhandene Reibung zwischen den Hemmteilen entfällt, die Schwingung des Gangreglers wird weniger gestört, er schwingt „frei“. Die notwendige Kopplung mit dem Gangregler ist nur in den Phasen der Hebung und des nächsten Falls eines Hemmzahnes gegen einen Hemmhaken vorhanden. Dabei treten auch geringe Reibungsverluste auf, so dass die vermiedene Reibung zwischen den Hemmteilen nicht gänzlich als Gewinn verbucht werden kann.

Schweizer Ankerhemmung

Schweizer Ankerhemmung, Sicherheitsmesser nicht gezeichnet

Die Schweizer Ankerhemmung stammt, auch wenn der Name etwas anderes vermuten lässt, nicht aus der Schweiz. Jedoch haben die Schweizer als erste das Potential dieser Hemmung entdeckt. In deutschen Fachbüchern älterer Generationen wird sie oft Kolbenzahn-Hemmung genannt.

Die Schweizer Ankerhemmung besteht aus drei Baugruppen: dem Hemmungsrad, dem Anker und der Hebelscheibe. Sie gehört zu den Hemmungen mit geteiltem Antrieb, das heißt der Antrieb wird auf dem Rad wie auf den Anker-Paletten vollzogen.

Die Schweizer Ankerhemmung läuft, unterteilt nach Teilen, wie folgt:

Doppelrolle/Hebelscheibe: Ergänzungsbogen steigend, dann fallend (ca. 220° bis 270°) - Auslösung (ca. 8°) - Impuls vor und nach dem toten Punkt (ca. 30°) - Ergänzungsbogen steigend, dann fallend (ca. 220° bis 270°) usw.

Anker: Ruhe - Auslösung (2°-4°) - Impuls (ca. 10°) - Verlorener Weg (Sicherheit vom Abfallen des Rades zum Begrenzungsstift) (30'-1°) - Ruhe

Rad: Ruhe - Geometrischer Rücklauf (0°15') und dynamischer Rücklauf (0°0'15) - Impuls (ca. 10°30') - Äußerer oder Innerer Fall (1°-2°) - Ruhe

^[10]

Englische Ankerhemmung oder Spitzzahnankerhemmung

Funktioniert fast gleich wie die Schweizer Ankerhemmung, sie hat jedoch im Gegensatz zu dieser den Antrieb nur auf den Ankerpaletten, da die Ankerradzähne spitz sind. Sie ist eine Vorgängerversion der Schweizer Ankerhemmung, überlebte diese jedoch nicht weil die spitzen Zähne leicht biegen oder brechen, sie ist daher sehr Schlagempfindtlich.

Co-Axial-Hemmung

Bei der Co-Axial-Hemmung ist dem Anker ein seitlicher Arm, der an seinem Ende im Wesentlichen wie der Anker der Schweizer Ankerhemmung gestaltet ist, zugefügt.^[11] Das Heben (Treiben) wird nicht von den Hemmpaletten ausgeführt. Dafür sind zwei weitere Paletten und ein weiterer Zahnkranz (Triebrad) am Hemmungsrad vorhanden. Eine der beiden Triebpaletten (Hebepaletten) befindet sich am Anker (zwischen den Hemmpaletten), der andere an der Unruhwelle (über dem Schlitz in der Sicherheitsrolle). Das Treiben erfolgt in günstigen Momenten, nämlich ziemlich in der Mittellage des Gangreglers, das heißt in Momenten seiner größten kinetischen Energie.

Diese Hemmung ist eine Entwicklung des Uhrmachers George Daniels. Sie wurde 1999 von Omega eingeführt. Sie soll die stoßanfällige Chronometerhemmung (siehe unten) in tragbaren Uhren ablösen.

Chronometerhemmung

Bei der Chronometerhemmung ist die Ähnlichkeit des Hemmstücks mit einem Anker nicht mehr vorhanden. Das Teil heißt hier zum Beispiel Ruhestück. Es ist ein tangential zum Hemmungsrad angeordneter Arm, der mit einer Blattfeder (Gangfeder) quasi drehbar gelagert ist und nur eine Hemmpalette (Ruhestein) besitzt. Die Funktion ist ähnlich der der Duplexhemmung (siehe oben). Das Hemmungsrad hat aber nur eine Zahnreihe, jeder Zahn wird zum Hemmen und zum Heben gebraucht. Während des Falls des nächsten Zahns auf den Ruhestein trifft ein dritter Zahn auf den Hebearm (Hebelstein, Antriebsstein) am Gangregler und beschleunigt diesen. Die Hemmung wird durch eine zweite Palette (Auslösestein) am Gangregler beendet. Über die Spitze des Ruhestücks ragt eine Blattfeder (Auslösefeder, Goldfeder) vor, die vom Auslösestein mitgenommen wird und das Ruhestück mit dem Ruhestein mitnimmt.^[12]

Als Erfinder der Chronometerhemmung gelten die Franzosen Pierre Le Roy und Ferdinand Berthoud sowie die Engländer John Arnold und Thomas Earnshaw. Sie statteten damit ihre Längenuhren (später: Chronometer) aus, die in der Folge von John Harrison's hochgenauer Uhr H4 (1759) entstanden. Chronometer werden bis heute gebaut, aber als Hemmung in tragbaren Uhren ist die Chronometerhemmung weniger geeignet. Sie ist zu stoßempfindlich. Die Koaxialhemmung soll diese Lücke schließen.

Siehe auch

• Gangregler für stetigen Ablauf (Bremsregler): Einfache mechanische Zeitglieder arbeiten oft nicht mit Hemmungen (Hemmregler), sondern verwenden Reibungsbremsen (zum Beispiel Fliehkraftbremsregler in Grammophonen, Telefon-Wählscheiben) oder aerodynamische Bremsen (zum Beispiel Windfang im Schlagwerk einer Uhr oder in einer Spieldose).^[13]
• Isochronismus

Literatur

• Bassermann-Jordan, Bertele: Uhren. Verlag Klinkhardt & Biermann, Braunschweig 1969.
• G. O. Weiland, Ballwey (Hrsg.): Bruckmann’s Uhrenlexikon. Verlag Bruckmann, München 1980, ISBN 3-7654-1825-0.
• Rudi Koch (Hrsg.): BI-Lexikon – Uhren und Zeitmessung. Verlag VEB Bibliographisches Institut, Leipzig 1989, ISBN 3-323-00100-1.
• Gerhard Claußen & Karl-Hermann Ströde: Das große Uhren-ABC, Bd.1. Verlag Ebner, 1999, ISBN 3-9803675-0-9.
• Klaus Menny: Die Uhr und ihre Mechanik. Verlag Schäfer, Hannover 2003, ISBN 3-87870-687-1
• Charles-Andre Reymondin, Georges Monnier, Didier Jeanneret, Umberto Peraratti: Theorie der Uhrmacherei. Herausgeber: FET (Federation des Ecoles Techniques) 2001, ISBN 2-940025-11-8 (deutsch), ISBN 2-940025-10-X (französisch), ISBN 2-940025-12-6 (englisch)

Einzelnachweise

1. ↑ Fachausdrücke bei erstmaliger Nennung kursiv und in Klammern, meistens aus Klaus Menny: Die Funktion der Uhr, Callwey, 1994
2. ↑ Klaus Menny: Die Funktion der Uhr. Callwey, München 1994, ISBN 3-7667-1095-8, S. 37ff.
3. ↑ Klaus Menny: Die Funktion der Uhr. Callwey, München 1994, ISBN 3-7667-1095-8. S. 37-40.
4. ↑ Richard Mühe:Die Historische Uhrensammlung Furtwangen. Furtwangen 1967.
5. ↑ Schwarzwälder Hakenhemmung, animiert
6. ↑ Theorie der Uhrmacherei. CADEV, Lausanne 2001, ISBN 2-940025-11-8, S. 312.
7. ↑ Zylinderhemmung, animiert
8. ↑ Duplexhemmung, animiert
9. ↑ Klaus Menny: Die Funktion der Uhr. Callwey, 1994, S. 42-43.
10. ↑ Theorie der Uhrmacherei. CADEV, Lausanne 2001, ISBN 2-940025-11-8, S. 101-122.
11. ↑ Co-Axial-Hemmung, animiert
12. ↑ Chronometerhemmung, animiert
13. ↑ Siegfried Hildebrand: Feinmechanische Bauelemente. Carl Hanser, 1968, S. 773-785.

Weblinks

 Commons: Hemmungen – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Hemmungen: Übersicht

Normdaten: SWD in der DNB: 4654073-8