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Mehr als ein Federhaus im Uhrwerk, braucht man das? Und wozu genau soll das gut sein? Ich versuche im Folgenden, euch einen kleinen Überblick über die Grundlagen und den Sinn dahinter zu geben.
Das Bild oben zeigt eine alte Taschenuhr von H. Moser & Cie mit zwei Federhäusern. Der Einsatz mehrerer Federhäuser scheint also keine Erscheinung der Neuzeit zu sein. Schon Abraham Louis Breguet (1747 – 1823) hat in seinen Chronometer-Uhrwerken zwei Zugfedern genutzt. Und auch Henri Louis Jaquet-Droz arbeitete schon 1785 damit.
Welche Gründe kann es also geben, mehr als ein Federhaus bzw. mehr als eine Zugfeder zu verwenden?
Naheliegend sind zwei Federhäuser, wenn es Funktionen (sog. Komplikationen) des Werkes gibt, die getrennt vom normalen Gehwerk der Uhr arbeiten. Dann macht es natürlich auch Sinn, diese Funktionen getrennt anzutreiben und die Federhäuser getrennt aufzuziehen, z. B. für
- Alarme, Schlagwerke (Repeater) und Melodiewerke
Die für das Klingeln des Alarms bzw. das Spielen der Melodie verbrauchte Energie soll möglichst keinen Einfluss auf das Gangwerk der Uhr haben - Springende Sekunden (seconde morte)
Hier arbeitet die springende Sekunde unabhängig vom normalen Gehwerk
Bei Gehwerken, also dem Teil des Werkes der der normalen Zeitanzeige dient, gibt es aber auch einige Gründe, mehrere Federhäuser einzusetzen:
- Eine möglichst gleichförmige Antriebskraft
- Das Erzielen einer möglichst hohen Gangdauer
- Eine Erhöhung der Schwingfrequenz der Unruh
- Die Verringerung der Bauhöhe des Werkes
- Mehrere kleine Federhäuser können den Platz im Werk besser ausnutzen, als ein großes
Gleichförmige Antriebskraft
Damit das Uhrwerk möglichst genau läuft, sollte die Energie, die ausgehend vom Federhaus über das Gehwerk die Unruh in Bewegung hält, so gleichförmig wie möglich abgegeben werden. Moderne Zugfedern ermöglichen dies über weite Bereiche, vom (fast) Vollaufzug bis zur fast entspannten Feder. Früher war das keineswegs der Fall, sodass die Antriebskraft nur im mittleren Bereich der Federspannung halbwegs gleichförmig war.
Hohe Gangdauer
Je seltener das Werk aufgezogen werden muss, um so erfreulicher ist dies für den Besitzer der Uhr. Die Gangdauer lässt sich natürlich auch dadurch steigern, dass man eine größere Feder benutzt. Je mehr Umdrehungen das Federhaus bis zur Entspannung der Zugfeder zurücklegt, desto länger ist die Gangdauer. Das bedingt aber wiederum ein großes Federhaus oder eine dünne und sehr kräftige Feder. So produzierte die Firma Graizely Freres unter der Marke Hebdomas ab etwa 1900 Taschenuhren mit einer Gangdauer von acht Tagen. Bei diesen überdeckte die (einzige) Feder die gesamte Rückseite des Werkes.
Erhöhung der Schwingfrequenz der Unruh
Je schneller die Unruh schwingt, um so unempfindlicher ist sie gegenüber Störungen, etwa Stößen. Eine hohe Schwingfrequenz dient also der Ganggenauigkeit. Bei einer Erhöhung der Schwingfrquenz wird aber mehr Energie benötigt, die aufgezogene Feder läuft entsprechend schneller ab. Hier sind wir also wieder beim Problem der Erhöhung der Gangreserve angelangt.
Verringerung der Bauhöhe des Werkes
Niedrigere Federhäuser können wesentlich dazu beitragen, die Bauhöhe eines Werkes zu reduzieren. Dummerweise führt eine Reduktion der Höhe der Zugfeder linear zu einer Reduktion des Drehmomentes und der in der Feder gespeicherten Energie. Dies kann durch ein weiteres Federhaus kompensiert werden.
Ausnutzung des Platzes im Uhrwerk
Schafft man es, ein großes Federhaus durch zwei oder mehrere kleinere zu ersetzen, so können diese ggf. flexibler im Werk platziert werden. Und bei optimaler Ausnutzung des Platzes ggf. auch die Gangdauer erhöhen.
Nachdem das Wieso geklärt ist, schauen wir uns nun an, wie mehrere Federhäuser kombiniert werden können.
1. Parallele Kopplung
Beide Federhäuser wirken gleichzeitig auf das Großbodenrad/Minutenrad. Der Aufzug erfolgt gemeinsam über ein Kronrad. Der einseitige Lagerdruck auf das Minutenrad wird reduziert, die Drehmomente addieren sich. Jede Feder kann also weniger hoch gebaut werden. Beide Federhäuser müssen allerdings unmittelbar am Minutenrad platziert werden und belegen so viel Werkraum. Somit ist diese Variante nur in bestimmten Werkkonstruktionen verwendbar. Und mehr als zwei Federhäuser unterzubringen dürfte so extrem schwierig sein.
Zu den Pionieren der Uhrwerke mit zwei parallel gekoppelten Federhäusern gehört die Firma Favre-Leuba. 1962 präsentiert sie zwei Handaufzugskaliber mit zwei parallel geschalteten Federhäusern. Das oben bereits gezeigte Favre Leuba 253 ist ein typischer Vertreter dieser Gattung. Durch die zwei Federhäuser hat es eine Höhe von nur 3 mm. Die Federn haben eine Klingenstärke von nur 0,065 mm. Das entspricht etwa der Dicke eines menschlichen Haares!
Im folgende Bild ist der Kraftfluss im Werk grün markiert. Die Federhäuser wirken hier über ein kleines Zwischenrad auf das Großbodenrad in der Mitte des Werkes.
Ein weiteres Uhrwerk mit zwei parallel geschalteten Federhäusern ist das 1970 von Buren entwickelte Kaliber 82. Die größere Federkraft wird hier für eine höhere Frequenz verwendet. Das Werk läuft mit 5 Hertz, also 36.000 Halbschwingungen pro Stunden.
Kommen wir nun zur zweiten Möglichkeit, mehrere Federhäuser zu koppeln.
2. Serielle Kopplung
Das erste Federhaus gibt seine Kraft an das zweite ab. Dieses ggf. an das dritte usw. Die Spannung der zwei oder mehr Zugfedern sorgt für einen kontinuierlichen Kraftausgleich und eine gleichmäßige Energieabgabe. Im Prinzip wirkt die serielle Kopplung wie eine Verlängerung der Zugfeder. Dies kann fast beliebig erweitert werden, sodass heute meist die serielle Kopplung zum Einsatz kommt, wenn ein Uhrwerk mehrere Federhäuser haben soll.
Die Quenttin Tourbillon von Jacob & Co erreicht so mit 7 Federhäusern eine Gangdauer von 31 Tagen. Im Bild sind die Federhäuser als goldene Scheiben sehr gut durch das Zifferblatt zu erkennen.
Auf dem nächsten Bild ist der Kraftfluss grün markiert. Er verläuft vom ersten Federhaus (rechts) über ein kleines Zwischenrad zum zweiten Federhaus (links) und von dort weiter über diverse Räder bis zum zifferblattseitig aufgesetzten Minutenrad. Der Eingriff in das auf dem Bild nicht sichtbare Minutenrad ist mit einem grünen Kreis markiert.
Auf den ersten Blick sieht es so aus, als wären hier die zwei Federhäuser ebenfalls parallel gekoppelt. Die nicht sofort erkennbare serielle Kopplung ist vermutlich auch der Grund, warum online fast überall die falsche Informationen verbreitet wird, dass das Slava 2414 parallel gekoppelte Federhäuser hat. Das Netz hat halt doch nicht immer Recht…
Es gibt natürlich auch weitere Werke, die seriell gekoppelte Federhäuser haben. Das Lemania 8876, das Eterna 3510 und das Omega 8500 haben jeweils zwei Federhäuser, das Panerai P.2002 sogar drei.
