Die Hemmung ist das zentrale Schaltorgan einer jeden mechanischen Uhr. Sie wandelt die gleichmäßige Drehbewegung des Räderwerks in die oszillierende Bewegung der Unruh um und erzeugt dabei das charakteristische Ticken. Seit der Erfindung der mechanischen Uhr im vierzehnten Jahrhundert hat sich die Hemmung in zahlreichen Varianten weiterentwickelt – von der einfachen Spindelhemmung bis zur heute dominierenden Schweizer Ankerhemmung und modernen Ansätzen wie der Co-Axial-Hemmung.
Von der Spindelhemmung zur Graham-Hemmung
Die früheste bekannte Hemmung ist die Spindelhemmung, die seit dem vierzehnten Jahrhundert zum Einsatz kam. Ein vertikaler Spindelstift mit zwei Palettensteinen wechselt periodisch mit dem Kronrad und der Unruh ein.
Eine Spindelhemmung lässt nur geringe Ausschwünge zu und funktioniert nur mit kurzen Pendeln.
Das System funktioniert zwar, leidet aber unter der Rückführung: Das Ankerrad schiebt die Unruh kurz zurück, was die Genauigkeit mindert. Erst die von George Graham um 1715 entwickelte Graham-Hemmung – eine Totgang-Ankerhemmung für Pendeluhren – beseitigte diesen Nachteil.
Durch verschiebbare Anker-Paletten wurde bei der Graham-Hemmung die Amplitude der Hemmung einstellbar.
Der Anker bleibt während der Ruhephase des Pendels stehen, was eine wesentlich höhere Ganggenauigkeit ermöglichte.
Warum die Schweizer Ankerhemmung siegte
Für tragbare Uhren erwies sich die Graham-Hemmung als zu hoch und zu empfindlich. Der Engländer Thomas Mudge entwickelte um 1755 die freie Ankerhemmung, die später als Schweizer Ankerhemmung bekannt wurde.
Schematische Zeichnung | Schweizer Ankerhemmung
- Ankergabel – schlanke Spitze am oberen Ankerende; sie greift in die Doppelscheibe der Unruh und überträgt deren Schwingungen auf die Hemmung
- Anker – Hemmstück aus gebläutem Stahl über dem Ankerrad; es wechselt schrittweise zwischen zwei Ruhestellungen
- Palettensteine (Rubine) – zwei rote Lagersteine an den Ankerarmenden, schräg gestellt und nach unten abgeschrägt; stets nur eine Palette steht im Eingriff
- Ankerrad (Hemmungsrad) – Messingrad mit hakenförmigen Zähnen, Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn; jedes Zahnende trägt eine geneigte Hebebahn
- Lagersteine – rote Rubinlager an der Ankerachse und im Nabenlager des Ankerrads
Sie arbeitet mit einer Ankergabel, deren beide Enden mit Rubinen bestückte Palettensteine tragen. Diese greifen abwechselnd in ein kleines Ankerrad ein, während ein Hebelstein auf der Unruhwelle den Antriebsimpuls weitergibt. Die Konstruktion ist flach, robust und verzeiht Lagenänderungen – Eigenschaften, die sie zur idealen Lösung für Taschen- und später Armbanduhren machten.
Die Halbplatine des Tutima Manufakturkaliber 626 ermöglicht großzügige Einblicke.
Im neunzehnten Jahrhundert löste sie andere Systeme wie die Zylinderhemmung weitgehend ab und gilt bis heute als Standard in mechanischen Uhren.
Rosskopf – die Hemmung für jedermann
Neben der präzisen Schweizer Ankerhemmung existierte mit der Rosskopf-Hemmung eine deutlich einfachere Alternative. Der Deutsche Georg Friedrich Roskopf ließ sich 1876 eine Konstruktion patentieren, die auf der Stiftankerhemmung basiert. Statt einer komplexen Ankergabel sitzen die Palettensteine direkt auf einem vertikalen Stift, der von der Unruhwelle aus geschwenkt wird.
Schematische Zeichnung | Roskopf-Hemmung
- Unruh mit Spiralfeder – Gangregler der Hemmung; sie schwingt als freischwingende Unruh
- Ankergabel – nimmt die Impulse vom Anker auf und leitet sie an die Doppelscheibe weiter
- Doppelscheibe mit Finger – Sitz auf der Unruhwelle; der Finger ersetzt den Hebelstein der Ankerhemmung
- Anker (Stiftanker) – Hemmstück ohne Lagersteine, mit zwei Stahlstiften als Palettenersatz
- Stahlstift – gehärteter Stift, der die Paletten aus Lagersteinen ersetzt
- Zahn mit schiefer Ebene – anders als bei der Ankerhemmung liegt die Hebung auf dem Zahn selbst
- Ankerrad (Hemmungsrad) – vom Räderwerk angetrieben, Drehrichtung gegen den Uhrzeigersinn
Das System funktioniert ähnlich wie die Schweizer Ankerhemmung, benötigt aber weniger Teile und ist einfacher herzustellen. Roskopf setzte damit voraus, dass eine solide Uhr nicht zwangsläufig teuer sein müsse – ein Gedanke, der die Demokratisierung der Uhren vorantrieb. Jedoch führte der Abrieb der Stifte schnell zu Verschleiss. Daher blieb die Stiftankerhemmung hinter der Schweizer Ankerhemmung mit ihren harten Rubinpaletten in Sachen Langlebigkeit und Präzision zurück.
Die Chronometerhemmung und ihre Grenzen
Eine besondere Rolle spielt die Chronometerhemmung, die der Franzose Pierre Le Roy um 1748 erfand und die von Thomas Earnshaw sowie John Arnold entscheidend weiterentwickelt wurde. Auch als Detent-Hemmung bekannt, arbeitet sie mit einem federbelasteten Sperrhebel, der das Ankerrad in einer Richtung freigibt und in der anderen blockiert.
Schematische Zeichnung | Chronometerhemmung (Detent)
Schema einer Chronometerhemmung (Detent) in der Ruhestellung: Der Zahn des Gangrads liegt auf dem Ruhestein, das Gangrad ist gesperrt. Die nummerierten Elemente sind in der Liste unterhalb der Grafik erläutert.
- Gangrad – Hemmungsrad mit scharf zulaufenden Zähnen; es steht in der Ruhephase auf dem Ruhestein still und gibt erst nach der Auslösung einen Zahn frei.
- Ruhestein – Rubin am Ende der Gangfeder; es hält das Gangrad in der Ruhephase fest und ist das eigentliche Sperrorgan der Hemmung.
- Gangfeder (Detente) – federnder Stahlhebel, der den Ruhestein trägt; bei der Auslösung weicht er kurz zurück und gibt den Zahn des Gangrads frei.
- Goldfeder – dünne Feder auf der Gangfeder, die den Auslösestein trägt; sie lenkt aus, sobald sie berührt wird, und hebt damit den Ruhestein an.
- Impulsstein – Rubin auf der Impulsrolle; er nimmt den direkten Schub des Gangradzahns auf und überträgt ihn auf die Unruh.
- Impulsrolle – kleine Scheibe auf der Unruhwelle; sie trägt den Impulsstein und stellt die direkte Verbindung zwischen Gangrad und Unruh her.
- Unruh – schwingendes Schwingsystem der Hemmung; als freischwingende Unruh ist es außerhalb der Impulsphase von Gangrad entkoppelt.
- Unruhwelle – Achse der Unruh; sie trägt Impulsrolle und Auslösestein.
- Auslösestein – kleiner Rubin an der Goldfeder; streift der Stift der Unruhrolle ihn, lenkt das die Goldfeder aus und der Ruhestein gibt den Zahn frei.
Roter Pfeil: direkter Impulsweg (Gangradzahn → Impulsstein)
Blauer Doppelpfeil: Schwingungsrichtung der Unruh
Gestrichelter blauer Bogen: Auslenkungsbogen der Goldfeder (nur beim Freigabe-Halbschwingungsbogen)
Die Unruh erhält so nur einen Impuls pro Schwingung und wird in der Gegenrichtung praktisch nicht berührt. Das Ergebnis ist eine außergewöhnlich hohe Ganggenauigkeit, die auf See die Längenbestimmung revolutionierte. Doch die Chronometerhemmung hat entscheidende Nachteile: Sie ist extrem stoßempfindlich, kann bei einem Schlag oder Ruck auslösen, und sie ist nicht selbststartend. Kommt die Uhr zum Stillstand, muss der Anker manuell in die richtige Position gebracht werden. Diese Eigenschaften machen sie für die turbulente Umgebung am Handgelenk unbrauchbar und beschränkten ihren Einsatz auf marine Chronometer.
Moderne Ansätze
Im zwanzigsten Jahrhundert suchte man nach Wegen, die Reibung in der Hemmung zu reduzieren. Ein Meilenstein war die von George Daniels in den 1970er Jahren entwickelte Co-Axial-Hemmung.
Die von George Daniels entwickelte Co-Axial-Hemmung hat Omega zur Serienreife gebracht.
Sie kombiniert Elemente der Schweizer Ankerhemmung mit einer zusätzlichen Ebene und mehreren Palettensteinen, um den Gleitanteil zu minimieren. Seit 1999 baut Omega die Co-Axial-Hemmung in Serie. Parallel dazu setzen einige Manufakturen auf Silizium für Ankerräder und Palettensteine, da das Material reibungsarm und antimagnetisch ist. Konstante Krafthemmungen, die die Energiezufuhr zum Schwingsystem gleichmäßiger gestalten, sind ein weiterer, wenn auch seltener Ansatz.
Technische Übersicht | Hemmungstypen im Vergleich
| Hemmung | Zeitpunkt | Besonderheit |
|---|---|---|
| Spindelhemmung | 14. Jahrhundert | Rückführung, geringe Genauigkeit |
| Graham-Hemmung | 1715 | Totgang, Pendeluhren |
| Chronometerhemmung | 1748 | Detent, hohe Präzision, stoßempfindlich |
| Schweizer Ankerhemmung | ~1755 | Robust, flach, selbststartend |
| Rosskopf-Hemmung | 1876 | Stiftanker, preiswert, einfacher Aufbau |
| Co-Axial-Hemmung | 1974 / 1999 | Geringe Reibung, weniger Wartung |
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