Oszillator

Der Oszillator ist die Bezeichnung für das Schwingsystem aus Unruh und Spiralfeder, das in einem mechanischen Werk die Zeitreferenz erzeugt. Die Unruh trägt die Masse, die Spiralfeder die Steifigkeit; gemeinsam bilden sie ein harmonisches Schwingsystem mit definierter Eigenfrequenz. Alles, was wir an einer Uhr als „Genauigkeit" wahrnehmen, geht auf die Eigenschaften dieses Oszillators zurück.

Mechanischer Oszillator

In einer mechanischen Uhr besteht der Oszillator immer aus zwei Hauptkomponenten:

• Trägheitskörper. Die Unruh — ein gewichtetes, kreisrundes Schwungrad, das um seine Achse schwingt.
• Rücktreibende Kraft. Die Spiralfeder, die nach jeder Auslenkung das System in die Ruhelage zurückführt.

Hinzu kommt der Energieeintrag, der die Schwingung erhält: Die Hemmung übergibt aus dem Räderwerk je Halbschwingung einen kleinen Impuls, der die Reibungsverluste ausgleicht. Ohne diesen Impuls würde der Oszillator innerhalb weniger Minuten ausschwingen — genauso wie eine angestoßene Stimmgabel allmählich verklingt.

Die typische Frequenz moderner Oszillatoren liegt bei 4 Hz (28.800 Halbschwingungen pro Stunde). Diese Zahl ist ein industrieller Kompromiss: hoch genug für gute Stoßresistenz und Lagenstabilität, niedrig genug für überschaubaren Schmierbedarf und Verschleiß.

Bewertungsgrößen

Drei Messgrößen beschreiben das Verhalten eines mechanischen Oszillators:

• Frequenz. Die Schwingungszahl pro Stunde. Konstanz dieser Frequenz unter wechselnden Lagen, Temperaturen und Aufzugszuständen ist das Hauptkriterium der Genauigkeit.
• Amplitude. Der Auslenkungswinkel der Unruh aus der Ruhelage. Eine gesunde Amplitude liegt bei 270 bis 310 Grad bei voll aufgezogenem Werk; deutlich darunter weist auf Schmierungs- oder Hemmungsprobleme hin.
• Beat-Error. Die Asymmetrie zwischen Hin- und Rückschwingung. Werte unter 0,4 Millisekunden gelten als gut.

Diese drei Größen werden auf der Zeitwaage gemessen und sind die Grundlage jeder Regulierung in unserem Atelier in München.

Quarz und andere Oszillatoren

Die Bezeichnung Oszillator ist nicht auf mechanische Uhren beschränkt. In Quarzuhren übernimmt ein Quarzkristall die Funktion — er schwingt elektrisch angeregt mit typisch 32.768 Hz und liefert eine deutlich präzisere Zeitreferenz. Atom-Oszillatoren in Forschungseinrichtungen erreichen Genauigkeiten von Sekunden-Bruchteilen pro Milliarden Jahre. Im uhrmacherischen Kontext meint „Oszillator" aber fast immer den mechanischen Unruh-Spirale-Verbund.

Innovation am Oszillator

Die letzten zwei Jahrzehnte mechanischer Uhrmacherentwicklung haben sich überwiegend um den Oszillator gedreht. Silizium-Spiralen (Patek Philippe Spiromax, Omega Si14), Parachrom-Legierungen bei Rolex, vollständig integrierte Silizium-Oszillatoren bei einigen Independents, magnetfeldresistente Konstruktionen bis 15.000 Gauss bei Omega Master Chronometer — all das sind Versuche, die Genauigkeit, Stabilität und Magnetbeständigkeit dieser Kernkomponente weiter zu verbessern.