Wer ein Uhrwerk verstehen will, muss die Hemmung verstehen. Sie entscheidet, wie aus der Kraft des Räderwerks ein kontrollierter Gang entsteht.
Dieser Beitrag bildet den Auftakt einer neuen Serie zu Hemmung und Gangregler. Er spannt den Bogen von den klassischen Hemmungen der Großuhr über historische Hemmungen für tragbare Uhren bis zur freien Ankerhemmung und einem ersten Ausblick auf besondere Konstruktionen nach George Daniels.
Die Aufgabe der Hemmung im Uhrwerk
Die Hemmung sitzt zwischen Räderwerk und Gangregler. Sie gibt die Bewegung des Hemmungsrades nicht ungebremst frei, sondern überträgt die verfügbare Kraft in einzelnen, wiederkehrenden Impulsen an Pendel oder Unruh.
Zugleich begrenzt sie den Ablauf des Räderwerks. Der Gangregler bestimmt damit, in welchem Rhythmus das Uhrwerk weiterläuft. Die Hemmung beeinflusst deshalb nicht nur die Kraftübertragung, sondern auch Schwingungsweite, Gangverhalten und die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Einflüssen.
Entscheidend ist dabei die Frage, wie weit der Gangregler zwischen zwei Impulsen möglichst unbeeinflusst schwingen kann. Daraus ergibt sich die grundlegende Unterscheidung der Hemmungsarten.
Hemmungen bei Großuhren: rückführend, ruhend, frei
Bei Großuhren mit Pendel unterscheidet die klassische Uhrmacherei zwischen rückführenden, ruhenden und freien Hemmungen.
Bei einer rückführenden Hemmung wird das Pendel während des Eingriffs deutlich beeinflusst und zurückgeführt. Diese Bauart ist konstruktiv vergleichsweise einfach, kann den Gangregler aber stärker beeinträchtigen.
Ruhende Hemmungen reduzieren diese Rückführung auf eine Ruhereibung. Die Graham-Hemmung steht für dieses Prinzip: Das Pendel erhält seinen Impuls, während die Hemmung zwischen den Impulsen auf einer Ruhefläche arbeitet.
Freie Hemmungen gehen weiter. Sie sollen das Pendel im Ergänzungsbogen möglichst frei schwingen lassen und den Einfluss des Räderwerks auf einen begrenzten Bereich um die Mittellage konzentrieren.
Damit wird ein grundlegendes Ziel der Uhrmacherei sichtbar: Der Gangregler soll nur dort mit dem Werk verbunden sein, wo der Antrieb erforderlich ist. Den übrigen Teil seiner Schwingung soll er möglichst unbeeinflusst ausführen.
Tragbare Uhren: von der Spindel zur freien Ankerhemmung
Auch bei tragbaren Uhren stand am Anfang die Spindelhemmung. Sie wurde nach Brinkmann zwischen 1500 und 1700 eingesetzt und prägte damit die frühen Taschen- und Kleinuhren.
Mit steigenden Ansprüchen an die Ganggenauigkeit traten ihre Grenzen deutlicher hervor. Die starke Rückführung und die geringe Schwingungsweite der Unruh, die bei der Spindelhemmung kaum größer als 100 Grad sein konnte, wirkten sich ungünstig auf den Gang aus.
Bei einer getragenen Uhr kommen Bewegungen und Erschütterungen hinzu. Sie können den Gangregler – abhängig von Richtung und Zeitpunkt – beschleunigen oder verzögern. Größere Schwingungsweiten der Unruh erhöhen ihre mittlere Geschwindigkeit und verringern damit die Empfindlichkeit gegenüber solchen äußeren Einflüssen.
Die Zylinderhemmung als ruhende Hemmung
Thomas Tompion und George Graham entwickelten zwischen etwa 1695 und 1720 die Zylinderhemmung. Sie knüpft an die Graham-Hemmung an und gehört zu den ruhenden Hemmungen.
Die beiden Ankerklauen werden bei dieser Bauart durch die Wand eines Zylinders ersetzt. Ein Einschnitt, die sogenannte Passage, ermöglicht dem Radkranz des Zylinderrades den Durchgang. Dadurch kann die Unruh eine wesentlich größere Bewegung ausführen.
Brinkmann nennt für die Zylinderhemmung eine mittlere Schwingungsweite der Unruh von etwa 270 Grad. Gegenüber der Spindelhemmung war dies ein erheblicher Fortschritt.
Die Zylinderhemmung blieb jedoch keine freie Hemmung. Während des Ergänzungsbogens wirkt weiterhin Ruhereibung. Bei längerem Betrieb kann dick werdendes oder verschmutztes Öl die Reibung erhöhen und ein Nachgehen verursachen.
Duplexhemmung: Doppelrad mit Vor- und Nachteilen
Die Duplexhemmung arbeitet mit einem Doppelrad. Lange Ruhezähne und kurze Antriebszähne übernehmen unterschiedliche Aufgaben: Die Ruhezähne dienen der Verriegelung, die kürzeren Zähne geben den Impuls.
Der Antrieb erfolgt nur bei jeder zweiten Halbschwingung der Unruh. Diese Konstruktion bringt jedoch besondere Anforderungen mit sich. Die Hemmung besitzt einen toten Punkt und läuft daher nicht selbstständig an.
Bei großen Schwingungen kann sie außerdem „galoppieren“. Dann entstehen zwei Impulse während einer Halbschwingung, sodass die Uhr doppelt zu schnell geht. Die Duplexhemmung wurde daher vergleichsweise selten hergestellt und bald weitgehend von der Ankerhemmung abgelöst.
Die freie Ankerhemmung: Idee und Grundprinzip
Die freie Ankerhemmung gibt dem Gangregler während des Ergänzungsbogens möglichst viel Freiheit. In dieser Phase sollen Räderwerk und Hemmung die Unruh nicht unmittelbar beeinflussen.
Vollständig frei schwingt die Unruh dabei nicht: Zapfenreibung, Luftwiderstand und die innere Reibung der Spiralfeder bleiben wirksam. Im Vergleich zu ruhenden Hemmungen wird der direkte Einfluss des Werkes jedoch deutlich reduziert.
Thomas Mudge entwickelte 1760 die freie Ankerhemmung. Zwischen Hemmungsrad und Gangregler sitzt ein Anker mit Paletten. Die Übertragung vom Anker auf die Unruh erfolgt über den Hebelstein und den Gabeleinschnitt.
Damit die Hemmung bei Erschütterungen sicher arbeitet, gehören Sicherheitsmesser und Sicherheitsrolle zur Konstruktion. Sie verhindern, dass der Anker während des Ergänzungsbogens auf die falsche Seite gelangt. Der Anzugwinkel sorgt zudem dafür, dass der Anker sicher an seinem Begrenzungsstift gehalten wird.
Bei einem Führungswinkel an der Unruh von etwa 35 Grad, der sich aus Auslösung und Antrieb zusammensetzt, bleibt der überwiegende Teil der Gesamtschwingung als Ergänzungsbogen erhalten.
Warum sich die freie Ankerhemmung durchgesetzt hat
Der Vergleich von Spindel-, Zylinder- und Duplexhemmung mit der freien Ankerhemmung zeigt ein gemeinsames Entwicklungsziel: Die Unruh soll mit möglichst wenig störendem Einfluss des Räderwerks schwingen können.
Die freie Ankerhemmung konzentriert Auslösung und Antrieb auf kurze, definierte Abschnitte der Schwingung. Den verbleibenden Ergänzungsbogen kann die Unruh weitgehend nach ihrem eigenen Schwingungsverhalten durchlaufen.
Im Gegensatz dazu bleibt bei Zylinder- und Duplexhemmung die Ruhereibung ein wichtiger Einflussfaktor. Besonders der Zustand des Öls kann dort das Gangverhalten verändern.
Die freie Ankerhemmung in ihrer heute verbreiteten Lever-Ausführung verbindet diese weitgehende Freiheit der Unruh mit einer robusten Konstruktion. Gerade diese Verbindung aus zuverlässigem Antrieb, sicherer Verriegelung und hoher Alltagstauglichkeit erklärt ihre große Bedeutung bei mechanischen Armbanduhren.
Die Entwicklung der Hemmung endete jedoch nicht mit der freien Ankerhemmung. George Daniels beschreibt die Chronometerhemmung als freie Einimpulshemmung: Das Hemmungsrad gibt seinen Impuls unmittelbar an eine Rolle auf der Unruhwelle, während der Gangregler im Ergänzungsbogen frei schwingen kann.
Seine Co-Axial-Hemmung greift die Suche nach günstigen Kraft- und Reibungsverhältnissen auf, verfolgt jedoch einen eigenen konstruktiven Weg. Sie arbeitet mit zwei übereinanderliegenden Rädern und verteilt die Impulse auf einen direkten Impuls an die Unruh sowie einen weiteren über den Anker.
Ausblick: Von der Theorie zur Werkbank
Dieser Beitrag legt die Begriffe und Zusammenhänge zwischen rückführenden, ruhenden und freien Hemmungen in Groß- und Kleinuhren. Er erklärt zugleich, warum die freie Ankerhemmung zum prägenden Prinzip moderner tragbarer Uhren wurde.
Die Serie wird dieses Thema nun im Detail fortsetzen. Zunächst geht es um Eingriffsfehler und Hemmungsprobleme: Zahnluft, zu tiefe oder zu seichte Eingriffe, Streifungen sowie die Frage, wie Fehler systematisch erkannt werden.
Darauf folgt die freie Ankerhemmung in der Reparaturpraxis. Dann stehen Eingriffstiefe, Fall, verlorener Weg und Zug im Mittelpunkt. Spätere Teile widmen sich der Chronometerhemmung und der Co-Axial-Hemmung nach George Daniels sowie dem Zusammenspiel von Hemmung, Unruh, Spiralfeder und Regulierung.