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Die Uhr (von mittelniederdeutsch: ûr(e), urspr. lateinisch: hora, die Stunde) ist ein MessgerÀt, das den aktuellen Zeitpunkt anzeigt oder eine Zeitspanne misst. In ihrer mehrere Jahrtausende umfassenden Entwicklungsgeschichte von der einfachen Elementaruhr bis zur hochprÀzisen Atomuhr stand und steht sie in vielschichtiger Wechselwirkung zur kulturellen, technischen und gesellschaftlichen Entwicklung der Menschheit.
Die Uhr reprĂ€sentiert einen grundlegenden Parameter des menschlichen Zusammenlebens â die Zeit. In der Symbolik und der Kunst steht sie fĂŒr den immerwĂ€hrenden Fluss der Zeit, als Vanitas-Motiv fĂŒr VergĂ€nglichkeit und die eigene Sterblichkeit. Sie erscheint in Darstellungen aber auch als Hinweis auf Reichtum oder als Attribut der Temperantia, der MĂ€Ăigung.
Heute ist die Uhr zum unverzichtbaren Begleiter in den unterschiedlichsten Bereichen des Alltags geworden. Die Armbanduhr begleitet ihren TrĂ€ger als stĂ€ndig verfĂŒgbare Zeitanzeige. Die elektronische Uhr findet sich in vielen AlltagsgegenstĂ€nden, vom HaushaltsgerĂ€t ĂŒber den Fernseher und Funkwecker bis zum Computer und dem Handy. In der technischen Arbeitswelt bestimmt die Zeitmessung sowohl komplizierte ProduktionsablĂ€ufe, als auch einfach die LĂ€nge des Arbeitstages fĂŒr die BeschĂ€ftigten. Die Elementaruhr und die RĂ€deruhr haben ihre zentrale Bedeutung in der Zeitmessung heute zwar verloren, erfreuen sich aber immer noch groĂer Beliebtheit bei Enthusiasten und Sammlern von antiken StĂŒcken.
Inhaltsverzeichnis |
â Hauptartikel: Geschichte der ZeitmessgerĂ€te
Schon im Altertum teilte der Mensch seinen Tagesablauf durch Beobachtung der Himmelsgestirne Sonne und Mond ein. Auf- und Untergang der Sonne, sowie ihr höchster Stand am Mittag waren ihm markante Zeitpunkte, am wandernden Schatten konnte durch einfache Markierungen die Zeit eingeteilt werden.[1] Im Alten Ăgypten wurde hieraus die Schattenuhr entwickelt. Die Tage wurden in eine bestimmte Anzahl von saisonalen Stunden unterteilt, deren LĂ€nge sich allerdings stetig im Verlauf der Jahreszeiten Ă€nderte. SpĂ€testens seit dem Mittleren Reich waren Diagonalsternuhren in Gebrauch, deren Stundeneinteilung auf Bewegungen von Sternbildern beruhte und nach dem Ă€qualen Stundenprinzip ausgerichtet war. Sargtexten der jeweiligen Epoche ist zu entnehmen, dass die Diagonalsternuhren gemÀà Àgyptischer Mythologie den Verstorbenen bei ihrem Himmelsaufstieg behilflich sein sollten.
Seit dem 16. Jahrhundert v. Chr. ist die Verwendung der Wasseruhr im Alten Ăgypten bekannt, die der Beamte Amenemhet in der Regierungszeit des Amenophis I. erfand. Wasseruhren bestanden aus einem GefĂ€Ă, in das Wasser entweder ein- oder auslief. Am Wasserstand konnte man die Zeit unabhĂ€ngig vom Tageslicht und in gleichmĂ€Ăigen Zeiteinheiten ablesen. Wasseruhren erlaubten so die Verwendung der gleichmĂ€Ăigen, Ă€qualen Stunden, die in abgewandelter Form in Babylonien beispielsweise als Danna Anwendung fanden. SpĂ€ter verwendete man an den Wasseruhren auch mit RĂ€derwerken verbundene Schwimmer, die eine Zeitanzeige auf ZifferblĂ€ttern ermöglichten. In Griechenland wurden diese Uhren zur Begrenzung der Redezeit vor Gericht eingesetzt. Die Redewendung âDie Zeit ist abgelaufenâ lĂ€sst sich darauf zurĂŒckfĂŒhren.
Die Technik der Sonnenuhren und der Wasseruhren wurde von den Römern ĂŒbernommen und im Imperium Romanum verbreitet. In Trier, dem römischen Augusta Treverorum, wurden 1913 die Grundmauern eines Turmes entdeckt, der dem Turm der Winde, einer kombinierten Sonnen- und Wasseruhr in Athen, fast identisch gewesen sein dĂŒrfte.[2] Es ist davon auszugehen, dass diese Techniken spĂ€testens zur Zeit der Germanischen Provinzen Roms in unseren Breiten bekannt waren, auch wenn das Wissen mit dem Niedergang des Römischen Reiches fĂŒr Jahrhunderte verloren ging.
Es folgte eine BlĂŒtezeit der Wissenschaften in islamischen LĂ€ndern. Araber und Mauren forschten auf verschiedenen Gebieten und erbrachten groĂe Leistungen in der Mathematik, der Zeitmessung und der Astronomie. Prachtvolle Wasseruhren, die mit komplizierten Figurenautomaten ausgerĂŒstet waren, sind aus dem arabischen Raum bekannt. Ein beeindruckendes Beispiel ist die Elefantenuhr des al-DschazarÄ«, eine andere die Wasseruhr mit Automaten, die Karl der GroĂe im Jahr 807 vom Kalifen HÄrĆ«n ar-RaschÄ«d geschenkt bekam. Neben den Wasseruhren wurde auch das Astrolabium, ein ursprĂŒnglich griechisches Messinstrument zur Bestimmung von Sternenstandpunkten und Uhrzeit, weiter entwickelt. Die Astrolabien fanden ihren Weg zurĂŒck nach Europa und langsam entstanden vor allem in Klöstern die wissenschaftlichen Grundlagen fĂŒr eine eigenstĂ€ndige Fertigung. An vielen mittelalterlichen Monumentaluhren sind solche Astrolabien zu finden.
Neben den Sonnen- und Wasseruhren etablierte sich ab 900 n. Chr. in Europa auch die Kerzenuhr. Kerzen mit definierten Formen und GröĂen brannten in einer bestimmten Zeitdauer ab, und anhand von Markierungen konnte man die abgelaufene Zeit ablesen. Diese Uhren konnten nicht nur unabhĂ€ngig vom Tageslicht genutzt werden, sondern waren auch einfach im Umgang und leicht verfĂŒgbar. Neben den Kerzen wurden auch Ăllampen, langsam abbrennende ZĂŒndschnĂŒre und in China auch Feueruhren, zum Teil mit im Verlauf der Zeit wechselnden DĂŒften, verwendet.
Das mittelalterliche Leben wurde durch eine Vielzahl von Glockenzeichen der Kirch- und StadttĂŒrme geregelt. Nicht nur die Gebetszeiten der Klöster, sondern z. B. auch Ăffnungszeiten von Stadttoren, Gerichts- und Marktzeiten und andere wichtige Zeiten des Tages und der Nacht wurden von den TĂŒrmern eingelĂ€utet. Hierzu war eine zuverlĂ€ssige Anzeige der Zeit erforderlich; eine Notwendigkeit, der die Sonnen- und Wasseruhren nicht genĂŒgten.
Als epochale Erfindung muss die Hemmung angesehen werden, die erst die Entwicklung der RĂ€deruhr ermöglichte. Bereits seit vorchristlicher Zeit wurden Getriebe verwendet[3] und von den arabischen Wasseruhren waren komplizierte Automaten bekannt, aber erst die Hemmung machte aus dem frei ablaufenden Getriebe eine Uhr. Ab wann die mechanische Uhr verwendet wurde, ist nicht ĂŒberliefert.[4]
Die RĂ€deruhr fand bei TĂŒrmern schnell Verwendung zur Anzeige der rechten Zeit fĂŒr das Anschlagen der Glocken. ZunĂ€chst hing die TĂŒrmeruhr mit Weckwerk und Stundenschlag in der Stube des TĂŒrmers, spĂ€ter wanderte sie als groĂe, schmiedeeiserne Turmuhr in die RathĂ€user, Kirch- und UhrentĂŒrme, um der Allgemeinheit die Zeit anzuzeigen. Der Gangregler frĂŒher RĂ€deruhren war das Foliot, eine einfache, aber robuste Einrichtung, die Ganggenauigkeiten von etwa 10 Minuten pro Tag zulieĂ. Zur Kontrolle der Uhrzeit waren weiterhin Sonnenuhren erforderlich, was auch dazu fĂŒhrte, dass jede Stadt eine eigene Ortszeit hatte.
Die erste urkundliche ErwĂ€hnung einer RĂ€deruhr datiert auf das Jahr 1335 und bezieht sich auf ein GerĂ€t in der Kapelle des Palastes der Visconti in Mailand. Mit der Erfindung der Schlaguhr war es 1344 erstmals möglich, Ă€quinoktiale Stunden mechanisch abzulesen. Im Jahr 1370 wurde in Paris eine erste öffentlich sichtbare Schlaguhr an dem Tour de l'Horloge genannten Eckturm des Palais de la CitĂ© angebracht. Im 14. Jahrhundert entstanden in Europa in schneller Folge viele öffentliche RĂ€deruhren, von denen ca. 500 heute noch dokumentiert sind. DarĂŒber hinaus ist eine groĂe Anzahl Uhren zu vermuten, die keine dokumentierte ErwĂ€hnung fanden.
Vor allem die Erkenntnisse aus der Astronomie und der Mathematik nahmen zu dieser Zeit groĂen Einfluss auf die Entwicklung der RĂ€deruhr. Einige monumentale astronomische Uhren mit einer Vielzahl von komplizierten Anzeigen entstanden in dieser Zeit. FĂŒr europĂ€ische Monarchen und wohlhabende BĂŒrger wurden nach gleichem Prinzip kleinere Uhren aus Eisen gefertigt. Obwohl auch sie ĂŒber astronomische Anzeigen verfĂŒgten, dienten sie meist reprĂ€sentativen Zwecken. Gleichzeitig vollzog sich damit der Wandel von der öffentlichen zur hĂ€uslichen Uhr.
Sanduhren verbreiteten sich in Mitteleuropa gleichzeitig mit den RĂ€deruhren im 14. Jahrhundert.[5] Zentren fĂŒr ihre Herstellung waren NĂŒrnberg und Venedig, die ĂŒber geeignete Sandvorkommen verfĂŒgten.[6] Sanduhren sind nur fĂŒr die Messung von vergleichsweise kurzen ZeitabstĂ€nden geeignet und waren z. B. in der Schifffahrt zur Bestimmung der Reisegeschwindigkeit und als Glasenuhr bis in das 19. Jahrhundert in Gebrauch.
ZunĂ€chst wurden RĂ€deruhren, abgesehen von einigen EinzelkĂŒnstlern, vor allem von Schlossern oder BĂŒchsenmachern angefertigt und repariert, die bereits im Hochmittelalter in ZĂŒnften organisiert waren. Aus ihren Reihen spezialisierten sich Meister auf das Handwerk des Uhrmachers. Bereits um 1450 sind eigenstĂ€ndige UhrmacherzĂŒnfte, z. B. in Wien nachweisbar.[7] Sehr frĂŒh nach der Erfindung der eisernen RĂ€deruhr gab es aber auch Versuche, solche Uhren aus Holz zu bauen. Auch Turmuhren, die teilweise aus Holz gefertigt waren, sind bekannt.[8] Entgegen der ĂŒblichen Meinung waren die ersten HolzrĂ€deruhren keineswegs einfache GebrauchsgegenstĂ€nde, sondern oft kunstvoll gefertigt und fĂŒr FĂŒrsten oder hohe Geistliche bestimmt. Erst ab dem frĂŒhen 17. Jahrhundert kam es zu einer schnellen und weiten Verbreitung einfacher HolzrĂ€deruhren in Mitteleuropa, vor allem in der Schweiz, in Frankreich und in SĂŒddeutschland.[9]
Mit dem Zeitalter der Renaissance kam es zu zwei bedeutenden Entwicklungen, die den weiteren Weg der Uhr entscheidend beeinflussten.
Zum einen hatten die hĂ€uslichen Uhren ein GehĂ€use erhalten, um sie vor Staub und damit vor Abnutzung zu schĂŒtzen. Die Gestalt der Uhren war fortan dem jeweiligem Geschmack und der Mode ihrer Zeit unterworfen und nicht selten trat die Funktion der Zeitmessung hinter den Schmuck der Ă€uĂeren Form zurĂŒck.
Zum anderen wurde es möglich, die Uhren durch neue Erfindungen, andere Materialien und bessere Werkzeuge immer weiter zu verkleinern. Durch die Verwendung von Messing fĂŒr die ZahnrĂ€der konnten diese wesentlich kleiner gefertigt werden. Die von TĂŒrschlössern bereits bekannte Feder wurde als Energiespeicher fĂŒr das Uhrwerk ĂŒbernommen und machte sie dadurch unabhĂ€ngig vom Aufstellort. Die Ă€lteste erhaltene Uhr mit Federantrieb stammt von ca. 1430, Peter Henlein aus NĂŒrnberg baute um 1504 diesen Federantrieb in Verbindung mit einer Unrast als einer der ersten in eine Uhr ein und konnte sie so auf TaschengröĂe verkleinern. Die Uhr war damit nicht nur unabhĂ€ngig vom Aufstellort, sie konnte auch getragen werden und dabei kontinuierlich die Zeit anzeigen. Ab Mitte des 17. Jahrhunderts wurden die ersten Taschenuhren mit Spindelhemmung hergestellt. Viele bedeutende Uhrmacher in England, Frankreich und Deutschland produzierten StĂŒcke allerhöchster QualitĂ€t und wetteiferten in ihrer steten Verbesserung. In Amerika verfolgte man einen anderen Weg, dort setzte man ab dem frĂŒhen 19. Jahrhundert mit industrieller Massenproduktion auf die Herstellung besonders preiswerter Taschenuhren.
â Hauptartikel: Taschenuhr
Die Entwicklung der Uhr teilte sich also in zwei wesentliche Uhrentypen, der ortsfesten GroĂuhr und der tragbaren Kleinuhr, an die spĂ€ter grundlegend unterschiedliche Anforderungen gestellt wurden.
Als typische Beispiele fĂŒr Uhren der Renaissance sind viele Tischuhren erhalten. Sie zeichnen sich aus durch Werke mit Spindelhemmung und Radunruh, Federhaus mit KraftĂŒbertragung ĂŒber Darmsaiten und Schnecken, RĂ€der aus feuervergoldetem Messing oder Kupfer, Werkplatinen aus Messing und profilierte Pfeiler. Teilweise haben sie ein Stunden- oder Viertelstundenschlagwerk auf Glocke und Wecker. Die GehĂ€use weisen eine geometrische Grundform auf, sind aus vergoldetem Messing oder Bronze und in filigraner Arbeit durchbrochen. Seltene Exemplare haben astronomische Anzeigen oder phantasievolle, figĂŒrliche Automaten.[10]
Noch vor der EinfĂŒhrung des Pendels baute man vereinzelt bereits Uhren mit Minutenzeiger. Aus dem 16. Jahrhundert sind StĂŒcke von Jost BĂŒrgi bekannt, die sogar HilfszifferblĂ€tter fĂŒr Sekundenzeiger hatten, auch wenn die Ganggenauigkeit der Uhren eine so exakte Zeitmessung erst ab etwa 1700 zulieĂ.[11]
An der Schwelle zum Barock gewann die Darstellung von Figuren und die gestalterische Vielfalt der UhrengehĂ€use immer gröĂere Bedeutung. Vor allem aus den deutschen Zentren Augsburg und NĂŒrnberg stammen spĂ€testens ab 1600 viele prachtvolle EntwĂŒrfe mit GehĂ€usen in Tierformen und aus edlen Metallen wie Silber und Gold. Die mechanische PrĂ€zision der Zeitmessung trat in ihrer Bedeutung hinter die Faszination fĂŒr die Maschine mit ihren wunderbaren Funktionen zurĂŒck.
Mit der EinfĂŒhrung des Pendels als Gangregler erfolgte eine revolutionĂ€re Entdeckung, die den Grundstein fĂŒr die wissenschaftliche Chronometrie und den Bau von PrĂ€zisionsuhren legte. Galileo Galilei, genialer Wissenschaftler und Vorreiter des Kopernikanischen Weltbildes, beschrieb 1583 die Pendelgesetze und entdeckte den Isochronismus. Er erdachte einen Mechanismus mit Freier Hemmung und Pendel, den er aber zu Lebzeiten nicht mehr vollenden konnte. 1656 entwickelte der hollĂ€ndische Astronom, Mathematiker und Physiker Christiaan Huygens unabhĂ€ngig von Galilei die gleiche Idee und lieĂ von Salomon Coster die erste Pendeluhr anfertigen. Nur kurze Zeit spĂ€ter, um 1680, wurde von William Clement die Ankerhemmung fĂŒr GroĂuhren entwickelt.[12] Die RĂ€deruhr gelangte damit zu einer noch nicht gekannten PrĂ€zision von durchschnittlich wenigen Sekunden Gangabweichung pro Tag. In der Folge wurden die Gangregler vieler alter Uhren durch Pendel ersetzt und der Minutenzeiger allgemein eingefĂŒhrt.
Brennpunkte der Uhrmacherei waren in der folgenden Zeit die Niederlande und England, dort vor allem London. Die GrundzĂŒge der wesentlichen niederlĂ€ndischen Uhrentypen, Haagse Klok, Stoelklok und die friesischen Uhren lassen sich direkt auf die von Salomon Coster gebauten Uhren zurĂŒckfĂŒhren. In England entstanden mit der EinfĂŒhrung der Ankerhemmung die ersten Bodenstanduhren, die sogenannten Grandfather Clocks, die zusammen mit den Bracket Clocks zum Synonym fĂŒr englische GroĂuhren wurden. Die Pendule als mittelgroĂe, auf eine Tisch oder eine Wandkonsole zu stellende Pendeluhr entwickelte sich in Frankreich (Blois und Paris) mit verschiedenen GehĂ€usestilen und regionalen Formen, spĂ€ter dann auch in der Schweiz (NeuchĂątel und Genf). In Deutschland wurde die Bedeutung des Pendels lange verkannt und so verloren die deutschen Zentren Augsburg und NĂŒrnberg ihre fĂŒhrende Rolle und gerieten ins Hintertreffen.
Zwischen 1720 und 1780 waren in England sogenannte Kutschenuhren, besonders groĂe Taschenuhren mit Schlag- und vereinzelt auch Spielwerken, als Reiseuhr sehr beliebt. Sie wurden spĂ€ter von der Carriage Clock und der französischen Pendule d'Officier abgelöst.
Der blĂŒhende, aber auch konkurrierende Handel europĂ€ischer MĂ€chte mit den Kolonien in Ăbersee stellte höchste Anforderungen an die Seeschifffahrt. FĂŒr eine sichere Navigation war eine prĂ€zise Zeitmessung essentiell wichtig. Die Suche nach einer Lösung fĂŒr das LĂ€ngenproblem, also die Bestimmung der geographischen LĂ€nge auf dem offenen Meer, dauerte trotz ausgelobter Preisgelder in enormer Höhe ĂŒber 150 Jahre an. Das Problem wurde schlieĂlich 1759 von John Harrison mit dem Bau seiner Marinechronometer gelöst.
In der Folge der Industrialisierung entwickelte sich ab Mitte des 19. Jahrhunderts in verschiedenen Zentren die Massenproduktion von Uhren. In Deutschland war vor allem die Uhrenindustrie im Schwarzwald bedeutend, in Frankreich mag die Entwicklung der Comtoise-Uhr als Beispiel gelten. In den Vereinigten Staaten wurde vor allem die Taschenuhr aus industrieller Fertigung populĂ€r. Nach anfĂ€nglich sehr hochwertiger Produktion, wandelte sich die Taschenuhr dort schnell zum erfolgreichen Massenartikel. Die so genannte Dollar Watch, ein einfacher Uhrentyp fĂŒr jedermann, wurde von verschiedenen Herstellern bis ins 20. Jahrhundert viele Millionen Mal verkauft.
Zum Ende des 19. Jahrhunderts entwickelten Strasser & Rhode und Sigmund Riefler in Deutschland PrĂ€zisionspendeluhren, die fĂŒr Lange Jahre die genauesten Uhren waren und vor allem fĂŒr Zeitdienstzwecke und astronomische Beobachtungen eingesetzt wurden.
Fortschritte in der Feinmechanik und spÀter der Elektronik ermöglichten auch die sehr anspruchsvolle Fertigung von Taschenuhren mit einer Grande Complication.
Mit dem Aufkommen der flĂ€chendeckenden Stromversorgung entstand schnell der Wunsch, ElektrizitĂ€t auch fĂŒr Uhren zu nutzen. Ein erster Schritt hierzu war das Aufziehen von Uhrwerken durch einen netzgespeisten Elektromotor. Turmuhren mit schweren Gewichten und PrĂ€zisionsuhren, die möglichst ungestört ablaufen sollten, wurde damit ausgerĂŒstet. Elektrisch aufgezogene Unruh-Uhren wurden z. B. in Schaltuhren eingesetzt.
Der Gangregler (Pendel oder Unruh) mechanischer Uhren kann auch elektromagnetisch angetrieben werden und ĂŒber eine Klinke das RĂ€derwerk drehen. Solche Uhren gab es zum Beispiel als Wanduhr mit einer Dauermagnete tragenden âUnruhâ, die mit feststehenden Spulen angetrieben wurde. Viele heute gehandelte elektrische Pendeluhren besitzen jedoch nur noch ein Scheinpendel, die Uhr selbst wird von einem Quarzwerk angetrieben.
FĂŒr die rasante Ausbreitung des ĂŒberregionalen Eisenbahnverkehrs war es eine Notwendigkeit, Zeitsignale ĂŒber weite Strecken zu ĂŒbermitteln. Hauptuhren in öffentlichen Uhrenanlagen gaben zum Zeitabgleich elektrische Impulse an entfernt stehende Tochteruhren ab, die von einem einfachen Schrittschaltwerk angetriebenen waren. Dies lĂ€utete auch das Ende der regionalen Ortszeiten ein und fĂŒhrte zu einem gesellschaftlichen Wandel.
â Hauptartikel: Bahnhofsuhr
Ein historisch kurzes aber dennoch wichtiges Intermezzo stellen die Synchronuhren dar, die die Netzfrequenz des Wechselstromnetzes als Zeitnormal nutzten. Sie waren preiswert herzustellen und als GroĂuhren in der Industrie und in öffentlichen Einrichtungen verbreitet.
Bereits zu Beginn des 19. Jahrhunderts wurden vereinzelt Miniaturuhren in SchmuckbĂ€nder eingebaut und am Arm getragen. Sie sind als VorlĂ€ufer der modernen Armbanduhren zu sehen, die um 1880 erstmals fĂŒr die deutsche Kriegsmarine in Serie produziert wurden. Nach der Jahrhundertwende setzten sich die Armbanduhren zunĂ€chst als schmucke Damenuhr gegen die weit gröĂeren Taschenuhren durch. Vor allem in den GrabenkĂ€mpfen des Ersten Weltkriegs bewies die Armbanduhr ihre praktischen Vorteile gegenĂŒber der Taschenuhr und erfuhr erste wesentliche Verbesserungen, wie z. B. Leuchtzeiger und verschraubte GehĂ€use gegen Feuchtigkeit.[13] Aber auch Sportler und Flieger setzten frĂŒh auf die Vorteile der Armbanduhr.
Zum endgĂŒltigen Durchbruch verhalfen der Armbanduhr die Erfindung der Automatikuhr durch John Harwood (1923) und die EinfĂŒhrung der wasserdichten Uhr durch Hans Wilsdorf (Rolex Oyster, 1926). Die Entwicklung der StoĂsicherungen war ein weiterer Schritt zur Alltagstauglichkeit. Um 1930 hatte die Armbanduhr bereits die Verkaufszahlen der Taschenuhren erreicht, 1934 beherrschte sie zwei Drittel des Marktes.[14]
â Hauptartikel: Armbanduhr
Die erste Quarzuhr wurde 1921 von H. M. Dadourian entwickelt, basierend auf kurz nach Ersten Weltkrieg von Paul Langevin durchgefĂŒhrten Ultraschall-Experimenten mit Schwingquarzen. Der Taktgeber einer Quarzuhr ist kein mechanisches Pendel oder eine Unruh, sondern ein elektronischer Quarzoszillator, dessen Frequenz mit Hilfe eines Schwingquarzes besonders genau eingehalten wird.
ZunĂ€chst waren solche Uhren nicht als Konsumgut erhĂ€ltlich, setzten sich aber Anfang der 1970er Jahre aufgrund der hohen Genauigkeit bei moderatem Preis und sehr geringem Wartungsaufwand am Markt durch und fĂŒhrten die traditionelle Uhrenindustrie in die Quarzkrise. Die klassische RĂ€deruhr wurde von der Quarzuhr in fast allen Lebensbereichen vollstĂ€ndig verdrĂ€ngt. Seit einigen Jahren erlebt sie als Armbanduhr ein beachtliches Revival.
â Hauptartikel: Quarzuhr
Ein letzter Schritt zur derzeit höchsten Genauigkeit der Zeitmessung war die Entwicklung der Atomuhr, welche 1949 zum ersten Mal eingesetzt wurde. Atomuhren nutzen die StrahlungsĂŒbergĂ€nge freier Atome oder Ionen als Zeitgeber und finden in der Wissenschaft, zur Navigation in der Raumfahrt und als Zeitnormal Anwendung.
â Hauptartikel: Atomuhr
Uhren, deren Zeitanzeige ĂŒber ein Funksignal gesteuert wird, nennt man Funkuhren. Seit den 1960er Jahren können alle erreichbaren Funkuhren Mitteleuropas durch Zeitdienste synchronisiert werden. Sie werden seit 1966 durch den ersten europĂ€ischen Zeitzeichensender HBG mit Atomuhren des Bundesamtes fĂŒr Metrologie und seit 1967 durch den Zeitzeichensender DCF77 mit einer Atomuhr der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt abgeglichen. Aus den Messwerten von ĂŒber 260 Atomuhren an ĂŒber 60 weltweit verteilten Instituten legt das Bureau International des Poids et Mesures in Paris die Internationale Atomzeit (TAI)[15] als Referenzzeit fest. In den letzten Jahren hat sich eine ganze Vielzahl von zusĂ€tzlichen elektronischen Verteilmechanismen fĂŒr Zeitsignale etabliert, die ĂŒber den RDS-Service der UKW-Autoradios, den Videotext und den Electronic Program Guide (EPG) des Fernsehens und ĂŒber das NTP-Protokoll des Internets zugĂ€nglich sind.
â Hauptartikel: Zeitzeichensender
Viele Menschen verlassen sich heute im Alltagsleben auf die Zeitanzeige ihres Handys oder Smartphones, das sie stĂ€ndig dabeihaben. Diese werden typischerweise ĂŒber ihren Netzprovider oder das allgemeine Internet synchronisiert.
Im folgenden Abschnitt werden die Baugruppen einer klassischen RĂ€deruhr beschrieben. Elementaruhren und elektronische Uhren funktionieren nach grundlegend anderen Prinzipien.
Eine RĂ€deruhr besteht aus den vier Baugruppen Energiespeicher, RĂ€derwerk, Gangregler und Anzeige. Die vom Energiespeicher gelieferte und vom RĂ€derwerk ĂŒbertragene Antriebsenergie wird durch die Hemmung an den Gangregler abgegeben und hĂ€lt dessen Schwingung aufrecht. Der Gangregler wiederum steuert die Hemmung, die das Ablaufen des Uhrwerks in einen gleichmĂ€Ăigen Takt unterteilt. Die Anzeige wird vom RĂ€derwerk in diesem Takt weiter geschaltet, an ihr kann man die Zeit ablesen.
Die einfachste und Ă€lteste Weise einer RĂ€deruhr Antriebsenergie zu liefern ist die Verwendung eines langsam fallenden Gewichtes. Das Gewicht kann mit einem Seil, einer Darmsaite oder einer Kette am Antriebsrad des Uhrwerks befestigt sein. Je schwerer das Gewicht und je gröĂer das Antriebsrad ist, desto mehr Drehmoment steht zum Antrieb des Gehwerks zur VerfĂŒgung.
Ein Gewichtsantrieb ist einfach zu konstruieren und liefert eine konstante Antriebskraft. Die Laufdauer einer Gewichtsuhr wird durch die Fallhöhe des Gewichtes begrenzt. Ist das Gewicht abgelaufen, wird die Uhr entweder mit einem SchlĂŒssel ĂŒber den Aufzugvierkant oder, z. B. bei Kuckucksuhren oder Hausuhren, direkt ĂŒber den Kettenzug aufgezogen. Turmuhren mit schweren Gewichten verfĂŒgen oft ĂŒber einen elektrischen Antrieb, der diese Arbeit ĂŒbernimmt.
Eine andere Möglichkeit mechanische Energie zu speichern ist die Verwendung einer Uhrfeder. In der Regel handelt es sich dabei um eine lange, aufgewundene Spiralfeder. Bei sehr einfachen Uhrwerken liegt die Feder frei, meistens befindet sie sich jedoch geschĂŒtzt in einem Federhaus. Der Vorteil des Federantriebs liegt zum einen in der möglichen Verkleinerung des Uhrwerks, zum anderen in der LageunabhĂ€ngigkeit des Antriebs. Die Entwicklung des Federantriebs war eine der Voraussetzungen, um tragbare Uhren herstellen zu können.
Das von einer Spiralfeder abgegebene Antriebsdrehmoment ist nicht konstant. Je weiter die Uhr ablĂ€uft, desto mehr verringert sich das Drehmoment. FĂŒr gleichmĂ€Ăig gute Gangergebnisse der Uhr sind also konstruktive Vorkehrungen erforderlich. DarĂŒber hinaus kann aufgrund der begrenzten FederlĂ€nge nur eine geringe Menge Antriebsenergie gespeichert werden.
Elektrische Uhren werden entweder direkt ĂŒber das Stromnetz oder eine Batterie, z. B. eine Knopfzelle, mit Energie versorgt.
Man bezeichnet die Gesamtheit aller ZahnrĂ€der und Triebe eines Uhrwerks allgemein als RĂ€derwerk. Als Materialien wurden frĂŒher Holz, Eisen, Stahl oder Messing verwendet, bei modernen Uhren finden auch Kunststoffe oder z. B. Keramik Anwendung.
Das Gehwerk ĂŒbertrĂ€gt die vom Energiespeicher zur VerfĂŒgung gestellte Antriebskraft mit Hilfe der Hemmung auf den Gangregler. Durch die Kombination unterschiedlicher Zahnradpaare wird eine Abstufung der einzelnen Umlaufzeiten erreicht, so dass der Energiespeicher nur sehr langsam ablĂ€uft, wĂ€hrend sich das Ankerrad relativ schnell dreht.
Viele mechanische Uhren verfĂŒgen zusĂ€tzlich ĂŒber ein Schlagwerk, das vom Gehwerk zu bestimmten Zeitpunkten ausgelöst wird und ein akustisches Signal abgibt. Gehwerk und Schlagwerk sind in der Uhr meist getrennt, entweder neben- oder hintereinander, angebracht. Das Schlagwerk besitzt keine Hemmung, ist aber oft mit einer einfachen aerodynamischen Bremse â dem Windfang â ausgerĂŒstet, damit es nicht zu schnell ablĂ€uft. Es fĂŒhrt die SchlĂ€ge aus und bewegt einen Mechanismus zu ihrer Steuerung (Anzahl und Abfolge der SchlĂ€ge). Nachdem es vom Gehwerk ausgelöst wurde, lĂ€uft ein Schlagwerk einmalig ab. Es schaltet sich selbst aus und verharrt in Ruhe, bis es erneut ausgelöst wird. Als Klangkörper werden meist Glocken oder GongstĂ€be verwendet.
DarĂŒber hinaus gibt es Ruf- und Repetitionsschlagwerke, welche auf Anforderung die Uhrzeit minutengenau schlagen oder den zuletzt ausgefĂŒhrten Schlag wiederholen, beziehungsweise die Wiederholung nach einigen Minuten selbsttĂ€tig ausfĂŒhren.
â Hauptartikel: Schlagwerk (Uhr)
Bei komplizierten Uhren kommen weitere Zusatzwerke hinzu, so z. B. ein Kalenderwerk oder ein Chronographenwerk.
Der Gangregler einer mechanischen Uhr erzeugt gleichmĂ€Ăige, wiederkehrende Zeittakte. Seine Antriebsenergie erhĂ€lt er vom Energiespeicher als Impuls ĂŒber die Hemmung der Uhr. Auf umgekehrtem Weg erhĂ€lt die Hemmung vom Gangregler den Zeittakt und unterbricht das freie Ablaufen des Uhrwerks.
Der erste Gangregler war das Foliot, ein waagerecht angeordneter Balken, dessen TrĂ€gheitsmoment durch kleine Gewichte an den Balkenenden verĂ€ndert werden konnte. Die Unrast war eine Weiterentwicklung des Foliot in Form eines kreisrunden Rings. Die frĂŒhen Gangregler waren noch unvollkommen, da sie fest mit der Hemmung verbunden waren und durch ihre MassetrĂ€gheit die Drehung der Hemmung lediglich stabilisierten.
1656 erfand der niederlĂ€ndische Astronom Christiaan Huygens das Uhrpendel in seiner heutigen Form, mit der sich die Ganggenauigkeit der RĂ€deruhren sprunghaft verbesserte. Das Huygensche Pendel ist von der Hemmung entkoppelt und kann so seine Eigenschwingung entfalten. 1674 entwickelte Huygens auch die Unruh, bis heute der endgĂŒltige Gangregler fĂŒr Kleinuhren. Der Energiewechsel findet zwischen der Bewegung der Unruhmasse und der elastischen Verformung der zugehörigen Spiralfeder statt.
In gleichem MaĂe wie die Hemmungen, waren auch die Gangregler stets im Fokus des uhrmacherischen Strebens nach Perfektion. Insbesondere der Versuch, Ă€uĂere EinflĂŒsse wie Luftdruck- und TemperaturĂ€nderungen zu kompensieren, fĂŒhrte zur Entwicklung zahlreicher, besonderer Konstruktionen.
Gleichwohl gab es auch andere Lösungen mit Taktgebern, so z. B. 1595 die Kugellaufuhren des Kammeruhrmachers Christoph Margraf.[17] Die im Maschinenbau verwendete kontinuierliche Drehzahlregelung mit einem Fliehkraftregler wurde ebenfalls versucht, erwies sich aber fĂŒr Uhren (Drehpendel) als zu ungenau.[18]
Die klassische Form der Zeitanzeige (auch: Indikation) erfolgt analog mit Uhrzeigern auf einem Zifferblatt. FrĂŒhe RĂ€deruhren besaĂen lediglich einen Stundenzeiger, erst um 1700 wurden der Minuten- und der Sekundenzeiger eingefĂŒhrt.
Das Zifferblatt ist in der Regel eine kreisrunde oder eckige Scheibe aus Metall, Holz oder Glas. Darauf ist der Zifferring gemalt, gedruckt oder eingraviert und meist in 12 Stunden aufgeteilt. Bei vielen Armbanduhren sind die Minuten- und Stundenindizes auf das Zifferblatt aufgesetzt. Die Uhrzeiger sind in der Regel zentrisch angeordnet, es können aber auch HilfszifferblĂ€tter oder Ausschnitte fĂŒr zusĂ€tzliche Anzeigen vorhanden sein. Insbesondere die astronomischen Uhren begeistern durch eine FĂŒlle von unterschiedlichsten Anzeigen.
Das Zifferblatt war und ist als Gesicht der Uhr besonders dem Verwendungszweck und dem modischen Geschmack unterworfen. Besonders markante und oft gestalterisch reduzierte ZifferblĂ€tter verwendet man z. B. bei Uhren mit technischen Einsatzgebieten, die eine gute Ablesbarkeit erfordern. Als Beispiele seien hier die Fliegeruhr und die Taucheruhr oder die PrĂ€zisionspendeluhr genannt. Insbesondere bei der modernen Armbanduhr nutzen die Hersteller die Möglichkeit, sich durch besondere Zifferblattgestaltung und zusĂ€tzliche Anzeigen von anderen Herstellern abzugrenzen. Im Allgemeinen ist die Drehrichtung der Zeiger rechtsdrehend, was den scheinbaren Gang der Sonne am Himmel der Nordhalbkugel und damit dem Lauf des Schattens eines Gnomon (Stabes) einer Sonnenuhr nachahmt. Davon leitet sich auch der Begriff âim Uhrzeigersinnâ ab.
Im 19. Jahrhundert gab es erste EntwĂŒrfe fĂŒr RĂ€deruhren, die Zeit numerisch mit einer Fallblattanzeige anzuzeigen. Eine wesentliche Verbreitung erfuhr diese Form der Anzeige aber erst mit Verbreitung der Digitaluhr (von engl.: digit, Ziffer; aber als Gegensatzbegriff zur Analoganzeige der Zeigeruhr). Es erscheint im Blickfeld immer nur die aktuelle Zeitangabe. Andere Digitalanzeigen sind Uhren, auf denen die Zeitangabe in Worten stehen, z. B. die Qlocktwo â als Innenleben können dabei herkömmliche Uhrwerke oder Computeruhren den Takt geben.[19] Oder die Zeitangabe erfolgt akustisch (z. B. als Uhr fĂŒr Sehbehinderte wie bei der telefonischen Zeitansage) oder ĂŒber ein Textfeld.
Die Lichtzeichenuhr ist eine Sonderform. Hier wird die Zeit durch abzĂ€hlbare, diskrete Einzelelemente angezeigt, die digital interpretiert werden mĂŒssen. Die erste ihrer Art ist die Linear-Uhr in Kassel, eine funktionsgleiche groĂe Variante befindet sich am Rheinturm in DĂŒsseldorf.
Viele Uhren besitzen noch weitere, ĂŒber RĂ€derwerke angetriebene Einrichtungen. Hierzu zĂ€hlen Automaten, Musikspielwerke und Glockenspiele.
Als Automat bezeichnet man eine mechanisch bewegte, figĂŒrliche Darstellung, meist in Menschen- oder Tiergestalt, die durch das Uhrwerk ausgelöst und angetrieben wird. Ein einfaches Beispiel ist der Kuckuck in Kuckucksuhren, der sich zum Schlagen der Uhr bewegt. Automaten dienten aber nicht immer zwangslĂ€ufig der Zeitanzeige, oft waren sie schmĂŒckendes Beiwerk der Uhr zur Belustigung und Faszination des Betrachters. Die Hochzeit der Uhren mit Automaten lag in der Renaissance.
In naher Verwandtschaft zu den Spieldosen steht das Musikspielwerk. Bei frĂŒhen Konstruktionen wurden ĂŒber eine Stiftwalze klingende Stahllamellen angeschlagen oder SchlaghĂ€mmer bewegt, die auf Glocken schlugen (Carillon). Auch die Spielwerke von Flöten- und Orgeluhren funktionieren nach diesem Prinzip. Um 1800 fĂŒhrte Philippe Samuel Meylan eine Stiftscheibe als Ersatz fĂŒr die Stiftrolle ein, was die BaugröĂe verringerte.
Glockenspiele, die durch Anschlagen von Glocken ganze Melodien erzeugen, findet man vor allem in Verbindung mit öffentlichen Turmuhren, sie wurden aber auch z. B. in Taschenuhren eingebaut. Es handelt sich im Wesentlichen um erweiterte Schlagwerke.
Die oft genauso aufwendigen StundenschlÀge werden vom sogenannten Schlagwerk produziert.
Grundlage jeder Zeitanzeige ist immer ein physikalischer oder chemischer Vorgang, der möglichst gleichförmig ablĂ€uft. Dazu muss immer eine gewisse Energie eingesetzt oder zugefĂŒhrt werden. Die zur Anzeige dienende sichtbare VerĂ€nderung der Anordnung ist dabei ein zweiter, vom Prinzip her unabhĂ€ngiger Aspekt.
Es lassen sich analoge und digitale VorgĂ€nge unterscheiden. âDigitalâ hier im Sinne von schrittweise ablaufenden VorgĂ€ngen, zusammengesetzt aus separaten, zĂ€hlbaren Einzelereignissen.
Analoge ZeitmessvorgÀnge sind beispielsweise die scheinbare Wanderung der Sonne um die Erde (ausgenutzt in der Sonnenuhr), das Abbrennen von Kerzen, das stetige Ablaufen oder Einlaufen von Wasser aus einem oder in ein BehÀltnis.
Digitale ZeitmessvorgĂ€nge sind beispielsweise Pendelschwingungen (Pendeluhren), Rotationspendelschwingungen (Armbanduhren), Schwingungen einer Stimmgabel (erste elektronische Uhren), Schwingungen eines Schwingquarzes (Quarzuhr) oder Schwingungen separater Atome (Atomuhr). Bei mechanischen Uhren werden die Pendelschwingungen dazu benutzt, das schnelle und stetige Ablaufen der Feder oder der Gewichte durch die Hemmung in kleine (digitale) Zeitschritte einzubremsen, die dann gezĂ€hlt werden mĂŒssen. Besonders bei GroĂuhren sind die daraus resultierenden ruckweisen Bewegungen der Zeiger direkt sichtbar. Allgemein liegt immer ein in streng konstanten ZeitabstĂ€nden ablaufender Vorgang vor, der gezĂ€hlt wird bzw. zĂ€hlbar ist. (Funkuhren sind in diesem Sinne reine Anzeigeeinheiten und gehen beim Zeitmessvorgang zurĂŒck auf die Atomuhr, die den Zeitsender steuert.)
Die Anzeige in Stunden, Minuten und Sekunden aus diesen GrundvorgĂ€ngen abzuleiten, ist ein eigener, unabhĂ€ngiger Vorgang. HĂ€ufig finden sich Mischformen, indem beispielsweise das kontinuierliche Abbrennen einer Kerze mit digitalen (lies: punktuellen) Anzeigen voller Stunden verbunden wird, indem Metallkugeln in regelmĂ€Ăigen AbstĂ€nden in die Kerze eingeschmolzen werden, die dann beim Abbrennen in eine Metallschale fallen und damit ein vernehmliches akustisches Signal produzieren. Umgekehrt wird aus den eigentlich digital gezĂ€hlten Schwingungen eines Pendels durch die Hemmung und eine Untersetzung eine (scheinbar) analoge Anzeige auf einem Zifferblatt erzielt.
Viele biologische Organismen verfĂŒgen ĂŒber Mechanismen, die ihr Verhalten ĂŒber den Tagesverlauf steuern, vor allem den Schlaf-/Wachrhythmus, siehe dazu bei Chronobiologie.
Zur Bestimmung von sehr groĂen ZeitrĂ€umen (Jahre bis hunderte Millionen von Jahren) kann man die Auswirkungen allmĂ€hlich oder periodisch in der Natur ablaufender Prozesse nutzen. In ĂŒbertragenem Sinn handelt es sich bei den langsam ablaufenden VerĂ€nderungen um biologische oder geologische âUhrenâ.
â siehe auch: Dendrochronologie und Radiokohlenstoffdatierung
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