Unser selbstgebauter Regulator mit ewigem Kalender

Januar 1982

Irgendwie muss doch jeder Uhrmacher den Wunsch haben, eine Uhr selbst zu bauen. Mir ging es jedenfalls so und meine Mitarbeiter waren ebenfalls sofort begeistert.
Aber von der Idee bis zur Verwirklichung war noch ein langer Weg. Natürlich sollte es keine „normale“ Uhr werden welche nur die Zeit anzeigt. Es folgten Monate des Nachdenkens und Überlegens. Mit der Zeit kristallisierte sich heraus, dass wir uns mit einem Regulatorwerk am besten verwirklichen konnten.
Darauf hin beschäftigten wir uns intensiv mit dem notwendigen Material und Werkzeug für den Bau des Uhrwerkes. Wir beschlossen, den Großuhr-Eingriffszirkel und die unentbehrliche Teilerscheibe selbst anzufertigen. Damit konnten wir gleich die ersten Erfahrungen sammeln und zudem Geld sparen.

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Das Uhrwerk, Seitenansicht

In Garmisch-Partenkirchen besuchte ich einmal ein Seminar über antike Uhren. Seitdem fasziniert mich die Technik eines „Ewigen Kalenders*“ .

Den Kalendermechanismus steuern Räder und Formscheiben. Eine davon braucht ganze 4 Jahre, um sich einmal um ihre eigene Achse zu drehen. Diese Formscheiben programmieren sozusagen den Kalendermechanismus und sorgen dafür, dass der Kalenderzeiger auch bei kürzeren Monaten das Datum richtig anzeigt.

Ich nahm also ein Blatt Papier zur Hand und fing an zu planen. Es blieb natürlich nicht bei einem Blatt, aber ich fand Lösungen.

Die nächste Aufgabe war die Sonnenzeit. Da die Erde nicht auf einer Kreisbahn um die Sonne zieht und sie sich dabei auch noch unterschiedlich schnell bewegt, stimmt die wahre Sonnenzeit nicht immer mit unserer Zeitangabe überein.

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Das Differentialgetriebe für die Sonnenzeit

Ich wollte, dass auf einem kleinen Hilfs-Zifferblatt die aktuelle Sonnenzeit in Stunden und Minuten angezeigt werden. Die Zeitangabe des „Sonnen-Zifferblattes“ muss während einer bestimmten Zeit des Jahres hinter der Normalzeit zurückbleiben, um später wieder aufzuholen, ja sogar zu überholen. Der Unterschied zwischen Normalzeit und Sonnenzeit kann bis zu 16 Minuten ausmachen. Nur viermal im Jahr stimmen Sonnenzeit und Mittlere Zeit genau überein. Um die Anzeige der Sonnenzeit mechanisch bewerkstelligen zu können wurde ein Differentialgetriebe konstruiert welches mittels einer Formscheibe (auch Nierenscheibe genannt) gesteuert wird.

 

Zifferblatt Regulator mit ewigem Kalender
Das Zifferblatt

Sehr viel mehr Zeit als zuerst vermutet nahm das Zifferblatt in Anspruch. Die Graviermaschine wurde eigens umgebaut, um das 25 x 25 cm große Zifferblatt aufzunehmen. Auch das Fräsen der 2 mm breiten Zahlen war sehr aufwändig. Es musste mit einer bestimmten Geschwindigkeit und in mehreren Stufen gefräst werden. Abschließend erhielt das ganze Blatt einen sauberen Längsschliff, der Ziffernring einen Rundschliff. Die vier kleinen Zifferblätter sind aufgesetzt.

Die kleinen Hilfszifferblätter zeigen folgendes an:

Kleines Zifferblatt oben:
 Anzeige der Sekunden
 Anzeige des Wochetages

Kleines Zifferblatt links:
 Anzeige der wahren Sonnenzeit
 Äquation = Zeitgleichung
 
Kleines Zifferblatt rechts:
 Anzeige des Datums (Ewiger Kalender*)
 Anzeige der Mondphase

Kleines Zifferblatt unten:
 Anzeige des Monats
 Anzeige des Tierkreises
 Anzeige des Schaltjahres
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Der Steuermechanismus für die Mondphasenanzeige

Für den Himmel auf dem Mondphasenzifferblatt verwendeten wir blauen Tauchlack für Glühlampen. Dies ergab eine sehr schöne und tief wirkende Färbung. In den Himmel setzten wir noch unser charakteristisches Sternbild des Großen Wagens. Für das „Mondgesicht“ musste mein Gesicht herhalten, welches auf fotografischem Weg in zwei kleine Messingscheiben geätzt wurde. Auch die Platinen des Uhrwerkes wurden durch Ätzen verschönert.

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Schematische Funktion des Kompensations-Pendels

Eine kleine Raffinesse fiel mir auch bei der Konstruktion des Kompensationspendels ein.

Ein Kompensationspendel ist ein Uhrpendel, welcher bei Temperaturschwankungen seine eigene Wärme-Ausdehnung kompensiert und damit ein wesentlich präziseres Gangergebnis erzeugt. Um mit weniger Stäben als üblich auszukommen, nahm ich das Hebelgesetz zu Hilfe. So wurde die sonst übliche Zahl der Kompensations- Stäbe verringert und zudem konnten ganz normale Messing- und Stahllegierungen verwendet werden. Natürlich müssen die Längen der Stäbe genau aufeinander abgestimmt und berechnet sein.
Für die Pendellinse trieb ich aus Messingblech 2 Halbschalen. Diese wurden anschließend miteinander verlötet und mit Blei gefüllt, bis die Linse alleine 1 Kilogramm wog.
Die Funktionsweise der Kompensation

Für das Gehäuse wählten wir die Form einer Wiener Laterndluhr. Um das Sekundenpendel aufzunehmen, musste das Gehäuse 1,50 m lang werden. Durch die zierliche Bauweise, das helle Eichenholz und viel Glas wirkt es aber nicht plump, sondern filigran und leicht. Das Zifferblatt informiert den Betrachter über die genaue Uhrzeit mit Sekundenanzeige, das Datum mit Wochentag, Monat, Sternzeichen und Schaltjahr, Mondphase und Sonnenzeit.

Bis zur Fertigstellung waren vier Jahre vergangen, in denen viele Stunden und Freizeit geopfert wurden. Aber wir haben uns dadurch bewiesen, dass wir richtige Uhrmacher sind und eine Uhr vollständig selbst bauen können. Alle 448 Räder, Hebel und anderen Teile wurden in der eigenen Werkstatt präzise berechnet und hergestellt. Dazu waren 1200 Stunden Arbeit nötig. Die Triebe wurden aus Spezial-Stahl gefräst und selbstverständlich gehärtet, die Schrauben wurden gebläut. Auch die Zeiger, welche wir selbst aus Stahlblech geschnitten haben, erhielten eine tiefblaue Anlassfarbe. Die Gewichte fertigten wir aus Messingrohr das mit Blei gefüllt wurde. Den Deckel und den Boden der Gewichte bilden aus massiven Messingblöcken gedrehte Kappen. Sogar die Seilrolle und die Gewichtshaken wurden handgearbeitet.

Im Juni 1986 war das Werk vollendet und wurde der Öffentlichkeit vorgestellt. Ein paar Jahre lang wurde der selbstgebaute Regulator im Verkaufsraum ausgestellt und von vielen Kunden und Besuchern bewundert. Im August 1987 erschien ein ausführlicher Artikel in “Alte Uhren” (heute “Klassik Uhren”) mit einer Beschreibung der Funktionsweise.

Nochmals kurz die Daten:
 Die Uhr besteht aus 448 Einzelteilen,
 die in 34 Funktionseinheiten zusammengefasst sind.
 Dazu waren 197 Zeichnungen und Skizzen nötig.
 Von der Idee bis zur Verwirklichung vergingen
 3½ Jahre, die Bauzeit selber betrug 26 Monate,
 die Arbeitszeit 1200 Stunden.
 Einige Werkzeuge für die Herstellung der Uhr mußten
 speziell angefertigt werden.

* Ewiger Kalender:
Das heißt der Kalender berücksichtigt mit Hilfe von einem komplizierten Mechanismus die unterschiedlichen Monatslängen bis hin zu den Schaltjahren. Bekanntlich hat ja der Februar alle 4 Jahre 29, ansonsten 28 Tage. Unser Ewiger Kalender berücksichtigt auch diese Schaltjahre und muss erstmals am 28. Februar 2100 um einen Tag korrigiert werden.
Dazu muss man wissen, dass alle 100 Jahre das Schaltjahr ausfällt, alle 400 Jahre aber doch wieder nicht!
Zu kompliziert? Also die Jahre 1700, 1800 und 1900 waren keine Schaltjahre, obwohl sich deren Jahreszahl durch 4 teilen ließ. Die Jahre 1600 und das Jahr 2000 sind dagegen ganz normale Schaltjahre!
Genaugenommen ist also ein „Ewiger Kalender“ nicht ewig, sondern ein „Hundertjähriger Kalender“ aber es dauert eine kleine Ewigkeit, bis er einmal um nur einen Tag korrigiert werden muss.

Die Restaurierung einer Pendule

Liebe Uhrenfreunde,

heute will ich einmal beschreiben, wie eine Überholung / Restauration einer Pendule (Tischuhr mit Schlagwerk) von sich geht und was dabei alles zu beachten ist.
Auf die Idee kam ich, als ich diese schöne Pendule zur Reparatur bekam, bei der die Brocot-Hemmung mit Ihren Rubin Steinen sichtbar auf dem Zifferblatt angebracht ist!

Als erstes will der Kunde natürlich einen Kostenvoranschlag!
Deshalb bauen wir das Uhrwerk aus, entfernen Zeiger und Zifferblatt um das Uhrwerk zu begutachten.

Offensichtlich ist die Pendelfeder gebrochen. Ein Defekt, der wahrscheinlich erst beim Transport zu uns aufgetreten ist. Der schwere Pendel wurde zum Transport der Uhr nicht ausgehängt. Dies passiert – aus Unwissenheit – übrigens oft.

Recht schnell stellt sich auch heraus, dass beide Federn defekt sind. Bei kaputten Zugfedern müssen wir uns das Räderwerk ganz genau ansehen. Oft wird bei Federbruch das nachfolgende Räderwerk in Mitleidenschaft gezogen. Ausgebrochene Zähne, Triebe, verbogene Wellen und anderes sind die Folge eines extrem hohen Drehmoments das entsteht, wenn eine aufgezogene Feder reißt, sich die gespeicherte Energie der Feder in Sekundenbruchteilen entlädt!
Nun, bei unserer Uhr stellt sich tatsächlich heraus, dass der Zapfen eines nachfolgenden Rades den Druck nicht standhielt, auf der Schlagwerk Seite löste sich ein Radkranz vom Trieb!

Ansonsten ist das Uhrwerk in einem erstaunlich guten Zustand. Nur wenige Lager ausgelaufen, einige Zapfen leicht abgenützt, diese müssen „rolliert“ (Fachausdruck für Nachschleifen) und poliert werden.

Eigentlich möchte man ja meinen, dass heutzutage die Materialforschung und Entwicklung weiter fortgeschritten ist, die modernen Uhren eine geringere Abnützung und damit höhere Lebensdauer haben. Aber genau das Gegenteil ist meist der Fall! Gepflegte ältere Uhren sind oft in erstaunlich gutem Zustand, während die “ Lebenszeit“ eines modernen Regulator-Werkes längst abgelaufen ist. (Ausgenommen hiervon sind natürlich Spitzenwerke wie Sattler usw.).

Also fassen wir zusammen: Kostenvoranschlag – überholen, zerlegen, reinigen, Federn ersetzen oder reparieren, Zapfen ersetzen, einige Lager ersetzen und Zapfen bzw. polieren, Pendelfeder ersetzen, einen Radkranz auf Trieb neu vernieten.

Der Kunde erklärt sich mit dem Kostenvoranschlag einverstanden, also kann mit dem Werk begonnen werden.

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Das bereits teilweise zerlegte Uhrwerk

So, heute schreiten wir zur Tat! Bevor wir das Uhrwerk zerlegen, markieren wir mit einem Stift die ausgelaufenen Lager und die Richtung, in der sich das (Uhr) Radlager ausgeweitet hat.
Zur Erklärung: Im Laufe der Zeit verharzt das Uhrenöl und wird zäh bis hart! Staub tut ein übriges dazu und verbindet sich mit dem Uhrenöl. So kommt es, dass Öl welches einmal die Reibung verringern sollte das Gegenteil bewirkt. (Wenn Sie dieses Thema näher interessiert, besuchen Sie doch die Seiten von Michael Stern). Durch die Reibung der Zapfen in dem verhärtetem Schmiermittel schleifen sich die Lager aus. Es entstehen ovale Löcher, die Position der Räder verändert sich! Durch das verharzte Öl entsteht natürlich große Reibung. Weiter verschlechtert die veränderte Position der Räder (der Achsenabstand wird größer) die Kraftübertragung. In der Folge bleibt der Zeitmesser irgendwann stehen!

Mittlerweile ist das Uhrwerk zerlegt. Wie auf dem Titelbild deutlich zu sehen, sind auch die Endhaken der Zugfedern ausgerissen. Vielleicht hat der Eigentümer versucht, die Uhr besonders kräftig aufzuziehen, als sie nicht mehr so recht funktionierte. Allerdings, eine einwandfreie Zugfeder kann nicht durch etwas zu festes Aufziehen zerstört werden, da müssen schon brachiale Kräfte einwirken. Auf der anderen Seite ist es ganz normal, dass das Material einer Zugfeder im Laufe der Zeit ermüdet! Besonders gefährdet sind immer die äußeren Endhaken, da diese am meisten belastet werden!

So, das Uhrwerk ist zerlegt, jetzt müssen die defekten und abgenützten Teile repariert werden.

1. Die Zugfedern: Mittlerweile hat sich herausgestellt, dass die Zugfedern mit den gleichen Maßen momentan nicht lieferbar sind. Da die Spannkraft aber noch nicht so schlecht ist und die Federn genügend lang sind, um eine Gangautonomie von 8 Tagen zu gewährleisten, entschließen wir uns die Endhaken (Endlöcher) nachzusetzen! Das ausgebrochene Ende der Zugfeder wird mit einer Blechschere abgeschnitten, das Ende abgerundet und entgratet. Im zweiten Arbeitsgang wird mit Hilfe einer alten Triebnietmaschine oder eines Federlochwerkzeuges ein neues Loch gestanzt. Der dritte Arbeitschritt ist das Anlassen des Federendes auf ca.6 cm Länge. (Die Federenden innen und außen müssen, im Gegensatz zum übrigen Teil der Uhrfeder, weich sein). In einem 4ten Arbeitsgang wird das Endloch länglich gefeilt, sorgfältig entgratet und abgerundet. Es darf keine Kerbwirkung entstehen, sonst bricht die Zugfeder wieder vorzeitig!

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Das Anfertigen den neuen Wellenteils mit Zapfen

2. Die Zapfen: Einige Zapfen sind etwas abgenützt (rau). Um wieder einen guten Gang der Uhr zu erreichen und weiterer Abnützung vorzubeugen müssen die Zapfen der Räder nachgeschliffen und poliert werden. Es ist wichtig diese Arbeit vor dem Reparieren der Lager zu erledigen, das sich hierbei ja der Durchmesser der Zapfen verringert und von diesem Durchmesser hängt ja die Größe des neuen Lagers ab.

3. Durch den Bruch der Feder ist beim Zwischenrad der Zapfen abgeschert worden. Da es sich um den Zapfen gegenüber des Triebs handelt, kann die Welle nicht in die Amerikanerzange der Drehmaschine gespannt werden, um ein Loch für den neuen Zapfen zu bohren. Deshalb entscheiden wir uns für eine Alternative die eigentlich sogar robuster und solider ist. Wir kürzen die Welle auf der defekten Seite um 2mm, fertigen eine neue kräftigere Welle mit Zapfen an. Am anderen Ende wird die neue Welle aufgebohrt, damit sie über die alte Welle geschoben werden kann. Wie das aussieht, sieht man auf dem Bild unten links. Gut, man sieht dass die Welle repariert wurde, aber es ist absolut stabil und läuft exakt rund. Nach dem Härten des „Ersatzteils“ wird der neue Zapfen poliert!

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Hier ist das neue Wellenende mit Zapfen bereits montiert

4. Der Radkranz, welcher sich gelockert hat, wird wieder auf seiner Welle vernietet, was aber keine größeren Probleme aufwirft. Es muss nur darauf geachtet werden, dass er wieder schön rund läuft.

5. Die Lager: Jetzt ist es soweit, die ausgelaufenen Lager können ersetzt werden. Wir setzen immer neue Hartbronzelager ein. Die Hartbronzelager sind zwar etwas teuerer, besitzen aber eine bei weitem längere Lebensdauer. Beim Auffräsen der alten Lager muß genau darauf geachtet werden, dass die Bohrungen auch in die richtige Position kommen um einwandfreie Kraftübertragungen zu gewährleisten. Nach dem Setzen der neuen Lager wird das Uhrwerk provisorisch zusammengebaut um den Lauf der Räder, die Eingriffe und das axiale Spiel zu kontrollieren.

Nachdem die defekten Teile wieder instandgesetzt sind, kann zur Reinigung geschritten werden. Es sind immerhin ca. 40 Einzelteile: 14 Räder und der Rest Schrauben, Hebel, Scheiben, Federn und Stifte.

Nun gut, das salmiakhaltige Ultraschallbad ist vorgewärmt, damit es eine noch intensivere Reinigungskraft besitzt. Die Kleinteile kommen in ein Körbchen, die großen Platinen werden lose in das Reinigungsbad gelegt und dann ca. 5 Minuten mit Ultraschall beschallt. Ist die Stoppuhr abgelaufen, werden die Uhrteile aus dem Bad genommen, und mit destilliertem Wasser nachgespült. Der Salmiak in der Lösung lässt das Messing wieder strahlend golden glänzen. Die Platinen werden mit einem weichen fusselfreien Tuch abgetrocknet (damit keine Wasserflecken entstehen) und anschließend mit den anderen Teilen auf das Trocknungsgerät gelegt.

Übrigens, für Armbanduhren werden selbstverständlich wasserfreie Lösungen verwendet, für Großuhren haben sich aber die traditionellen Reinigungsmittel besser bewährt.

Um unschöne Fingerabdrücke zu vermeiden, werden die Platinen ab sofort nur noch mit Handschuhen angefasst! Die Lager, welche nicht ersetzt wurden, werden nochmals mit dem angespitzten Putzholz von Hand nachgereinigt. So werden auch die letzten Schmutzpartikel entfernt, die sich manchmal noch – trotz Ultraschall – recht hartnäckig in den kleinen Bohrungen verstecken. Es ist sehr wichtig, dass die Lager metallisch blank sind, sonst altert und verdirbt das frische Uhrenöl viel zu schnell.

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Das Uhrwerk von der Seite gesehen

Nun endlich ist es an der Zeit das Uhrwerk wieder zusammen zu setzen. Die Federn werden mit einem graphithaltigen Fett leicht eingeschmiert und kommen in ihre Federhäuser, die Räder werden alle auf die untere Platine gesetzt und – wenn alles seinen Platz gefunden hat – die obere Platine aufgelegt. Bevor diese fest aufgedrückt und verschraubt wird, müssen alle Räder noch vorsichtig mit der Pinzette ausgerichtet werden, damit jeder Zapfen auch sein Lager findet und keiner verbogen wird oder gar abbricht!
Wenn dann alles zusammen ist, sieht das Uhrwerk wieder so aus, wie oben abgebildet.

 

Das Uhrwerk ist zusammengesetzt, aber noch nicht fertig. Als nächstes wird eine Funktionskontrolle aller Einzelteile vorgenommen. Die Räder des Schlagwerkes müssen in der richtigen Ausgangsposition sein, das Schlagwerk muss einen “ Vorlauf“ und einen “ Nachlauf“ haben. Ich will diese 2 Fachwörter kurz erklären:
Vorlauf bedeutet, das Hebnägel- oder Sternrad muss sich am Anfang ein klein wenig frei drehen können, bevor es den Hammer hochhebt. Es muss also Schwung nehmen, damit es nicht stehen bleibt wenn es den „schweren“ Hammer hochheben muss. Wenn der Hammer der letzten Schlagfolge abgefallen ist, darf das Schlagwerk nicht sofort stehen bleiben, sondern soll zur Sicherheit noch ein bisschen “ nachlaufen“ .
Nachdem weitere Einstellungen am Schlagwerk vorgenommen wurden wird der Anker korrigiert.

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Ansicht des Zifferblattes mit der Hemmung.

Es hat sich herausgestellt, dass eine Rubinpalette nicht in der optimalen Position ist. Also wird der Anker in der Nähe der Palette in einer Lötzange festgeklemmt und diese vorsichtig erwärmt. Die Wärme überträgt sich dann auf den Anker. Die Rubinpaletten sind mit Schellack befestigt. Dieser wird bei ca. 200 Grad C weich und der Gangstein kann neu eingerichtet werden. Nach dem Erkalten sitzt der Stein wieder fest, der Anker kann wieder eingebaut und dessen Funktion geprüft werden.

Anschließend wird das Uhrwerk geölt und gefettet.
Beim „Schmieren“ werden, je nach Einsatzort, verschiedene Öle und Fette verwendet. Das Graphit-Fett für die Zugfedern wurde schon kurz erwähnt. Bei Reibungen Stahl auf Stahl wird normalerweise Fett verwendet, in den Lagern Uhrenöl verschiedener Viskosität.

Als letzter Arbeitsschritt, wird das Zifferblatt befestigt, die Zeiger richtig aufgesetzt und das Uhrwerk wieder in sein Gehäuse eingebaut. Nach mindestens einer Woche Testlauf, in der das Uhrwerk auch reguliert wird, darf die französische Pendule (19. Jahrhundert) wieder von seinem stolzen Besitzer abgeholt werden.

Das Bild oben zeigt noch einmal den Ausschnitt des Zifferblattes, mit der Brocot Hemmung.

Ich hoffe, die “ Reportage“ hat Ihnen gefallen!

Ihr Meister Blank

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