Was ist eine Quarzuhr? | Alles, was Sie wissen müssen

Was ist eine Quarzuhr? Wie funktionieren sie?

 

Eine revolutionäre Erfindung

Was ist eine Quarzuhr? Seit der Erfindung der Quarzuhr ist die Zeitgenauigkeit nicht mehr dieselbe.

Die erste Quarzarmbanduhr wurde im Dezember 1969 von der renommierten japanischen Marke Seiko auf den Markt gebracht. Doch wie funktioniert sie? Wie kann dieses kristalline Mineral Siliziumdioxid eine Uhr mit unglaublicher Präzision ticken lassen?

Fangen wir von vorne an.

Strom

Sobald es ihnen möglich war, also zu Beginn des 19. Jahrhunderts, arbeiteten Uhrmacher daran, Uhren mit Elektrizität anzutreiben. Sie wollten diese neue, gleichmäßigere und besser steuerbare Energiequelle nutzen.

Wie bereits besprochen, besteht die Herausforderung bei der Zeitanzeige darin, einen Energiefluss in Impulse umzuwandeln. Der Weg dorthin begann mit den ersten elektrischen Uhren. Ziel dieser Uhren war es, die Bewegung des Pendels zu steuern. Dazu wurde am Ende des Pendels ein Stück Weicheisen – ein sehr reines Eisen mit besonderen magnetischen Eigenschaften – angebracht. Darunter steuert ein Elektromagnet dessen Bewegung durch regelmäßige elektrische Impulse.

Später stellte sich heraus, dass die Form einer Stimmgabel dank der Stabilität ihrer Fixierung an einem einzigen Punkt optimal war. Die Schwingungen konnten dann genutzt werden, um ein Getriebe direkt zu regeln oder einem Mikroprozessor die passenden Impulse zu geben. Die Stimmgabelform erwies sich als die richtige und ist bis heute Standard.

 

 

Quarz

Quarz ist ein hartes Mineral aus Siliziumdioxid und Sauerstoff. Es spielt auch in der Uhrenindustrie eine wichtige Rolle, da es seit über fünfzig Jahren elektronische Uhrwerke antreibt: Quarz ist nicht nur ein wunderschöner, glänzender Stein zur Dekoration des Wohnzimmertisches. Er besitzt die besondere physikalische Eigenschaft der Piezoelektrizität. Dieses ungewöhnliche Wort bedeutet, dass sich der Kristall ausdehnt oder zusammenzieht, wenn elektrischer Strom durch ihn fließt. Das Phänomen funktioniert auch umgekehrt: Drückt, dehnt oder dreht man ein Stück Quarz, lädt sich eine Seite positiv und die andere negativ auf.

Diese Bewegung kann so schnell sein, dass Tausende von Schwingungen pro Sekunde möglich sind, um die gewünschte Vibration zu erzeugen. Dabei ist zu beachten, dass man zur Zeitmessung lineare Energie in Impulse umwandeln muss. Je feiner man den Zeitraum unterteilen kann, desto präziser wird die Messung. Quarz ist ein hervorragendes Material für präzise Messungen, da seine Schwingungen stabil und gleichmäßig sind, sobald Strom hindurchfließt. Aus diesem Grund arbeiteten Ingenieure und Uhrmacher seit Beginn des 20. Jahrhunderts intensiv daran, Quarz in Uhrwerken zu verwenden – mit Erfolg.

Wie wandelt man also die 32.768 Hz-Schwingungen eines winzigen Kristalls in eine Zeitanzeige um? Mithilfe eines Frequenzteilers. Dieses System wandelt die Schwingungen in Impulse um, die an einen kleinen Elektromotor gesendet werden, welcher die Zeiger antreibt. Bei digitalen Anzeigen aktivieren die Impulse direkt die einzelnen Bildschirmsegmente.

Wie funktionieren Quarzuhren?

Quarzuhren funktionieren mithilfe einer faszinierenden Kombination aus Physik und Elektronik. Im Gegensatz zu mechanischen Uhren, die auf Zahnrädern und Federn basieren, benötigen Quarzuhren eine Batterie. Diese Batterie versorgt einen kleinen elektronischen Schaltkreis mit Strom, der wiederum einen Quarzkristalloszillator ansteuert.

Der Quarzkristall, typischerweise in Form einer winzigen Stimmgabel, schwingt bei Anlegen einer elektrischen Ladung mit einer präzisen Frequenz. Dieses Phänomen wurde erstmals eingehend von dem Physiker Pierre Curie untersucht, der entdeckte, dass Quarz beim Zusammendrücken ein elektrisches Signal erzeugen kann – eine Eigenschaft, die als Piezoelektrizität bekannt ist.

In einer Quarzuhr schwingt der Kristall exakt 32.768 Mal pro Sekunde. Diese Schwingungen werden von der Schaltung gezählt und in regelmäßige Impulse umgewandelt, die die Bewegung der Zeiger steuern. Dieses Verfahren erklärt die hohe Ganggenauigkeit von Quarzuhren.

Die Uhrenbatterie ist für dieses System unerlässlich. Sie liefert die Energie, die benötigt wird, um den Quarzkristall in Schwingung zu halten und das elektrische Signal zu übertragen. In den 1970er-Jahren führte der Aufstieg der Quarztechnologie zur Quarzkrise, einer Zeit, in der traditionelle mechanische Uhrenhersteller aufgrund der Erschwinglichkeit und Genauigkeit von Quarzuhren mit erheblichen Schwierigkeiten konfrontiert waren.

Quarzuhren sind aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Wartungsarmut nach wie vor beliebt. Ob mit Batterie oder Solarzelle betrieben, sie veranschaulichen die Funktionsweise von Uhren anhand physikalischer und ingenieurtechnischer Prinzipien. Der Quarzoszillator ist weiterhin ein Eckpfeiler der modernen Zeitmessung.

Analoge Quarz

Uhrenmarken verbinden Tradition mit moderner Technologie und haben so aufregende und kreative Produkte entwickelt, die analoge Zeitanzeigen mit Displays für Zusatzinformationen kombinieren. Sie messen Schwerkraft, Druck, Temperatur, Tiefe, Entfernung und zeigen sogar Kompassrichtungen an – die Möglichkeiten scheinen grenzenlos, da entsprechende Sensoren entwickelt wurden, die in Uhren integriert werden können und präzise Daten liefern.

Casio ist ein gutes Beispiel für eine Marke, die mit Quarztechnologie kreative Funktionen entwickelt hat. Obwohl Casio keine Schweizer Quarzuhrenmarke ist, umfasst die „G-Shock“-Kollektion analoge Modelle mit verschiedenen ungewöhnlichen Funktionen, die auf einem Display angezeigt werden. Die 1983 eingeführte Kollektion bietet drei Kernmerkmale: Stoßfestigkeit bis zu einer Fallhöhe von 10 Metern, Wasserdichtigkeit bis 10 bar und eine Batterielaufzeit von 10 Jahren.

 

 

Mecaquartz

Einige Marken haben die Quarztechnologie geschickt mit traditioneller Feinmechanik kombiniert, um die Präzision der einen und das Prestige der anderen zu nutzen. Das Konzept ist einfach, die Umsetzung jedoch anspruchsvoll: Die Energie wird mechanisch über ein Federhaus bereitgestellt, das mit einem automatischen Aufzugssystem verbunden ist. So entstanden Quarzuhren .

Ein Generator wandelt die Energie in elektrische Energie um und leitet sie an einen Quarzregler weiter, wie bei jedem Quarzwerk. Der Regler aktiviert Mikromotoren, die die Zeiger bewegen. Die Energie kann aber auch Komplikationen antreiben, die traditionell mechanisch konstruiert sind. Die automatischen Module machen solche Kaliber leistungsfähiger als herkömmliche Quarzwerke.

Die japanische Marke Seiko hat mit dieser Art funktionaler Architektur eine ganze Kollektion namens Kinetic geschaffen.

Tastbarer Quarz

Bei taktilen Quarzuhren lassen sich Funktionen über das Gehäuse und/oder das Uhrenglas steuern. Omega und Rado bieten bereits Uhren mit berührungsempfindlichen Gehäusen an. Insbesondere die Schwestermarke Tissot der Swatch Group nutzte die Möglichkeiten der Quarz- und Mikroelektronik, um 1999 die „T-Touch“ zu entwickeln. Ihr Uhrenglas reagiert auf Berührungsdruck. Seit ihrer Markteinführung ist die „T-Touch“ in zahlreichen Varianten für verschiedene Einsatzbereiche und Sportarten wie Tauchen und Bergsteigen erschienen.

Raritäten

Manchmal reizt es Ingenieure, die Grenzen der Quarz- und Mikroelektroniktechnik auszuloten, um Hightech-Uhren zu entwickeln. Diese seltenen und teuren Modelle zeichnen sich durch herausragende Funktionen aus. Hier sind drei Beispiele solcher Raritäten.

Breitling blickt auf eine lange Geschichte in der Luftfahrt zurück. Aus diesem Grund brachte die Marke 1988 eine Schweizer Quarzuhr mit einem miniaturisierten Notfunksender auf den Markt, der auf der Notfrequenz der zivilen Luftfahrt von 121,5 MHz senden konnte. Die zweite Version dieser Uhr, passenderweise „Emergency“ genannt, wurde 2013 eingeführt und sendet zusätzlich ein Signal auf 406,04 MHz.

Die Uhr wird von Satelliten überwacht. 1990 integrierten die Ingenieure von Junghans ein funkgesteuertes System in eine Armbanduhr, um das Signal der Frankfurter Atomuhr zu empfangen. Die Antenne dieser Uhr, genannt „Mega 1“, ist in das Armband integriert.

Und was wäre, wenn Sie die Zeit mithilfe der Sonne ablesen möchten? Citizen hat dies indirekt mit seinem Eco-Drive-System erreicht, das erstmals 1995 vorgestellt wurde. Dank eines einzigartigen Zifferblatts, das Licht absorbiert und in elektrischen Strom umwandelt, benötigen Eco-Drive-Quarzuhren keine Batterien mehr. Jede Lichtquelle, ob natürlich oder künstlich, genügt.

Heute zählen japanische und Schweizer Quarzuhren weltweit zu den beliebtesten Herrenuhren . Dies könnte sich jedoch mit der jüngsten Entwicklung von Smartwatches in absehbarer Zeit ändern.

 

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