Unruh
Unruh
Einleitung
Die Unruh ist das Herz des Schwingsystems einer Armband- oder Taschenuhr. Aus den Schwingungen wird die Messung der Zeit abgeleitet.
Die Unruh wurde von Christiaan Huygens erfunden, der dafür 1675 ein französiches Patent erhielt.
| Unruh | ||
|---|---|---|
| Sprache | Übersetzung | Abkürzung |
| Französisch: | Balancier | |
| Englisch: | Balance | |
| Spanisch: | Volante | |
| Italienisch: | Bilanciere | |
| Niederländisch: | balans | |
| Portugiesisch: | ||
Aufbau
Die Unruh besteht im Wesentlichen aus einer Welle und und einem Reif, der mit 2, 3 oder auch 4 Stegen mit der Welle verbunden ist. Auf der Welle sind auch die Spiralrolle, mit der die Spirale an der Welle befestigt ist, und bei Ankerhemmumgen das Plateau aufgepreßt. Als Material für eine Unruhe wird bei einfachen Ausführungen Messing verwendet, bessere Ausführungen besetehen aus einer bimetallischen Stahl-Nickel-/Messing-Kombination.
Neben Unruhen, die aus einem einfachen monometallischen Reifen bestehen, gibt es Bauformen mit geschlitztem Reifen zum Temperaturausgleich oder mit Schrauben, mit denen das Trägheitsmoment eingestellt werden kann (siehe Bild). Bei Ankerhemmungen ist auf dem Plateau ein halbkreisförmiger Rubin, die sogenannte Ellipse mit Schellack eingefasst, der in die Ankergabel greift.
Funktion
Die Unruh schwingt in einem Winkel von ca. 270°, gemessen von der Ruhelage, um ihre Achse. Dazu wird sie vom Anker angestoßen. Durch ihre Bewegung spannt sie die Spirale, von der sie zurückgetrieben wird. Dadurch kommt es zu den Schwingungen, die zur Messung der Zeit genutzt werden.
Die Schwingungsdauer T ist abhängig von der Masse der Unruh, ihrem Durchmesser und dem Rückstellmoment der Spirale.
Sie berechnet sich nach:
T = π · √(( M · r2 · 12 · l)/(E · b · s2)) .
Dabei bedeuten:
M: Masse der Unruh
r: Trägheitsradius der Unruh
E: Elastizitätsmodul der Spirale
b: Klingenbreite der Spirale
s: Klingendicke der Spirale
Temperaturkompensation
Die Schwingungsdauer ist abhängig von der Temperatur, bei der die Uhr betrieben wird. Die Ursache dafür sind die Formänderungen durch die Wärmeausdehnung und (sehr viel schwächer) auch die Abhängigkeit des E-Moduls von der Temperatur. Die Temperaturabhängigkeit betrifft dabei sowohl die Unruh als auch die Spirale. Allerdings ist der Effekt bei der Spirale sehr viel größer.
Deshalb gibt es zwei Arten der Temperaturkompensation:
- Bimetall-Unruh mit Stahlspirale
- Monometallische Unruh mit Nivarox-Spirale
1. Bei der Bimetall-Unruh ("Kompensations-Unruh") besteht der Reifen aus zwei Teilen: einem inneren Stahlreif, auf den ein Messingreif aufgeschmolzen ist. Das Verhältnis der Materialdicken zwischen dem Stahl- und dem Messingbereich ist 2:3. In der Nähe der Schenkel ist die Kompensationsunruh geschlitzt. Sie wurde 1782 von John Arnold erfunden. Bei Erwärmung dehnt sich der Messingbereich stärker als der Stahlbereich aus. Dadurch biegen sich die Reifenden nach innen und verringern das Trägheitsmoment. Dies Verhalten kann durch Schrauben an den Enden noch angepaßt werden.
2. Bei der Monometallischen Unrug wird eine Unruh aus Messing, Nickel, Berylliumbronze o.ä. mit einer Spirale aus Nivarox gepaart. Diese Legierung wurde speziell entwickelt und zeigt keine Änderung der Elastizität bei einer Temperaturänderung.
Lagerung
Die Unruh ist auf der einen Seite in der Werkplatine gelagert, auf der anderen in einem Kloben, dem Unruhkloben oder auch in einer Brücke.
Um die langen, dünnen Zapfen gegen Stöße zu sichern, werden sie in speziellen Lagerstellen gelagert, die bei Stößen flexibel reagieren (Stoßsicherung).