Mechanisches Uhrwerk: interaktives Modell zum Ausprobieren

Was in einer mechanischen Uhr steckt

Eine mechanische Uhr braucht keine Batterie: Eine aufgezogene Feder speichert die Energie, und eine Unruh, die 8 Mal pro Sekunde hin und her schwingt, gibt sie in gleichen Schritten ab. Halten Sie eine mechanische Uhr ans Ohr, hören Sie ein schnelles, gleichmäßiges Ticken, viel schneller als bei einer Wanduhr. Woher kommt dieses Geräusch, und warum ist es so regelmäßig? Diese Ausstellung öffnet ein vollständiges Handaufzugswerk und verfolgt die Energie von Ihren Fingern an der Krone bis zu den Schritten des Sekundenzeigers.

Das Modell ist ein Werk, das nur die Zeit anzeigt, mit etwa 26 mm Durchmesser, der Größe eines gängigen Kalibers für Herrenarmbanduhren. Von hinten gesehen, mit aufgesetzten Brücken, zeigt es die Teile in der Reihenfolge, in der die Energie sie durchläuft. Die Krone zieht eine gewickelte Zugfeder im Federhaus auf. Das Federhaus treibt eine Kette von Rädern, das Räderwerk. Am Ende des Räderwerks wird das Ankerrad vom Anker festgehalten und freigegeben, und den Anker betätigt die Unruh, die an ihrer Spirale hin und her schwingt.

Einige Zahlen stammen aus öffentlichen Quellen und gelten auch für echte Uhren: die üblichen Frequenzen von 21.600 und 28.800 Halbschwingungen pro Stunde. Das Ankerrad mit 15 Zähnen, ein Federhaus, das sich etwa alle 8 Stunden einmal dreht, eine Zugfeder, die mit 5 Umdrehungen etwa 40 Stunden läuft, die Zähnezahlen der Räder, das Trägheitsmoment der Unruh und die Form der Amplitudenkurve sind Modellwerte: so gewählt, dass die Rechnung aufgeht und die Bewegung gut zu sehen ist. Der Text sagt jeweils, was was ist.

Woher die Energie kommt: die Zugfeder

Eine Armbanduhr kann kein Gewicht an eine Schnur hängen wie eine Pendeluhr, denn sie sitzt an einem Arm, der sich bewegt und in alle Richtungen gedreht wird. Stattdessen speichert sie ihre Energie in einem langen Band aus Federstahl, das in einer Trommel, dem Federhaus, aufgewickelt ist.

Wenn Sie die Krone drehen, dreht die Welle ein kleines Aufzugsrad. Es treibt das Kronrad, und dieses treibt das Sperrrad, das oben auf dem Federkern sitzt. Dreht sich der Kern, wickelt er das innere Ende der Feder straff um sich. Eine kleine gefederte Sperrklinke fällt in die Zähne des Sperrrads, damit der Kern nicht zurücklaufen kann. Schieben Sie in der Ausstellung den Regler „Zugfeder aufgezogen“ nach oben: Die Krone dreht sich, das Sperrrad rückt vor, und die Windungen im Federhaus legen sich zum Kern hin zusammen.

Das äußere Ende der Feder ist an der Wand des Federhauses eingehängt. Die Feder will sich entspannen und dreht deshalb das Federhaus selbst, und die Zähne am Rand des Federhauses treiben den Rest der Uhr. Die Feder des Modells läuft vollständig aufgezogen etwa 40 Stunden (ein Modellwert). Das lässt einen Spielraum von etwa 16 Stunden, wenn Sie jeden Tag zur selben Zeit aufziehen und sich einmal etwas verspäten.

Räder, die aus Stunden Sekunden machen

Das Federhaus dreht sich langsam. In diesem Modell hat es 96 Zähne, die ein Trieb mit 12 Zähnen am Minutenrad antreiben; das Minutenrad dreht sich also 8-mal für jede Federhausumdrehung. Das Minutenrad dreht sich einmal pro Stunde, damit kommt das Federhaus auf eine Umdrehung alle 8 Stunden.

Vom Minutenrad an wird das Räderwerk schneller. Die 80 Zähne des Minutenrads treiben ein Trieb mit 10 Zähnen am Kleinbodenrad (8 zu 1), und die 75 Zähne des Kleinbodenrads treiben ein Trieb mit 10 Zähnen am Sekundenrad (7,5 zu 1). Multipliziert man beides, dreht sich das Sekundenrad 60-mal pro Stunde, also einmal pro Minute, und kann so einen kleinen Sekundenzeiger tragen. Seine 96 Zähne treiben dann ein Trieb mit 6 Zähnen am Ankerrad, noch einmal 16 zu 1.

Ohne etwas, das es bremst, würde die Zugfeder dieses Räderwerk in einem Sekundenbruchteil durchdrehen, und die Zeiger würden über das Zifferblatt rasen. Der Rest des Werks ist dazu da, das Räderwerk nur in kleinen, gleichmäßigen Schritten laufen zu lassen.

Wie die Ankerhemmung das Räderwerk um einen halben Zahn weiterlässt

Das Ankerrad einer modernen Uhr hat 15 Zähne mit abgeflachten Enden, sogenannte Kolbenzähne, und ist aus Stahl. Daneben ist der Anker gelagert. Ein Ende des Ankers trägt zwei Paletten aus synthetischem Rubin, die Eingangs- und die Ausgangspalette. Das andere Ende ist eine Gabel, die zur Unruh zeigt.

Die meiste Zeit liegt ein Zahn des Ankerrads an einer Palette, und das Rad ist gesperrt. Der Anker lehnt an einem Begrenzungsstift und steht still. Währenddessen schwingt die Unruh frei und berührt nichts.

Wenn die Unruh durch ihre Mitte zurückschwingt, fährt ein kleiner Rubinstift auf ihrer Rolle, der Hebelstein, in die Gabel und schlägt sie hinüber. Dadurch wird die Palette vom Zahn gezogen: die Auslösung. Der Zahn gleitet über die schräge Fläche der Palette und schiebt den Anker den Rest des Weges, und der Anker schiebt seinerseits den Hebelstein. Dieser Stoß, der Antrieb, ersetzt die kleine Energie, die die Unruh bei der letzten Schwingung durch Reibung verloren hat. Dann dreht sich das Rad einen Augenblick frei, bis ein anderer Zahn auf die andere Palette fällt. Dieser Fall ist das Ticken, das Sie hören.

Bei der nächsten Schwingung geschieht dasselbe spiegelbildlich. Jede Schwingung bewegt das Ankerrad um einen halben Zahn, bei 15 Zähnen also um 12 Grad. Wählen Sie den Schritt „Eine Halbschwingung in Zeitlupe“, dann läuft die Ausstellung 50-mal langsamer als in Wirklichkeit, und Sie können verfolgen, wie der Stift in die Gabel fährt, der Anker umschlägt und das Rad nach vorn springt.

Warum die Unruh die Zeit hält

Die Unruh ist ein kleiner, schwerer Ring auf einer Welle. Die Spirale ist eine flache Spiralfeder: Ihr inneres Ende sitzt an der Welle, ihr äußeres an einem Klötzchen am Unruhkloben. Drehen Sie die Unruh, spannt sich die Feder und drückt zurück. Je weiter Sie drehen, desto stärker drückt sie, im Verhältnis zum Winkel; das ist das Hookesche Gesetz für eine Torsionsfeder.

Eine solche Unruh mit Feder ist ein Drehpendel. Seine Schwingungsdauer ist

T = 2π√(I/κ)

wobei I das Trägheitsmoment der Unruh ist und κ (Kappa) die Steifigkeit der Spirale, das Drehmoment pro Radiant Verdrehung. Weil das Rückstellmoment proportional zum Winkel ist, hängt die Schwingungsdauer nicht davon ab, wie weit die Unruh ausschlägt, zumindest im Idealfall. Diese Eigenschaft heißt Isochronismus, und sie ist der Grund, warum eine Uhr fast denselben Gang hält, ob die Unruh kurz nach dem Aufziehen weit oder am Ende des Tages etwas weniger weit schwingt.

In diesem Modell schwingt die Unruh bei voll aufgezogener Feder 300 Grad nach jeder Seite aus der Ruhelage (ein Modellwert). Das ist von einem Ende zum anderen mehr als anderthalb volle Umdrehungen, viermal in der Sekunde.

Die Zahlen, nachgerechnet

Uhrmacher zählen Halbschwingungen, also einzelne Schwingungen in eine Richtung. Ein Werk mit 28.800 Halbschwingungen pro Stunde (A/h, englisch vph) macht 28.800 ÷ 3600 = 8 Halbschwingungen pro Sekunde. Zwei Halbschwingungen ergeben eine volle Schwingung, die Frequenz beträgt also 4 Hz und die Schwingungsdauer 0,25 s.

Der Sekundenzeiger rückt einmal pro Halbschwingung vor, springt bei dieser Uhr also 8-mal pro Sekunde, 6° ÷ 8 = 0,75° pro Schritt. Bei 21.600 A/h sind es 6 Schritte zu 1°, bei 36.000 A/h 10 Schritte zu 0,6°. Bewegen Sie den Regler „Halbschwingungen pro Stunde“, dann zeigt die Anzeige die Änderung. Das Modell tauscht dabei das Übersetzungsverhältnis zwischen Sekundenrad und Ankertrieb, damit die Zeiger richtig gehen; ein echtes Werk ist nur für eine Frequenz gebaut.

Das Ankerrad gibt pro voller Schwingung einen Zahn frei: zwei Schritte zu einem halben Zahn. Bei 4 Hz sind das 4 Zähne pro Sekunde, und ein Rad mit 15 Zähnen dreht sich 4 × 60 ÷ 15 = 16-mal pro Minute. Das Sekundenrad dreht sich einmal pro Minute, die Übersetzung dazwischen muss also 16 zu 1 sein, das hier verwendete 96/6.

Für die Unruh selbst verwendet das Modell I = 1,0 × 10⁻⁹ kg·m² (10 mg·cm²), einen Modellwert im passenden Bereich für eine Unruh dieser Größe. Für 4 Hz muss die Steifigkeit der Spirale κ = I(2πf)² = 1,0 × 10⁻⁹ × (8π)² ≈ 6,32 × 10⁻⁷ N·m pro Radiant betragen. Setzt man das wieder in T = 2π√(I/κ) ein, ergibt sich 0,250 s. Bei einem Ring mit 4,6 mm Radius entspricht dieses Trägheitsmoment einem Reif von etwa 47 mg.

Die Formel zeigt auch, warum Uhren so empfindlich sind. Die Frequenz geht mit √(κ/I); eine um 1 % steifere Spirale erhöht die Frequenz also um etwa 0,5 %, und die Uhr geht etwa 431 Sekunden pro Tag vor. Eine Sekunde pro Tag ist ein Fehler von 11,6 Millionstel.

Über einen vollen Aufzug zählt das Räderwerk sehr viele Halbschwingungen. Eine Federhausumdrehung sind 8 × 60 × 16 = 7680 Umdrehungen des Ankerrads, also 7680 × 15 × 2 = 230.400 Halbschwingungen, genau 8 Stunden bei 28.800 A/h. Fünf Umdrehungen ergeben 1.152.000 Halbschwingungen, die Gangreserve von 40 Stunden. In einem Jahr schwingt die Unruh 252.288.000-mal.

Dieselben Zahlen wurden von Hand nachgerechnet und stimmen mit jeder hier genannten Zahl überein.

Warum man eine Armbanduhr schütteln kann und eine Pendeluhr nicht

Die Pendeluhr in diesem Museum hält die Zeit mit einer 99,4 cm langen Stange, die einmal pro Sekunde schwingt. Ihre Rückstellkraft ist die Schwerkraft, deshalb muss die Uhr ruhig und aufrecht stehen. Neigt man sie, wird der Takt ungleichmäßig; trägt man sie herum, kommt das Pendel aus dem Schwung.

Eine Unruh ersetzt die Schwerkraft durch das Drehmoment der Spirale. Die Feder drückt gleich stark zurück, wie auch immer die Uhr gehalten wird, und eine gut gemachte Unruh ist ausgewuchtet: Ihr Schwerpunkt liegt auf der Achse der Welle, sodass ein geradliniger Stoß auf den Zapfen drückt, statt das Rad zu drehen. Deshalb läuft eine Uhr am Handgelenk weiter, das schwingt, tippt oder kopfüber hängt.

Vollkommen ist das nicht. Eine winzige Unwucht oder der Reibungsunterschied zwischen einem Zapfen, der auf seiner Spitze steht, und einem, der auf der Seite liegt, ändert den Gang von Lage zu Lage. Uhrmacher regulieren ein gutes Werk in mehreren Lagen (Zifferblatt oben, Krone unten und so weiter), um diese Unterschiede klein zu halten. Harte Stöße fangen gefederte Fassungen um die Unruhsteine ab, die Stoßsicherung: Sie lassen die empfindliche Welle ausweichen und führen sie dann zurück.

Der andere Unterschied ist die Geschwindigkeit. Das Sekundenpendel macht eine Halbschwingung pro Sekunde, diese Unruh 8. Eine Störung gleicher Dauer beansprucht bei höherer Frequenz einen größeren Zyklusanteil, keinen kleineren. Ihre Wirkung hängt auch von Unruhphase, Impuls und gespeicherter Energie ab. Frequenz allein beschreibt keine Stoßfestigkeit.

Lagersteine und das Problem der Reibung

Jede Welle dreht sich in zwei Löchern, einem in der Platine und einem in einer Brücke, und die Stahlzapfen sind nur etwa 0.1 Millimeter dick. In weichen Messinglöchern würden sie sich innerhalb weniger Jahre oval einlaufen. Nicolas Fatio de Duillier und die Brüder Debaufre ließen sich 1704 in London ein Verfahren patentieren, Steine für Uhrlager zu durchbohren. Heute sind sie aus synthetischem Rubin: sehr hart, sehr glatt und in der Lage, einen Tropfen Öl an seinem Platz zu halten.

Das Werk der Ausstellung, das nur die Zeit anzeigt, ist mit 17 Steinen voll besteint. Die Unruh hat zwei Lochsteine, zwei Decksteine und den Hebelstein. Der Anker hat zwei Lochsteine und die zwei Paletten. Ankerrad, Sekundenrad, Kleinbodenrad und Minutenrad haben je zwei Lochsteine. Das Federhaus ist nicht in Steinen gelagert, weil es sich zu langsam dreht, als dass die Reibung viel ausmachen würde. Ein Automatikwerk hat zusätzliche Steine für seinen Aufzugsrotor.

Gangreserve und was geschieht, wenn die Feder abläuft

Eine gewickelte Feder drückt nicht gleichmäßig. Sie ist voll aufgezogen am stärksten und kurz vor dem Ende am schwächsten. Wenn das Drehmoment sinkt, wird der Antrieb bei jeder Halbschwingung kleiner, und die Unruh schwingt weniger weit. Im Modell beginnt die Amplitude bei etwa 300° nach jeder Seite und fällt in den letzten Stunden gegen 140°; das sind Modellwerte, aber der Verlauf ist der, den jede Uhr zeigt.

Ziehen Sie den Regler „Zugfeder aufgezogen“ nach unten und beobachten Sie die Anzeige. Unter ein paar Stunden fällt die Amplitude schnell. Sinkt sie unter den halben Hebungswinkel (den Winkel, den die Unruh braucht, um die Gabel zu betätigen, in diesem Modell 50°), kann der Hebelstein die Hemmung nicht mehr auslösen, und die Uhr bleibt stehen, obwohl in der Unruh noch reichlich Bewegung steckt. Die Gangreserveanzeige auf der Brücke, ein kleiner Zeiger über einer Skala von 0 bis 40 Stunden, zeigt dieselbe Zahl.

Weil eine echte Unruh nicht vollkommen isochron ist, verändert sich der Gang etwas, wenn die Amplitude sinkt. Das ist ein Grund, warum gute Uhren die Amplitude hoch halten, indem sie im flacheren mittleren Teil der Drehmomentkurve der Feder arbeiten, und warum es ihnen hilft, jeden Tag zur selben Zeit aufgezogen zu werden: So halten sie einen gleichmäßigen Gang.

Was das Modell vereinfacht

Das Modell ist größer als in Wirklichkeit gezeichnet, mit dickeren Teilen und breiteren Abständen, damit Sie die Bewegung sehen. Die Zähnezahlen der Räder bilden ein stimmiges Modellräderwerk, nicht das eines bestimmten Kalibers. Das Trägheitsmoment der Unruh, der Hebungswinkel und die Amplitudenkurve sind Modellwerte. Wenn Sie die Frequenz ändern, verhält sich das Modell so, als wäre ein anderes Ankertrieb eingebaut, damit die Zeiger weiter richtig gehen. Die Amplitude reagiert auch schneller auf den Aufzug als bei einer echten Unruh, damit Sie die Wirkung sehen, ohne stundenlang zu warten.

Auch die Tagesabweichung unter Temperatur, Lage, Magnetismus und Rücker ist ein Modell. Zwei Zahlen darin sind veröffentlicht: Eine einfache Stahlspirale verliert etwa 11 s pro Tag je 1 °C, und ISO 764 prüft die Magnetfestigkeit bei 4.800 A/m, etwa 6 mT. Die Größe der schweren Stelle an der Unruh, die Stärke des Magneten, die Reibung in senkrechten Lagen und die Werte für Legierung und Silizium sind Modellwerte, die Richtung und ungefähre Größe jedes Effekts zeigen sollen.

Wie die Hemmung der Taschenuhr entstand

Die ersten tragbaren Uhren wurden von einer Zugfeder angetrieben, aber von einer Unruh ohne Spirale reguliert, sodass ihr Gang davon abhing, wie stark die Feder drückte. Die Unruhspirale in der zweiten Hälfte des 17. Jahrhunderts änderte das. Christiaan Huygens stellte die Spiralfeder 1675 vor. Schon die ersten Uhren mit Spirale gingen weit genauer als alles zuvor.

Die Ankerhemmung erfand der englische Uhrmacher Thomas Mudge 1754, und die Uhr, die er 1770 für Königin Charlotte baute, scheint die erste zu sein, die sie verwendet. Weil die Unruh während des größten Teils jeder Halbschwingung frei von der Hemmung schwingt, wurde die Ankerhemmung zum Standard, und fast jede heute gebaute mechanische Uhr verwendet sie.

Die üblichen Frequenzen sind heute 21.600, 28.800 und 36.000 A/h.

Tagesschläge und fünf Sekunden Abweichung

Bei 28,800 vph entstehen täglich 28,800 × 24 = 691,200 Halbschwingungen beziehungsweise 345,600 vollständige Schwingungen. Die Uhrmachervibration ist ein halber Zyklus, Hertz zählt ganze Zyklen. Deshalb beschreiben 4 Hz und 8 Halbschwingungen pro Sekunde denselben Oszillator.

Angenommen, die Uhr geht in 86,400 Referenzsekunden um 5 Sekunden vor. Ihr relativer Gangfehler beträgt 5 ÷ 86,400 = 0.00005787, etwa 57.87 ppm. Das ist ein mittlerer Gangvergleich, keine Aussage über einen identischen Fehler jedes einzelnen Schlages. Bei konstantem Gang entstehen nach 7 Tagen 35 Sekunden Vorsprung. Zeigerstellen beseitigt die angesammelte Differenz, reguliert aber den Gang nicht: Der Vorsprung entsteht erneut. Regulieren verändert den Oszillator, Stellen verändert die Anzeige.

Das Räderwerk korrigiert keine schnelle Unruh. Es zählt Freigaben, ohne die Referenzsekunde zu kennen. Zwischen Minutenrad und Sekundenrad beträgt die Übersetzung (80 ÷ 10) × (75 ÷ 10) = 60. Eine Minutenradumdrehung pro Stunde ergibt 60 Sekundenradumdrehungen pro Stunde, also eine pro Minute. Die letzte Übersetzung 96 ÷ 6 = 16 liefert bei 4 Hz die nötige Ankerraddrehzahl. Mit falscher Übersetzung würden die Zeiger selbst bei perfektem Oszillator falsch laufen.

Die Gangreserve ist eine andere Messgröße. Die 5 nutzbaren Federhausumdrehungen mit jeweils 8 Stunden ergeben 40 Stunden; nach 24 Stunden bleiben 16. Energieverbrauch und Amplitude müssen deshalb weder gleichmäßig noch proportional zur Restzeit sein. Die Anzeige schätzt die Laufzeit aus dem Aufzug, die Unruh reagiert auf das gelieferte Drehmoment. Grand Seiko nennt ungefähr 72 Stunden für das 4-Hz-Werk 9S65 und 80 Stunden für das 5-Hz-Werk 9SA5. Die Frequenz allein bestimmt die Reserve nicht: Federkapazität und Wirkungsgrad zählen ebenfalls.

Temperatur, Lage und Chronometerprüfung

Die Spiralfeder ist ein elastischer Werkstoff, keine mathematische Konstante. Temperatur verändert ihre Steifigkeit und die Abmessungen der Unruh. Schmierstoffe und Hemmung beeinflussen das Ergebnis ebenfalls. Moderne Legierungen und Silizium verringern manche Empfindlichkeiten; guter Gang bei Raumtemperatur beweist jedoch keine Genauigkeit bei jeder Temperatur. Seiko nennt Temperatur, Magnetismus und Lage als Einflüsse auf mechanische Genauigkeit.

Die Lage verändert die Belastung der Unruhwellenlager. Zifferblatt oben, Zifferblatt unten und Krone unten können unterschiedliche Gänge ergeben. Die Feder kann sich senkrecht auch unsymmetrischer entfalten. Eine brauchbare Regulierung berücksichtigt mehrere Lagen, statt nur in einer bequemen Lage eine schnelle Uhr zu bremsen. Am Handgelenk verbindet sich der Lagenwechsel mit dem Aufzugsverlauf zum täglichen Gang.

Die traditionelle mechanische COSC-Zertifizierung verwendet ISO 3159. Das veröffentlichte Verfahren nennt 15 Tage in 5 Lagen bei 3 Temperaturen: 8°C, 23°C und 38°C. Die bekannte mittlere tägliche Ganggrenze beträgt −4 bis +6 Sekunden für die übliche größere Kategorie. Weitere Kriterien prüfen tägliche Schwankungen, Lagenunterschiede, Temperatureinfluss und Gangwiederaufnahme. Der Bereich garantiert nicht, dass jeder Tragetag an jedem Handgelenk darin liegt.

Davon unterscheidet sich die COSC-Excellence-Zertifizierung mit anderen Anforderungen an die fertige Uhr. Chronometer bedeutet auch nicht Chronograph: Ersteres bezeichnet geprüfte Zeitmessleistung, Letzteres eine Intervallmessfunktion. Grand Seiko veröffentlicht einen eigenen Standard mit 17 Tagen und 6 Lagen. Zu vergleichen sind Prüfbedingungen, nicht bloß die kleinste Werbezahl. Inzwischen zeigt die Ausstellung Temperatur, die sechs Prüflagen und einen Magneten mit Modellwerten, führt aber nicht das vollständige COSC-Verfahren durch.

Welche Fehler ein Tourbillon mittelt

Breguet erhielt das Tourbillonpatent am 26. Juni 1801. Ein drehender Käfig trägt Unruh und Hemmung. Der traditionelle 1-Minuten-Käfig durchläuft verschiedene senkrechte Orientierungen, obwohl die Taschenuhr stillsteht. So kann er einige Lagenfehler mitteln, ohne dass der Besitzer die Uhr drehen muss.

Nehmen wir vereinfacht gleich große Vor- und Nachgänge in gegenüberliegenden senkrechten Lagen an. Gleich lange Aufenthalte können den Mittelwert näher an 0 bringen. Reale Fehler müssen weder gleich groß sein noch sich genau aufheben. Der Käfig beseitigt keine Schwerkraft. Ein einachsiges Tourbillon führt auch nicht jede Handgelenklage in jede andere über. Das Ergebnis hängt von Regulierung und Fehlermuster des Werks ab.

Ein Tourbillon erhöht bewegte Masse und mechanische Arbeit. Temperaturempfindlichkeit, verschmutztes Öl und schlechte Regulierung bleiben bestehen. Sichtbare Rotation beweist keine Überlegenheit gegenüber einem gut regulierten konventionellen Werk. Das Science Museum dokumentiert ein 1808 für Georg III. gefertigtes 4-Minuten-Tourbillon: Nicht jeder Käfig benötigt 1 Minute. Hier bleibt die Unruhhalterung fest; eine versteckte Tourbillonsteuerung gibt es nicht.

Der Quarzwandel begann vor billigen Digitaluhren

Seiko brachte die Quartz Astron am 25. Dezember 1969 heraus. Sie besaß ein analoges Zifferblatt und einen batteriebetriebenen Quarzoszillator. Der Wandel war also nicht einfach der Wechsel von Zeigern zu Leuchtziffern. Seikos Technikgeschichte nennt 8,192 Hz und eine beworbene Genauigkeit von ±5 Sekunden monatlich. Später wurden 32,768 Hz üblich. Diese spätere Frequenz der ersten Astron zuzuschreiben würde ihre historische Spezifikation verändern.

Quarz verändert Regler und Zählweise. Elektronik teilt das schnelle Signal herunter; ein Schrittmotor kann die Zeiger in viel längeren Abständen bewegen als die Kristallschwingungen. Ein Sekundenschritt bedeutet nicht eine Kristallschwingung pro Sekunde. Umgekehrt beweist ein gleichmäßig laufender Zeiger keine Spiralfeder im Gehäuse. Die Zeigerbewegung ist eine gewählte Ausgabe, kein unmittelbarer Blick auf den Oszillator.

Das Modell von 1969 war ein teures frühes Produkt, kein sofortiger Beweis für die Überflüssigkeit sämtlicher mechanischer Fabriken. Seiko beschreibt weitere Arbeiten an Zuverlässigkeit und Serienfertigung. Die spätere Quarzverbreitung veränderte die Wirtschaftlichkeit genauer Zeitmessung, aus Schweizer Sicht oft Quarzkrise genannt. Analoge Quarzuhren brauchen weiterhin Räder zwischen Motor und Zeigern; entbehrlich wurde bei ihnen der federgetriebene Regler aus Unruh und Hemmung.

Versuche am dargestellten Uhrwerk

Beginnen Sie in der 3D-Ansicht. Ziehen Sie an der Krone: Der Federhausdeckel wird durchsichtig, die Zugfeder legt sich enger um den Kern, und der Zeiger der Gangreserve steigt Richtung 40 Stunden. Halten Sie die Unruh gedrückt: Der Sekundenzeiger bleibt mit ihr stehen, und die Anzeige Tagesabweichung friert ein. Schnippen Sie beim Loslassen, dann läuft sie mit dem Ausschlag Ihres Schwungs wieder an und pendelt sich auf die Amplitude ein, die die Zugfeder halten kann.

Ändern Sie dann jeweils eine Bedingung und lesen Sie die Anzeige Tagesabweichung, die neben einer genauen Uhr alle 20 Sekunden einen Tag durchläuft. Stellen Sie die Temperatur bei einer Spirale aus Stahl auf 38 °C, und der Unterschied wächst um Minuten pro Tag; mit Elinvar-Typ oder Silizium bleibt er fast stehen. Wählen Sie unter Lage Krone unten, und die Uhr steht auf: Lassen Sie die Zugfeder ablaufen, dann schrumpft der Fehler durch die schwere Stelle nahe 220° Amplitude auf null und wechselt danach das Vorzeichen. Ziehen Sie den roten Magneten an das Gehäuse, und die Windungen einer Stahlspirale ziehen sich zusammen; nach dem Wegnehmen geht die Uhr weiter vor, bis Sie Entmagnetisieren drücken. Der Rücker verstellt den Zeiger auf dem Unruhkloben um bis zu 60 s pro Tag in jede Richtung.

Mit Zerlegen heben Sie die Teile von Hand heraus, in der Reihenfolge eines Uhrmachers: die Brücken vor der Unruh, die Unruh vor dem Anker. Ist die Feder noch aufgezogen, wenn der Anker herauskommt, rast das Räderwerk. Die Aufgaben unter den Reglern fassen diese Versuche zusammen, und die Werkliste vergleicht diesen Schwinger mit Harrisons H4, Quarz und der Cäsiumuhr. Die Zahlen auf der Bühne bleiben Modellwerte; sie sagen nicht, wie eine bestimmte Uhr gehen wird.