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Manche Themen sind so speziell, dass Sie selbst in der Uhrenbranche nur sehr selten Erwähnung finden. Doch nun soll eines dieser Themen ins Rampenlicht treten: Resonanzuhren. Das Prinzip der Resonanz ist fundamental für Uhren und bildet die Grundlage für das gleichmäßige Arbeiten einer Uhr. Doch Resonanzuhren selbst sind bis heute eine Rarität.



Vorgeschichte der Resonanzuhren


Das Phänomen der Resonanz und die Pendeluhren

Resonanzuhren sind ein relativ neuer Trend in der Haute Horlogerie. Das Prinzip geht aber bereits bis zu den Pendeluhren zurück. Im 17. Jahrhundert bemerkte Christiaan Huygens, ein niederländischer Naturwissenschaftler und Erfinder der Pendeluhr, dass zwei Pendel – unabhängig von der Ausgangslage – innerhalb einer halben Stunde immer in die exakt gegensätzliche Richtung schwingen. Huygens besaß damals allerdings noch nicht die mathematischen Möglichkeiten, dieses Ergebnis festzuhalten oder das Phänomen der Resonanz genauer zu studieren.

Erst im 19. Jahrhundert begann einer der einflussreichsten Uhrmacher aller Zeiten, Abraham-Louis Breguet, die Resonanz systematisch zu nutzen. Indem die Pendel immer in die entgegengesetzte Richtung schlugen, korrigierte das eine Pendel die Ungenauigkeiten des anderen und erhöhte so die Genauigkeit der Uhr. Schlagen die beiden Pendel in gegensätzliche Richtungen, spricht man von einer gegenphasigen Bewegung. Im 18. Jahrhundert experimentierte Antide Janvier, ein französischer Uhrmacher, der besonders durch seine Komplikationen berühmt wurde, jedoch bereits mit gleichphasig schlagenden Pendeln. Er fertigte zwei unterschiedliche Werke mit zwei Unruhen und befestigte diese an derselben Vorrichtung. Wie er richtig vermutet hatte, fingen die Pendel den gegenseitigen Energieverlust auf und schwangen auf derselben Frequenz.


Erfinder der Pendeluhr Christiaan HuygensCHRISTIAAN HUYGENS



Wie funktionieren Resonanzuhren?


Das Verstehen von Resonanzuhren setzt eine gewisse Affinität zur Physik voraus. Dies ist mitunter ein Grund dafür, warum sie auch heute nur punktuell hergestellt werden. Wenn wir von Resonanz sprechen, sprechen wir physikalisch gesehen vor allem von dem Energietransfer von Vibrationen. Grafisch werden diese meist in Wellen dargestellt – mit Ausschlag, Zentrum und Tal. Bei den Ausschlägen ist das Energiepotenzial am größten. Nach einem Ausschlag hört es auf zu wachsen und fällt wieder in das Zentrum zurück, wo die Welle zu oszillieren beginnt. Dort entstehen die für die Resonanz wichtigen Vibrationen. Wellen unterscheiden sich dabei in ihrer Amplitude und Phase. Treffen zwei Wellen aufeinander, reagieren Sie immer in einer dieser vier Arten: konstruktive Interferenz, destruktive Interferenz, lineare Superposition und Reflexion. Für die Resonanz sind allerdings nur die konstruktive Interferenz und Reflexion von Bedeutung und sollen nachfolgend genauer beleuchtet werden.


Konstruktive Interferenz oder das „Schaukelprinzip“

Von konstruktiver Interferenz spricht man, wenn Wellen dieselbe Wellenlänge und Frequenz haben. Die Wellenlänge beschreibt dabei die aktuelle Länge der Welle und als Frequenz bezeichnet man die Länge einer Welle in Relation zur Zeit. Bei der konstruktiven Interferenz erhöht sich die Energie der Welle, was ein Wachstum der Ausschläge und Täler zur Folge hat.

In der Praxis können Sie dies beim Anschieben einer Schaukel beobachten. Wenn eine Schaukel bewegt wird, verringert sich der Ausschlag zunehmend, bis die Schaukel schließlich wieder stehen bleibt. Wird die Schaukel allerdings regelmäßig angestoßen, kann der Ausschlag gleich gehalten oder sogar erhöht werden. So wird konstruktive Interferenz auf die Schaukel ausgeübt.

In diesem Sinne bildet Resonanz die Basis für jede mechanische Uhr, denn dieses Prinzip sorgt dafür, dass Unruh und Spiralfeder auf derselben Frequenz oszillieren. Die Unruh bekommt einen zeitlich bestimmten, regelmäßigen Impuls, der ihren Ausschlag und die Resonanzfrequenz der Uhr erhöht. Die Resonanzfrequenz beschreibt die natürliche Frequenz, auf der ein Objekt am natürlichsten vibriert. Bei Uhren liegt diese meist zwischen 2,5 und 5 Hz.


Die Magie der Reflexionseffekte

Anhand der konstruktiven Interferenz lässt sich die grundlegende Resonanz einer Uhr beschreiben. Es erklärt jedoch noch nicht, warum zwei Pendel gleich- oder gegenphasig schwingen und infolgedessen die Genauigkeit der Uhr erhöhen. An dieser Stelle kommt die Reflexion ins Spiel.

Die meisten modernen Resonanzuhren arbeiten mit zwei Werken, die ihre eigene Unruh und Spiralfeder haben. Wie zuvor bereits erläutert, hat jedes dieser Werke seine eigene Resonanz. Es bleibt zu ergänzen, wie Resonanz andere resonante Systeme über Reflexion beeinflusst.

Um dieses Prinzip zu vereinfachen, kann man sich ein gestrecktes, an einen Pfosten geschnürtes Seil vorstellen, das ein einziges Mal zum Schwingen gebracht wird. Das Seil bildet einen Wellenberg, der bis zum Ende des Seils gleitet. Dort verebbt dieser jedoch nicht sofort. Nachdem das Ende des Seils erreicht ist und das Seil gegen den Pfosten prallt, bildet sich durch den Rückstoß ein kurzes Wellental, das in die anfängliche Richtung zurück treibt, bevor es verflacht und das Seil zur Ruhe kommt. Dieser Rückschlag ist ein Beispiel für die Reflexion einer einzelnen Welle an einem festen Ende.

Natürlich gibt es auch noch die Reflexion an einem losen Ende. Stellen Sie sich hierfür vor, dass ein Seil von zwei Personen an je einem Ende gehalten wird. Nun beginnen beide Seiten das Seil zu schwingen. Die Reflexion findet am Ende des Seils statt. Bleiben beide Personen einfach stehen, wird keiner durch den Schwung der Welle aus dem Gleichgewicht gebracht. Im Gegenteil: Eine der Personen absorbiert etwas Energie von der Welle, bevor diese an den Partner reflektiert wird.

Moderne Resonanzuhren arbeiten nach dem gleichen Prinzip. Jedes Mal, wenn die Unruh ihren höchsten Anschlag erreicht, gibt diese einen kleinen Teil von der Energie als eine wellenförmige Vibration an die andere Unruh ab. Die Welle erreicht die andere Unruh und wird reflektiert. Dabei absorbiert die Unruh allerdings etwas Energie, was die die Oszillation der Unruh langsam verändert.



Die Top 3 der Resonanzuhren


Da nicht mehr als drei Modelle in den letzten Jahrzehnten designt wurden, sollen an dieser Stelle auch nur diese drei vorgestellt werden. Resonanzuhren werden nicht einfach so nebenbei entworfen, sondern erfordern Jahre an Vorbereitung und Recherche. Darin liegt wohl aber auch die Faszination bei dieser Art von Uhren. Im Gegensatz zu anderen Uhrentypen, wie dem Tourbillon, gibt es bei Resonanzuhren kaum Vorreiter oder etablierte Methoden. Bei allen dieser drei Modelle stand man vor derselben Fragestellung, wie genau man die Uhr am besten zum Klingen bringen konnte – aber für jede Uhr wurde eine anderer Lösungsansatz entwickelt.


F.P. Journe Chronomètre à Résonance

Die erste Resonanzuhr fürs Handgelenk

Bereits 1983 versuchte sich François-Paul Journe an einer Resonanzuhr im Taschenformat. Der Erstversuch missglückte, sein Ehrgeiz war jedoch geweckt. Es sollte ca. 15 Jahre Recherche und Entwicklung brauchen, bis er 2000 sein Chronomètre à Résonance lancieren konnte: die erste Resonanzuhr für das Handgelenk.


F.P. Journe Chronomètre à Résonance Calibre 1499.3 Resonanzuhr mit schwarzem HintergrundPhoto: F.P. Journe 


Seitdem hat das Modell schon eine beachtliche Geschichte hinter sich. Von 2000 bis 2004 wurde das Werk noch aus Messing gefertigt, bevor man zu Roségold wechselte. 2008 wurde das symmetrische Zifferblatt eingestellt und die exklusive Black Label Edition lanciert. Dieses Modell ist nur exklusiv in den neun weltweiten Boutiquen erhältlich. Nur wer bereits eine F.P. Journe besitzt, kann eine Black Label bestellen. Jede Boutique darf dabei jedoch nicht mehr als zwei Black Label Uhren pro Jahr herstellen. 2019 wird mit einer limitierten Sonderedition das 20-jährige Jubiläum der Uhr gefeiert. Danach ist geplant, die Serie einzustellen, was die Wertstabilität des Modells garantiert.

Technisch löste Journe die Resonanzfrage, indem er zwei Unruhen sehr nah nebeneinander auf dieselbe Hauptplatine baute. Das Kaliber 1499 verfügt dabei über getrennte Räderwerke. Da die Vibration aber durch die gesamte Platine wandern muss, ist der Energietransfer so gering, dass der Resonanzeffekt sehr minimal ausfällt. Es dauert deswegen zehn Minuten, bis die Unruhen gleichphasig schlagen. Auch müssen die Werke täglich bis auf fünf Sekunden aufeinander eingestellt werden, damit die Unruhen optimal oszillieren.


Haldimann H2 Flying Resonance

Eine federleichte Lösung

2005 beschäftige sich auch Beat Haldimann mit der Resonanzuhr, wählte aber einen vollkommen neuen Ansatz für die 2012 veröffentlichte H2 Flying Resonance. Er erkannte, dass die Energie bei Journes Ansatz zu lange brauchte, um durch das Metall der Hauptplatine zu wandern und entschloss sich daher, die Unruhen in einem Tourbillon über das Zifferblatt fliegen zu lassen. Dies bedeutete allerdings auch, dass er nicht auf den Reflexionseffekt zurückgreifen konnte. Seine Lösung war eine Feder, die die beiden Unruhen verband, wodurch sie ein Uhrwerk gemeinsam antreiben. In der Praxis führt dies zu einem sehr direkten Energieaustausch. Die Schlagfrequenz wird hier angepasst, indem sich die Länge der Feder durch das Push-and-Pull der Unruhen leicht verändert.


Haldimann H2 Flying Resonance Resonanzuhr mit grauem HintergrundPhoto: Haldimann 


Armin Strom Mirrored Force Resonance

Verbesserte Präzision und Ganggenauigkeit

2016 versuchte sich Armin Strom an einer Symbiose der Ansätze von F. P. Journe und Beat Haldimann. Die Mirrored Force Resonance besitzt zwar ebenso wie die F. P. Journe zwei Räderwerke, aber lässt diese in die entgegengesetzte Richtung laufen. Auch sind sie wie bei Haldimann mit einer Feder verbunden, die Armin Strom exklusiv selbst entwickelte. Deren Form ist so komplex, dass Claude Geisler, der technische Leiter von Armin Strom, zwei Jahre brauchte, um diese zu designen. Sie ist länger und kräftiger als die Feder von Haldimann und am Ende starr montiert.

Diese Kupplungsfeder ist so aufgebaut, dass sie zwei schwebende Spiralklötzchenträger besitzt, die etwa ein Drittel von dem jeweiligen Ende der Feder entfernt sind. Spiralklötzchen sind die äußeren Haltungen der Spiralfedern, die an diese Träger montiert sind. Über die Kupplungsfeder tauschen die Spiralfedern der Unruhen Vibrationen aus, bis diese um 180° gegenphasig schwingen. Dieser Aufbau garantiert, dass die Kupplungsfeder sich selbst zum Oszillieren bringt und die Unruhen dabei noch schneller und präziser ausgleicht. Im Gegensatz zu den beiden anderen Modellen, müssen die beiden Werke deshalb auch nicht täglich bis auf fünf Sekunden gleichgestellt werden, um zu oszillieren.


Armin Strom Mirrored Force Resonance Resonanzuhr mit schwarzem HintergrundPhoto: Armin Strom



Die Zukunft der Resonanzuhren


Dass die Resonanzuhr jemals über ihren Exotenstatus hinauswachsen wird, ist eher unwahrscheinlich. Zu lange dauert das Design dieser Modelle und zu schwierig ist es, die Thematik der Resonanz Uhrenträgern näher zu bringen. Es wird vermutlich für immer ein Thema für Enthusiasten bleiben, die die Technik und Planung wertschätzen, die in solchen Modellen steckt, und auch dazu bereit sind, die Uhren entsprechend zu warten und täglich neu aufzuziehen.