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Was ist die Hemmung einer Uhr?


Damit Uhren ihren gleichmäßigen Gang behalten, ist eine Kontrollstation nötig. Diese reguliert die Energie des Räderwerkes, die durch das Aufziehen der Feder generiert wird, und gibt sie gleichmäßig weiter. Für diese Funktion ist die Hemmung in einer Uhr zuständig, die das Räderwerk periodisch zum Stillstand bringt und wieder freigibt. Ob erfahrener Uhrenenthusiast oder begeisterter Uhrenneuling – die meisten haben vermutlich noch nie eine Hemmung gesehen. Der hypnotische Klang eines perfekt funktionierenden Uhrwerks, für den die Hemmung sorgt, ist jedoch sicherlich vielen vertraut. Dieser entsteht durch das Zusammenspiel des Hemmungsrades und eines Hemmungsstücks mit der Unruh.



Die 7 Phasen des Hemmungsvorgangs


Als weltweit bekannteste Hemmung gilt die Schweizer Ankerhemmung, auch Kolbenzahnhemmung genannt, weshalb der allgemeine Ablauf eines Hemmungsvorgangs nachfolgend schrittweise anhand dieser Hemmung erklärt werden soll.

  • Phase 1: Der Ablauf wird ausgelöst, wenn der Hebelstein der Unruh auf das Gabelende des Ankers trifft.

  • Phase 2: Während der Hebelstein auf das Gabelende trifft, wird der Ankerarm nach hinten gezogen und durch den Zahn angehoben.

  • Phase 3: Der Rückstoß endet, wenn der Zahn des Ankerrades aus dem Ankerarm fällt und auf dessen Anschlagfläche auftrifft. Dieser Aufschlag läutet die Impuls-Phase ein.

  • Phase 4: In der Impuls-Phase löst sich der Zahn von der Anschlagfläche des Ankerarms und das Ankerrad schwingt frei.

  • Phase 5: Während des Lösungsprozesses des Zahns trifft der Hebelstein erneut auf das Gabelende.

  • Phase 6: Dieser Aufschlag löst den gegenüberliegenden Ankerarm aus, der in einen Zahn des Ankerrads greift und damit die Impuls-Phase beendet. Gleichzeitig trifft das Gabelende auf einen der Begrenzungsstifte auf der Seite.

  • Phase 7: Die Unruhwelle mit dem Hebelstein schwingt zurück und die Bewegung beginnt von vorne.


Rolex Uhrwerk mit rot eingekreister Hemmung



Hemmungsarten in Uhren


Ein so simpler Aufbau lässt natürlich viel Spielraum für Variationen und Innovationen, weswegen heute über 250 verschiedene Hemmungstypen bekannt sind. Aus Gründen der Übersicht lassen sich diese in drei Untergruppen einteilen: die rückführende, die ruhende und die freie Hemmung.


Rückführende Hemmung: Die Spindelhemmung

Die ersten Hemmungssysteme in Uhren waren rückführende Hemmungen. Bei einer rückführenden Hemmung wird die Unruh mit einem Impuls angetrieben und in einer ersten Phase angehalten, während in der zweiten Phase die Schwungrichtung umgekehrt wird. Das Hemmungsrad wird hier also immer um ein kleines Stück rückwärts gedreht.

Die bekannteste Form dieser Hemmung ist die Spindelhemmung, welche von 1480 bis 1720 der Standard bei mechanischen Uhren war und bei Taschenuhren sogar bis ins 19. Jahrhundert verwendet wurde. Anfangs wurden Spindelhemmungen noch mit einer Balkenwaag, auch nur Waag oder Foliot genannt, verwendet, bevor man zum Pendel als Schwinger wechselte. Später setzte sich die Unruh mit Spiralfeder durch, wodurch Uhren endgültig mobil wurden und am Arm getragen werden konnten – ein entscheidender Schritt in der Geschichte der Armbanduhr.

Das Problem der rückführenden Hemmung liegt in der begrenzten Schwingungsweite der Unruh. Je weiter eine Unruh schwingen kann (vorzugsweise 220° und darüber), desto präziser arbeitet sie. Bei einer Spindelhemmung sind jedoch maximal 100° möglich, was zu einer Einschränkung der Ganggenauigkeit dieser Uhren führte. Gleichzeitig benötigen Pendeluhren mit weniger als 5° nur eine sehr geringe Schwingungsweite, weswegen die weiten Ausschläge der Spindelhemmung hier zu hohen Gangfehlern führten.


Ruhende Hemmung: Graham- und Zylinderhemmung

Anders als bei der rückführenden Hemmung findet bei der ruhenden Hemmung keine Umkehrung der Schwungrichtung statt. Die ruhende Hemmung wird stattdessen vom Gangregler periodisch angehalten. Das Hemmungsrad steht also fast konstant im Kontakt mit dem Schwingsystem und wird nur zum Weiterdrehen freigegeben. In Fachkreisen bezeichnet man diese Hemmung daher auch als „ruhereibende“ Hemmung. Durch die konstante Berührung von Hemmungsrad und Schwingsystem entsteht bei Ruhe des Hemmungsrades eine Reibkraft an den Kontaktpunkten.

Die rückwirkende Energieübertragung auf den Gangregler wird bei einer ruhenden Hemmung durch das sogenannte Hebungsprinzip realisiert. Nach dem Kontakt zwischen Zahn und Ruhefläche gleitet der Zahn über die schräge Fläche des Ankerarms und hebt diese an, wodurch an dem Gangregler ein Antriebsimpuls weitergegeben wird.

Die bekannteste ruhende Hemmung ist die von George Graham entwickelte Grahamhemmung. Sie ist so einflussreich, dass sich die meisten Pendeluhren bis heute direkt auf das Prinzip von Graham beziehen. Für tragbare Uhren mit Unruh verbesserte Graham später die von Thomas Tompion erfundene Zylinderhemmung, welche schon bald die Spindelhemmung ablösen sollte.


Freie Hemmung: Glashütter und Schweizer Ankerhemmung

Bei der freien Hemmung ist zwischen Hemmungsrad und Gangregler ein weiteres Verbindungsstück zwischengeschaltet. Dieses Stück wird als Anker bezeichnet. Im Gegensatz zur ruhenden Hemmung ist es in der Ruhephase nicht in konstanter Berührung mit dem Gangregler und die Ruhreibung entfällt, wodurch der Gangregler freier schwingt.

Die erste freie Hemmung war die 1757 von Thomas Mudge entwickelte Spitzzahnhemmung. Der nächste Schritt bedurfte feinster deutscher Uhrmacherkunst: Adolf Lange entwickelte in Glashütte die Glashütter Ankerhemmung. Diese beiden Hemmungen besaßen bereits dieselbe Funktionsweise wie die Schweizer Ankerhemmung, die sich Anfang des 20. Jahrhunderts aus der Glashütter Ankerhemmung entwickelte, und diese verfeinerte. Als sie zu einem festen Bestandteil der Schweizer Uhren wurde, setzte sich der Name Schweizer Ankerhemmung durch.


Omega 321 Kaliber mit Hemmung



Innovationen von Omega und Girard-Perregaux


Die Schweizer Ankerhemmung ist noch immer die führende und gebräuchlichste Hemmung. Dies bedeutet jedoch nicht, dass man sich nicht auch daran versuchte, noch bessere Möglichkeiten zur Hemmung zu entwickeln.

So erfand George Daniels im Jahr 1970 die Co-Axial-Hemmung, die er 1980 patentieren ließ. Seit 1999 wird sie serienmäßig in allen Omega Uhren verbaut und löste dort die Schweizer Ankerhemmung ab. Im Gegensatz zu dieser kommt die Co-Axial-Hemmung ohne Hebephase aus, was sich positiv auf die Ganggenauigkeit der Uhr ausübt. Im Laufe der Zeit verändern sich bei der Schweizer Ankerhemmung die Reibeverhältnisse zwischen Zahn und Reibefläche des Ankerarms, was zu Abweichungen in der Ganggenauigkeit führen kann.

Auch Girard-Perregaux meldete ein Patent für eine neu entwickelte Hemmung an. Von Nicolas Déhon entwickelt, garantiert die Konstantimpuls-Hemmung, dass die Impulse, die an das Schwingsystem weitergeleitet werden, eine gleichmäßige Größe aufweisen. Dies resultiert in einer konstanten Schwingungsweite der Unruh und einer sehr hohen Ganggenauigkeit der Uhr.