Die Schweizer Ankerhemmung – Teil 1: Für alle
Teil 2 · Werkstatt erscheint nächste Woche, am 04.11.2026.
Die Hemmung ist eine der kleinsten Baugruppen im Uhrwerk und entscheidend dafür, ob die Uhr läuft, wie gleichmäßig sie geht und wie viel Energie an der Unruh ankommt. Bei 18.000 Halbschwingungen je Stunde fällt 432.000-mal am Tag ein Zahn des Ankerrads auf eine der beiden Paletten, also der kleinen Rubinsteine am Anker; bei 28.800 sind es 691.200-mal, im Jahr rund 158 bzw. 252 Millionen Mal.
Über diesen Lauf entscheiden Hundertstelmillimeter an zwei Rubinpaletten. Doch wie sind die Zusammenhänge und was muss ein Uhrmacher wissen, damit er Fehler schnell erkennt und nicht wahllos herumprobieren muss? In diesem Beitrag starten wir mit den Grundsätzen und gehen Schritt für Schritt die Funktion, die Bauteile, die Zusammenhänge, die Fehler und die Einstellmöglichkeiten durch.
Lernaufgabe: Das gezeigte Modell hatte, so wie es aus der Konstruktion kam, am Eingang 1,22°, am Ausgang aber nur 0,34° verlorenen Weg, also die kleine Wegstrecke, die der Anker nach dem Fall eines Zahns noch bis zu seinem Anschlag auf der Ruhefläche der Palette entlanggleitet. Welche Palette muss man ändern, in welche Richtung, um wie viel, und was muss danach noch geprüft werden? Die Antwort folgt in Teil 2, die genaue Lösung steht unter Die Lernaufgabe gelöst.
Der Beitrag hat vier Teile, die nach Tiefe geordnet sind; jedes Thema hat einen Hauptort mit Sprungmarke, auf den die anderen Stellen verweisen.
| Wer | Leseweg |
|---|---|
| Alle, die wissen wollen, wie eine Uhr tickt | Teil 1 und die Geschichte, zusammen rund 25 Minuten |
| Uhrmacher am Werktisch | Teil 2, direkt: Vom Befund zum Verdacht, Prüfen am Werktisch, Hemmungsfehler |
| Meisterschüler | Teil 2 und Teil 3 mit den Fragen am Ende jedes Teils und der Lernaufgabe |
| Konstrukteure | Teil 4, die Grundlagen über die Sprungmarken |
Inhalt
- Teil 1 · Für alle: So funktioniert die Schweizer Ankerhemmung
- Teil 2 · Werkstatt: Die Hemmung genau benennen · Erst messen: die Hemmung an der Zeitwaage · Prüfen am Werktisch · Paletten schieben und Begrenzung verstellen · Hemmungsfehler: vom Symptom zur Ursache · Schmieren und Endkontrolle
- Teil 3 · Meister: Genauer hingesehen: Begriffe, Winkel, Zug, Sicherheiten · Palettenschieben in Zahlen · Zeitwaage und Hebungswinkel in Formeln · Hemmung und Gang · Herkunft und Verwandte
- Teil 4 · Konstrukteure: Konstruktion der Schweizer Ankerhemmung · Energie und Wirkungsgrad
- Anhang: Nachschlagen, Begriffe, Fragen, Quellen
Das Modell: Alle Bilder und Animationen stammen aus einem 3D-Modell: Ankerrad mit 15 Zähnen, 18.000 Halbschwingungen je Stunde, eingestellt nach der Werkstattregel aus Teil 2. Die Abläufe sind aus den sichtbaren Berührungen ermittelt und laufen als Zeitlupe ohne Massenträgheit, also ohne die Wucht der bewegten Teile: In Hochgeschwindigkeitsaufnahmen von echten Hemmungsabläufen sieht man Abprall und dynamische Phänomene, die in der idealisierten Animation nicht erkennbar sind. Die Modellwerte sind aufgeführt am Anfang von Teil 2 und im Anhang. Das ganze Modell drehen
Teil 1 · Für alle
So funktioniert die Schweizer Ankerhemmung
Im ersten Teil starten wir bei null und zeigen die Bewegungen, Komponenten und erste Fachbegriffe. Wo kommt die Energie her, damit die Uhr immer weiter tickt, und wie wird diese Energie weitergegeben? Woher kommt das Ticken der Uhr? Wie genau muss alles passen, damit die Hemmung funktionieren kann, und wie viel Energie kommt schließlich an der Unruh an?
Teil 2 nimmt dieselben Dinge mit den genauen Namen, Zahlen und Handgriffen der Werkstatt wieder auf.
Wozu eine Uhr eine Hemmung braucht
In einer mechanischen Uhr arbeiten zwei Baugruppen, die einander brauchen. Die Zugfeder, also die aufgewickelte Stahlfeder im Federhaus, liefert die Kraft. Über das Räderwerk, also die Kette von Zahnrädern, an der auch die Zeiger hängen, gelangt diese Kraft bis zum letzten Rad, dem Ankerrad, oder auch Hemmrad/Hemmungsrad genannt. Die Unruh mit ihrer Spirale, also ein kleines Schwungrad mit einer haarfeinen Spiralfeder*, schwingt dagegen in einem festen Takt hin und her. Zwischen beiden sitzt die Hemmung.
*Jeder Uhrmacher kennt es: Leider kommen immer wieder mal Kunden in die Werkstatt, die dieses vermeintliche „Haar“ aus dem Uhrwerk herausziehen wollten, weil sie dort den Fehler vermuteten. Der Schaden ist dann meist immens.
Die Zugfeder liefert in der Uhr die Antriebsenergie, die Unruh sorgt für den gleichmäßigen Takt, der den Tag in gleichmäßige Stücke aufteilt. Dazwischen liegt die Hemmung. Nimmt man diese Baugruppe heraus, läuft das Räderwerk schnell und ungebremst ab: Die Zeiger rasen, und die Energie, die für einen Tag und mehr reichen soll, ist nach einer Minute verbraucht. Nimmt man dagegen den Antrieb weg, schwingt die Unruh von Mal zu Mal kleiner, weil jede Schwingung etwas Energie durch Reibung verliert, und bleibt schnell stehen. Den ersten Versuch machen Uhrmacher in der Werkstatt übrigens absichtlich: Läuft das Räderwerk ohne Anker leicht ab und pendelt das Ankerrad am Ende kurz zurück, ist es frei (Funktionsproben). (Dies wird natürlich ohne montierte Zeiger und nur mit leicht aufgezogener Zugfeder getestet.)
Die Hemmung verbindet beide und erledigt dabei zwei Aufgaben. Sie sperrt das Räderwerk und gibt es nur im Takt der Unruh frei, Zahn für Zahn. Und sie gibt der Unruh bei jeder Halbschwingung einen kleinen Schub, der die Energie ersetzt, die die Unruh ständig durch Reibung und Stöße verliert.
Für den Schub passt das Bild, wenn man ein Kind auf der Schaukel anschubst. Genauso schubst der Anker die Unruh in der Mittellage an. Die Schaukel schwingt frei, kehrt um und kommt zurück. Den Takt bestimmt die Schaukel durch ihre Länge; die Hand ersetzt nur die Energie, die durch Reibung an der Luft verloren geht. Bei der Unruh kommt dieser Stoß rund um die Ruhelage, wo sie am schnellsten ist. Der Unterschied zur Schaukel ist jedoch, dass der Anker die Unruh bei der Vor- und bei der Rückwärtsbewegung anschubst.
Für das Räderwerk passt das Bild eines Drehkreuzes am Eingang eines Schwimmbads, das bei jedem Schritt genau eine Person hindurchlässt. Das Ankerrad darf je Halbschwingung der Unruh um eine halbe Zahnteilung weiter, also um den halben Abstand von einem Zahn zum nächsten. Nach zwei Halbschwingungen ist es genau einen Zahn weiter, und mit jedem Tick bewegen sich die Zeiger ein winziges Stück weiter.
Doch die Unruh wird in dieser Vorstellung nicht nur geschubst, sondern kurz bevor sie den Schub abbekommt, schaltet sie den Mechanismus selbst erst frei, der sie anschubst. Sie gibt die Zahnräder frei, die sich ein winziges Stück bewegen, und diese liefern unmittelbar danach den Schubser, der über die Zähne des Hemmrads an die großen roten Rubine (Paletten) abgegeben und von diesen Paletten über den drehbaren Anker und den kleinen Rubin-Hebelstein wieder zurück in die Unruh gegeben wird – eine geniale Erfindung –, denn solange Antriebskraft am Hemmrad anliegt, läuft die Uhr immer weiter!
Merksatz: Die Hemmung zählt und schubst. Sie lässt das Räderwerk nur im Takt der Unruh weiter und gibt der Unruh bei jeder Halbschwingung die verlorene Energie zurück.
Schwingung und Amplitude: Zählung nach Uhrmacher-Art
Für die Bewegung der Unruh brauchen wir drei neue Wörter. Der tote Punkt ist die Ruhelage, also die Stellung, in der die Spirale entspannt ist und der kleine Rubinstein genau in Richtung Hemmrad zeigt. Eine Halbschwingung führt von einem Umkehrpunkt durch den toten Punkt zum anderen Umkehrpunkt (Theorie der Uhrmacherei, WOSTEP Feinregulierung). Das ist ein Tick. Eine Schwingung ist der Weg hin und zurück, also Tick und Tack. In der Werkstatt spricht der Uhrmacher oft von Halbschwingung, denn gezählt werden traditionell die Halbschwingungen je Stunde, kurz A/h, nach dem französischen Wort alternance für die Halbschwingung. Die Halbschwingung hat sich in der Uhrmacherei eingebürgert, weil man nur die Ticks der Uhr zählen muss und damit schon die Halbschwingungen zählt.
18.000 A/h sind 5 Halbschwingungen je Sekunde, also 2,5 volle Schwingungen oder 2,5 Hertz (Hz). 28.800 A/h sind 8 Halbschwingungen je Sekunde, also 4 Hz.
Die Amplitude ist der größte Ausschlag der Unruh, in der Uhrmacherei bezieht man diese auf eine Seite, vom toten Punkt bis zum Umkehrpunkt. Wenn ein Uhrmacher bei einer Uhr von 180° Amplitude spricht, heißt das: Ein Punkt am Unruhreif schwingt 180° nach rechts und 180° nach links. Je Halbschwingung legt er damit 360° zurück, je Schwingung 720°. Bei 270° Amplitude sind es 540° je Halbschwingung. Weger hat die Amplitude schon 1967 in der Neuen Uhrmacher-Zeitung so gezeichnet, als Bogen von der Mittellinie bis zum Umkehrpunkt.
Eine heutige Armbanduhr schwingt liegend und voll aufgezogen meist mit 260 bis 310°, hängend je nach Werk rund 20 bis 60° weniger. Genaueres zur Amplitude unter Was die Zeitwaage misst und welche Werte gelten.
Aber Vorsicht: Nicht jede Quelle zählt so. Ältere englische und amerikanische Bücher geben die Amplitude in „turns“ an und meinen damit den ganzen Bogen von Umkehrpunkt zu Umkehrpunkt; ein turn entspricht 180° Amplitude, 1½ turns also 270°. Auch „1¾ Umgang“ in älteren deutschen Büchern oder ein „Schwingungsbogen von 540°“ meinen den ganzen Bogen. Gelegentlich liest man auch, eine Schwingung bestehe aus zwei Amplituden. Das verwechselt einen Winkel mit einem Vorgang: Eine Schwingung besteht aus zwei Halbschwingungen, und jede Halbschwingung überstreicht zweimal die Amplitude.
Die Unruh bewegt sich wie eine wilde Schaukel, auf der so manches Kind seinen Spaß hätte. Im toten Punkt ist sie am schnellsten, am Umkehrpunkt steht sie für einen winzigen Augenblick still. Die Unruh einer Armbanduhr mit 4 Hz und 280° Amplitude dreht sich mit knapp 20 Umdrehungen je Sekunde.
Nur in der Nähe des toten Punkts greift die Hemmung ein. Den Bogen der Unruh, auf dem sie mit dem Anker in Verbindung steht, nennt man Hebungswinkel. Er liegt meist zwischen 30 und gut 50°, bei unserem Modell bei rund 35°. Werte einzelner Kaliber und die Spannen aus Werkstatt und Literatur stehen ebenfalls bei den Werten der Zeitwaage.
Zeitlich ist dieser Eingriff kurz. In unserem Modell mit 18.000 A/h und 280° Amplitude dauert er rund 8 von 200 Millisekunden (Tausendstelsekunden) einer Halbschwingung, also rund 4 %. Bei einer Armbanduhr mit 4 Hz, 52° Hebungswinkel und derselben Amplitude sind es rund 7,4 von 125 Millisekunden, knapp 6 %. Den ganzen Rest der Halbschwingung läuft die Unruh frei. Diesen Teil nennt man Ergänzungsbogen, also den Bogen, der den Hebungswinkel zum ganzen Bogen der Halbschwingung ergänzt.
Eine Amplitude ist für die Werkstatt besonders nützlich: Bei genau 180° liegen beide Umkehrpunkte an derselben Stelle, gegenüber der Ruhelage. Ein markierter Punkt auf dem Reif blitzt dann links und rechts an genau demselben Ort auf; in der Amplituden-Animation zeigt das der Modus „Blitz“. Darauf beruht das 180°-Verfahren, mit dem ich den Hebungswinkel eines Werks bestimme.
Merksatz: Uhrmacher zählen die Amplitude einseitig. 270° heißt 270° von der Nulllage zum Umkehrpunkt, zusammen 540° je Halbschwingung.
Die Teile auf einen Blick
Die Schweizer Ankerhemmung besteht aus wenigen Teilen, und jedes hat eine klare Aufgabe.
Das Ankerrad sitzt am Ende des Räderwerks. Seine Zähne sind Kolbenzähne, also Zähne mit einer breiten, schräg angeschliffenen Stirn statt einer Spitze; im gezeigten Modell sind 15 Zähne zu sehen, wie bei fast allen Taschenuhren. Der Anker ist ein kleiner Hebel, der drehbar auf einer Welle gelagert ist. Vorn trägt er zwei Paletten aus Rubin (heute synthetisch), die abwechselnd in das Ankerrad greifen: die Eingangspalette, an der die Zähne in den Bereich des Ankers eintreten, und die Ausgangspalette, an der sie ihn wieder verlassen. Hinten läuft er in die Gabel aus, deren zwei Enden Hörner heißen, bei manchen Autoren auch Zinken.
Auf der Unruhwelle sitzt die Doppelrolle, also zwei Scheiben übereinander. Die große obere Rolle trägt den Hebelstein (Ellipse), einen kleinen Rubinstift, der in die Gabel greift; heute ist er meist halbrund; steht die Unruh in ihrer Mittelstellung, der Nullage, zeigt seine flache Seite in Richtung Ankerwelle. Die kleine heißt Sicherheitsrolle und hat einen Einschnitt, einen Durchgang. Zwei Begrenzungsstifte, also Anschläge, begrenzen den Weg des Ankers nach beiden Seiten; in vielen heutigen Werken übernehmen feste Anschläge in der Platine diese Aufgabe.
Bleibt ein kurzer Stift an der Ankergabel, der vor dem Rand der Sicherheitsrolle steht und nur durch den Durchgang hindurchkommt, wenn die Unruh im Bereich der Nullage ist. Dieses Bauteil bezeichnet man als Sicherheitsmesser (oder auch als Sicherheitsstift, Lanze, Dard, Sicherheitsfinger und einige mehr). In diesem Beitrag verwenden wir den Begriff Sicherheitsmesser oder Messer.
Alle Namen des Sicherheitsmessers
| Sprache | Bezeichnungen |
|---|---|
| Deutsch | Sicherheitsmesser, Sicherheitsstift, Sicherungsmesser, Sicherungsstift, Ankermesser, Messer, Lanze, Dard, Sicherheitsfinger |
| Englisch | guard pin, dart, safety pin |
| Französisch | dard; historisch coin bzw. goupille de sécurité |
| Deutsch, historisch | Sicherungsgabel (gesamte Baugruppe Messer und Gabel) |
Der Anker ist also wie eine Wippe mit zwei Fingern, die abwechselnd ins Ankerrad greifen. Die Gabel ist der Mitnehmer, in den der Hebelstein bei jedem Lauf durch den toten Punkt einhakt. Die Begrenzungsstifte sind Anschläge für den Ankerstiel wie Türstopper am Boden. Das Sicherheitsmesser wirkt wie eine Türkette, die eine Tür offenhalten soll: Es lässt den Anker nur einen Spalt weit vom Türstopper weg, solange die Unruh draußen im Ergänzungsbogen ist (denn nur wenn der Einschnitt am Sicherheitsmesser liegt, kann der Anker auf die andere Seite überwechseln).
Das ganze Modell lässt sich frei drehen und von allen Seiten ansehen. Die Flächen an Palette und Zahn benennt der nächste Abschnitt dort, wo sie arbeiten; die genauen Namen und Details aller Flächen und Kanten folgen in Teil 2 unter Flächen und Kanten.
Ein Tick in fünf Phasen
Am leichtesten versteht man die Hemmung, wenn man ihr zuschaut. Die Animation zeigt eine Halbschwingung in ihren nach Lehrbuch aufgeteilten fünf Phasen.
Ein Klick auf eine Phase spielt sie in Zeitlupe als Schleife ab; „Schleife“ schaltet das Wiederholen ab, „Phase wiederholen“ für Neustart; die Knöpfe Palette, Gabel und Unruh zentrieren das jeweilige Bauteil. Alle Animationen in diesem Beitrag laden erst auf Klick, bis dahin steht ein Standbild; jede Prüfung und jeder Fehler weiter hinten öffnet sie gleich in der passenden Phase.
Weil die Animationen eine Zeitlupe ohne Massenträgheit sind, wirkt der Ablauf darin ruhiger, als er ist. In Wirklichkeit geht es wilder zu: Auf Hochgeschwindigkeitsaufnahmen springt ein Zahn nach dem Fall wie ein fallengelassener Ball ungefähr zweimal auf der Palette auf, bevor er liegen bleibt; wie oft und wie stark, hängt von Form, Kraft und Sauberkeit ab (Die Dynamik hinter der Zeitlupe). Ähnlich kann der Aufprall des Ankers an den Begrenzungsstiften aussehen, weshalb die Dicke, Position und Form der Begrenzungsstifte eine größere Rolle für einen guten Gang der Uhr spielen, als man denkt. Heutzutage werden Hemmungen durch dynamische Simulation und intensive Tests so lange entwickelt, bis diese Störquellen möglichst reduziert werden. Eine Uhr am Arm unter ständigen Erschütterungen läuft aber nie so ruhig wie hier im Idealfall dargestellt.
Das Startbild: Ruhe bei abgelaufener Feder. Steht die Uhr mit abgelaufener Antriebsfeder, dann hält die Unruhspirale die Unruh im toten Punkt. Ankerradwelle, Ankerwelle, Sicherheitsmesser, Hebelstein und Unruhwelle liegen dann auf einer Linie, und ein Zahn steht ungefähr halb auf der Hebefläche einer Palette, also auf ihrer schräg angeschliffenen Stirn. Bekommt die Feder Kraft, drückt dieser Zahn gegen die Schräge und schiebt den Anker zur Seite, und die Gabel stößt den Hebelstein an. Die erste Hebung beginnt von selbst, die Uhr läuft an.
Gut zu wissen: Eine gut eingestellte Ankeruhr läuft deshalb beim Aufziehen oft schon von selbst an. Muss man sie erst schütteln, kann der Abfall falsch sein, also die Lage der Unruh zum Anker: Im toten Punkt steht der Hebelstein dann nicht genau auf der Linie zwischen Unruh und Anker. Oder es fehlt Kraft im Räderwerk.
Die Ausgangslage im Lauf. Die Unruh kommt aus dem Ergänzungsbogen zurück und läuft auf den toten Punkt zu. Der Anker liegt an einem Begrenzungsstift, und ein Zahn drückt auf die Ruhefläche der Eingangspalette, also auf die Fläche, auf der er in Ruhe aufliegt. Das Ankerrad steht, obwohl die Feder es antreibt, denn die Palette sperrt es wie ein Riegel. Gleichzeitig hält der Druck des Zahns an der Palette den Anker sicher an der Begrenzung.
Phase 1: Auslösung. Kurz vor dem toten Punkt trifft der Hebelstein auf die Gabel und dreht den Anker vom Begrenzungsstift weg. Damit zieht er die Palette ein Stück aus dem Ankerrad, er schiebt den Riegel also zurück. Der Zahn gleitet dabei über die Ruhefläche bis zur Ruheecke, der Kante, an der Ruhe- und Hebefläche zusammenstoßen. Weil die Ruhefläche schräg steht, drückt sie das Ankerrad dabei sogar ein wenig zurück. Die Arbeit für die Auslösung bezahlt die Unruh aus ihrer eigenen Schwingungsenergie; im Modell dreht sie sich während der Auslösung um rund 10°. Phase 1 in der Animation
Hier entscheidet sich: wie tief der Zahn liegt und wie stark die Schräge zieht, also Ruhetiefe und Zug. Aus diesem Grund möchte man übrigens Ruhetiefe und Zug möglichst nicht zu groß einstellen, da hier viel Schwingungsenergie verloren geht. Die einfachste Methode, die Amplitude der Unruh zu verkleinern, ist, die Ruhetiefe zu vergrößern, indem man die Ankerbegrenzung etwas öffnet.
Phase 2: Hebung. Sobald die Ferse des Zahns, also die Kante an seiner Ruhefläche, die Ruheecke überschritten hat, steht sie auf der Hebefläche. Jetzt arbeitet die Zugfeder: Der Zahn des Ankerrads drückt gegen die schräge Hebefläche, und wie bei einem Keil weicht die Palette zur Seite aus. Erst gleitet die Ferse über die Hebefläche der Palette, danach gleitet die Palettenecke über die schräge Stirn des Kolbenzahns, seine eigene kleine Hebefläche. Der Anker dreht sich weiter, und die Gabel gibt dem Hebelstein den Schub, den wir von jetzt an fachlich korrekt Impuls nennen. Die Unruh läuft während der Hebung durch den toten Punkt; im Modell dauert die Hebung rund 24° ihres Wegs. Phase 2 in der Animation
Hier entscheidet sich: wie viel Energie an der Unruh ankommt; dabei spielt die Gabelluft mit.
Phase 3: Fall. Am Ende der Hebung verlässt die Palettenecke die Hebefläche des Zahns, und der Zahn kommt frei und fällt. Für einen Augenblick hält nichts das Ankerrad und es dreht sich weiter, bis ein anderer Zahn auf die Ruhefläche der zweiten Palette fällt. Diesen Sprung nennt man den Fall; im Modell sind es rund 2° am Ankerrad. Die Stelle, an der der Zahn zuerst aufliegt, heißt Auffallruhepunkt, und wie tief sie, gemessen von der Palettenkante aus, auf der Ruhefläche liegt, heißt Auffallruhe. Diesen Aufprall hört man im Ticken am deutlichsten. Phase 3 in der Animation
Hier steckt ein wichtiger Zusammenhang beim Verständnis der Hemmungseinstellung: Wo die Hebung an der einen Palette endet, entscheidet, wo der Zahn auf der anderen landet. Darauf baut alles auf, was später über das Verschieben der Paletten zu sagen ist (Kernregel des Palettenschiebens).
Hier entscheidet sich: Auffallruhe und Fall; schlimmstenfalls landet der Zahn gleich auf der Hebefläche, siehe Fall und Zahn auf der Hebefläche.
Phase 4: verlorener Weg. Im Augenblick des Falls liegt der Anker noch nicht am Begrenzungsstift. Um den Anker sicher an die Begrenzung zu ziehen und ihn dort festzuhalten, damit er die Unruh nicht in der Schwingung stört, ist die Ruhefläche leicht angeschrägt. Diese Schrägstellung der Ruhefläche nennt man auch den Zug: Der Zahn drückt auf diese schiefe Ebene und zieht (wie bei der Hangabtriebskraft) die Palette dadurch zum Ankerrad, bis der Ankerstiel am Begrenzungsstift anliegt. Der Zahn gleitet hierbei an der schiefen Ebene entlang, vom Punkt der Auffallruhe bis zur Ruhetiefe, also bis zu der Tiefe, bei der er am Ende auf der Palette liegt. Den kurzen Weg, den der Anker vom Fall bis zum Begrenzungsstift gedreht wird, nennt man verlorenen Weg. Er ist eine Reserve: Auch wenn das Ankerrad nicht ganz rund läuft, ein Zahn etwas länger ist oder die Zapfen Spiel haben, kommt der vorige Zahn sicher von der Hebefläche frei, bevor der Anker am Begrenzungsstift anliegt. Ohne diese Reserve würde die Hemmung bei jeder Kleinigkeit sofort blockieren. Phase 4 in der Animation
Hier entscheidet sich: der verlorene Weg, genau die Größe, die an unserem Modell vor der Einstellung ungleich war, siehe Lernaufgabe.
Phase 5: Ruhe und Ergänzungsbogen. Jetzt steht das Ankerrad wieder, der Anker liegt sicher am Begrenzungsstift, und der Hebelstein verlässt die Gabel. Das Sicherheitsmesser steht mit kleinem Abstand vor der Außenfläche der Sicherheitsrolle. Die Unruh schwingt frei hinaus bis zum Umkehrpunkt und kommt zurück, ohne dass etwas sie berührt: Das ist der Ergänzungsbogen. Hier definiert sich auch die freie Hemmung, denn die Unruh (Gangregler) kann ihren Ergänzungsbogen völlig frei und ohne Kontakt zur Hemmung vollziehen. Am Umkehrpunkt endet die Halbschwingung, und der Rückweg gehört schon zur nächsten. Kurz vor dem toten Punkt beginnt dann alles von vorn, nur spiegelbildlich an der anderen Palette. Zwei Halbschwingungen bringen das Ankerrad so um genau einen Zahn weiter. Phase 5 in der Animation
Wie Messer und Hörner den Anker bei einem Stoß halten, siehe Sicherungen, Messerluft und Hörnerluft.
Beim Ticken hört man vor allem den Fall und den Schlag des Ankers an den Begrenzungsstift, die fast zusammenfallen; leiser gehen ihnen die Auslösung und die Hebung voraus. Genauer steht das unter Was man hört; wie die Zeitwaage diese Geräusche auswertet, zeigt das Kapitel Erst messen.
Merksatz: Auslösung, Hebung, Fall, verlorener Weg, Ruhe: Diese fünf Phasen laufen in jeder Halbschwingung ab, zweimal je Schwingung, bei 28.800 A/h achtmal in der Sekunde.
Riegel, Reserven, Sicherungen
Die Palette, auf deren Ruhefläche der Zahn liegt, ist wie ein Riegel, der das Räderwerk sperrt, und sie muss ausreichend tief greifen. Liegt der Zahn zu nah an der Kante, kann schon ein leichter Stoß den Anker so weit bewegen, dass der Zahn von der Ruhefläche auf die Hebefläche rutscht; dann treibt das Ankerrad den Anker zur falschen Zeit an und der Anker kann die Unruhschwingung stören. Liegt er zu tief, muss die Unruh den Riegel bei jeder Auslösung ein längeres Stück gegen die Schräge zurückziehen, und das kostet sie bei jedem Tick Energie. Deshalb sitzen die Paletten verschiebbar im Anker und werden auf Hundertstelmillimeter eingestellt.
Damit der Riegel auch bei Stößen oder Vibrationen hält, steht die Ruhefläche schräg. An der Palette ist die Schräge so gestellt, dass der Druck des Zahns die Palette ins Ankerrad hineinzieht und den Anker an den Begrenzungsstift drückt. Das ist der Zug aus Phase 4. Stößt etwas den Anker vom Begrenzungsstift weg, holt der Zug ihn sofort zurück.
Doch was hält den Anker im Ergänzungsbogen, wenn die Unruh weit draußen ist und kein Hebelstein zwischen den Hörnern steckt? Dafür gibt es zwei Sicherungen, die einander ablösen. Solange die Unruh weit weg ist, steht das Sicherheitsmesser vor dem Rand der Sicherheitsrolle und lässt den Anker nur ein kleines Stück vom Begrenzungsstift weg, zu wenig, als dass der Zahn die Ruhefläche verlassen könnte. Nahe dem toten Punkt muss das Messer durch den Durchgang hindurch; dort übernehmen die Hörner, die sich am Hebelstein abstützen.
Zwischen Messer und Rolle, zwischen Hörnern und Hebelstein und zwischen Hebelstein und Gabel bleiben kleine Abstände. In der Technik bezeichnet man einen kleinen Abstand zwischen Bauteilen, der eine Bewegungsfreiheit erlaubt, als „Spiel“ oder „Luft“. In der Uhrmacherei tragen diese Elemente die Namen: Messerluft, Hörnerluft und Gabelluft. Sie sind die Reserven. Ohne sie würde das Messer an der Rolle schleifen und die Unruh bremsen. Sind Messer- oder Hörnerluft zu groß, wandert der Anker bei einem Stoß so weit, dass der Zahn doch auf die Hebefläche gerät, und eine zu große Gabelluft kostet Energie und senkt die Effizienz der Hemmung. Geprüft werden die Spiele am stehenden Werk unter der Lupe (Prüfen am Werktisch); am laufenden Werk kann die Zeitwaage Hinweise geben, ob die Hemmung insgesamt stimmt.
Damit lässt sich die Lösung der Lernaufgabe aus dem Einstieg bereits erahnen: Wie tief die Palette sitzt, bestimmt, wo der Zahn landet, und zwar in Wechselwirkung auf beiden Seiten. Der Begrenzungsstift bestimmt, wie weit der Anker nach dem Fall noch läuft. Darum genügen zwei Prüfungen je Seite, wo der Zahn landet und wie weit der Anker danach läuft, um genau zu sagen, ob die Palette geschoben werden muss oder der Abstand der Begrenzungsstifte zu ändern ist.
(Bei modernen Armbanduhren ist die Ankerbegrenzung oft fest in die Ankerbrücke integriert, in diesem Fall ist eine Einstellung des verlorenen Wegs nicht möglich und wir können nur über die Tiefe der Paletten eine Korrektur vornehmen. Sollte es gar keine andere Möglichkeit geben und ein Ersatzteil ist nicht erhältlich, ist eine sehr vorsichtige Korrektur der Begrenzung durch Punzierung oder Feilen zur Rettung der Uhr möglich, wenn man fähig ist, diese Arbeiten höchst präzise vorzunehmen.)
In Teil 1 sagen wir „tiefer gestellt“, wenn eine Palette so verschoben wird, dass der Zahn tiefer auf ihr liegt, und „flacher gestellt“ im umgekehrten Fall; die Werkstattwörter „heraus“ und „hinein“ erklärt der Abschnitt Heraus heißt tiefer. Wie man mit dieser Regel die Lernaufgabe genau löst, zeigt Die Lernaufgabe gelöst.
Wie eng das Fenster ist, zeigt unser Modell. Stellt man beide Paletten nur wenige Hundertstelmillimeter flacher als in der richtigen Einstellung, fällt der Zahn direkt auf die Hebefläche statt auf die Ruhefläche; stellt man sie zu tief, blockiert die Hemmung. Von der richtigen Einstellung aus bleiben im Modell knapp 0,025 mm zur flachen und 0,045 mm zur tiefen Seite, zusammen knapp 0,07 mm, etwa die Dicke eines Haares. Beide Grenzfälle zeigt der Abschnitt Grenzfälle.
Merksatz: Jede Luft ist eine Reserve, groß genug für Stöße und Toleranzen, klein genug, um keine Energie zu verschenken.
In der Ausbildung haben wir zahlreiche Hemmungen eingestellt. Ich kam hierbei in Versuchung, die Spiele und Toleranzen meiner eigenen Uhr aufs Feinste einzustellen, denn man hat schnell den Eindruck „je feiner, desto hochwertiger“. Gesagt, getan, doch kurze Zeit später blieb meine Uhr am Arm stehen. Beim Ausbau des Uhrwerks zur Diagnose löste ich eine Werkhalteschraube und das Uhrwerk lief direkt wieder los: Eine sehr geringe Verspannung, die sich normalerweise nicht auswirken würde, hat dazu geführt, dass sich durch eine minimale Verbiegung des Uhrwerks ein sehr kleines Spiel zu einem Klemmen verwandelt hat.
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Es ist nicht empfehlenswert, die Spiele und Toleranzen bei einer Uhr so klein einzustellen wie möglich, denn die Reserve ist nicht ohne Grund vorhanden. Temperaturschwankungen, Stöße, Spannungen und Schmutz können bei zu engen Einstellungen schnell zu Problemen führen, die der Uhr normalerweise gar nichts ausmachen würden.
Frei, robust, verbreitet: Einordnung
Uhrmacher teilen Hemmungen danach ein, was im Ergänzungsbogen mit der Unruh geschieht. Bei rückführenden Hemmungen wie der Spindelhemmung bleibt das Hemmungsrad mit dem Gangregler in Verbindung und wird im Ergänzungsbogen zurückgedreht. Bei ruhenden Hemmungen wie der Zylinderhemmung oder dem Grahamgang ruht der Zahn auf dem Gangregler oder einem fest mit ihm verbundenen Teil und reibt dort. Bei freien Hemmungen berührt im Ergänzungsbogen nichts die Unruh; dazu zählen die Schweizer Ankerhemmung, die Stiftankerhemmung, die Chronometerhemmung und die Koaxialhemmung (und noch zahlreiche weniger bekannte Hemmungen).
Für eine Unruh mit Spirale ist das ein großer Vorteil, denn rückführende und reibende Hemmungen stören ihren gleichmäßigen Gang deutlich. Bei der freien Hemmung schwingt die Unruh den größten Teil ihres Wegs mit ihrer Spirale allein und hat dabei keine Verbindung zur Hemmung. Nicht zuletzt deshalb ist die Schweizer Ankerhemmung heute die meistverwendete Hemmung in Armband- und Taschenuhren. Die feinere Einordnung und den Normbegriff „Paletten-Ankerhemmung“ erwähnt Teil 3 unter Englische, Glashütter und Stiftankerhemmung.
| Pro | Contra |
|---|---|
| frei: Im Ergänzungsbogen berührt nichts die Unruh | braucht Öl zwischen Zahn und Palette |
| ein Impuls in jeder Halbschwingung, läuft nach dem Aufziehen von selbst an | kann bei sehr großer Amplitude prellen: Dann schlägt der Hebelstein außen an ein Horn |
| gegen Stöße gesichert durch Zug, Messer und Hörner | gibt nur gut ein Drittel der vom Ankerrad gelieferten Energie an die Unruh weiter |
| wenige Teile, einstellbar und in Serie günstig herzustellen | Paletten und Spiele müssen auf Hundertstelmillimeter stimmen |
Übrigens: Einen einzelnen Erfinder hat die Schweizer Ankerhemmung nicht. Vom ersten freien Anker, den Thomas Mudge in den 1750er-Jahren baute, bis zur heutigen Form mit Doppelrolle verging rund ein Jahrhundert. Mehr dazu in der kurzen Geschichte.
Merksatz: Frei heißt: Im Ergänzungsbogen berührt nichts die Unruh.
Wie viel Energie an der Unruh ankommt
Von der Energie der Zugfeder kommt erstaunlich wenig an der Unruh an. Die Zahlen stammen aus einer Beispielrechnung für eine Armbanduhr mit 4 Hz, einer Lehrbuchaufgabe aus Kilian Eiseneggers „Uhrenkonstruktion“, gerechnet mit den Messkurven des Hemmungsherstellers Nivarox; Schritt für Schritt steht sie in Teil 4 unter Beispielrechnung A.
Knapp ein Drittel der Federenergie bleibt in den Lagern und Eingriffen des Räderwerks, am Ankerrad kommen 69 % an. Die Hemmung gibt davon gut ein Drittel an die Unruh weiter, 36 %. Von der Feder bis zur Unruh bleibt also rund ein Viertel.
Je Halbschwingung liefert das Ankerrad dabei rund 0,19 µJ, also 0,19 millionstel Joule. Das ist rund ein Sechsundzwanzigstel der Energie, die in der schwingenden Unruh steckt; bei 220° Amplitude sind das rund 4,8 µJ. An der Unruh kommen davon rund 0,067 µJ an, ein Siebzigstel ihrer Schwingungsenergie. Nur diese 0,067 µJ nennen wir im ganzen Beitrag „Portion“, die 0,19 µJ sind die Arbeit, die das Ankerrad am Anker verrichtet. Über einen ganzen Tag summieren sich die Portionen auf rund 0,05 Joule. Damit könnte man eine Tafel Schokolade von 100 Gramm knapp fünf Zentimeter anheben.
Der Rest geht unterwegs verloren: beim Fall, wenn das Ankerrad ein Stück frei springt und aufschlägt, durch Reibung zwischen Zahn und Palette, bei der Auslösung gegen den Zug, die die Unruh selbst bezahlt, und im Spiel des Hebelsteins in der Gabel.
Merksatz: Je weniger die Hemmung unterwegs verliert, desto mehr Energie erhält die Unruh bei jedem Impuls – und desto größer ist die Amplitude.
Teil 1 auf einen Blick und Verständnisfragen
Die Hemmung verbindet Feder und Unruh: Sie lässt das Räderwerk nur im Takt der Unruh weiter und gibt der Unruh in jeder Halbschwingung einen kleinen Impuls. Uhrmacher zählen die Amplitude einseitig. Jede Halbschwingung läuft in fünf Phasen ab, und nur auf dem kurzen Hebungswinkel berührt die Hemmung die Unruh. Ruhetiefe, Zug, Messer und Hörner sind Sicherheitseinrichtungen, die die Hemmung auch bei Stößen funktionsfähig halten; die Palettentiefe bestimmt, wo der Zahn landet, der Begrenzungsstift, wie weit der Anker danach im verlorenen Weg läuft. Von der Federenergie kommt rund ein Viertel an der Unruh an.
- Die Hemmung zählt und schubst.
- 270° Amplitude heißt 270° nach jeder Seite.
- Auslösung, Hebung, Fall, verlorener Weg, Ruhe: in jeder Halbschwingung.
- Jedes Spiel oder jede Luft ist eine nötige Reserve.
- Frei heißt: Im Ergänzungsbogen berührt nichts die Unruh.
- Die Unruh benötigt den Impuls, um ihre Schwingung aufrechtzuerhalten.
Wer hier aufhört, hat bereits eine gute Idee und Übersicht über die Schweizer Ankerhemmung, doch es gibt noch mehr in Teil 2. Die Antworten öffnen sich per Klick auf die Frage.
1. Welche zwei Aufgaben hat die Hemmung?
Sie sperrt das Räderwerk und lässt es nur im Takt der Unruh weiter, je Halbschwingung um eine halbe Zahnteilung. Und sie gibt der Unruh in jeder Halbschwingung einen kleinen Impuls, der ersetzt, was durch Reibung verlorengegangen ist.
2. Was ändert sich, wenn man eine Palette tiefer stellt, und was, wenn man einen Begrenzungsstift verstellt?
Die Palette ändert, wo der Zahn landet, und zwar an beiden Paletten. Der Begrenzungsstift ändert nur, wie weit der Anker auf seiner Seite nach dem Fall noch läuft (verlorener Weg). Deshalb verraten zwei Messungen je Seite, ob Palette oder Begrenzungsstift zu ändern ist.
3. Eine Unruh schwingt mit 270° Amplitude. Welchen Bogen legt ein Punkt am Reif je Halbschwingung zurück, welchen je Schwingung?
Uhrmacher zählen einseitig, also 270° nach jeder Seite. Je Halbschwingung sind das 540°, je Schwingung 1.080°, genau drei volle Umdrehungen.
4. Ein Werk hat 28.800 A/h. Wie viele Halbschwingungen macht die Unruh je Sekunde, und welche Frequenz hat sie?
28.800 geteilt durch 3.600 Sekunden ergibt 8 Halbschwingungen je Sekunde. Zwei Halbschwingungen sind eine Schwingung, die Frequenz beträgt also 4 Hz.
5. In welcher Phase bekommt die Unruh ihre Energie, und woher kommt sie?
In der Hebung. Die Zugfeder treibt über das Räderwerk das Ankerrad, sein Zahn schiebt über die schräge Hebefläche den Anker an, und die Gabel gibt den Impuls an den Hebelstein weiter. In der Auslösung ist es umgekehrt, dort bezahlt die Unruh einen kleineren Teil.
6. Was hört man, wenn eine Uhr tickt?
Vor allem den Fall, also den Zahn, der auf die Ruhefläche der anderen Palette schlägt, und fast gleichzeitig den Ankerstiel am Begrenzungsstift. Beide Schläge folgen so dicht aufeinander, dass das Ohr sie als einen lauten Schlag hört. Leiser davor liegen Auslösung und Hebung.
7. Warum heißt die Schweizer Ankerhemmung „frei“?
Weil im Ergänzungsbogen nichts die Unruh berührt. Der Zug hält den Anker am Begrenzungsstift, Messer und Hörner stehen mit etwas Luft da und greifen nur bei einem Stoß ein.
8. Warum liegt der Zahn ein Stück tief auf der Palette und nicht knapp an der Kante?
Die Ruhetiefe ist eine Reserve. Läge der Zahn knapp an der Ruheecke, könnten ein Stoß, ein nicht ganz rundes Ankerrad oder Spiel in den Zapfen ihn auf die Hebefläche bringen. Zu tief darf er aber auch nicht liegen, denn jede Auslösung muss den Riegel wieder zurückziehen, und das bezahlt die Unruh mit Energie.
9. Warum stört der Antrieb die Unruh so wenig?
Weil er kurz und klein ist und nahe am toten Punkt liegt. Die Hemmung berührt die Unruh nur im Bereich des Hebungswinkels, je nach Werk und Amplitude etwa 4 bis 6 % der Zeit, und die Portion beträgt nur rund ein Siebzigstel der Energie in der schwingenden Unruh. Die Schwingungslehre zeigt außerdem: Je näher der Impuls am toten Punkt liegt, desto weniger verändert er die Schwingungsdauer der Unruh. Ein ganz kurzer Impuls genau im toten Punkt würde sie theoretisch gar nicht verändern. Das erreicht keine Hemmung, denn vor dem Impuls muss die Unruh erst den Anker auslösen. Den Takt bestimmen Unruh und Spirale. Genaueres dazu steht in Teil 3 unter „Vor oder nach dem toten Punkt“.
Teil 2 · Werkstatt erscheint nächste Woche, am 04.11.2026.