Quarzuhr

Quarz-Uhr

Die Quarzuhr ist eine elektro- oder voll-elektronische Uhr, deren Uhr ein elektronisches Uhrglas ist. Es gibt neben Quarzglasuhren mit Skalen- oder Zahlenanzeige auch solche ohne Display, die in Rechnersystemen zur Ausgabe der Informationen derzeit als elektrische Signale verwendet werden und als Echtzeituhren bezeichne. Bei der Quarzuhr geht man davon aus, dass eine Frequenzerhöhung der Uhr (bei mechanischer Uhr in der Regel die Unruh) eine präzisere Messung der Zeit ermoeglicht.

Der erste Versuch, eine Uhr mit einer höheren als der einer Waage zu benutzen, waren die sogenannten Schwinggabeluhren mit mehreren 100 Hertz und einer Größe von etwa fünf Zentimetern. Kernstück ist ein Uhrquarz in Gestalt einer Quarz-Stimmgabel mit einer Taktfrequenz von 32 768 Hertz, aus der mittels Frequenzdivision durch 215 ein zweiter Impuls abgeleitet werden kann.

Für die Division wird eine Schicht von 15 T-Flip-Flops verwendet, die je die Hälfte der Frequenzen ausmachen. Aufgrund der Schwinggabelform kann ein Quartz als Biege-Resonator mit deutlich geringerer Eigenfrequenz hergestellt und auch in einem Uhrengehäuse untergebracht werden. Dies ist ein Kompromiß, da die Leistungsaufnahme der Flip-Flops im Verhältnis zur Häufigkeit steht, d.h. zu einer niedrigeren Häufigkeit hin sinkt, so daß die Uhr von der Uhr mit langem Ladestrom versorgt werden kann.

Das Display kann durch Mechanik, Flüssigkristallanzeige (LCD) oder Leuchtdiode (LED) erfolgen. Hauptbestandteile einer Quarzuhr sind ein auf Quarzoszillationen basierender Taktgenerator, eine Verarbeitungselektronik für die Uhren und Benutzereingänge, eine Anzeigeeinheit zur Zeitinformation und ggf. Betriebszustände der Uhr sowie eine Stromversorgung. Die verwendete Stromquelle ist ein mechanisches Pendel, das von Gewichten oder Federn angetrieben wird oder eine Waage: ein über eine Solarzellen geladener Kondensor, der normalerweise auf oder unter dem Ziffernblatt montiert ist.

Wie bei mechanischen Uhrwerken können auch bei Quarzglasuhren unterschiedliche Schwierigkeiten auftreten. Beispiel für komplexe Quarzwerke für Uhrwerke sind: Quarzglasuhren mit der gewohnten Schwingungsfrequenz von 32 768 (= 215) Hertz können in der Regel einen Taktzyklus (progressive Abweichung) von bis zu 30 s pro Tag haben. Diese Regelabweichung summiert sich, so dass auch eine Quarzuhr ab und zu abgeglichen, d.h. auf den Wert einer präziseren Uhr oder eines Zeitzeichengebers gesetzt werden muss.

Abweichungen einer Quarzuhr können dadurch auf ein Minimum reduziert werden: Einsatz bei höchstmöglicher Konstanz der Temperaturen, Verbindung zu Radiowecker, die über das Funkgerät regelmässig mit der abgestimmten Weltzeituhr verbunden sind (in Zentraleuropa über den Funkempfang des Uhrengebers DCF77), oder zu anderen Uhrwerken über PC, Modem, Bluetooth bzw. Internetzugang und Zeitsynchronisation. Diese Quarzuhr wurde im Rahmen der im Ersten Weltkrieg begonnenen Hochfrequenz-Forschung entwickelt.

Weil die Frequenzen als Kehrwert der Periodendauern bezeichnet werden, könnte die Technik der quarzgestützten Standardfrequenzgeneratoren auch für den Aufbau der ersten Quarz-Uhren ausgenutzt werden. Die Grundvoraussetzung für die Entstehung von Quarz-Uhren war die Erfindung der Piezoelektrik durch die beiden Firmen im Jahre 1880 Ausgangseinheiten für den zweiten Zyklus. Die erste Quarzuhr wurde am 13. 10. 1927 von Josef W. Horst W. Horst W. Horst W. Horst W. Horst und W. G. Warren E. S. L. M. S. L. M. S. M. S. L. von den Laboratorien in London auf der Internationalen Vereinigung der Wissenschaftlichen Radiotelegrafiekonferenz in Berlin vorgestellt.

11 ] Dieses Elektronikgerät wurde nur in seltenen Fällen als Uhr verwendet, aber vor allem als Messgerät für naturwissenschaftliche Experimente. Seit 1932 bauen die beiden Herren eine Serie von Quarzglasuhren in verschiedenen Ausführungen bei der Physikalisch-Technischen Reichsanstalt der Stadt. 14 ] Mit diesen Uhrwerken konnten Scheiben und Awelsberger beweisen, dass die Rotation der Erde sowohl saisonalen als auch kurzfristigen Willkürschwankungen unterworfen ist.

Nach 1945 wurde die Präzisionspendeluhr als industrieller und wissenschaftlicher Maßstab durch eine Quarzuhr ersetzt. Besonders bedeutsam waren die Anstrengungen zur Verkleinerung der Quarz-Uhren. Im Zweiten Weltkrieg wurden bereits Tests im Borg-Gibbs-Labor[18] in den USA und bei der Firma R&S [19] in Deuschland durchgeführt, um portable Quarz-Uhren zu entwerfen.

Die Uhrenmanufaktur mit Sitz in Genf, die dank Halbleitertechnik, innovativer Synchromotoren und zuverlässiger Akkus die ersten tragbaren Quarzglasuhren herstellte, war erst Ende der 50er Jahre erfolgreich. 20 ] Wie die Batteriequartzuhren anderer Uhrenmanufakturen wie z. B. der Firma seio oder der Firma JUGHANS, waren diese Quartzuhren in den 60er Jahren wesentlich teuerer als Qualitätsuhrmacher. Die erste Quarzuhr wurde dank der Microelektronik um 1970 für den Markt gebaut.

Quarz-Uhren waren ab der Hälfte der 70er Jahre günstiger als konventionelle Mechanik-Uhren, wesentlich präziser und bis auf den Austausch der Batterie weitestgehend ohne Wartung. Wenig später begann diese Weiterentwicklung im Uhrenbereich. Die Quarzuhr für das Armband wurde in der Schweiz, aber auch in Japans und den Vereinigten Staaten "mindestens acht Mal erfunden".

Für die Firma sei es jedoch lohnend, dass die Quarzuhrenentwicklung immer wieder auf die Serienfertigung ausgerichtet war. 23 ] Die erste kleine Serie von Quarzuhren, die sogenannte astronomische Armbanduhr, wurde in Tokio zu einem Einheitspreis von einem Kleinwagen zu Weihnachten 1969 verkauft. Die Firma SIKO hat mit ihrem wegweisenden Konzept für Quarzwerke den Grundstock für eine globale Dominanz des japanischen Marktes gelegt.

Bis 1972/73 entwickelt die Firma Seiko drei Schlüsseltechniken zur Serie, die bis heute nahezu jede Quarzuhr mit analogem Zeitdisplay charakterisieren: den stimmgabelförmigen, fotolithographisch hergestellten Quarz-Resonator, die eingebaute Schaltungstechnik vom Typ C-MOS und den Schrittmotor. Quarz-Uhren mit digitaler Anzeige kommen in der Regel ohne jegliche mechanischen Bauteile aus. Die Preise für Quarz-Uhren fielen bereits zur Jahresmitte der 70er Jahre unter 100 Mark.

Die mechanischen Werke waren in Preis und Qualität nicht mehr wettbewerbsfähig. Während der Quartzkrise der 70er und 80er Jahre mussten viele traditionsreiche Uhrenmanufakturen aufgeben. Bereits 1975 war klar, dass sich die von der Firma Seiko entwickelten Quarzarmbanduhren in ihrer Grundstruktur behaupten würden. Mit 304 Hertz Quarz erzielt es eine wesentlich bessere Ganggenauigkeit als seine Vorgänger.

Im Jahr 1980 baute die Firma die " Dinosaurier ", die flächigste Quarzuhr (1,46 mm). Die erste Quarzuhr der Welt mit automatischem Antrieb (A.G.S. - Automatisches Generatorsystem), später "Kinetic" genannt, wird von der Firma Seiko eingeführt (Kaliber 7M22). Im Jahr 1998 stellte die Firma Seiko die "Ruputer" vor, die erste Uhr mit PDA-Funktion ("Wrist PDA"). Im Jahr 2005 stellt die Firma Seiko den Federantrieb als federgetriebenes, quarzgesteuertes Uhrwerk vor.

Die Quarz-Revolution. 75-jährige Quarzuhr in der Bundesrepublik Österreich.