Hemmungen

Hemmungen an Turmuhren

Die nachstehenden Daten wollen bei der Suche nach Details zum Thema Hemmungen helfen. Es ist wünschenswert, diese kleine Aufstellung stets zu erweitern. Ihre Angaben dazu, auch Zeichnungen und/oder Bilder, z.B. von eigenen Uhren, sind hilfreich und immer willkommen. Weitere Informationen finden Sie auch in den Fachbücher "Turmuhrwerke" und "Turmuhrwerke II", daraus sind einige der nachstehenden Texte und Abbildungen entnommen.

Mechanische Hemmungen an Uhren

Den Ablauf eines angetriebenen Räderwerkes gleichförmig und regelmäßig, das bedeutet in stets gleicher Zeitfolge zu unterbrechen und wieder freizugeben setzte die Erfindung der Hemmung voraus. Die erste, uns heute bekannte mechanische Hemmung im Uhrenbau ist die Spindelhemmung. Die Frage, seit wann es die Spindelhemmung gibt, ist mit einer genauen Jahreszahl und Quelle nicht zu beantworten. Es gibt dazu manche Spekulationen. Tatsache ist, dass bereits um 1300 „zahlreiche" Großuhren auf Kirchtürmen und Rathäusern in Betrieb waren, die wohl sämtlich mit Spindelhemmung und Waag „gehemmt“ wurden.

Dieses Hemmungssystem hat sich über Jahrhunderte fast unverändert gehalten. Es besteht aus einem kronrad-ähnlichen Hemmrad mit Sägezähnen, vor dem senkrecht, an einer Schnur, die sogenannte Spindel hängt. Diese hat zwei Lappen, die abwechselnd in das Hemmrad eingreifen. An ihrem oberen Ende trägt die Spindel die sogenannte Waag, das ist ein Querbalken mit Einschnitten, in die die beiden Reguliergewichte eingehängt sind. Mittels dieser Gewichte kann die Schlagzahl/Frequenz der Waag verändert, die Uhr reguliert werden.

Spindelhemmung mit Waag

Spindelhemmung mit "Waag", es gab/gibt auch Spindelhemmungen,
die an Stelle des Waagbalkens einen Ring haben,
dann findet der Ausdruck "Radunrast" also Unruhe mit einem Rad, Verwendung.


Das Hemmungsrad (hier fälschlich als Kronrad bezeichnet), Bestandteil des angetriebenen Räderwerkes, überträgt die von dem treibenden Gewicht ausgehende Kraft auf den Gangregler, die Spindel. Die Spindellappen, die in das Steigrad eingreifen, werden so angestoßen und setzen den Waagbalken in Bewegung. Der Waagbalken schwingt, bis die zugeführte Kraft verbraucht ist und schwingt dann zurück, gibt den nächsten Zahn frei, bekommt wieder einen Kraftimpuls und schwingt in die entgegengesetzte Richtung. Dieses mechanische Wechselspiel reguliert den Ablauf des Räderwerkes.
 
Abgelöst wurde die Waag oder Radunrast später durch das Pendel. Die Spindel war dann waagerecht angeordnet und mit dem von Christian Huygens erstmals in Uhrwerken verwendeten Pendel verbunden.

Spindelgang mit Pendel

Gehwerk einer Turmuhr, horizontaler/waagerechter Spindelgang mit Pendel.
Quelle: Seebaß, L.A., (1864) Behandlung und Reparatur der Thurmuhren, Verlag Gottfried Basse, Leipzig

 

 


Vorstehend zwei Zeichnungen mit der Darstellung des von Galileo Galilei
erdachten Pendels mit der dazugehörenden Hemmung.
Mit der Fertigstellung dieses Modells wurde 1649 begonnen, Galilei war
schon am 8. Januar 1642 verstorben.
Die Arbeiten führten Galileis Sohn Vincenzo und sein Schüler Viviani aus.
Die Hemmung ist keine Spindelhemmung, sondern eine freie Hemmung,
wie sie später als Chronometerhemmung weiterentwickelt wurde.

Quelle: Kindler, Fintan, OSB (1905) Die Uhren, ein Abriß der Geschichte
der Zeitmessung, Verlagsanstalt Benzinger &Co. A.G., Einsiedeln


Christiaan Huygens, (1629-1695), Mathematiker, Astronom und Physiker aus Holland erfand im Jahre1656, unabhängig von Galileo Galilei, 15 Jahre später, das Pendel zum zweiten Mal. 1657 veröffentlichte er seine Erfindung. Mit der Erfindung des Pendels und seiner Verwendung in mechanischen Uhren wurden diese so genau, dass sie ab jetzt, zusätzlich zum vorhandenen Stundenzeiger, auch noch einen Minutenzeiger bekamen.

Zykloidenbacken

Zeichnung der Pendelkonstruktion von Huygens, das Pendel ist ein einem Faden,
der eine Schlaufe bildet, aufgehängt, das mit T gekennzeichnete Teil im Bereich
der Pendelaufhängung sind die von Huygens erdachten Zykloidenbacken.
Der Faden legt sich bei der Pendelschwingung an die zykloidenförmigen Backen an,
dadurch wird die Schwingungsperiode unabhängig von der Schwingungsweite, der Auslenkung.
Quelle: Kindler, Fintan, OSB (1905) Die Uhren, ein Abriß der Geschichte der Zeitmessung,
Verlagsanstalt Benzinger &Co. A.G., Einsiedeln

 


Horizontale Spindelhemmung

Horizontale Spindelhemmung in Verbindung mit einem Pendel,
oben im Bild das Hemmungsrad (Steigrad) und darüber die Spindel
mit den zwei Spindellappen, die abwechselnd in die Zahnlücken des
Hemmungsrades eingreifen. Das Hemmungsrad bei Spindeluhren
hat immer eine ungerade Zahnzahl.
Quelle: Foto  privat, geschmiedetes, funktionsfähiges Turmuhrwerk

 
Mechanische Wirkweisen von Hemmungen

Die mechanische Funktion einer Hemmung besteht darin, das Räderwerk periodisch zum Stillstand zu bringen und es wieder freizugeben. Der Stillstand des Räderwerks ist nicht einfach zu bewerkstelligen. Einmal in Drehung hat der Waagbalken eine gewisse Menge an Energie gespeichert. Kommt nun, im Fall der Spindelhemmung, der Spindellappen zum Eingriff in das Hemmungsrad legt er sich an den Radzahn und will diesen anhalten. Mit der noch vorhandenen Energie der Waag wird der Zahn nicht nur gestoppt, sondern noch ein Stück zurückgedrückt und das Hemmrad dreht sich ebenfalls rückwärts, bis die Energie im Spindellappen verbraucht ist und die Kraft des Hemmungsrades wirksam wird und das Rad entgegengesetzt, also vorwärts treibt. Dieses Wechselspiel bedeutet, dass das Hemmungsrad abwechselnd vorwärts und rückwärts dreht oder geführt wird. Diesem technischen Vorgang geschuldet wird eine Hemmung dieser Art auch "Rückführende Hemmung" genannt.

Problemstellungen bei Hemmungssystemen

Nachdem es eine funktionierende mechanische Hemmung gab, stellten aufmerksame Bobachter sehr bald fest, dass betriebsbedingt doch erhebliche mechanische Mängel vorhanden waren.

Die von dem Aufzugsgewicht über die Seilwalze auf das Räderwerk übertragene Kraft wirkt auf das Hemmungsrad. Durch die Spindellappen wird das Hemmungsrad aber gewaltsam zum Stillstand gebracht. Die vorhandene Drehbewegung wird gestoppt und die gespeicherte Kraft über die Spindellappen auf die Waag, die Radunrast oder später das Pendel übertragen. An dieser Stelle entsteht bei dem Zusammenprall von Spindellappen und Hemmungsradzahn nicht unerheblicher Verschleiß und Kraftverlust.

Die Forderung an eine Hemmung war also, dass  sie in ihrer Funktion so sein sollte, dass sie zwar das Räderwerk abwechselnd zum Stillstand bringt um es danach wieder freizugeben, aber dieser Vorgang sollte möglichst wenig Antriebskraft kosten. Zudem zeigte sich, dass die Hemmung, durch die zwangsläufige Reibung von dem in das Rad eingreifenden Spindellappen (Spindelhemmung) oder der Ankerpalette (Ankerhemmung) auch zu Abnutzungserscheinungen führte. Die Verringerung der Reibung durch Schmiermittel, wie Öle und Fette, war gut, brachte aber andere Nachteile. Staub vermengte sich mit den Schmierstoffen und bildete somit eine Art von Schleifpaste, die den Materialabrieb beschleunigte. Dazu kam, dass die sehr stark schwankenden Temperaturen am Standort der Turmuhrwerke die Schmierstoffe in ihrer Konsistenz sehr beeinflussten. Wärme verdünnte die Schmiermittel und Kälte brachte sie zum Erstarren, was im Winter bis zum Stillstand der Uhrwerke führen konnte. So war der erste entscheidende Schritt, die Hemmungssysteme so weiterzuentwickeln, dass aus den rückführenden Hemmungen ruhende Hemmungen wurden. Das bedeutet, dass das Hemmrad nicht mehr zurück gedreht wird. Bis zur Erfindung dieser Technik sollte es noch bis zum Jahr 1676 dauern.


Hakenhemmung

Hakenhemung

 


Quelle: Foto  privat, funktionsfähiges Turmuhrwerk in einer Kirche

 

Wird fortgesetzt!

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