Das langsamste Zahnrad der Welt

Uhren haben für mich etwas ungemein Faszinierendes. Schon immer gehabt. Schon als kleiner Junge mit vier Jahren habe ich mal einen Wecker zerlegt, weil ich wissen wollte, was da eigentlich drin tickt und klingelt, und woher die Uhr eigentlich weiß, wie spät es ist.

Viele Uhrwerke sind geradezu unglaublich schön. Schön sind die fein gearbeiteten Räder und Bleche, Schwungmassen und Federn, schön ist der Glanz von Messing und Chrom und anderen edlen Metallen, aber auch das blaue Schimmern von gehärtetem Stahl, schön ist das feine Weiß eines geschmackvoll gezeichneten Ziffernblattes, schön sind die schwungvollen, kühnen Linien der Zeiger, die langsam darüber streichen.

Die wahre Schönheit einer Uhr aber kann man nicht sehen; die Schönheit nämlich, die aus der Faszination entspringt, daß es einer klug konstruierten Maschine aus metallenen Rädern, Spangen, Federn und Schrauben gelingt, etwas so Unfassbares, wie die Zeit es ist, einzufangen und auf dem Ziffernblatt anzuzeigen.

Das Herz jeder Uhr ist ein Taktgeber, der in einem möglichst gleichmäßigen Rhythmus das Vergehen der Zeit messbar macht. Das kann ein Pendel sein oder eine Unruh (also eine Art Drehpendelrad mit einer Rückstellfeder), aber auch ein schwingender Quartzkristall oder strahlende Atome. Ein solcher Taktgeber wandelt zwei verschiedene Formen von Energie ineinander um: Ein Pendel beispielsweise wandelt die Bewegungsenergie in Lageenergie um und diese wieder zurück in die Erste. Ein elektrischer Schwingkreis wandelt die Energie eines elektrischen Feldes in die eines magnetischen Feldes um – und zurück. Wegen der Trägheit der Masse, bzw. wegen der endlichen Lichtgeschwindigkeit brauchen diese Vorgänge eine recht genau bestimmbare Zeit und können deshalb als Maßeinheit und Taktgeber für eine Uhr genutzt werden.

In der Geschichte des Uhrenbaus ist große Energie darauf verwendet worden, diese Taktgeber möglichst genau und zuverlässig zu machen. Das war keine kleine Aufgabe, denn ein Pendel muss gleichmäßig schwingen, unabhängig von Temperatur und Luftfeuchtigkeit, auf einem Schiff im Sturm ebenso in einer Sternwarte auf einem hohen Berg; die kleine Unruh einer Armbanduhr soll unbeirrt ticken, auch wenn die sie tragende Person tanzt, kocht, schreibt, schläft oder taucht. Trotz all dieser Schwierigkeiten ist es gelungen, Uhren zu konstruieren, die weniger als eine Sekunde am Tag von der wirklichen Zeit abweichen.

Der von dem Taktgeber erzeugte Impuls muss dann „heruntergerechnet“ werden in Zeigerstände auf einem Zifferblatt oder ein den Stand einer digitalen Anzeigeelektronik. Bei Pendeluhren geschieht das durch Zahnräder, Quartz- und Atomuhren verwenden digitale Frequenzteiler. „Eigentlich“ ist das vergleichsweise einfach, es wird eine Art Getriebe eingebaut: Wenn der Pendelmechanismus ein erstes Zahnrad so steuert, dass es sich in 30 Sekunden einmal dreht, erreicht man mit einer 1:10 und einer 1:12-Übersetzung ein Rad, das sich einmal pro Stunde dreht und an dem man den Minutenzeiger befestigen kann, und danach mit einer 1:3 und einer 1:4-Übersetzung ein Rad, das sich in zwölf Stunden einmal dreht und an dem der Stundenzeiger befestigt wird. Auch die Monatstage und die Wochentage, sogar die Mondphasen kann ein relativ einfacher
Mechanismus darstellen.

Interessant wird es, wenn die Uhr eine Komplikation erhält, die weitere Kalenderfunktionen darstellen kann, die also beispielsweise am Monatsende automatisch auf den ersten Tag des Folgemonats wechselt. Ein solcher Mechanismus muss „wissen“, welche Monate dreißig Tage und welche einundreissig Tage haben, welche Jahre ein Schaltjahr sind und welche nicht.

Astronomische Uhren zeigen Mondphasen, Auf- und Untergangszeiten von Sonne und Mond, Planetenbewegungen und Sonnen- und Mondfinsternisse an, viele können auch Kirchliche Feiertage und Fastenzeiten anzeigen. All diese Funktionen müssen mit Zahnrädern und Zahnstangen, Schneckengetrieben und anderen mechanischen Systemen repräsentiert werden. Eine große astronomische Uhr ist eine erstaunliche Meisterleistung des menschlichen Denkens, ist wie ein kompliziertes Rechenwerk, ein mechanischer Computer.

Das wirkliche Sonnenjahr ist ungefähr einen viertel Tag länger als 365 Tage. Die Schaltjahresregelung ist darum eingeführt worden, damit das Jahr sich nicht gegenüber dem Lauf der Erde um die Sonne, d. h. gegen die Jahreszeiten verschiebt und wir irgendwann Ostern im Winter feiern und im Dezember Sommerurlaub machen. Aber das Sonnenjahr ist nicht genau einen Vierteltag länger, sondern ein bisschen weniger, und auch dieser Unterschied würde sich im Lauf der Jahrhunderte addieren. Darum gibt es die Jahrhundertregel.

So ist zum Beispiel jedes Jahr, dessen Jahreszahl sich ohne Rest durch Vier teilen lässt, ein Schaltjahr. 2004 und 2008 waren solche Schaltjahre, in denen der Februar 29 Tage hat. Lässt sich die Jahreszahl aber durch Vier und außerdem durch Hundert teilen, ist das Jahr nach der Jahrhundertregel doch kein Schaltjahr. Das fand zuletzt im Jahr 1900 statt, auch 1800 war kein Schaltjahr. Um das Jahr möglichst genau dem Lauf der Erde um die Sonne anzupassen, rechnet man aber zusätzlich jedes vierhundertste Jahr doch wieder als Schaltjahr: Das Jahr 2000 war ein Schaltjahr, trotz der Jahrhundertregel.

Um diese Regelungen mechanisch zu repräsentieren, haben manche Astronomische Uhren mit einem ewigen Kalender ein Zahnrad, das sich erst nach vierhundert Jahren einmal um sich selber dreht. Gegenüber dem Minutenrad ist das eine Übersetzung von ca: 1:3 500 000… Ich glaube, das sind die langsamsten Zahnräder der Welt.

 

Ein Gedanke zu “Das langsamste Zahnrad der Welt

  1. Wenn man bedenkt, das zur Zeit der Dinosaurier ein Erdentag nur knapp 22 Stunden hatte, relativiert sich die Sache mit der Genauigkeit 😉 Dennoch haben für mich gerade mechanische Chronographen eine große Faszination.

    Lieben Gruß aus dem Tal der Wupper!

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