Was ist ein Quarzuhrwerk?

quarzwerk

Viele glauben vielleicht nicht an Astrologie, aber die Planeten beherrschen ohne Frage unser gesamtes Leben. Wir stehen auf, wenn die Sonne aufgeht und gehen ins Bett, wenn sie untergeht. Wir haben einen Kalender, der auf Tagen, Monaten und Jahren basiert – Zeiträumen, die sich darauf beziehen, wie sich Mond und Erde am Himmel um die Sonne bewegen. Die meisten Menschen fanden diese Art der astronomischen Zeitmessung gut genug für ihre Bedürfnisse. Aber das reichte dem Menschen nicht. Der Mensch muss Stunden, Minuten und Sekunden sowie Tage, Monate und Jahre im Auge behalten. Das bedeutete, dass wir genaue Methoden brauchten, um die Zeit zu lesen. Früher waren Pendeluhren und mechanische Uhren der beste Weg dafür. Heutzutage verwenden viele Menschen stattdessen Quarzuhren. Artikel: Wortuhren

Was ist eine Quarzuhr?

Quarzuhren können sehr flach gebaut werden

Eine Quarzuhr ist eine Art von Uhr, die von einer Batterie angetrieben und von einem kleinen Stück Quarzglas gesteuert wird. Im Gegensatz zu mechanischen Uhren sind sie in der Regel einfach aufgebaut, was bedeutet, dass sie einfacher und billiger herzustellen sind. Da es sich um elektrische Quarzuhren handelt, haben diese möglicherweise ein traditionelles Zifferblatt oder eine Digitalanzeige. Quarze sind wirklich billig und die Uhren, die sie verwenden, benötigen kaum bewegliche Teile. Deshalb wird es jetzt auch in den günstigsten Zeitmessern verwendet. Weil es so genau und zuverlässig ist, wird sie von vielen gekauft.

Wie funktionieren Quarzuhren?

funktion quarzuhr

Eine Quarzuhr ist eine batteriebetriebene Uhr, die ein Stück Quarzglas verwendet, um die Zeit zu messen. Wenn Sie einen Quarzkristall mit elektrischem Strom durchfließen lassen, vibriert dieser mit einer nahezu konstanten Frequenz. Diese konstante Vibrationsrate ermöglicht es der Uhr, eine sehr genaue Zeit zu halten. Da diese Art von Uhr auf einer elektrischen Energiequelle beruht, benötigt sie kein komplexes mechanisches Uhrwerk oder eine Hauptfeder, um zu funktionieren. Das Problem mit Pendeluhren und gewöhnlichen Uhren ist, dass Sie immer daran denken müssen, sie aufzuziehen. Wenn Sie es vergessen, hören die Uhren auf zu schlagen und Sie wissen nicht, wie spät es ist. Eine weitere Schwierigkeit bei Pendeluhren besteht darin, dass sie von der Schwerkraft abhängen, die von Ort zu Ort sehr geringfügig variiert, d.h. eine Pendeluhr zeigt die Uhrzeit in hohen Gegenden anders an als auf Meereshöhe. Pendel ändern sich auch mit der Temperatur, dehnen sich an warmen Tagen leicht aus und ziehen sich an kalten Tagen zusammen, wodurch sie wieder ungenauer werden.

Quarzuhren lösen all diese Probleme. Sie sind batteriebetrieben und weil sie so wenig Strom verbrauchen, kann die Batterie oft mehrere Jahre halten, bevor Sie diese ersetzen müssen. Sie sind auch viel genauer als Pendeluhren. Quarzuhren arbeiten ganz anders als Pendeluhren und gewöhnliche Uhren. Sie haben noch Zahnräder in sich, um die Sekunden, Minuten und Stunden zu zählen und die Zeiger über das Zifferblatt zu führen. Die Gänge werden jedoch durch einen winzigen Quarzkristall anstelle eines schwingenden Pendels oder eines sich bewegenden Unruhrads reguliert. Die Schwerkraft spielt überhaupt keine Rolle. Daher zeigt eine Quarzuhr die Zeit beim Aufstieg auf den Mount Everest genauso gut an wie auf Meereshöhe.

Woraus besteht Quarz?

Was ist quarz
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Quarz ist tatsächlich eines der häufigsten Mineralien auf der Erde. Es besteht aus einer chemischen Verbindung namens Siliziumdioxid (Silizium ist auch das Material, aus dem Computerchips hergestellt werden) und ist in Sand und den meisten Gesteinsarten zu finden. Das vielleicht interessanteste an Quarz ist, dass es piezoelektrisch ist, d.h., wenn Sie einen Quarz zusammendrücken, wird eine winzige elektrische Spannung erzeugt. Das Gegenteil ist auch der Fall: Wenn Sie eine Spannung an ein Quarzstück anlegen, vibriert es mit einer präzisen Frequenz.
In einer Quarzuhr sendet die Batterie über eine elektronische Schaltung Strom an den Quarz. Der Quarz schwingt (vibriert hin und her) mit einer genauen Frequenz: genau 32768 mal pro Sekunde. Die Schaltung zählt die Anzahl der Vibrationen und erzeugt aus ihnen regelmäßig elektrische Impulse, einen pro Sekunde. Diese Impulse können entweder ein LCD-Display mit Strom versorgen (das die Zeit numerisch anzeigt) oder einen kleinen Elektromotor antreiben (eigentlich einen winzigen Schrittmotor), der Zahnräder dreht, die den Sekunden-, Minuten- und Stundenzeiger der Uhr drehen.

Was ist der Oszillator?

Oszillator quarzuhrwerk
CC BY-SA 4.0

Es ist am einfachsten, sich den Oszillator als Teil zweier getrennter Schaltungen vorzustellen, die sich beide auf demselben Mikrochip befinden. Der erste Stromkreis (wir nennen ihn den Eingang) stimuliert den Quarz mit Stromstößen. Durch das Einspeisen von Elektrizität in Quarz vibriert dieser durch den sogenannten umgekehrten piezoelektrischen Effekt (bei dem Elektrizität Vibrationen erzeugt). Der Oszillator ist so eingestellt, dass der Quarz genau 32768-mal pro Sekunde vibriert. Denken Sie jetzt aber an den normalen piezoelektrischen Effekt: Wenn ein Stück Quarz vibriert, erzeugt er eine elektrische Spannung. Der zweite Schaltkreis auf dem Mikrochip erkennt diese „Ausgangsspannung“ (schwankt 32768 mal pro Sekunde) und teilt ihre Frequenz, um einmal pro Sekunde Impulse zu erzeugen, die den Motor antreiben, der die Zahnräder antreibt. Bei einer Uhr mit Digitalanzeige teilt ein Chip die Oszillatorfrequenz wiederholt, anstatt Zahnräder zu verwenden, um die Segmente Stunden, Minuten und Sekunden zu steuern.

Sind Quarzuhren gut und empfehlenswert?

Hochwertige Quarzuhren können sehr genaue Zeitangaben machen, sie variieren kaum auf das Jahr gesehen. Im Gegensatz zu mechanischen Typen haben sie nicht viele bewegliche Teile, was bedeutet, dass sie auch langlebiger sind als automatische und manuelle Uhren. Die stromlinienförmige Einfachheit des Designs bietet auch mehr Platz für spezielle Funktionen in der Uhr: zum Beispiel Kompasse, Höhenmesser, Thermometer, Wecker und Beleuchtung.
Da Quarzuhren mit weniger Bauteilen hergestellt werden, sind sie in der Regel auch viel leichter und schlanker als ihre mechanischen Gegenstücke. Leichte, modische Quarzdesigns finden Sie in vielen Uhrenkollektionen klassischer Uhrenmarken wie Chopard, Cartier und Ebel. Auch Miyota Uhrwerke sind teilweise in Quarzuhren.

Warum variiert auch beim Quarz die Zeit um wenige Sekunden

Die Antwort ist, dass der Quarz bei unterschiedlichen Temperaturen und Drücken mit einer leicht unterschiedlichen Frequenz vibriert, sodass seine Fähigkeit zur Zeitmessung in kaum bemerkbaren Maße von der sich erwärmenden, kühlenden und sich ständig verändernden Welt um uns herum beeinflusst wird. Wenn Sie theoretisch die ganze Zeit eine Uhr am Handgelenk haben (die mehr oder weniger konstante Temperatur hat), bleibt die Zeit besser erhalten, als wenn Sie sie ein- und ausschalten (was jedes Mal zu einer Temperaturänderung führt). Aber selbst wenn der Quarzkristall mit einer vollkommen konstanten Frequenz vibrieren könnte, können die Art und Weise, in der er in seinem Schaltkreis montiert ist, winzige Unvollkommenheiten in der Verzahnung, Reibung usw. auch zu winzigen Fehlern bei der Zeitmessung führen. All diese Effekte reichen aus, um bei typischen Quarzuhren eine Ungenauigkeit von maximal einer Sekunde pro Monat hervorzurufen.

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