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Quarz-Armbanduhren
Quarz-Armbanduhren sind elektronische Armbanduhren, bei denen ein Schwingquarz als Regulierorgan dient.
Das Erfolgsmodell der Casio Casiotron Quarzuhr aus dem Jahr 1974
Moderne Quarzuhren weisen in der Regel eine Ganggenauigkeit von +/- 1 Minute/Jahr auf. Grundsätzlich unterscheidet man Quarzuhren mit analoger und digitaler Zeitanzeige.
Als Standard-Frequenz bei modernen Quarzwerken haben sich heute 32.768 Hz eingebürgert, während Quarzwerke aus der Zeit um 1970 zumeist noch Frequenzen unter 10.000 Hz aufwiesen. Das Schweizerische Kaliber Beta 21, welches ab 1969 serienreif war, hatte beispielsweise eine Quarz-Frequenz von 8.192 Hz.
Quarz-Armbanduhr Beta 21 neben einem modernen Quarzwerk.
So funktioniert eine Quarzuhr
Das Antriebsorgan:
Im Normalfall liefert eine Miniaturbatterie, in der elektrische Energie gespeichert ist, die Antriebskraft für eine Quarzuhr. Ihre Lebensdauer beträgt bis zu zwanzig Jahren.
Bei Solar-Modellen wandeln im Zifferblatt platzierte Sonnenzellen Licht in elektrische Energie um. Diese wird in einem Kondensator gespeichert.
Selbstgenerierende Systeme besitzen einen Rotor, der mit einem kleinen Generator in Verbindung steht. Durch die natürlichen Armbewegungen werden Rotor und Generator in Drehung versetzt. Die so entstehende elektrische Energie wird wiederum in einem Kondensator gespeichert.
Empfangs- und Verteilorgan:
Die integrierte Schaltung (IC) einer Quarzuhr erfüllt zwei Aufgaben:
- Sie wandelt die elektrische Energie der Batterie in Impulse um, welche ihrerseits das Quarzkristall zum Schwingen bringen und diese Schwingungen aufrechterhalten.
- Sie bestimmt auf Grund der Schwingungen des Quarzes die Frequenz der Impulse. Bei modernen Quarz-Armbanduhren hat sich heute eine Standardfrequenz von 32.768 Hz durchgesetzt, d.h. der Quarz vollzieht 32.768 Schwingungen pro Sekunde.
Zeitteilungs- und Regulierorgan:
Der Schwingquarz besteht aus Siliziumoxid (auch Bergkristall genannt), das bei Anlegen eines elektrischen Feldes in Schwingungen gerät. Den Quarz umfängt eine Drahtspule, durch die der Strom fließt.
Die Schwingungen des Quarzes unterteilen die Zeit in exakt gleiche Teile. Sie steuern ferner die erforderlichen Impulse des elektrischen Stromkreises. Schließlich liefern sie 32.768 Impulse.
Quarzuhren mit Zeitanzeige durch Zeiger
Übertragungsorgan und Zeigerwerk:
Der Frequenzteiler, ein integrierter Schaltkreis (IC) reduziert die 32.768 Schwingungen des Quarzkristalls auf einen Impuls pro Sekunde. Nur so können sie auf den Schrittschaltmotor übertragen werden.
Der Schrittschaltmotor, ein elektromagnetischer Mikromotor, wandelt die elektrischen Impulse in eine Drehbewegung um. Diese Bewegung wird durch ein Räderwerk auf die Zeiger übertragen. Der Sekundenzeiger springt, ausgelöst durch den Impuls des Frequenzteilers, in Sekundenschritten vorwärts.
Quarzuhren mit digitaler Zeitanzeige
Der Frequenzteiler:
Die Schwingungen des Quarzkristalls müssen durch einen integrierten Schaltkreis (Frequenzteiler-IC) auf einen bis 360 Impulse pro Sekunde reduziert werden.
Der Decoder:
Diese Impulse werden an einen sogenannten Decoder weitergeleitet, der die Digitalanzeige steuert.
Das Display:
In Sekunden, Minuten und Stunden unterteilt, wird die Zeit durch das programmierte Erscheinen von Ziffern in entsprechenden Fenstern dargestellt. Ab etwa 1975 geschah dies bei digitalen Quarzuhren zunächst über Lichtemissionsdioden (LED). Wegen des hohen Stromverbrauchs wurden sie jedoch schon bald durch Flüssigkristallanzeigen (LCD) abgelöst.