Das Material, aus dem die Uhren sind
Quarz: mehr als ein funkelnder Bergkristall

Wer hätte gedacht, dass ein unscheinbares Mineral die Zeitmessung revolutionieren würde. Seit Pierre Curie (1859 -1906) die piezoelektrischen Eigenschaften des Minerals Quarz erforschte, dauerte es nicht lang bis die ersten Quarzuhren auf der Bildfläche erschienen.

Quarz: mehr als ein funkelnder Bergkristall

Der hübsche Quarzkristall revolutionierte die Zeitmessung.

 

Zeitmessung mit Quarz

Quarz, auch Bergkristall genannt, ist chemisch nichts anderes als Siliziumdioxid (SiCh). So unspektakulär der Bergkristall aussehen mag, für die Uhrenindustrie ist er eine der bedeutendsten Entdeckungen. In seiner reinen Form handelt es sich zunächst um ein farbloses, transparentes Mineral – praktischerweise das zweithäufigste in der Erdkruste. Wenn man es schmilzt, nimmt es eine glasähnliche Gestalt an. Schon im Jahr 1880 entdeckte und erforschte der Franzose Pierre Curie (1859 -1906) die piezoelektrischen Eigenschaften des Quarzes. Kurz gesagt, beginnt ein piezoelektrischer Kristall in jener Frequenz zu vibrieren, die eine angelegte Wechsel­spannung besitzt. Regt man ihn andererseits mechanisch zum Schwingen an, generiert der Quarz selbst eine Wechselspan­nung. Die Resonanzfrequenz resultiert einerseits aus der Größe des Kristalls selbst oder eines daraus geschnittenen Teils. Zum anderen hängt sie von der Ausrichtung des Schnitts durch den Kristall ab.

Die präziseste Uhr der Welt

All diese Erkenntnisse machten sich die Elektroingenieure Joseph W. Horton und Warren A. Marrison ab 1927 zunutze. Beide arbeiteten im New Yorker „Bell Lab“. In diesem Forschungszentrum der Western Electric sollten sie zunächst einen quarzstabili­sierten Frequenzgenerator entwickeln. Nach dem Ausscheiden von Horton mutierte dieses Instrument 1928/1929 zur damals präzisesten Uhr der Welt, der so genannten „Crystal clock“. Ihre Kreation beruhte auf der Tatsache, dass Zeit den Reziprokwert der Frequenz verkörpert. Während die besten Pendeluhren zu dieser Zeit jährlich etwa drei Sekunden von der astronomischen Norm abwichen, brachte es die „Crystal clock“ rechnerisch auf nur 0,3 Sekunden. Anschließend wurde Marrisons Leistung 1932 mit dem Patent 1,788,533 geschützt.

Die Ära der Quarzuhren beginnt

Doch auch in anderen Ländern arbeitete man derweil an Präzisionsuhren mit Quarz: England wartete 1931 mit einer eigenen Quarzuhr auf, Deutschland 1932, Frankreich 1936 und Japan 1937. Doch ans Handgelenk fand die quarzgesteuerte Zeitmessung erst ab 1969.

Quelle: Trueb, L. et al: Die Elektrifizierung der Armbanduhr, 2011

 

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