Groß, heiß, aber sehr präzise
Im Jahr 1927, also genau vor 94 Jahren nahm eine echte Zeitmess-Revolution und die Definition der Standardfrequenz von Quarzuhren ihren Anfang. Joseph W. Horton und Warren A. Marrison machten sich die Entdeckung eines französischen Wissenschaftlers zunutze. Pierre Curie hatte 1880 die piezoelektrischen, und deshalb für die Uhrenindustrie nutzbaren Eigenschaften von Siliziumdioxid erforscht. Beim Schmelzen nimmt es die Form eines Quarzkristalls an, welcher zum einen mit der Frequenz einer angelegten Wechselspannung vibriert.
Zum anderen generieren mechanisch zum Schwingen angeregte Quarze eine solche Frequenz. Die Resonanzfrequenz resultiert aus der Größe des Kristalls oder eines daraus geschnittenen Teils. Und sie hängt ab von der Ausrichtung besagten Schnitts. 1928/1929 mutierte der quarzstabilisierte Frequenzgenerator des US-amerikanischen Duos zur so genannten Crystal Clock. Zwar war damals weltweit präziseste Uhr groß und wegen vieler Röhren glühend heiß, dafür jedoch ging sie täglich aber nur etwa eine Tausendstelsekunde falsch.
Ab 1956 definierte man sie als den 31.556.925,9747sten Teil jenes Umlaufjahres der Erde um die Sonne, welches am Mittag des 1. Januar 1900 begonnen hatte. Nur zehn Jahre später zwangen Atomuhren jedoch zu abermaligem Nachdenken. Seit 1967 entspricht die Dauer von Secunda Diminutiva Pars jener von 9.192.631.770 elektromagnetischen Schwingungen in der Elektronenhülle des Cäsiumatoms.
Immer kleiner
1953 stellte Longines die erste transportable Quarzuhr vor. Weil Transistoren noch in den Kinderschuhen steckten, kamen in dem 35 Kilogramm schweren und 21,6 Kubikdezimeter großen Instrument weiterhin auch Elektronenröhren zum Einsatz. Die Gangautonomie lag bei rund zehn Stunden. 1964 präsentierte das Unternehmen ein „kaltes Instrument“ mit Transistoren und analoger Zeitanzeige in den Dimensionen von nur noch 70 x 67 x 82 Millimetern.
Nun musste die Quarzuhr nur noch ans Handgelenk finden. Den Wettlauf bestritten Techniker in Japan und der Schweiz. Am 25. Dezember 1969 reklamierte Seiko mit seiner Astron 35SQ die weltweit erste Quarz-Armbanduhr für sich.
Girard-Perregaux, gegründet 1791 und damit eine der ältesten Schweizer Uhrenmarken beschritt damals ganz eigene Wege. 1966 hatte der damalige CEO Charles-E. Virchaux einen jungen Ingenieur eingestellt. Zusammen mit einigen Kollegen machte sich Georges Vuffray im firmeneigenen Labor an die Entwicklung des Kalibers GP 350. Der Weg dorthin führte über eine Großuhr mit Quarz-Resonator. Dann folgten Elcron I und Elcron II, Pendulen mit 15.625 Hertz Quarzfrequenz.
Standardfrequenz von Quarzuhren
Sie bestach durch moderate Dimensionen und definierte den bis heute gültigen Frequenzstandard für diesen Typus Armbanduhr. Unübersehbares Kennzeichen des 1972 in Basel öffentlich gezeigten Zeitmessers: Ein Zifferblatt, welches die Struktur eines integrierten Schaltkreises abbildet.
… und so funktioniert ein Quarz-Uhrwerk:
Eine Batterie liefert zunächst die elektrische Antriebskraft. Ein integrierter Schaltkreis (IC) wandelt diese elektrische Energie in Impulse um, welche den von einer Spule umgebenen Quarzkristall mit 32.768 Hertz schwingen lassen. Eben jene Oszillationen unterteilen die Zeit in winzige, exakt gleiche Teile. Zur Zeitanzeige reduziert der Frequenzteiler-IC eben jene 32.768 Schwingungen pro Sekunde, also auf die Standardfrequenz von Armbanduhren. Dieser wiederum wird auf den Schrittschaltmotor, einen elektromagnetischen Mikromotor übertragen, der die elektrischen Impulse in eine Drehbewegung umwandelt.
Bei analogen Quarzuhren steuert ein Räderwerk drei Zeiger für Stunden, Minuten und Sekunden an. Ausgelöst durch den Impuls des Frequenzteilers springt der Sekundenzeiger in akkuraten Sekundenschritten vorwärts.
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