Bildquelle: Flickr, "Tom Tomato"

Quarzuhren

«Wie das Quarzwerk die Armbanduhr veränderte»

Der Körper besteht aus hochwertigen Materialien, das Herz ist eine Offenbarung präziser, platzsparender Technik mit dem faszinierenden Charakteristikum immenser Laufgenauigkeit: Gegenwärtig handelt es sich bei Quarzuhren um die modernsten Zeitmesser für die breite Masse, die es gibt. Sie funktionieren vollelektronisch oder auf elektromechanischer Basis – und bilden entsprechend das Gegenstück zur Uhr mit rein mechanischem Uhrwerk. Der große Vorteil: Bei Quarzuhren entfällt ein Großteil des Wartungsaufwands.

Schritt für Schritt führen wir Sie entlang der wichtigsten historischen Etappen von Quarzuhren – mit allen Höhen und Tiefen, die sie während ihrer jahrzehntelangen Entwicklung durchlebte.

Das Quarzwerk – die präziseste Errungenschaft seit Menschengedenken

Bevor wir unsere Zeitreise in die turbulente Vergangenheit der Quarzuhr antreten, möchten wir Sie mit der Funktionsweise des Quarzwerks vertraut machen.

Jede Uhr verfügt über einen Taktgeber, dessen Taktfrequenz in die Bewegung des Uhrzeigers beziehungsweise die Veränderung der Digitalanzeige mündet. Dabei gilt: Je schneller dieser Taktgeber schwingt, desto genauer läuft die Uhr. Bei komplett mechanischen Zeitmessern regiert die sogenannte Unruh – angetrieben durch eine Feder. Als Taktgeber der Quarzuhr fungiert demgegenüber der Quarzoszillator. Er liefert eine sehr viel höhere Frequenz als die Unruh, weshalb die Quarzuhr über längere Zeit genauer arbeitet als der mechanische Zeitmesser.

So funktioniert die Quarzuhr

Um das Quarzwerk detailliert zu beschreiben, müssen wir ein wenig ausholen: Die Quarzuhr macht sich das Prinzip der Piezoelektrizität zunutze, das bei Metallen und Kristallen auftreten kann. Nehmen wir zur Erläuterung der Piezoelektrizität den Kristall als Beispiel: Vereinfacht gesagt entsteht durch die gerichtete geometrische Verformung desselben elektrische Spannung; ein Zusammenspiel aus Ursache und Wirkung, das man als Piezoeffekt bezeichnet.

Dieser lässt sich auch umkehren: Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Kristall wird Letzterer verformt. Kurzum ist der Piezoeffekt nichts anderes als die Umwandlung von einer Energie (Kraft, Verformung) in eine andere (elektrische Spannung). Wiederholt sich diese Umwandlung immer wieder, resultiert ein Schwingungsmuster.

© lpictures / Fotolia.com
© lpictures / Fotolia.com

Die Piezoelektrizität der Quarzuhr

Wenden wir das Prinzip der Piezoelektrizität nun auf das Quarzwerk an, zeigt sich, dass bereits eine leichte elektrische Spannung ausreicht, um eine solche Schwingung zu erzeugen. Der Quarzkristall wird in verschiedene Formen gebracht. Als ideale Frequenzgeber haben sich Stimmgabelformen erwiesen.

Diese bedürfen allerdings einer aufwändigen Herstellung, die darüber hinaus sehr teuer ist. Deshalb finden sich in den meisten Quarzuhren die wesentlich leichter produzierbaren und kostengünstigeren stabförmigen Quarzkristalle (Biegeschwinger). Die Frequenz des piezoelektrisch schwingenden Quarzkristalls beträgt 32.768 Hertz. Sie wird durch sog. Teiler-Komponenten (Flipflops genannt) in den Sekundentakt übersetzt.

Der für die piezoelektrische Nutzung des Quarzkristalls in der Quarzuhr benötigte elektrische Strom stammt in Abhängigkeit vom jeweiligen Modell aus unterschiedlichen Energiequellen. Meist kommt eine Knopfzelle zum Einsatz, die nach einiger Zeit ausgetauscht werden muss. Elektromechanische Alternativen betreibt man ähnlich wie Automatikuhren: Als Energiequelle dient die beim Tragen der Uhr am Handgelenk entstehende Bewegungsenergie. Sie treibt einen uhrinternen Schwungmassegenerator an, der seinerseits wiederum einen hochkapazitiven Doppelschicht-Kondensator auflädt. Und dieser Doppelschicht-Kondensator liefert in der Folge Strom für den Kristall. Weiterhin gibt es die Quarzuhr auch als Solarzeitmesser. Bei einer solchen Ausführung ist auf oder unter dem Zifferblatt eine Solarzelle angebracht, die den Kondensator mit Energie versorgt und den wiederkehrenden Batteriewechsel überflüssig macht.

Bis die präziseste Errungenschaft seit Menschengedenken derart fortschrittlich ausgearbeitet war, dauerte es jedoch viele Jahre, ja Jahrzehnte.

Die Geschichte – ein langer Weg zum Erfolg

Ideen zur Quarzuhr gab es bereits im ersten Drittel des 20. Jahrhunderts. Den Durchbruch schaffte das Quarzwerk allerdings erst in den 1970er-Jahren. Eine wesentliche Rolle spielte dabei der japanische Hersteller Seiko. Doch der Reihe nach.

Schon 1919 tüftelte H. M. Dadourian an Prototypen. Diese basierten auf den Ultraschall-Experimenten mit Schwingquarzen, die Paul Langevin 1918 durchführte. Ihr größtes Problem: schlechte Gangresultate wegen nicht ausreichender Temperaturkompensation. Derselben Schwierigkeit fielen auch die vom kanadischen Telekommunikationsingenieur W. A. Marrison im Jahr 1929 gebauten Modelle zum Opfer. Deutlich bessere Ergebnisse hinsichtlich Laufgenauigkeit erzielten die in den 1930ern hergestellten Quarzuhren von Adolf Scheibe und Udo Adelsberger. Mithilfe ihres Erstlingswerks von 1932 fanden die beiden Physiker überdies heraus, dass die Erde sich ungleichmäßig dreht. 1938 veröffentlichte der Elektronikkonzern Rohde & Schwarz die erste tragbare Quarzuhr der Welt. Sie wies eine Ganggenauigkeit von +/- 0,004 Sekunden pro Tag auf.

Die Quarzkrise

Ausgerechnet in der Schweiz, die später ganz besonders von der Quarzkrise betroffen sein sollte, ereignete sich der nächste Meilenstein: Von 1965 bis 1967 wurden am Centre Electronique Horloger (CEH) die Quarzwerk-Prototypen Beta 1 und Beta 2 produziert und am Neuenburger Observatorium getestet. Die gemessene Ganggenauigkeit übertraf die Präzision herkömmlicher Chronometer um mindestens eine Größenordnung. 1969 war es schließlich soweit: Pünktlich zum Weihnachtsfest brachte Seiko mit der „Astron“ die erste massentaugliche Quarzarmbanduhr auf den Markt – und legte damit den Grundstein für eine weltweite japanische Marktdominanz und die angesprochene Quarzkrise. Nur vereinzelt schlossen sich Unternehmen anderer Länder dem neuen Trend an. Diese wenigen, zu denen vor allem Junghans, Hamilton, Omega und Longines zählten, prägten die kontinuierliche Weiterentwicklung.

Die Quarzkrise überdauerte die 1970er- und 1980er-Jahre. Erwähnenswert in diesem Zusammenhang ist vor allem die Tatsache, dass die ruhmreiche Schweizer Uhrenindustrie beinahe zugrunde gegangen wäre, weil sie sich im Vorfeld so lange gegen die Quarzuhr wehrte. Statt weiter an den noch unausgereiften Quarzwerk-Prototypen Beta 1 und Beta 2 zu feilen, widmeten sich die Hersteller lieber der Verbesserung ihrer mechanischen Zeitmesser. Obwohl sie nicht an der Hochwertigkeit der innovativen Quarztechnik zweifelten, konnten sie sich offenbar nicht vorstellen, dass ebendiese schon bald zu extrem niedrigen Preisen zu haben sein und die bis dahin vorherrschende Mechanikuhr zur Gänze ablösen würde.

Von 90.000 Arbeitsplätzen blieb lediglich ein Drittel übrig, zahlreiche Firmen – darunter auch Zulieferer – mussten aufgeben. Als Retter in höchster Not trat Nicolas Hayek in Erscheinung. 1983 fusionierte er die ASUAG (Allgemeine Schweizerische Uhrenindustrie AG) und die SSIH (Société Suisse de l’Industrie Horlogère) zur späteren Swatch Group. Die Swatch, selbst eine preiswerte Quarzuhr mit abwechslungsreichen Designs, konnte sich auf dem Markt etablieren und beendete die anfängliche Ignoranz durch die Schweizer Uhrenindustrie.

Heute sind Uhren mit Quarzwerk bei den meisten Unternehmen – ob in der Schweiz oder anderswo – fester Bestandteil des Sortiments. Als neueste Weiterentwicklung gilt der „Spring Drive“ als federangetriebener, quarzgesteuerter Uhrwerksmechanismus.

Quarzuhren von analog bis digital

Die moderne Quarzuhr gibt es vorwiegend in vier Varianten:

  1. Analoguhr mit Quarzwerk, bei der die Uhrzeit mit Ziffern und Zeigern auf einem Zifferblatt dargeboten wird
  2. Digitaluhr mit Quarzwerk, bei der die Uhrzeit nur durch Ziffern – ohne Zifferblatt – angezeigt wird
  3. Analog-Digitaluhr mit Quarzwerk, bei der die Uhrzeit sowohl analog als auch digital präsentiert wird
  4. Chronograph mit Quarzwerk, bei dem es sich in der Regel um eine analoge Armbanduhr mit Stoppuhr-Funktion handelt

Beliebte Marken

Oozoo Ultra Slim Vintage Herrenuhr C7701 dunkelblau     Timex IQ Yacht Racer Chronograph Herren TW2P44300     Timex Classic Starlight Collection Damenuhr T2P548

Bekannte und beliebte Marken von Quarzuhren sind beispielsweise Oozoo, Timex, Festina und Guess. Oozoo steht für Modelle mit jungen Designs und ausgezeichnetem Preis-Leistungs-Verhältnis, wie etwa die „Ultra Slim Vintage“- und „Timepieces“-Kollektionen zeigen. Während Oozoo zu den neueren Herstellern zählt, handelt es sich bei Timex um ein traditionsreiches Haus und den einzigen amerikanischen Uhrenbetrieb, der die Quarzkrise erfolgreich überstanden hat.

Die Quarzuhren der Firma gestalten sich in erster Linie vielfältig. So finden Sie Exemplare von sportiv bis extravagant. Besonders ausgefallene Modelle sind der „IQ Yacht Racer Chronograph“ für Herren und die „Classic Starlight“ für Damen. Auch Festina blickt auf eine lange Historie zurück. Die Manufaktur wurde im Jahr 1902 in der Schweiz gegründet, ist inzwischen jedoch in Barcelona beheimatet. Als offizieller Zeitnehmer der Tour de France produziert Festina vorwiegend lässig-schlichte Designs, wie etwa die „Sport Multifunktionsuhr“ oder der „Racing Chronograph“ zeigen. Wünschen Sie Uhren mit einem Höchstmaß an Eleganz und Extravaganz, so empfehlen sich die Quarz-Modelle der Marke Guess, die gerne mit Extras wie Kristallen und Kunstperlen arbeitet. Repräsentative Beispiele: die „Mini Mod“ und der „Horizon Chronograph“.

Festina Sport Multifunktionsuhr F16662-3 Festina Sport Racing Chronograph F16819-3 Guess Mini Mod Damenuhr W0540L2 Guess Horizon Herren Chronograph W0379G3

Fazit – hochwertige Quarzuhren für moderne Ansprüche

Die Quarzuhr ist technisch raffiniert, absolut präzise und erschwinglich. Sie eignet sich für jeden, der einen ultramodernen Zeitmesser mit funktionaler Erstklassigkeit und ausstrahlungsreicher Optik zum günstigen Preis erwerben möchte. Inzwischen hat das Quarzwerk ausnahmslos alle Uhrmacher von seinem Talent überzeugt und präsentiert sich entsprechend in den verschiedensten Variationen. Entscheiden Sie selbst: Ist die Vorstellung eines schwingenden Quarzkristalls als Taktgeber Ihres Lebens nicht ungemein poetisch?!