Schlagwerk (Uhr)

mini| hochkant=1.3|Ein „Frühes Hammerwerk“ von 1906: Turmuhrenschlag auf eine entfernt vom Schlagwerk angebrachte Glocke; Schlagübertragung mittels Zugdraht an einen auf der Hammerdrehachse angebrachten Hebel; der Hammerstiel ist biegesteif; die hier sichtbare Prellfeder (Blattfeder) gestattet Einzelschlag (oder 2–12 ×) und verhindert jeweils falschen Nachschlag an die Glockemini| hochkant=1.3|2× Glockenschlag am Schlagwerksende (Video) Das Schlagwerk ist ein selbstständiger Mechanismus in einer Räderuhr, von dem aus die Uhrzeit als Uhrschlag durch einen drehbeweglichen und federgedämpften Hammer an eine Glocke angeschlagen wird. Der Schlag erfolgt nach Auslösung des Schlagwerkes durch das Gehwerk automatisch zu festen Zeitpunkten, in der Regel maximal alle viertel Stunde. Bei Schlagwerken mit Repetition wird der zuletzt ausgeführte Schlag auf Anforderung wiederholt. Die aufwendigsten Ausführungen schlagen zusätzlich die inzwischen vergangenen Minuten an (Minutenrepetition). Allgemeines Eine Räderuhr kann mit einem oder mehreren Schlagwerken ausgestattet sein, mit denen eine Vielzahl von Schlagmustern möglich ist. Die folgende Beschreibung enthält nur Beispiele mit einem Schlagwerk und behandelt die grundsätzlichen Funktionen und ihre technischen Lösungen, insbesondere die Konstruktions-Details für die „Warnung“ und die Steuerung der Schlagfolge. Solche Räderuhren sind vorwiegend Pendeluhren (Turm-, Wand-, Stand- und Tischuhren).

Im einfachen Fall werden nur die vollen Stunden angeschlagen: Stunden-Schlag von einmal für 1 Uhr bis zwölfmal für 12 Uhr. Das Schlagwerk kann erweitert sein für die Angabe der halben Stunden (je ein Zwischenschlag) oder sogar der viertel Stunden (einmal für das erste Viertel, zweimal für das zweite Viertel und dreimal für das dritte Viertel). Um Verwechslungen mit dem Schlagen der vollen Stunden 1 Uhr bis 3 Uhr zu vermeiden, werden die viertel Stunden in der Regel auf einen zweiten Klangkörper geschlagen. Der auf einen Klangkörper schlagende Hammer wird von einem Rad mit Stiften (Hebnägelrad) angehoben. Er fällt dann samt Stiel federgedämpft bis zum Klangkörper und erzeugt den Ton. Wenn sich Uhrwerk und Klangkörper (Glocke) nicht am gleichen Ort befinden, wird das Heben des Hebels b (Abb. 1) mit einem Zugdraht zum neben der Glocke befindlichen Hammer übertragen (siehe Hammerwerk und Doppelbild rechts).

Schlagwerke lassen sich grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen: Rechenschlagwerke und Schlossscheibenschlagwerke. Die Unterscheidung betrifft nur die Steuerung der über einen Schlag hinausgehenden Zahl von Schlägen, denn mindestens ein Schlag (1 Uhr) ist immer erforderlich.

Unter den Rechenschlagwerken gibt es die Klinkenschlagwerke und die Peitschenschlagwerke, die ohne Warnung ausgelöst werden. Bei sehr alten Uhren gibt es auch Schlossscheibenschlagwerke ohne Warnung. Mitunter finden sich auch beide Typen an einer Uhr, etwa wenn der Viertelstundenschlag über eine Schlossscheibe gesteuert wird, das Stundenschlagwerk aber ein Rechenschlagwerk ist.

Steuerung des ersten Schlages Die Steuerung des ersten Schlages beim Schlossscheiben-Schlagwerk (siehe unten) für den Anfang einer Schlagfolge 1–12 (bzw. 1–4 Viertelstunden) erfolgt bei der Räderuhr durch Auslösung des Schlagwerkes vom Gehwerk her über einen Fallhebel zur Schlussscheibe (auch Schlossscheibe genannt). Dann wirkt die eben inganggesetzte Schlussscheibe mit dem aufsitzenden Fallhebel-Haken bis zum Ende der Schlagfolge, wobei der Haken in die präzise eingearbeitete Schlussscheiben-Lücke fällt und eine weitere Drehung des Schlagwerks blockiert. Die Steuerung des Schlagendes beim Rechen-Schlagwerk (siehe unten) erfolgt über das in die Staffelscheibe eindringende Messer am Rechen, bis es wieder auf den Scheibenrand zurückgehoben worden ist.

Dem Hebnägelrad folgen im Räderwerk weitere Übersetzungsstufen (siehe Abb. 2). Am Ende befindet sich der Windfang, der eine hohe Drehzahl benötigt, um als aerodynamische Bremse die Geschwindigkeit des ablaufenden Schlagwerkes zu begrenzen. Die beiden Zwischenräder werden zusätzlich zum Auslösen des Schlagwerkes benutzt. Um zeitlich stabil auslösen zu können, gibt es zwei Auslösehebel, der zweite wird vom ersten gestoßen. In der Zeit zwischen dem ersten Kontakt des Arms g mit einem Auslösestift am Minutenrad des Gehwerks (siehe Abb. 3) und seinem Rückfall in die Ruhelage erfolgt ein kurzes Anlaufen (die Warnung) des Schlagwerkes. Das erste Anlaufrad wird bald nach Hebe-Beginn des Arms g vom blockierenden Arm d frei, aber nach kurzem Lauf vom zweiten Anlaufrad und mit ihm das Schlagwerk wieder blockiert. Das zweite Anlaufrad wird nämlich vom Arm h festgehalten. Es wird erst nach dem Rückfall des Arms g wieder frei, wonach der eigentliche Ablauf beginnt. Der schlagartige Rückfall ist ein deutlich eingegrenzter Auslösemoment. Die vorangehende Hebung dauert zu lange, um damit zeitlich stabil auslösen zu können.

Die Zahl der Hebnägel ist so groß wie die Übersetzung vom Hebnägel- aufs erste Anlaufrad. Es erfolgt nur ein Schlag, denn das erste Anlaufrad wird nach einem Umlauf wieder blockiert. mini|300px|Abb. 1: Schlagwerk (Uhr)Heben des Hammers mittels Hebnägelrad mini|170px|Abb. 2: Schlagwerk (Uhr):Räderwerk mini|240px|Abb. 3: Schlagwerk (Uhr):Anlauf, ausgelöst vom Minutenrad

Steuerung mit Schlossscheibe (Schlossscheiben-Schlagwerk) Die Schlossscheibe befindet sich auf derselben Welle wie das Beisatzrad, dreht sich also nur, wenn das Schlagwerk in Bewegung ist. Mit ihr wird (wie auch mit der Staffel des Rechenschlagwerks) erreicht, dass das Schlagwerk nach dem Auslösen mehr als einen Schlag machen kann. Sie kann den zweiten Auslösehebel b + d hindern, zusammen mit dem ersten Auslösehebel in die Ruhelage zurückzukehren (siehe Abb. 4). Das ist der Fall, wenn das Messer am Arm K auf den Umfang der Schlossscheibe trifft. Dann dreht das erste Anlaufrad weiter. Es erfolgen weitere Schläge (zweiter bis zwölfter), bis das Messer wieder eine Lücke in der weiter gedrehten Schlossscheibe gefunden hat, der zweite Auslösehebel auch in die Ruhelage zurückgefallen ist. mini|links|Abb. 4: Schlossscheiben-Schlagwerk:Steuerung mit Schlossscheibe und Messer und Herzscheibe mini|Abb. 5: Schlossscheiben-Schlagwerk:Schlossscheibe für zusätzlichen Halbstunden-Schlag

Weil die Schlossscheibe Zeit benötigt, sich so weit zu drehen, dass sich das Messer nicht mehr über einer Lücke befindet, ist die „Herzscheibe“ als eine weitere Einrichtung nötig. Sie dreht sich zusammen mit dem ersten Anlaufrad auf derselben Welle. Am verlängerten Hebel d befindet sich der Stift s, der Kontakt mit der Herzscheibe hat. Der zweite Auslösehebel wird von ihr seit der Warnung bis kurz vor das Ende der ersten Umdrehung des ersten Anlaufrades in Freistellung gehalten. Erst ab jetzt braucht die Schlossscheibe für die Freistellung zu sorgen, d. h., dass das Messer nicht mehr in die zur Ruhelage gehörenden Lücke zurückkehren kann. Die Distanz zwischen den Lücken entspricht der Zahl der zusätzlichen Schläge (einer bis elf). Die Erhebung zwischen den beiden Lücken vor 1 Uhr und 2 Uhr entfällt (große Lücke), da bei 1 Uhr nur einmal zu schlagen ist. In einem Zyklus von 12 Stunden werden 78 Schläge ausgeführt. Dabei dreht sich die Schlossscheibe einmal, das erste Anlaufrad 78-mal. Die Schlossscheibe hieß ursprünglich Schlussscheibe, denn sie macht mit ihren Lücken Schluss mit einer Schlagfolge.

Ist das Werk zusätzlich für einen Halbstunden-Schlag vorgesehen (zweiter Stift am Minutenrad, siehe Abb. 3), werden 90 Schläge pro Zyklus ausgeführt. Die Übersetzung von der Schlossscheibe zum ersten Anlaufrad ist größer. Dieses dreht sich jetzt 90-mal pro Zyklus, während sich die Schlossscheibe wie bisher einmal dreht. Die zehn normalen Lücken entsprechen je zwei Schlägen (Halbstunden-Schlag und erster Schlag jeder Vollstunde), die große Lücke zwischen 12 Uhr und 2 Uhr entspricht jetzt vier Schlägen (zwei Halbschläge, ein Schlag für 1 Uhr und der erste Schlag von 2 Uhr). Die Schlossscheibe in Abbildung 5 ist für 90 Schläge geformt. Jeder der 90 Punkte kennzeichnet ein Neunzigstel des Umfangs und die Ausführung eines Schlages.

Das Schlossscheiben-Schlagwerk wird vom Minutenrad des Gehwerks nach jeder Stunde (oder halben Stunde) ausgelöst. Welche Schlagzahl jeweils erfolgt, hängt nur von der momentanen Lage der Schlossscheibe ab. Die Zuordnung zwischen Gehwerk und Schlagwerk einer Räderuhr kann verlorengehen, zum Beispiel wenn der Antrieb des Schlagwerks abgelaufen ist, das Gehwerk aber weiterläuft.

Steuerung mit Staffel-Scheibe (Rechen-Schlagwerk) Dass nach dem Auslösen mehr als ein Schlag erfolgen kann, wird beim Rechen-Schlagwerk mit dem Rechen und der Staffel ermöglicht (siehe Abb. 6). Die Staffel-Scheibe sitzt auf dem Stundenrad des Gehwerks, dreht sich folglich im Unterschied zur Schlossscheibe des Schlossscheibenschlagwerks permanent. Damit ist erreicht, dass die gegenseitige Zuordnung von angezeigter und angeschlagener Uhrzeit nicht verlorengehen kann. 300px|mini|links|Abb. 6: Rechen-Schlagwerk mini|Abb. 7: Rechen-Schlagwerk: Staffel-Scheibe für Stunden- und Viertel-Schlag

Nach Beginn des eigentlichen Ablaufs erfolgt wie beim Schlossscheiben-Schlagwerk der erste Schlag. Der zweite (bis zwölfte) Schlag kann nur erfolgen, wenn der Rechen gefallen ist und den Auslösehebel d + a des ersten Anlaufrades in Auslösestellung blockiert. Einer entsprechenden Rechen-Lage entspricht das zweithöchste (bis tiefste) Segment der Staffel. Mit dem Schöpfer wird der Rechen bei jeder Drehung um eine Stufe (Zahn) zurück gehoben. In seiner obersten Lage gibt er den Hebel d + a wieder frei. Die passende Zahl der Schläge ist erfolgt, das Schlagwerk ist wieder in Ruhe.

Für zusätzlichen Halbstunden-Schlag wird beispielsweise der Auslösehebel mit dem zweiten Stift am Minutenrad nur so weit bewegt, dass das erste Anlaufrad frei wird, der Rechen aber noch nicht fällt. Für die Ausdehnung auf Viertel-Schlag ist eine zusätzlich geformte Staffel von Vorteil (siehe Abb. 7): Zwischen nacheinander immer tieferen Einschnitten für die zusätzlichen Stunden-Schläge bei 2 Uhr bis 12 Uhr ist die Staffel nicht eingeschnitten (erstes Viertel), gefolgt von einem einfach tiefen (zweites Viertel) und einem doppelt tiefen (drittes Viertel) Einschnitt.

Schlossscheiben-Schlagwerk Das Schlossscheiben-Schlagwerk ist die ältere Bauart. Die Steuerung der Schlagfolge geschieht innerhalb dieses Uhrwerkteils. Die akustische Anzeige kann beim Gebrauch der Uhr (Aufziehen, Nachstellen und anderes) gegenüber der optischen Anzeige außer Tritt geraten. Beim späteren Rechenschlagwerk wird die Schlagfolge vom Gehwerk vorgegeben, Abweichungen zwischen Schlag und Anzeige durch fehlerhafte Bedienung werden dadurch vermieden.

Synchronität mit dem Uhrwerk Das Schlagwerk ist typischerweise vom Gehwerk der Uhr entkoppelt, sodass allein aus dem letzten ausgeführten Schlag geschlossen wird, welcher Schlag als Nächstes auszuführen sein wird. Es gibt unterschiedliche typische Ursachen für den Verlust der Synchronisation: Ablaufen des Schlagwerks und gleichzeitiges Weiterlaufen des Gehwerks, Der Schlag kann die Synchronisation verlieren, wenn die Uhrzeiger gegen die normale Bewegungsrichtung verstellt werden. Beispiel: Stellen der Zeiger von 14:05 auf 13:50, so wird ein Schlag ausgelöst, der der Schlag für 14:30 ist. Wird dann nach 10 Minuten 14:00 angezeigt, so ertönt der Schlag für 15:00. Somit ist die Abweichung eine Stunde. (Vorsicht: Uhren können bei Verstellung der Uhrzeit gegen die normale Bewegungsrichtung der Zeiger dauerhaft zerstört werden.) Wird die Uhrzeit so schnell in normaler Bewegungsrichtung verstellt, dass der jeweils ausgelöste Schlag nicht vollständig ausgeführt werden kann, so geht ebenfalls die Synchronisation verloren. Die Beseitigung dieser Asynchronität ist über manuelle Auslösung von Schlägen an einem dafür vorgesehenen Griffbereich des Auslösehebels des Uhrwerkes oder an einem daran befestigten Faden möglich.